CN103686743B - 基于图论的d2d通信信道资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于图论的D2D通信信道资源分配方法，它包含以下步骤：（1）、对整个D2D通信系统进行信道估计；（2）、将通信系统抽象为一个二步图并计算边的权值；（3）、通过图论的调度算法来实现信道分配，包括:S1、初始化顶标；S2、确定等子图；S3、信道分配。本发明的有益效果是：采用合理的信道调度算法，每个D2D都最多只能复用一个信道，在考虑公平性的前提条件之下，既有效的提高了整个系统的通信容量，又保证了每个通信设备自己各自的通信质量。

Description

基于图论的D2D通信信道资源分配方法

技术领域

本发明涉及基于图论的D2D通信信道资源分配方法，属于网络传媒技术技术领域。

背景技术

目前，随着整个网络的数据流量的指数式的增长，设备间的直接通信(D2Dcommunications)就被3GPP认为是一种解决这种数据流量快速增长的办法。在蜂窝基站的控制协调之下，接近的设备可以建立并发起直接通信，加快传输速率。因此，D2D通信技术一般会作为传统的蜂窝通信技术的一个补充。

通常，D2D通信技术是复用整个蜂窝网的信道进行通信的。复用蜂窝网的信道资源可以使D2D的通信设备工作在授权频谱上，能够保证通信质量，挺高功率的有效性。但是，由于在蜂窝网内复用蜂窝网的信道资源，D2D通信会因此干扰原来传统的蜂窝小区的通信，带来较大的同层干扰。这样，由于D2D的加入，对整个蜂窝网的信道调度技术提出较高的要求，如果不能合理分配蜂窝网的信道资源，那么D2D的加入带来的干扰可能会使整个系统的通信容量比不加入D2D的通信容量来得更小。因此，对于信道资源的分配技术提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供基于图论的D2D通信信道资源分配方法，能克服现有技术的不足，在考虑公平性的前提条件之下，既能提高整个系统的通信容量，又能保证每个通信设备自己各自的通信质量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于图论的D2D通信信道资源分配方法，它包含以下步骤：

(1)、对整个D2D通信系统进行信道估计，得到信道的冲激响应，从而为后续信道资源分配提供所需的信道状态信息CSI；

(2)、将通信系统抽象为一个二部图并计算边的权值，包括:

S1、将整个D2D通信系统中的所有设备都抽象成为一个点，给每个传统蜂窝用户预先分配信道资源；

S2、然后加入D2D用户，在公用同一个信道的D2D用户与传统蜂窝用户中各选取一个点，分别记为D和C，将D和C相连形成一条直线；

S3、将D与C之间的权值就设定为加入D2D用户之后的D2D设备和传统蜂窝用户的信道容量之和与未加入D2D用户之前的蜂窝用户的信道容量的差值，如果这个差值小于0，那么C与D之间就不形成边，否则就形成一条边，这样就把整个系统抽象成一个二部图；

(3)、通过图论的调度算法来实现信道分配，包括:

S1、初始化顶标：D2D的初始顶标定义为从该点出发的边的集合中权值最大的权值，而蜂窝用户的初始顶标都定义为0；

S2、确定等子图：如果一条边的权值等于两个顶点的顶标之和，那么这条边就在二部图的等子图G_l中；

S3、信道分配：定义一个初始匹配M_0，在等子图G_l当中找到对应初始匹配M_0，直至当前匹配M_i覆盖了所有的D2D用户，否则从匹配M_i外的一点出发找到一个增广路P_i，即该路依次通过蜂窝用户和D2D用户，其中，i为迭代次数，然后用新的匹配M_(i+1)＝M_i∪P_i-M_i∩P_i来替代原来的匹配M_i，即用增广路中新加入的边来代替原来存在的边，这样使边的数目增加了，得到了一个更大的匹配M_i，直至匹配覆盖了所有的D2D用户，如果找不到可增广路，则通过调整顶标来得到新的等子图G_l，重复上述操作，直到调整也无法得到可增广路为止。

本发明的有益效果在于：采用合理的信道调度算法，每个D2D都最多只能复用一个信道，在考虑公平性的前提条件之下，既有效的提高了整个系统的通信容量，又保证了每个通信设备自己各自的通信质量。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

基于图论的D2D通信信道资源分配方法，它包含以下步骤：

(1)、对整个D2D通信系统进行信道估计，得到信道的冲激响应，从而为后续信道资源分配提供所需的CSI；

(2)、将通信系统抽象为一个二部图并计算边的权值，包括:

S1、将整个D2D通信系统中的所有设备都抽象成为一个点，给每个传统蜂窝用户预先分配信道资源；

S2、然后加入D2D用户，在公用同一个信道的D2D用户与传统蜂窝用户中各选取一个点，分别记为D和C，将D和C相连形成一条直线；

S3、将D与C之间的权值就设定为加入D2D用户之后的D2D设备和传统蜂窝用户的信道容量之和与未加入D2D用户之前的蜂窝用户的信道容量的差值，如果这个差值小于0，那么C与D之间就不形成边，否则就形成一条边，这样就把整个系统抽象成一个二部图；

(3)、通过图论的调度算法来实现信道分配，包括:

S1、初始化顶标：D2D的初始顶标定义为从该点出发的边的集合中权值最大的权值，而蜂窝用户的初始顶标都定义为0；

S2、确定等子图：如果一条边的权值等于两个顶点的顶标之和，那么这条边就在二部图的等子图G_l中；

S3、信道分配：信道分配：定义一个初始匹配，在等子图当中找到对应初始匹配，直至当前匹配覆盖了所有的D2D用户，否则从匹配外的一点出发找到一个增广路，即该路依次通过蜂窝用户和D2D用户，其中，i为迭代次数，然后用新的匹配M_(i+1)＝M_i∪P_i-M_i∩P_i来替代原来的匹配M_i，即用增广路中新加入的边来代替原来存在的边，这样使边的数目增加了，得到了一个更大的匹配，直至匹配覆盖了所有的D2D用户，如果找不到可增广路，则通过调整顶标来得到新的等子图，重复上述操作，直到调整也无法得到可增广路为止。

本发明运用图论的调度算法，能够在实现信道最优分配的同时保证较低的计算复杂度，该调度算法的复杂度是一个多项式级别，能够有效减少调度时间，占用较少的信令资源，有效地实现信道资源的分配，同时本发明只考虑一个蜂窝用户最多只能跟一个D2D设备进行信道复用，减小了基站的信令负担，每个D2D设备都最多只能跟一个蜂窝网用户复用一个信道资源，能够保证资源调度的公平性，保证每个用户的通信需求，这样既能够在考虑整个系统的通信容量的同时，又能够保证每个通信设备各自的通信质量，而传统的技术只是单一考虑减小单个设备所带来的干扰，对于整个系统的通信容量提高十分有限。而本发明能够在减小相互干扰的同时最大限度提高整个系统的容量。

Claims (1)

1.基于图论的设备间的直接通信D2D通信信道资源分配方法，其特征在于：它包含以下步骤：

(1)、对整个设备间的直接通信D2D通信系统进行信道估计，得到信道的冲激响应，从而为后续信道资源分配提供所需的信道状态信息CSI；

(2)、将通信系统抽象为一个二部图并计算边的权值，包括:

S1、将整个D2D通信系统中的所有设备都抽象成为一个点，给每个传统蜂窝用户预先分配信道资源；

S2、然后加入D2D用户，在公用同一个信道的D2D用户与传统蜂窝用户中各选取一个点，分别记为D和C，将D和C相连形成一条直线；

S3、将D与C之间的权值就设定为加入D2D用户之后的D2D设备和传统蜂窝用户的信道容量之和与未加入D2D用户之前的蜂窝用户的信道容量的差值，如果这个差值小于0，那么C与D之间就不形成边，否则就形成一条边，这样就把整个系统抽象成一个二部图；

(3)、通过图论的调度算法来实现信道分配，包括:

S1、初始化顶标：D2D的初始顶标定义为从该点出发的边的集合中权值最大的权值，而蜂窝用户的初始顶标都定义为0；

S2、确定等子图：如果一条边的权值等于两个顶点的顶标之和，那么这条边就在二部图的等子图G_l中；

S3、信道分配：定义一个初始匹配M_0，在等子图G_l当中找到对应初始匹配M_0，直至当前匹配M_i覆盖了所有的D2D用户，否则从匹配M_i外的一点出发找到一个增广路P_i，即该路依次通过蜂窝用户和D2D用户，其中，i为迭代次数，然后用新的匹配M_(i+1)＝M_i∪P_i-M_i∩P_i来替代原来的匹配M_i，即用增广路中新加入的边来代替原来存在的边，这样使边的数目增加了，得到了一个更大的匹配M_i，直至匹配覆盖了所有的D2D用户，如果找不到可增广路，则通过调整顶标来得到新的等子图G_l，重复上述操作，直到调整也无法得到可增广路为止。