多小区D2D频谱资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及D2D通信技术领域，特别涉及一种多小区D2D频谱资源分配方法，包括确定该设备到设备D2D用户的用户类型，根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户，以最大化系统吞吐量为目标，选择该D2D最终的复用蜂窝用户及对应的频率复用因子；本发明专利技术D2D用户复用多个蜂窝用户的频谱资源能够明显降低D2D通信对蜂窝用户的干扰，并可以显著提升系统容量。

【技术实现步骤摘要】
多小区D2D频谱资源分配方法
本专利技术涉及D2D通信
，特别涉及一种多小区D2D频谱资源分配方法。
技术介绍
近年来，由于无线通信市场的不断发展，移动设备(Device)数量急剧上升，多媒体数据业务也急剧增长，加大了对带宽的要求，频谱资源利用问题日趋严峻，传统蜂窝通信模式对频谱资源的利用有待进一步提升。为解决该问题，D2D(DevicetoDevice)通信技术被引入了蜂窝通信系统。D2D通信是距离相近的两个终端之间通过复用蜂窝用户的频谱资源直接进行通信的技术。该技术不仅可以减小传输时延，还可以提高频谱利用率。但另一方面，频谱资源的重复利用，导致D2D通信技术给蜂窝系统带来了频率干扰问题。通过合理的资源分配算法，可减小蜂窝通信系统中因D2D引入带来的频谱间干扰，提升通信系统的整体性能。KebriaeiH等人在文献BandwidthpriceoptimizationforD2Dcommunicationunderlayingcellularnetworks.WCNCW,2014:248-253中提出了一种基于博弈机制的资源分配策略，该策略建立了一个多蜂窝用户的蜂窝网模型后，基于拍卖的方式向D2D用户出售频谱，在保证低干扰的情况下，蜂窝用户和部分D2D用户可以同时共享频谱资源。ChaiYingqi等人在文献Partialtime-frequencyresourceallocationfordevice-to-devicecommunicationsunderlayingcellularnetworks.Communications(ICC),2013IEEEInternationalConferenceon.IEEE,2013:6055-6059中提出了一种部分时频资源复用(partialtime-frequencyresourceallocation，PTFRA)算法。在该算法中，一对D2D用户可复用多个蜂窝用户的部分频谱资源。这些算法在一定程度上提高了蜂窝系统的稳定性，提升了通信系统的整体性能。包括以上文献的绝大部分现有研究都只考虑了单小区场景下的D2D通信。单小区中干扰相对简单，无需考虑相邻小区之间的干扰问题，但在多小区场景中，相邻小区的干扰问题是不可忽略的一部分，且多小区所涉及的干扰问题更为复杂。于是ChaeHS在文献Radioresourceallocationschemefordevice-to-devicecommunicationincellularnetworksusingfractionalfrequencyreuse.IEEEAPCC,2011:58-62中分析了多小区D2D通信中基于部分频率复用(FFR,FractionalFrequencyReuse)的频谱复用方案。该方案将频谱资源分为4部分，为中心用户和边缘用户分配不同的频谱资源，且相邻小区的边缘用户分配不同的频谱资源，以减小相邻小区之间的同频干扰。但是该文献中也仅仅只考虑了中心区域和边缘区域，并未考虑跨小区区域的特殊情况。进一步地MelkiL在文献Radioresourceallocationschemeforintra-inter-cellD2DcommunicationsinLTE-A.PIMRC,2015:1515-1519中充分考虑D2D用户的位置信息，引入了跨小区D2D用户，并为跨小区用户分配相应的备选资源。上述两个基于FFR的多小区D2D资源分配的文献中，为D2D用户选择了较优的备选频谱资源，在该备选频谱资源中随机复用，在降低蜂窝用户和D2D用户之间的干扰还有进一步提高的空间。综上，现有D2D通信资源分配算法存在以下问题：现有基于FFR的多小区D2D频谱资源分配算法没有最大程度降低蜂窝用户和D2D用户之间的干扰；现有PTFRA算法在选择合适的蜂窝用户进行资源复用时，仅考虑蜂窝用户与D2D用户之间的信道增益对通信性能的影响，而忽略了基站和蜂窝用户间信道增益对通信性能的影响。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提出多小区D2D频谱资源分配方法，结合蜂窝通信系统的部分频率复用(FFR)算法，考虑D2D用户所属的不同区域，可复用不同的频谱资源，以减小蜂窝用户和D2D用户间的区内干扰，以及相邻小区间的区间干扰问题。本专利技术的多小区D2D频谱资源分配方法，包括确定该设备到设备D2D用户的用户类型，根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户，以最大化系统吞吐量为目标，选择该D2D最终的复用蜂窝用户及对应的频率复用因子。优选地，所述确定该设备到设备D2D用户的用户类型包括：根据D2D用户信干噪比将D2D用户分为中心D2D用户CDU和边缘D2D用户，所述边缘D2D用户根据是否跨小区又被分为小区边缘D2D用户EDU和跨小区D2D用户IDU。优选地，所述根据D2D用户信干噪比将D2D用户分为中心D2D用户CDU和边缘D2D用户包括：计算D2D用户对的信干噪比，若大于D2D用户信噪比阈值，则表示该D2D用户为中心D2D用户，否则为边缘D2D用户。优选地，所述D2D用户对的信干噪比计算方式如下：其中，表示D2D用户对的信干噪比，是小区k中蜂窝用户i的发射功率，表示蜂窝用户i到D2D用户j的信道增益，是小区k中D2D用户j的发射功率，表示小区k中两D2D用户之间的信道增益，N0和I分别表示噪声功率和小区间的噪声干扰功率。优选地，所述根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户包括：将中心D2D用户CDU的备选蜂窝用户定为相邻小区的ECU；小区边缘D2D用户EDU的备选蜂窝用户定为CCU和相邻小区的ECU；跨小区D2D用户IDU的备选蜂窝用户定为CCU和两跨小区所相邻的ECU，即除两跨小区以外的ECU。优选地，所述以最大化系统吞吐量为目标，选择该D2D最终的复用蜂窝用户及对应的频率复用因子包括：选取使系统吞吐量最大的复用蜂窝用户集中的部分或全部蜂窝用户，输出其对应的频率复用因子。优选地，所述系统吞吐量最大为：其中，rsum为系统吞吐量，表示蜂窝用户和D2D用户的吞吐量之和；表示蜂窝用户ci被复用部分频谱资源的吞吐量，表示蜂窝用户ci未被复用部分频谱资源的吞吐量，表示任一D2D用户的吞吐量；为目标函数，β是频率复用因子的归一化系数，K表示可被复用资源的蜂窝用户个数，表示信道增益，为蜂窝用户i与D2D用户j之间的距离，α表示路径损耗指数因子，G0为归一化常数；表示被复用的蜂窝用户的吞吐量，表示未被复用的蜂窝用户的吞吐量，表示D2D用户的吞吐量,表示蜂窝用户i正常通信占用的资源块数目为。与现有技术相比，本专利技术能够优先保证蜂窝用户正常通信的情况下，充分考虑信道增益对通信性能的影响，选取其满足信干噪比门限的蜂窝用户进行复用；其次，在保证D2D用户正常通信(满足D2D用户的信干噪比门限)的情况下，计算D2D用户复用蜂窝用户的频率复用因子；再次，计算D2D用户以该频率复用因子复用蜂窝用户的频谱资源前后系统吞吐量的大小；最后，选取可以使系统吞吐量增加的蜂窝用户的频谱资源进行复用，并输出对应的频率复用因子。本专利技术可以有效的提升系统吞吐量，减少系统干扰。附图说明：图1为本专利技术多小区D2D频谱资源分配方法实施例流程图；图2为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：包括确定该设备到设备D2D用户的用户类型，根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户，以最大化系统吞吐量为目标，选择该D2D最终的复用蜂窝用户及对应的频率复用因子。

【技术特征摘要】
1.多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：包括确定该设备到设备D2D用户的用户类型，根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户，以最大化系统吞吐量为目标，选择该D2D最终的复用蜂窝用户及对应的频率复用因子。2.根据权利要求1所述多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：所述确定该设备到设备D2D用户的用户类型包括：根据D2D用户信干噪比将D2D用户分为中心D2D用户CDU和边缘D2D用户，所述边缘D2D用户根据是否跨小区又被分为小区边缘D2D用户EDU和跨小区D2D用户IDU。3.根据权利要求2所述多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：所述根据D2D用户信干噪比将D2D用户分为中心D2D用户CDU和边缘D2D用户包括：计算D2D用户对的信干噪比，若大于D2D用户信噪比阈值，则表示该D2D用户为中心D2D用户，否则为边缘D2D用户。4.根据权利要求3所述多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：所述D2D用户对的信干噪比计算方式如下：其中，表示D2D用户对的信干噪比，是小区k中蜂窝用户i的发射功率，表示蜂窝用户i到D2D用户j的信道增益，是小区k中D2D用户j的发射功率，表示小区k中两D2D用户之间的信道增益，N0和I分别表示噪声功率和小区间的噪声干扰功率，C表示蜂窝用户的集合。5.根据权利要求1所述多小区D2D频谱资源分配方法，其特征在于：所述根据D2D用户类型确定该D2D用户的备选蜂窝用户包括：将中心D2D用户CDU的备选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，梁云锦，吴广富，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50