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单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法制造技术

技术编号:12483858 阅读:155 留言:0更新日期:2015-12-10 21:46
本发明专利技术公开了一种单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法,基于蜂窝网的D2D用户的通信速率优化问题是一个复杂的非凸非线性的优化问题,本发明专利技术针对的蜂窝用户为单信道、D2D用户为多信道,应用本算法可以在蜂窝用户和功率限制、独立功率限制,D2D用户和功率限制及独立功率限制等多种情况下,快速优化并求解出蜂窝用户发射功率pi和D2D用户发射功率qi。采用本优化算法得到的发射功率能够保证蜂窝用户的通信速率要求,并最大化所有D2D用户在所有蜂窝频带上的通信速率之和。本算法具有收敛速度快,计算量小,易于实现,结果精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基于蜂窝网的D2D通信技术,具体而言是一种针对单信道蜂窝用户、 不同功率限制条件下,蜂窝用户和D2D用户功率分配的快速优化算法。
技术介绍
基于蜂窝网的D2D通信即是邻近用户之间不通过基站转接,直接利用蜂窝网资源 实现通信的技术。D2D技术有望降低基站负载,提高蜂窝频谱利用率。众多研究表明,基于 蜂窝网的D2D通信能够在局部区域内提供更好、更直接的无线服务。D2D技术有着明朗的应 用前景,比如在一个大型音乐会上,举办方通过远程服务器为观众提供相关资源下载服务, 由于同一时间下载请求过多,很容易造成网络拥堵。若应用D2D技术,已经下载了资源的用 户可W通过D2D链路将资源分享给别的用户,大大减轻网络负担。 由于D2D用户和蜂窝用户共用相同的频谱资源,D2D用户在利用蜂窝网资源的同 时,也必然会对使用相同频谱资源的蜂窝用户产生干扰,同样的,蜂窝用户也会对占用同一 频带的D2D用户产生干扰。因而D2D技术优势得W发挥的关键在于高效的资源共享方案,运 其中主要包括D2D用户和蜂窝频带的匹配,W及D2D用户和蜂窝用户发射功率的控制。优 化的功率控制算法能够有效控制D2D用户和蜂窝用户间的干扰,并提高蜂窝资源的频谱利 用率。 在当前国内外大部分研究中,都假设同一蜂窝信道同一时刻至多只能被一个D2D 用户共享,运大大简化了问题的复杂度,但无疑也降低了D2D系统的灵活度。在本专利技术中条 件中,我们假设某一蜂窝信道同时可被所有D2D用户所共用,基于此提出了一种快速收敛 的优化算法。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足,本专利技术提供一种单信道蜂窝用户情 况下的D2D功率分配快速优化算法,在满足蜂窝用户如alityOfService怕〇巧条件下,最 大化蜂窝网中所有D2D用户的和通信速率;本专利技术方法能够输出优化的蜂窝用户发射功率 A和D2D用户发射功率q:。 技术方案:为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为: 基于蜂窝网的多信道D2D用户的通信速率优化问题是一个复杂的非凸非线性问 题,本专利技术提供的单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法用凸近似的方法将 非凸问题近似为凸问题,并通过多层迭代快速收敛到凸问题的优化解,即蜂窝用户和D2D 用户的发射功率分配,从而得到所有D2D用户的优化和通信速率;本算法适用于蜂窝用户 独立功率限制W及D2D用户独立功率限制情况和蜂窝用户和功率限制W及D2D用户和功率 限制两种情况,根据两种情况的特点采用不同的D2D用户通信速率优化方法,优化目标均 为最大化所有D2D用户的和通信速率。 单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法,对于蜂窝用户独立功率限 制W及D2D用户独立功率限制情况和蜂窝用户和功率限制W及D2D用户和功率限制,根据 两种情况的特点采用不同的D2D用户通信速率优化方法,优化目标均为最大化所有D2D用 户的和通信速率。 设蜂窝系统共有N个蜂窝用户和M对D2D用户,N个蜂窝用户对应N个蜂窝频带, 蜂窝用户i对应蜂窝频带i;定义:Pi表示蜂窝用户i在蜂窝频带i上的发射功率;q1表示 D2D用户在蜂窝频带i上的发射功率向量,qi=,qu表示第j对D2D 用户在蜂窝频带i上的发射功率;曰1表示蜂窝用户i到基站的归一化后的信道增益;01,表 示第j对D2D用户对蜂窝用户i干扰信道的信道增益;ri,表示第j对D2D用户在蜂窝频带 i上的归一化后的信道增益;e。表示蜂窝用户i对第j对D2D用户干扰信道的信道增益; 写Ui表示第1对D2D用户对第j对D2D用户在蜂窝频带i上的干扰信道的增益;P1表示 蜂窝用户i的最低通信速率;(一)在蜂窝用户独立功率限制W及D2D用户独立功率限制下,采用如下算法解决 D2D用户通信速率优化问题:(11)按照蜂窝频带将D2D用户通信速率优化问题划分为N个可平行计算的子问 题,蜂窝用户i的通信速率为第j对D2D用户在蜂窝频带i 上的通信速率为;初始化q^=0、A;。i=l、i;。l=0,给定计算精度el、e2、e3,初始化迭代次数t= 0、s= 0、k= 0;[001引(蝴计算qf-…=J,(q;。),其中:[001引其中:J,.姑")表示迭代函数构成的函数向量, J,.化…)二 (qf-> ),^ (qf-> ),...,?/班严),..一W(q…:)]; (I4)对于所有i=I,2,…,N、j=I,2,…,M,判断|據"|-媒是否成立:若成 立,则进入步骤(15);否则令k=k+1,返回步骤(13);[001引 (lf5)计算,其中皆表示更新常数,P康示蜂窝 用户i在蜂窝频带i上允许的最大发射功率;[001引 (16)判断乂严|<62是否成立:若成立,则进入步骤(17);否则令S=S+1且k= 0,返回步骤(13); (17)计算,其中2。=挪?州"); (18)判断|4…是否成立:若成立,则将qW作为优化后的D2D用户在蜂 窝频带i上的发射功率向量如输出,并按照步骤(11)中的关系求出对应q;的蜂窝用户i在 蜂窝频带i上的发射功率扔、及;(A*,q;巧日%切,q:);否则令t=t+l、s=S+1且k= 0, 返回步骤(13);[002引(二)在蜂窝用户和功率限制W及D2D用户和功率限制下,采用如下算法解决D2D用户通信速率优化问题: (21)蜂窝用户i的通信速率为 > 第j对 D2D用户在蜂窝频带i上的通信速率为 倘)W( ?)(。表示(?)的第1次迭代结果,qfi=、护)=;初始化q仰:=0、A;") =1、 入W=0、JiW=0,给定计算精度e1、e2、e3,初始化迭代次数t=0、s= 0、k= 0; 似)计算姐"),其中:[002引其中:J;姑")表示迭代函数构成的函数向量,[002引 (24)对于所有i= 1,2,…,N、j= 1,2,…,M,判断I媒…-為。|<&是否成立:若成 立,则进入步骤(25);否则令k=k+1,返回步骤(23); 烛)计算乂 1"。=',f节表示更新常 /=1 数,Qj表示第j对D2D用户的最大和功率限制;[003。 (26)对于所有j= 1,2,…,M,判断I入灿)-入(s)|<E2且|知'")-A(1《%是否成 立:若成立,则进入步骤(27);否则令S=S+1且k= 0,返回步骤(23); 口7)计算'其中=邸姑");[00对桃)判断|4'",-41<&是否成立:若成立,则将龄作为优化后的020用户在蜂 窝频带i上的发射功率向量q;输出,并按照步骤(21)中的关系求出对应q::的蜂窝用户i在 蜂窝频带i上的发射功率巧*.、.游(蘇,布).和巧(A,%).;.否则令t=t+l、s=S+1且k= 0, 返回步骤(23)。 有益效果:本专利技术提供的单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法, 与现有技术相比,具有如下优势:1、本专利技术所提算法适用于多蜂窝用户多D2D用户的情况, 且D2D用户为多信道用户,即同一时刻当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法

【技术保护点】
单信道蜂窝用户情况下的D2D功率分配快速优化算法,其特征在于:本算法用凸近似的方法将非凸问题近似为凸问题,并通过多层迭代快速收敛到凸问题的优化解,即蜂窝用户和D2D用户的发射功率分配,从而得到所有D2D用户的优化和通信速率;本算法适用于蜂窝用户独立功率限制以及D2D用户独立功率限制情况和蜂窝用户和功率限制以及D2D用户和功率限制两种情况,根据两种情况的特点采用不同的D2D用户通信速率优化方法,优化目标均为最大化所有D2D用户的和通信速率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王家恒张建飞史锋峰梁霄赵春明
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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