CN107911854A

CN107911854A - 一种基于d2d模式技术的混合资源分配方法

Info

Publication number: CN107911854A
Application number: CN201711119831.0A
Authority: CN
Inventors: 王英赫
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-04-13

Abstract

本发明公开了一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，解决单个蜂窝系统内含有多个上行蜂窝用户和多对D2D用户情况下的资源分配问题。为了更好地提高资源利用率，采用蜂窝用户和D2D用户混合分配系统资源的方法，即蜂窝用户与D2D用户根据系统要求，重新分配信道，并以吞吐量和接入用户数最大化为目标，完成资源的整合，该方法可以更进一步有效利用系统资源，提高信道利用率。

Description

一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种设备对设备直接通信技术(D2D)中的资源分配方法。

背景技术

在现有的D2D模式运用中，无论是小区内只存在一对D2D用户，或是存在多对D2D用户，亦或多小区协作通信，都是在蜂窝用户已经存在于小区之内，并已经占用信道开始通信为前提下运行的。也就是说D2D用户复用信道时，无法改变蜂窝用户的信道利用情况，因此利用率无法进一步提升。

发明内容

本发明的目的是为克服上述问题，提出一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，采用蜂窝用户和D2D用户混合分配系统资源的方法，蜂窝用户与D2D用户重新分配信道，完成资源的整合，能够进一步有效利用系统资源，提高信道利用率。

本发明所提出的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，所述分配方法使用如下设备：D2D模式用户发射设备、D2D模式用户接收设备以及能够与D2D模式用户发射设备和D2D模式用户接收设备相互通信的基站；所述分配方法具体包括如下步骤：

第一步，接入测试，基站的数据处理模块计算第k对D2D模式用户需要的最小发射功率以及该对D2D模式用户发射机对基站上行信道的干扰值I_k,m,n，存储模块中预设基站干扰门限I₀，若则赋值准入控制参数θ_k,m,n＝1，该对D2D模式用户可以与第m个UE用户复用第n个信道资源；若则赋值准入控制参数θ_k,m,n＝0，该对用户不能与第m个UE用户复用第n个信道；

第二步，接入分配，基站的数据控制模块计算数据吞吐量最大的信道接入方式，并对接入结果进行信道预分配；在预分配结果中剔除θ_k,m,n＝0的信道分配结果，形成最终接入方案，并以此方案将发射功率下发至D2D模式用户的发射机，完成复用信道指配；

第三步，信道再接入，对于结果检验步骤中未能复用信道的蜂窝模式用户，基站为其分配蜂窝模式专用信道；对于接入测试步骤中赋值准入控制参数θ_k,m,n＝0的用户，基站的数据处理模块进行吞吐量计算并降序排列，取吞吐量较大的N-M对用户分配专用信道，剩余D2D模式用户放弃接入。

进一步的，接入测试步骤中，最小发射功率的计算方法为，基站的数据处理模块测试第k对D2D模式用户和第m个蜂窝用户复用第n个上行链路的情况，D2D_k对用户的发送端S_k需要的最小发射功率信噪比门限T₀、信道增益G_k以及对用户的干扰A_m,k,n之间满足

避免干扰蜂窝用户的最大发射功率D2D_k对用户的发送端S_k和基站间的信道增益H_k以及基站干扰门限I₀之间满足

D2D模式用户的发射功率满足

进一步的，当D2D k对用户和蜂窝用户m复用信道n得到的吞吐量较大时，跳过接入分配及信道再接入步骤，直接预分配该对D2D模式用户与蜂窝用户m复用该信道，此时若D2D用户对该信道的干扰小于干扰门限I₀，最终为此蜂窝用户m和D2D k对用户分配该信道，在剩余的D2D用户、蜂窝用户中搜索复用信道的最大吞吐量值，并重复进行信道分配，直至后将剩余蜂窝用户分配至专用信道，之后将D2D用户分配到剩下的专用信道中，直到分配完所有空闲信道，最后如果还有D2D用户没有分配信道，则放弃接入系统。

进一步的，接入预分配步骤中，最大吞吐量的计算方法为，基站对D2D模式用户进行准入控制，确定有K_a对D2D模式用户能够分配信道，并设定预分配参数ρ_k,m,n∈(0,1)，具体分配规则为：

当k≤K,m≤M,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，D2D模式用户和UE用户可能复用信道n；

当k＝K+1,m≤M,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，复用UE用户专用信道n；

当k≤K,m＝M+1,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，复用D2D模式用户专用信道n；

当k＝K+1,m＝M+1,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，没有用户使用信道n；

当K_r≤N-M时，K_a＝K，否则，K_a＝K-[K_r-(N-M)]；

当每对用户按所述分配规则分配信道时，通信总吞吐量最大值满足

更进一步的，D2D模式用户进行准入控制方法为，当D2D用户使用专用信道n，不与蜂窝用户复用信道，或者当UE使用独立信道，不与D2D模式用户复用信道时，I_k,m+1,n＝0，则干扰矩阵[I_m+1,k+1,n]为(k+1)×(m+1)×N；准入控制矩阵[θ_k+1,m+1,n]为(k+1)×(m+1)×N。

附图说明

图1是本发明混合信道资源分配流程图。

图2是本发明另一种混合信道资源分配流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述上述技术方案的实施过程。

如图1所示的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，为保证D2D链路的有效通信，基站计算每一对D2D用户需要的最小发射功率并根据该功率得到该D2D用户发射机对基站上行信道的干扰I_k,m,n。如果使得准入控制参数θ_k,m,n＝1，即该对D2D用户可以占用信道n接入系统。如果则令控制参数θ_k,m,n＝0，即该用户不能复用信道n，该用户只能或者使用专用信道或者无法接入系统。

针对D2D用户，我们将其建模为吞吐量最大化模型，并根据匈牙利算法求解，以获得预分配结果。

检验预分配结果，剔除θ_k,m,n＝0的信道分配结果，最终确定接入方案，并根据分配方案将发射功率下发至D2D用户的发射机，完成复用信道指配工作。

如果有未能复用的蜂窝用户，完成蜂窝用户的专用信道分配。

针对准入控制参数为0的D2D用户，进行吞吐量计算，取吞吐量较大的N-M对用户接入系统，剩余D2D用户放弃接入，完成专用信道分配。

系统首先分析第k对D2D用户和第m个蜂窝用户复用第n个上行链路的情况。可以计算出D2Dk用户对的发送端S_k需要的最小发射功率：

同样计算出避免干扰蜂窝用户的最大发射功率：

其中H_k是S_k和基站间的信道增益，I₀为基站干扰门限。所以对于D2D用户的发射功率需要满足：

在做资源复用分配之前，考察D2D用户是否可以与UE用户在第n个信道上进行复用，设I₀为系统要求的基站接收信息的干扰门限。当I_k,m,n≤I₀时，令接入准入参数θ_k,m,n＝1，表示第k对D2D用户可以与第m个UE用户复用第n个信道资源。如果I_k,m,n＞I₀时，则θ_k,m,n＝0，即相应的D2D用户不能与UE用户共用第n个信道。

同样的，如果D2D用户使用专用信道n，不与蜂窝用户复用信道时，可以认为该用户与一个干扰为0的虚拟蜂窝用户复用信道n，I_k,m+1,n＝0。当UE使用独立信道，不与任何D2D用户复用信道时，可以认为该用户与一个对基站干扰为0的D2D用户复用此信道，此时，I_m,k+1,n＝0。根据以上条件分析，我们得到一个(k+1)×(m+1)×N的干扰矩阵[I_m+1,k+1,n]，和一个(k+1)×(m+1)×N的准入控制矩阵[θ_k+1,m+1,n]。

设一个预分配参数ρ_k,m,n，该参数取值范围为(0，1)，在不同条件下，该参数决定了D2D用户和UE用户的不同资源分配情况：

当k≤K,m≤M,n≤N时，ρ_k,m,n＝1表示D2D用户和UE用户可能复用信道n；

当k＝K+1,m≤M,n≤N时，ρ_k,m,n＝1表示UE用户专用信道n；

当k≤K,m＝M+1,n≤N时，ρ_k,m,n＝1表示D2D用户专用信道n；

当k＝K+1,m＝M+1,n≤N时，ρ_k,m,n＝1表示没有用户使用信道n。

资源分配的目标是尽可能多的将用户接入系统。但为了保证蜂窝用户的优先通信权，我们将对D2D用户进行准入控制。在准入控制之后，有Ka对D2D用户能够分配信道。

当K_r≤N-M时，K_a＝K，否则，K_a＝K-[K_r-(N-M)]。当这Ka对用户每对都分配到一个信道时，系统能接入的用户数达到最大，即Ka对。因此，最大化系统能接入的用户数这一目标可以转化为每对用户都分配到一个信道这一约束条件。为了尽可能D2D系统的传输吞吐量，这里引入最大化通信总吞吐量指标。因此，问题可以描述为：

以上问题的目标是在保证蜂窝用户通信的前提下，尽可能的增大D2D用户的系统吞吐量，因此采用对基站的干扰I_k,m,n＝I₀时的发射功率作为D2D用户的发射功率。这一目标也就保证了D2D用户接入数的最大化指标。另外，系统规定，一个信道只分配给一个蜂窝用户，并只能被一对D2D用户复用，或单独分配给一对D2D用户或蜂窝用户专用。求解以上问题，得到最大化D2D吞吐量为目标的信道资源分配方案。

根据最大化D2D系统吞吐量的资源分配准则，提出以下启发式算法。有N-M个空闲信道提供给D2D用户使用，因此，有Ka-(N-M)对D2D用户与蜂窝用户复用。剩余N-Ka个蜂窝用户分配空闲信道。

如图2所示，若D2D用户k和蜂窝用户m复用信道n得到的吞吐量较大，则使得D2D用户与蜂窝用户复用该信道。若此时D2D用户对该信道的干扰小于干扰门限I₀，则最终为此蜂窝用户和D2D用户分配这个信道。在剩余的D2D用户、蜂窝用户中搜索复用信道的最大吞吐量值，并进行信道分配。重复以上过程，直到满足即所有剩余的D2D用户和所有剩余的蜂窝用户都无法复用分配任何一个信道。此时将剩余蜂窝用户分配专用信道，再将D2D用户分配到剩下的专用信道中，直到分配完所有空闲信道。如果还有D2D用户没有分配信道，则放弃接入系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，所述分配方法使用如下设备：D2D模式用户发射设备、D2D模式用户接收设备以及能够与D2D模式用户发射设备和D2D模式用户接收设备相互通信的基站；所述分配方法具体包括如下步骤：

1)接入测试，基站的数据处理模块计算第k对D2D模式用户需要的最小发射功率以及该对D2D模式用户发射机对基站上行信道的干扰值I_k,m,n，存储模块中预设基站干扰门限I₀，若则赋值准入控制参数θ_k,m,n＝1，该对D2D模式用户可以与第m个UE用户复用第n个信道资源；若则赋值准入控制参数θ_k,m,n＝0，该对用户不能与第m个UE用户复用第n个信道；

2)接入分配，基站的数据控制模块计算数据吞吐量最大的信道接入方式，并对接入结果进行信道预分配；在预分配结果中剔除θ_k,m,n＝0的信道分配结果，形成最终接入方案，并以此方案将发射功率下发至D2D模式用户的发射机，完成复用信道指配；

3)信道再接入，对于结果检验步骤中未能复用信道的蜂窝模式用户，基站为其分配蜂窝模式专用信道；对于接入测试步骤中赋值准入控制参数θ_k,m,n＝0的用户，基站的数据处理模块进行吞吐量计算并降序排列，取吞吐量较大的N-M对用户分配专用信道，剩余D2D模式用户放弃接入。

2.根据权利要求1所述的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，接入测试步骤中，最小发射功率的计算方法为，基站的数据处理模块测试第k对D2D模式用户和第m个蜂窝用户复用第n个上行链路的情况，D2D_k对用户的发送端S_k需要的最小发射功率信噪比门限T₀、信道增益G_k以及对用户的干扰A_m,k,n之间满足

D2D模式用户的发射功率满足

3.根据权利要求2所述的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，当D2D k对用户和蜂窝用户m复用信道n得到的吞吐量较大，跳过接入分配及信道再接入步骤，直接预分配该对D2D模式用户与蜂窝用户m复用该信道，此时若D2D用户对该信道的干扰小于干扰门限I₀，最终为此蜂窝用户m和D2D k对用户分配该信道，在剩余的D2D用户、蜂窝用户中搜索复用信道的最大吞吐量值，并重复进行信道分配，直至后将剩余蜂窝用户分配至专用信道，之后将D2D用户分配到剩下的专用信道中，直到分配完所有空闲信道，最后如果还有D2D用户没有分配信道，则放弃接入系统。

4.根据权利要求1所述的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，接入预分配步骤中，最大吞吐量的计算方法为，基站对D2D模式用户进行准入控制，确定有K_a对D2D模式用户能够分配信道，并设定预分配参数ρ_k,m,n∈(0,1)，具体分配规则为：

当k＝K+1,m≤M,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，复用UE用户专用信道n；

当k＝K+1,m＝M+1,n≤N时，ρ_k,m,n＝1，没有用户使用信道n；

当K_r≤N-M时，K_a＝K，否则，K_a＝K-[K_r-(N-M)]；

当每对用户按所述分配规则分配信道时，通信总吞吐量最大值Φ满足

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5.根据权利要求4所述的一种基于D2D模式技术的混合资源分配方法，其特征在于，D2D模式用户进行准入控制方法为，当D2D用户使用专用信道n，不与蜂窝用户复用信道，或者当UE使用独立信道，不与D2D模式用户复用信道时，I_k,m+1,n＝0，则干扰矩阵[I_m+1,k+1,n]为(k+1)×(m+1)×N；准入控制矩阵[θ_k+1,m+1,n]为(k+1)×(m+1)×N。