CN107172574A - 一种d2d用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，包括：S1、初始化迭代次数，和拉格朗日乘子；S2、计算蜂窝用户的分配功率S3、根据将D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简；S4、利用次梯度下降法，根据和对Rk进行一阶凸近似化简后得到的公式，更新分配功率
Description
技术领域
本发明涉及5G通信领域中的D2D通信技术，尤其涉及一种D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法。
背景技术
为了应对核心网中迅猛增长的通信量，3GPP提出D2D通信技术作为未来5G通信系统中的关键技术之一。其核心思想是允许小区内的用户可以不经过基站直接进项通信，从而有效从蜂窝网络中分流传输负载。
由于D2D通信技术具有距离短的特征，使得D2D用户对可以与距离较远处的蜂窝用户进行信道复用，共享相同的频谱，从而增加系统容量、提升无线资源利用效率。然而在复用蜂窝资源时，蜂窝用户和D2D发射端会互相造成干扰，影响彼此的接收性能。因此对蜂窝用户和D2D用户对进行功率控制是解决这一问题的关键技术，在满足指定的速率和功率约束要求下，通过合理的分配功率资源可以有效的保证用户的服务质量以及提升系统容量。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，该方法复杂度更低。
技术方案：本发明所述的D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法包括：
S1、初始化迭代次数i＝0，初始化D2D用户对k与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率为初始化拉格朗日乘子其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，K表示网络中D2D用户对的总数，N表示网络中蜂窝用户的总数，同时表示信道的总数；
S2、根据蜂窝用户的最低传输速率约束，计算蜂窝用户n进行信道复用时的分配功率k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；
S3、根据和将第k个D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简，k＝1,2,…,K；
S4、利用次梯度下降法，根据第i次迭代时分配功率和对Rk进行一阶凸近似化简后得到的公式，更新第i+1次迭代时分配功率和拉格朗日乘子k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；
S5、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则将i＝i+1，并返回执行步骤S2。
进一步的，步骤S2中功率为：
表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率，表示D2D用户对l与D2D用户对k之间在信道n的干扰信道响应，gn为基站在信道n上到D2D用户对k上的信道响应，表示高斯白噪声的方差，Rmin为蜂窝用户的最低传输速率约束，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
进一步的，步骤S3中根据和将第k个D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简为公式：
式中， 是基站与D2D用户对k之间的干扰信道，qn是基站对蜂窝用户n的发射功率，是D2D用户对l到D2D用户对k在信道n上的信道响应系数，表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用时所分配的发射功率，k＝1,2,…,K。
更进一步，步骤S4中更新后的第i+1次迭代时分配功率和拉格朗日乘子分别为：
式中，是拉格朗日乘子迭代的步长因子，Pmax表示D2D设备的最大允许发射功率，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明允许D2D用户对占用多个子载波资源，将信道分配方案转化为下对D2D用户对与蜂窝用户的功率分配，并且同时考虑了蜂窝用户的速率约束以及D2D用户对的发射功率约束，最大限度地提高D2D通信的和速率，将非凸组合优化问题进行一阶凸近似，再利用简单的次梯度算法得到原非凸问题的解。
附图说明
图1是本发明的的网络示意图。
具体实施方式
本实施例的网络图如图1所示，N个蜂窝用户和K个D2D用户对复用下行信道资源。用表示蜂窝用户的集合，所有D2D用户对编号构成的集合为设D2D用户对k与蜂窝用户n进行信道复用的传输功率为pk,n,此时D2D用户对在信道n上得到的SINR为
其中，是D2D用户对k在信道n上的信道响应，是D2D用户对l到D2D用户对k在信道n上的信道响应系数，是来自基站的蜂窝用户干扰(其中是基站与D2D用户对k之间的干扰信道，qn是基站对蜂窝用户n的发射功率)。从而得到D2D用户对k的可达数据速率为类似的，蜂窝用户n的SINR为
其中为来自共用信道n的D2D用户对l的干扰，qn是基站对蜂窝用户n的发射功率，gn为基站在信道n上到蜂窝用户n上的信道响应。此时可以得到蜂窝用户n的可达数据速率为
可以看到，信道分配可以安全被功率分配变量pk,n所表示，当子信道n被分配给用户k时，其值不为0；否则值为0。考虑功率约束和用户速率约束下的D2D和速率最大化问题可以表述为
s.t. Rn≥Rmin
其中，Pmax指D2D设备的最大允许发射功率。待优化变量为D2D用户对发射功率向量p＝[p1,…pk,…pK]，其中pk＝[pk,1,…,pk,n,…pk,N]和蜂窝用户发射功率q＝[q1,…qn,…qN]。显然最大化问题是非凸的组合优化问题。
为了解决此问题，采用本实施例的功率分配方法进行分配，具体包括以下步骤：
S1、初始化迭代次数i＝0，初始化D2D用户对k与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率为初始化拉格朗日乘子其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，K表示网络中D2D用户对的总数，N表示网络中蜂窝用户的总数，同时表示信道的总数。
S2、根据蜂窝用户的最低传输速率约束，计算蜂窝用户n进行信道复用时的分配功率其中，
表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率，表示D2D用户对l与D2D用户对k之间在信道n的干扰信道响应，gn为基站在信道n上到D2D用户对k上的信道响应，表示高斯白噪声的方差，Rmin为蜂窝用户的最低传输速率约束，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
S3、根据和将第k个D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简为公式：
式中， 是基站与D2D用户对k之间的干扰信道，qn是基站对蜂窝用户n的发射功率，是D2D用户对l到D2D用户对k在信道n上的信道响应系数，表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用时所分配的发射功率，k＝1,2,…,K。
S4、利用次梯度下降法，根据第i次迭代时分配功率和对Rk进行一阶凸近似化简后得到的公式，更新第i+1次迭代时分配功率和拉格朗日乘子其中，
式中，是拉格朗日乘子迭代的步长因子，Pmax表示D2D设备的最大允许发射功率，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
S5、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则将i＝i+1，并返回执行步骤S2。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，其特征在于该方法包括：
S1、初始化迭代次数i＝0，初始化D2D用户对k与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率为初始化拉格朗日乘子其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，K表示网络中D2D用户对的总数，N表示网络中蜂窝用户的总数，同时表示信道的总数；
S2、根据蜂窝用户的最低传输速率约束，计算蜂窝用户n进行信道复用时的分配功率k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；
S3、根据和将第k个D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简，k＝1,2,…,K；
S4、利用次梯度下降法，根据第i次迭代时分配功率和对Rk进行一阶凸近似化简后得到的公式，更新第i+1次迭代时分配功率和拉格朗日乘子k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；
S5、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则将i＝i+1，并返回执行步骤S2。
2.根据权1所述的D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，其特征在于：步骤S2中功率为：
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表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用的分配功率，表示D2D用户对l与D2D用户对k之间在信道n的干扰信道响应，gn为基站在信道n上到D2D用户对k上的信道响应，表示高斯白噪声的方差，Rmin为蜂窝用户的最低传输速率约束，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
3.根据权2所述的D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，其特征在于：步骤S3中根据和将第k个D2D用户对的数据速率Rk进行一阶凸近似后化简为公式：
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式中， 是基站与D2D用户对k之间的干扰信道，qn是基站对蜂窝用户n的发射功率，是D2D用户对l到D2D用户对k在信道n上的信道响应系数，表示第i次迭代时D2D用户对l与蜂窝用户n进行信道复用时所分配的发射功率，k＝1,2,…,K。
4.根据权3所述的D2D用户对与蜂窝用户共享频谱的功率分配方法，其特征在于：步骤S4中更新后的第i+1次迭代时分配功率和拉格朗日乘子分别为：
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式中，是拉格朗日乘子迭代的步长因子，Pmax表示D2D设备的最大允许发射功率，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N。
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