CN112689272B - 一种通信资源分配方法 - Google Patents

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CN112689272B CN202011639435.2A CN202011639435A CN112689272B CN 112689272 B CN112689272 B CN 112689272B CN 202011639435 A CN202011639435 A CN 202011639435A CN 112689272 B CN112689272 B CN 112689272B
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Abstract

本发明提供了一种通信资源分配方法，属于无线局域网通讯技术领域。基于由于传统的算法仅关注于D2D通信中的容量最大化问题，而忽略了用户使用频谱资源的公平性问题，而本发明提出了在以最大化系统容量的前提下，利用图着色算法对D2D用户进行分簇，最后将D2D用户公平性引入频谱分配算法中。本发明在保证蜂窝用户和D2D用户的QoS要求下，将D2D分簇和用户公平性计算相结合，以解决在保证系统容量的基础上进一步提高用户的公平性这一问题。与传统的不考虑用户公平性的算法相比较，本发明中的算法下的用户公平性得到了显著提升，仿真结果验证了算法的有效性。

Description

一种通信资源分配方法
技术领域
本发明涉及一种通信资源分配方法，基于图着色且考虑用户公平性，属于无线局域网通讯技术领域。
背景技术
在5G网络中，数据流量的爆炸性增长和互联设备的大量增加给蜂窝通信带来了前所未有的压力。D2D通信技术被认为是下一代移动蜂窝通信的核心技术，它允许两个附近的终端用户直接通信而不用通过基站来通信，这种方式能够提升通信系统的频谱效率，降低基站负荷，在一定程度上缓解了频谱资源匮乏的问题。D2D用户通过复用蜂窝用户的上行或下行链路进行通信，这样在提升通信系统吞吐量的同时也带来了严重的干扰，这些干扰不仅影响D2D用户和蜂窝用户的吞吐量，而且也破坏了它们接受服务的公平性。在D2D通信中，容量最大化问题和用户对于公平性的需求问题是冲突的，也就是说容量与公平性之间存在着权衡问题。因此，在D2D通信系统中考虑用户公平性是很有必要的。
为了有效地控制用户间干扰，提高D2D通信系统的性能，保证用户之间的公平性，人们已经开展了多项研究。有一种算法是基于接入增益的频谱分配算法，它比较了不同D2D用户复用不同蜂窝用户的信道时系统容量的增益大小，只允许复用后产生容量增益最大的D2D用户复用蜂窝用户的频谱资源。在这种算法下，仅“一对一”复用情景下系统容量达到最大而且没考虑用户的公平性。另一种算法在保证单个蜂窝用户的最小传输速率和D2D用户比例公平的前提下，研究了加权蜂窝系统的吞吐量最大化问题。但这种方法只考虑了单个D2D用户复用单个蜂窝用户的频谱资源，这种“一对一”的分配方法使得D2D通信系统总的容量并没有得到很大的提升。还有一种算法引用了D2D簇的概念，即同一个D2D簇中的多个D2D用户可以复用相同的蜂窝用户的频谱资源，这种“多对一”的分配方法提升了D2D系统的容量，但是没有考虑用户公平性，也就是说信道状态较差的信道很难获得被调度的机会。
发明内容
本发明的目的在于保证D2D用户和蜂窝用户的用户服务质量的前提下，同时考虑D2D通信的通信容量和用户公平性。首先利用图着色算法对宏蜂窝下的D2D用户按照一定的干扰要求进行分簇，分簇后按照满足用户服务质量，提高系统容量和用户公平性为D2D簇选择可复用的蜂窝用户频谱资源。与传统“一对一”频谱复用的算法相比，此发明下的系统容量变大，这是因为此算法对D2D进行分簇，分簇后实现“多对一”的复用。但是，与传统的“多对一”复用算法相比，此发明下的系统容量有所下降，这是因为用系统容量的下降换取了用户公平性的提升。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于图着色且考虑公平的频谱分配算法，这种算法对系统容量和用户公平性这两种指标进行了折中，在关注D2D系统容量最大化的同时提供给那些信道质量差，一直没有被调度的D2D用户接入信道的机会。在仿真实验中验证了此算法的有效性。
本发明是根据以下技术方案实现的：
一种通信资源分配方法，包括如下步骤：
步骤S1：假设有M个蜂窝用户和N个D2D用户对，每个蜂窝用户表示Ci，每个D2D用户表示为Dj，其中1≤i≤M，1≤j≤N，i、M、j、N都为正整数，蜂窝用户与基站进行通信而且蜂窝用户使用的频谱是相互正交的，D2D用户对通过复用蜂窝用户的频谱来进行相互之间的通信，信道增益的计算方式为：
Figure GDA0003672211670000031
其中，G为路径损耗常数，α为路径损耗指数，li，B为蜂窝用户Ci与基站之间的距离，βi，B为蜂窝用户Ci与基站之间服从指数分布的快衰落因子或者服从对数分布的慢衰落因子；
步骤S2：当单个D2D用户j复用蜂窝用户i的信道资源时，D2D用户和蜂窝用户的信干噪比分别为
Figure GDA0003672211670000032
其中pC，pD分别表示为D2D用户和蜂窝用户的发射功率，N0表示噪声功率，
Figure GDA0003672211670000033
是蜂窝用户Ci和基站之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000034
是D2D对Dj和基站之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000035
是D2D对Dj1发射端到D2D对Dj2接收端之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000036
是D2D对Dj发射端与接收端之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000037
是蜂窝用户Ci和D2D对Dj之间的信道增益，各信道增益根据步骤S1中的相应的公式计算，Dj1和Dj2属于不同的Dj，1≤j1≤N，1≤j2≤N，j1≠j2；
步骤S3：根据用户信干噪比，计算蜂窝用户Ci和D2D用户Dj的传输速率分别为：
Figure GDA0003672211670000038
和
Figure GDA0003672211670000039
式中B表示带宽；
步骤S4：根据D2D用户对之间的干扰，引入互干扰参数
Figure GDA00036722116700000310
来表示两个D2D用户对的干扰程度以及门限值ε0，通过判断ε和ε0判断两个D2D用户对之间的干扰程度；
步骤S5：利用图着色算法对D2D用户进行分簇，对所有D2D用户，根据互干扰参数的计算公式来计算任意两个不同的D2D用户对的互干扰参数
Figure GDA00036722116700000311
定义连接矩阵AN×N，当
Figure GDA00036722116700000312
则令
Figure GDA00036722116700000313
否则
Figure GDA00036722116700000314
对连接矩阵进行按列求和得到每个D2D用户的连接度，按照连接度大小降序排列，根据排列结果进行着色；最终所有N个节点使用K个颜色进行着色，最终所有N个D2D用户对被分成K个集合，K为正整数，第k个集合为Φk，如果D2D用户对Dj属于第k个集合，那么记为Dj∈Φk；
步骤S6：对D2D用户进行分簇后，考虑不同的D2D簇复用不同的蜂窝用户的频谱资源时，系统总的吞吐量表示为：
Figure GDA0003672211670000041
其中约束条件为：
Figure GDA0003672211670000042
和
Figure GDA0003672211670000043
即蜂窝用户和D2D用户的信干噪比必须大于其信干噪比门限值，其中，πi，j为频谱复用参数，πi，j＝1代表D2D用户Dj复用蜂窝用户Ci的频谱资源，πi，j＝0表示D2D用户Dj不复用蜂窝用户Ci的频谱资源；
步骤S7：优化目标最大化R根据公平性计算算法转化为最大化
Figure GDA0003672211670000044
其中，
Figure GDA0003672211670000045
为系统总的平均吞吐量，据此优化目标来进行频谱分配所得的结果在保证系统容量的基础上最大化用户的公平性。
优选地，步骤S4中，当ε＞ε0，表示两个D2D用户对之间的干扰相对严重，不能同时使用同一个蜂窝用户的资源；
当ε≤ε0，两个D2D用户对的干扰相对不严重，可使用相同的频谱资源。
优选地，步骤S8中的公平性计算算法为
Figure GDA0003672211670000046
Rj[t]为D2D用户Dj第t个时隙的瞬时速率，
Figure GDA0003672211670000047
为D2D用户Dj在第t个时隙的累积平均吞吐量，
Figure GDA0003672211670000048
的计算公式为
Figure GDA0003672211670000049
其中，1≤k≤K，且k为整数。
优选地，步骤S5的着色步骤包括：初始化所需颜色集合C，对于第i次着色的点，先获取前i-1个已着色节点的颜色标号，然后在从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与此节点相连节点的颜色标号；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，不存在剩余颜色供该节点使用，那么新定义一个颜色，即更新集合C中的颜色，然后给该节点着色为新添加的颜色；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，仍然存在一些颜色标号供该节点使用，那么取这些颜色标号中使用节点最少的颜色给第i次着色的节点进行着色，以此逐渐循环，直到所有N个节点全部着色成功。
相对于现有技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明的通信资源分配方法不仅将D2D分簇以实现多对一的资源复用来提高系统的吞吐量，而且将用户公平性引入D2D频谱分配中，与传统的一对一资源复用算法比较，本发明中的算法能显著提升系统的吞吐量，与传统的不考虑用户公平性的算法相比较，本发明中的算法虽然牺牲掉了部分吞吐量，但是用户公平性得到显著的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为蜂窝网络系统模型。
图2为不同D2D数目下不同算法的系统吞吐量性能对比。
图3为不同D2D数目下不同算法的公平性对比。
图4为不同蜂窝数目下不同算法的系统吞吐量性能对比。
图5为不同D2D用户发送功率下不同算法的系统吞吐量性能对比。
图6为不同噪声功率下不同算法的系统吞吐量性能对比。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本方法进行详细说明。
如图1所示为蜂窝网络系统模型，本发明的一种通信资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：假设有M个蜂窝用户和N个D2D用户对，每个蜂窝用户表示Ci，每个D2D用户表示为Dj，其中1≤i≤M，1≤j≤N，i、M、j、N都为正整数，蜂窝用户与基站进行通信而且蜂窝用户使用的频谱是相互正交的，D2D用户对通过复用蜂窝用户的频谱来进行相互之间的通信，信道增益的计算方式为：
Figure GDA0003672211670000061
其中，G为路径损耗常数，α为路径损耗指数，li，B为蜂窝用户Ci与基站之间的距离，βi，B为蜂窝用户Ci与基站之间服从指数分布的快衰落因子或者服从对数分布的慢衰落因子；
步骤S2：当单个D2D用户j复用蜂窝用户i的信道资源时，D2D用户和蜂窝用户的信干噪比分别为
Figure GDA0003672211670000062
其中pC，pD分别表示为D2D用户和蜂窝用户的发射功率，N0表示噪声功率，
Figure GDA0003672211670000063
是蜂窝用户Ci和基站之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000064
是D2D对Dj和基站之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000065
是D2D对Dj1发射端到D2D对Dj2接收端之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000066
是D2D对Dj发射端与接收端之间的信道增益，
Figure GDA0003672211670000067
是蜂窝用户Ci和D2D对Dj之间的信道增益，各信道增益根据步骤S1中的相应的公式计算，Dj1和Dj2属于不同的Dj，1≤j1≤N，1≤j2≤N，j1≠j2；
步骤S3：根据用户信干噪比，计算蜂窝用户Ci和D2D用户Dj的传输速率分别为：
Figure GDA0003672211670000068
和
Figure GDA0003672211670000069
式中B表示带宽；
步骤S4：根据D2D用户对之间的干扰，引入互干扰参数
Figure GDA0003672211670000071
来表示两个D2D用户对的干扰程度以及门限值ε0，通过判断ε和ε0判断两个D2D用户对之间的干扰程度；
其中，当ε＞ε0，表示两个D2D用户对之间的干扰相对严重，不能同时使用同一个蜂窝用户的资源；
当ε≤ε0，两个D2D用户对的干扰相对不严重，可使用相同的频谱资源。
步骤S5：利用图着色算法对D2D用户进行分簇，对所有D2D用户，根据互干扰参数的计算公式来计算任意两个不同的D2D用户对的互干扰参数
Figure GDA0003672211670000072
定义连接矩阵AN×N，当
Figure GDA0003672211670000073
则令
Figure GDA0003672211670000074
否则
Figure GDA0003672211670000075
对连接矩阵进行按列求和得到每个D2D用户的连接度，按照连接度大小降序排列，根据排列结果进行着色；最终所有N个节点使用K个颜色进行着色，最终所有N个D2D用户对被分成K个集合，K为正整数；其中，每个集合里的D2D用户对可以使用相同的频谱资源。第k(1≤k≤K)个集合为Φk，如果D2D用户对Dj属于第k个集合，那么记为Dj∈Φk。
其中步骤S5的着色的步骤包括：初始化所需颜色集合C，对于第i次着色的点，先获取前i-1个已着色节点的颜色标号，然后在从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与此节点相连节点的颜色标号；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，不存在剩余颜色供该节点使用，那么新定义一个颜色，即更新集合C中的颜色，然后给该节点着色为新添加的颜色；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，仍然存在一些颜色标号供该节点使用，那么取这些颜色标号中使用节点最少的颜色给第i次着色的节点进行着色，以此逐渐循环，直到所有N个节点全部着色成功；
步骤S6：对D2D用户进行分簇后，考虑不同的D2D簇复用不同的蜂窝用户的频谱资源时，系统总的吞吐量表示为：
Figure GDA0003672211670000081
其中约束条件为：
Figure GDA0003672211670000082
和
Figure GDA0003672211670000083
即蜂窝用户和D2D用户的信干噪比必须大于其信干噪比门限值，其中，πi，j为频谱复用参数，πi，j＝1代表D2D用户Dj复用蜂窝用户Ci的频谱资源，πi，j＝0表示D2D用户Dj不复用蜂窝用户Ci的频谱资源；
本发明中还对比了基于接入增益的频谱分配算法，此算法下每个蜂窝用户的频谱资源最多只会被一个D2D用户对使用。未被D2D用户复用时，蜂窝用户的系统容量为：
Figure GDA0003672211670000084
D2D用户复用蜂窝用户的频谱资源后，整个系统的吞吐量增益为：
Figure GDA0003672211670000085
可以看出，此算法是以整个系统吞吐量增益最大化为目标来进行信道分配，但此算法的资源复用方案是一对一复用，所以其系统总的吞吐量会比多对一方式下的吞吐量小很多。
步骤S7：优化目标最大化R根据公平性计算算法转化为最大化
Figure GDA0003672211670000086
其中，
Figure GDA0003672211670000087
为系统总的平均吞吐量，据此优化目标来进行频谱分配所得的结果在保证系统容量的基础上最大化用户的公平性。
发明中采用比例公平算法(PF)，PF算法调度策略可以表示为：
Figure GDA0003672211670000091
其中，Rq为用户q的瞬时速率，
Figure GDA0003672211670000092
为用户截至此时隙的平均速率，λq为调度权重。
根据PF算法，D2D用户j在第t个时隙的优先级可以表示为：
Figure GDA0003672211670000093
其中，Rj[t]为D2D用户j第t个时隙的瞬时速率，
Figure GDA0003672211670000094
为用户j在第t个时隙的累积平均吞吐量，
Figure GDA0003672211670000095
为D2D用户Dj在第t个时隙的累积平均吞吐量，
Figure GDA0003672211670000096
的计算公式为
Figure GDA0003672211670000097
其中，1≤k≤K，且k为整数。
如果一个D2D对连续多次被调度，则累积平均吞吐量会上升，导致优先级降低，从而调度器会优先调度其他D2D对；相反，如果一个D2D对长期无法被调度，累积平均吞吐量会降低，导致优先级升高，从而获得被调度的机会。
步骤S8中的公平性计算算法为
Figure GDA0003672211670000098
Rj[t]为D2D用户Dj第t个时隙的瞬时速率，
Figure GDA0003672211670000099
为D2D用户Dj在第t个时隙的累积平均吞吐量，
Figure GDA00036722116700000910
的计算公式为
Figure GDA00036722116700000911
其中，1≤k≤K，且k为整数
基于系统模型和本发明提出的基于图着色且考虑公平的频谱分配算法进行仿真，验证此算法在用户公平性上的性能。蜂窝半径为500m，D2D传输距离为20m，蜂窝用户发送功率为0.1w，D2D用户发送功率为的范围为[0.01w，0.1w]，噪声功率谱密度为-174dBm，设置D2D用户和蜂窝用户的数目范围分别为[20，100]，设置D2D用户互干扰门限分别为3×10-8和5×10-8。
在系统容量的仿真中，本发明所提出的算法引入了优先级计算，不同D2D用户优先级计算公式为：
Figure GDA0003672211670000101
根据计算的D2D优先级大小对用户进行信道分配，在满足蜂窝用户和D2D用户的自身QoS要求下，同时考虑瞬时速率和平均速率，牺牲掉部分系统容量来保证用户的公平性。
图2展示了本发明所提算法的系统容量和其他算法下系统容量的对比情况。在仿真实验中，蜂窝用户的数目设置为100，D2D用户的数目设置的范围为[10，70]，D2D用户的发送功率为0.02w，蜂窝用户发送功率为0.1w。由图2可以看出，随着D2D用户数目的增多，四种算法下的系统容量都呈现增加的趋势，这是因为D2D数目增多意味着可以接入信道的D2D用户数增多，而且在复用信道时可供选择的D2D数量也变多，因此更趋向于选择接入增益最高的D2D用户对或用户簇。四种算法里，本发明中所提的基于图着色且考虑公平的D2D通信频谱分配算法下的系统容量不是最高，这是因为本算法关注不仅是系统容量的最大化，而是更关注于用户之间的公平性，使得那些一直没有机会复用蜂窝用户频谱的D2D用户有机会接入信道。
本发明中引入一种公平指数的计算方式：
Figure GDA0003672211670000102
其中，N为系统的用户个数，Ri(Δt)为用户i在时间间隔Δt内的实际吞吐量。公平指数越高，说明用户获得的资源越平均，用户公平性越高。
图3展示了本发明所提算法的公平指数和其他算法下公平指数的对比情况。在仿真实验中，蜂窝用户的数目设置为100，D2D用户的数目设置的范围为[10，70]，D2D用户的发送功率为0.02w，蜂窝用户发送功率为0.1w。图3可以看出随着D2D对数的增加，四种算法的系统公平指数都呈下降趋势。本发明所提算法用户的公平性要明显地高于其他算法，由于本文所提算法在进行信道分配时是依据上述公式(12)中的优先级计算方法的，即以用户公平性为优化原则，此算法显著保护了用户的公平性。而基于接入增益的频谱分配算法公平性很差，此算法以最大化系统吞吐量为目标，优先考虑使吞吐量最大的D2D用户和蜂窝用户，导致公平性最差。
在本发明中，还进一步选取了部分参数对算法进行了仿真。图4设置了蜂窝用户数目为20-100，展示了四种算法下的系统容量的变化情况，可以看出随着蜂窝用户数目的增多，系统容量增加。蜂窝用户数量增多，意味着可以供D2D用户选择的频谱资源增多，D2D用户更趋向于选择信道质量好的蜂窝用户资源进行复用，因此使得系统吞吐量提高。
图5展示了四种算法下的系统吞吐量随着D2D发射功率的增加而增加，因为增大D2D用户发射功率会使有用信号功率增大，但是同时也会使得D2D用户之间，D2D与蜂窝用户之间的干扰增大，所以这种增加趋势会趋于平缓。图6展示了四种算法下的系统吞吐量随着噪声功率的增加而降低，因为噪声功率增大使得信噪比降低，系统吞吐量减小。
在本发明中，提出了基于图着色且考虑公平的D2D通信频谱分配算法。基于该算法，不仅将D2D分簇以实现多对一的资源复用来提高系统的吞吐量，而且将用户公平性引入D2D频谱分配中，与传统的一对一资源复用算法比较，本发明中的算法能显著提升系统的吞吐量，与传统的不考虑用户公平性的算法相比较，本发明中的算法虽然牺牲掉了部分吞吐量，但是用户公平性得到显著的提升。仿真结果表明了算法的有效性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种通信资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：假设有M个蜂窝用户和N个D2D用户对，每个蜂窝用户表示Ci，每个D2D用户表示为Dj，其中1≤i≤M，1≤j≤N，i、M、j、N都为正整数，蜂窝用户与基站进行通信而且蜂窝用户使用的频谱是相互正交的，D2D用户对通过复用蜂窝用户的频谱来进行相互之间的通信，信道增益的计算方式为：
Figure FDA0003751140720000011
其中，G为路径损耗常数，βi,B为蜂窝用户Ci与基站之间服从指数分布的快衰落因子，Γi,B为蜂窝用户Ci与基站之间服从对数分布的慢衰落因子，li,B为蜂窝用户Ci与基站之间的距离，α为路径损耗指数；
步骤S2：当单个D2D用户j复用蜂窝用户i的信道资源时，蜂窝用户和D2D用户的信干噪比分别为
Figure FDA0003751140720000012
其中pC，pD分别表示为蜂窝用户和D2D用户的发射功率，N0表示噪声功率，
Figure FDA0003751140720000013
是蜂窝用户Ci和基站之间的信道增益，
Figure FDA0003751140720000014
是D2D对Dj和基站之间的信道增益，
Figure FDA0003751140720000015
是D2D对Dj1发射端到D2D对Dj2接收端之间的信道增益，
Figure FDA0003751140720000016
是D2D对Dj发射端与接收端之间的信道增益，
Figure FDA0003751140720000017
是蜂窝用户Ci和D2D对Dj之间的信道增益，各信道增益根据步骤S1中的相应的公式计算，Dj1和Dj2属于不同的Dj，1≤j1≤N,1≤j2≤N,j1≠j2；
步骤S3：根据用户信干噪比，计算蜂窝用户Ci和D2D用户Dj的传输速率分别为：
Figure FDA0003751140720000018
和
Figure FDA0003751140720000019
式中B表示带宽，
Figure FDA00037511407200000110
表示蜂窝用户i的信干噪比，
Figure FDA00037511407200000111
表示D2D对Dj的信干噪比；
步骤S4：根据D2D用户对之间的干扰，引入互干扰参数
Figure FDA0003751140720000021
来表示两个D2D用户对的干扰程度以及门限值ε0，通过判断ε和ε0判断两个D2D用户对之间的干扰程度；
步骤S5：利用图着色算法对D2D用户进行分簇，对所有D2D用户，根据互干扰参数的计算公式来计算任意两个不同的D2D用户对的互干扰参数
Figure FDA0003751140720000022
定义连接矩阵AN×N，当
Figure FDA0003751140720000023
则令
Figure FDA0003751140720000024
否则
Figure FDA0003751140720000025
对连接矩阵进行按列求和得到每个D2D用户的连接度，按照连接度大小降序排列，根据排列结果进行着色；最终所有N个节点使用K个颜色进行着色，最终所有N个D2D用户对被分成K个集合，K为正整数，第k个集合为Φk，如果D2D用户对Dj属于第k个集合，那么记为Dj∈Φk；
步骤S6：对D2D用户进行分簇后，考虑不同的D2D簇复用不同的蜂窝用户的频谱资源时，系统总的吞吐量表示为：
Figure FDA0003751140720000026
其中约束条件为：
Figure FDA0003751140720000027
和
Figure FDA0003751140720000028
即蜂窝用户和D2D用户的信干噪比必须大于其信干噪比门限值，其中，πi,j为频谱复用参数，πi,j＝1代表D2D用户Dj复用蜂窝用户Ci的频谱资源，πi,j＝0表示D2D用户Dj不复用蜂窝用户Ci的频谱资源；
Figure FDA0003751140720000029
为单个D2D用户Dj的发射端到接收端之间的信道增益，
Figure FDA00037511407200000210
为同一个簇Φk中不同D2D用户之间的信道增益,Dj0表示与D2D用户Dj处于同一个簇Φk的其他D2D用户，j0代表与D2D用户Dj处于同一个簇Φk的其他D2D用户的下标,N0表示信道中存在的加性高斯白噪声的功率；
步骤S7：优化目标最大化R根据公平性计算算法转化为最大化
Figure FDA00037511407200000211
其中，
Figure FDA0003751140720000031
为系统总的平均吞吐量，据此优化目标来进行频谱分配所得的结果在保证系统容量的基础上最大化用户的公平性。
2.根据权利要求1所述的通信资源分配方法，其特征在于，
步骤S4中，当ε＞ε0，表示两个D2D用户对之间的干扰相对严重，不能同时使用同一个蜂窝用户的资源；
当ε≤ε0，两个D2D用户对的干扰相对不严重，可使用相同的频谱资源。
3.根据权利要求1所述的通信资源分配方法，其特征在于，
步骤S8中的公平性计算算法为
Figure FDA0003751140720000032
Rj[t]为D2D用户Dj第t个时隙的瞬时速率，
Figure FDA0003751140720000033
为D2D用户Dj在第t个时隙的累积平均吞吐量，
Figure FDA0003751140720000034
的计算公式为
Figure FDA0003751140720000035
其中，1≤k≤K，且k为整数。
4.根据权利要求1所述的通信资源分配方法，其特征在于，步骤S5的着色步骤包括：初始化所需颜色集合C，对于第i次着色的点，先获取前i-1个已着色节点的颜色标号，然后在从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与此节点相连节点的颜色标号；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，不存在剩余颜色供该节点使用，那么新定义一个颜色，即更新集合C中的颜色，然后给该节点着色为新添加的颜色；如果从集合C中去掉前i-1个已着色节点中与该节点相连节点的颜色标号后，仍然存在一些颜色标号供该节点使用，那么取这些颜色标号中使用节点最少的颜色给第i次着色的节点进行着色，以此逐渐循环，直到所有N个节点全部着色成功。
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