CN116367332B - 一种5g系统下基于分级控制的d2d资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法。解决了现有5G资源优化配置存在提高5G系统负荷，增加操作复杂度的问题。方法包括计算待接入D2D用户对系统接入和业务申请成功率，在此基础上测算出在不同时刻吞吐量，推算出分级控制评估值；对每个蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算实际吞吐量，根据小区业务指标归一化处理和D2D用户对与各蜂窝用户相对位置，计算蜂窝用户业务质量变量。根据评估值划分分级控制区间，根据干扰最小化和吞吐性能最大化原则，在不同分级控制区间选出最合适蜂窝用户用于待接入D2D用户对复用。本发明在5G系统中更好融合D2D技术，尽量减少D2D用户对与蜂窝用户之间的干扰，充分考虑小区的频谱复用特性。

Description

一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法
技术领域
本发明涉及5G通讯技术领域，尤其涉及一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法。
背景技术
D2D（Device-to-Device）通信技术应用到传统的蜂窝网络中，形成了一种异构的通信网络。尤其在5G系统中，D2D通过共享授权的小区资源，能够提升频谱效率，增加系统容量和减轻5G基站的通信负荷。但同时它又会可能会引起严重的系统干扰，因此资源的优化配置成为目前一个比较重要的研究方向。现有的研究往往聚焦于精准的功率控制来弱化干扰的影响，或从动态复用信道资源入手，或借助于CoMP多点协作传输技术。但功控及CoMP技术会提高5G系统的负荷，动态复用信道资源又增加了操作的复杂度。因此需要设计一种能克服上述问题的D2D资源分配方法。
发明内容
本发明主要解决了现有5G资源优化配置存在提高5G系统负荷，增加操作复杂度的问题，提供了一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，包括以下步骤：
根据单蜂窝小区待接入D2D用户对的接入信息计算其业务申请成功概率，根据上一时刻系统成功接入概率测算当前时刻系统成功接入概率，在此基础上测算待接入D2D用户对上一时刻和当前时刻实际吞吐量，由此计算出分级评估值；
对小区各蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，将蜂窝用户的业务指标进行归一化处理，并结合待接入D2D用户对与各蜂窝用户相对位置计算所有蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量；
设定低阶门限和高阶门限，对分级评估值进行高中低阶三种分级控制区间划分；
在低阶分级控制情况下，根据资源块能力选取吞吐性能最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在中阶分级控制情况下，根据业务质量变量获取质量集合，从中选取占有资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在高阶分级控制情况下，从质量集合中选取信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
本发明计算待接入D2D用户对的系统接入和业务申请的成功率，在此基础上测算出在不同时刻的吞吐量，进而推算出相应的分级评估值；对每个蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，根据小区业务指标归一化处理和待接入D2D用户对与各蜂窝用户相对位置，计算出蜂窝用户的业务质量变量。根据分级评估值划分分级控制区间，根据干扰最小化和吞吐性能最大化原则，在不同分级控制区间筛选出最合适的蜂窝用户用于待接入D2D用户对复用，为提升D2D用户对的业务性能提供质量保障。本发明方法能够在5G系统中更好的融合D2D技术，并尽量减少D2D用户对与蜂窝用户之间的干扰，并充分考虑小区的频谱复用特性，以选择合适的信道资源分配给D2D用户对。
作为上述方案的一种优选方案，所述的根据单蜂窝小区待接入D2D用户对的接入信息计算其业务申请成功概率，具体包括：
设定待接入D2D用户对的用户到达率、系统阻塞率、业务申请率；
根据1与系统阻塞率的差值得到系统非阻塞率，根据用户到达率与系统非阻塞率的乘积得到待接入D2D用户对进入单蜂窝小区成功概率；
根据进入单蜂窝小区成功概率与业务申请率的乘积得到业务申请成功率。
设定待接入D2D用户对Dprcr的用户到达率Parcr、系统阻塞率Pblcr、业务申请率Papcr；待接入D2D用户对进入单蜂窝小区成功概率Psarcr=Parcr*(1-Pblcr)，计算业务申请成功率Psapcr=Psarcr*Papcr。
作为上述方案的一种优选方案，所述的测算当前时刻系统成功接入概率，具体包括：
获取待接入D2D用户对在上一时刻系统成功接入概率，设定接入因子；
当前时刻系统成功接入概率为：接入因子*上一时刻系统成功接入概率+（1-接入因子）*业务申请成功概率。
获取待接入D2D用户对在上一时刻系统成功接入概率Pact-1,cr，设定接入因子δ∈[0,1]；
计算当前时刻系统成功接入概率Pact,cr=δ*Pact-1,cr+(1-δ)* Psapcr。
作为上述方案的一种优选方案，所述的计算出分级评估值，具体包括：
设定待接入D2D用户对的申请业务目标速率；
根据申请业务目标速率与上一时刻系统成功接入概率的乘积，得到待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量；
根据申请业务目标速率与当前时刻系统成功接入概率的乘积，得到待接入D2D用户对当前时刻实际吞吐量；
将待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量与当前时刻实际吞吐量差值的绝对值，与当前时刻实际吞吐量相比，获得待接入D2D用户对分级评估值。
设定待接入D2D用户对的申请业务目标速率Vlocr；
计算待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量Thrt-1,cr=Vlocr* Pact-1,cr；
计算待接入D2D用户对当前时刻实际吞吐量Thrt,cr=Vlocr* Pact,cr；
计算分级评估值Hcvct=abs(Thrt-1,cr－Thrt,cr)/ Thrt,cr。
作为上述方案的一种优选方案，所述的对小区各蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，具体包括：
设定单个资源块占用子载波数、子载波带宽，获取各蜂窝用户的占用资源块数量、业务信噪比、误码率；
根据蜂窝用户误码率计算误码率转换值：-ln(5*误码率)/1.5，其中ln()为自然对数函数；
根据误码率转换值，结合占用资源块数量、业务信噪比、单个资源块占用子载波数、子载波带宽计算得到各蜂窝用户实际吞吐量。
设定单个资源块占用子载波数Nmrb、子载波带宽Wdrb(kHz)，获取各蜂窝用户的占用资源块数量NRB={Nrb1，Nrb2，…，Nrbm}、业务信噪比SNR={Snr1，Snr2，…，Snrm}、误码率BER={Ber1，Ber2，…，Berm}，m为蜂窝用户数量；
计算误码率转换值Beri＇=-ln(5* Beri)/1.5；
各蜂窝用户实际吞吐量：
Thui=Nrbi* Nmrb*(Wdrb/1024) *log2(1+Snri/ Beri＇)(Mbps)。
作为上述方案的一种优选方案，所述的计算所有蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量，具体包括：
业务指标包括误码率和业务时延；
根据蜂窝用户误码率与所有蜂窝用户误码率之和的比值，得到误码率归一值，根据蜂窝用户业务时延与所有蜂窝用户业务时延之和的比值，得到业务时延归一值；
将误码率归一值和业务时延归一值相加，得到蜂窝用户的归一值总值；
设定质量常数，待接入D2D用户对接入位置至各蜂窝用户的距离；
根据质量常数与归一值总值的乘积，与距离二次方的比值，得到各蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量。
各蜂窝用户的业务时延DLY={Dly1，Dly2，…，Dlym}；
计算误码率归一值BerYVi= Beri/∑m i=1Beri，计算业务时延归一值DlyYVi= Dlyi/∑m i=1Dlyi；
计算各蜂窝用户的归一值总值CogYVi=BerYVi+DlyYVi；
设定质量常数kq∈[104, 105]( m2)，D2D用户对接入位置至各蜂窝用户的距离DST={Dst1，Dst2，…，Dstm}；
计算各蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量
Qsvi=kq*CogYVi/power(Dsti,2)。
作为上述方案的一种优选方案，所述的在低阶分级控制情况下，根据资源块能力选取吞吐性能最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值小于低阶门限情况下，
筛选出资源块能力不小于当前时刻实际吞吐量的蜂窝用户，将筛选出的蜂窝用户构成能力集合，资源块能力为蜂窝用户实际吞吐量与资源块数量的比值；
在能力集合不为空情况，从能力集合中选取资源块能力值最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在能力集合为空情况，将所有蜂窝用户按资源块能力值进行降序排列，挑选第一个蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
在满足Hcvct＜Hcvlow，为低阶分级控制情况，表示当前D2D用户对接入环境良好，业务平稳；筛选出资源块能力Abtj≥Thrt,cr的所有蜂窝用户组成能力集合Staus={Usrj}，j为筛选出的蜂窝用户数量，其中资源块能力为Abti=Thui/Nrbi；若能力集合Staus不为空，从能力集合中选取资源块能力值最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；若能力集合Staus为空，将所有蜂窝用户按资源块能力值进行降序排列，挑选第一个蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
作为上述方案的一种优选方案，所述的在中阶分级控制情况下，根据业务质量变量获取质量集合，从中选取占有资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值不小于低阶门限，且不大于高阶门限情况下，
筛选出业务质量变量不大于所有蜂窝用户业务质量变量均值的蜂窝用户，将筛选出的蜂窝用户构成质量集合；
从质量集合中选取占用资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
在满足Hcvct∈[Hcvlow，Hcvhigh]，为中阶分级控制情况，表示当前D2D用户接入环境一般，业务存有少许抖动；所有蜂窝用户业务质量变量均值Qsvav=∑m i=1Qsvi/m，筛选所有满足Qsvk≤Qsvav的蜂窝用户组成质量集合Stqus={Usrk}，k为筛选出的蜂窝用户数量；从质量集合Stqus中选取占用资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
作为上述方案的一种优选方案，所述的在高阶分级控制情况下，从质量集合中选取信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值大于高阶门限情况下，
从质量集合中选取业务信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
在满足Hcvct＞Hcvhigh，为高阶分级控制情况，表示当前D2D用户对接入环境较差，业务抖动厉害；从质量集合中选取业务信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，若业务信噪比最大的蜂窝用户具有多个，则选取第一个蜂窝用户即可。
本发明的优点是：计算待接入D2D用户对的系统接入和业务申请的成功率，在此基础上测算出在不同时刻的吞吐量，进而推算出相应的分级评估值；对每个蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，根据小区业务指标归一化处理和待接入D2D用户对与各蜂窝用户相对位置，计算出蜂窝用户的业务质量变量。根据分级评估值划分分级控制区间，根据干扰最小化和吞吐性能最大化原则，在不同分级控制区间筛选出最合适的蜂窝用户用于待接入D2D用户对复用，为提升D2D用户对的业务性能提供质量保障。本方法能够在5G系统中更好的融合D2D技术，并尽量减少D2D用户对与蜂窝用户之间的干扰，并充分考虑小区的频谱复用特性，以选择合适的信道资源分配给D2D用户对。
附图说明
图1是本发明的一种流程示意图；
图2是本发明与其他算法的D2D接入累计分布对比图；
图3是本发明与其他算法的系统容量对比图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其实施环境包括单蜂窝小区eNodeB，小区覆盖范围内存有数量为m的蜂窝用户USR={Usr1，Usr2，…，Usrm}，以及一定数量的D2D用户对；各蜂窝用户占用的资源块数量NRB={Nrb1，Nrb2，…，Nrbm}，业务信噪比SNR={Snr1，Snr2，…，Snrm}，误码率BER={Ber1，Ber2，…，Berm}，业务时延DLY={Dly1，Dly2，…，Dlym}；小区待接入D2D用户对Dprcr。
如图1所示，方法包括以下步骤：
步骤一：根据单蜂窝小区待接入D2D用户对的接入信息计算其业务申请成功概率，根据上一时刻系统成功接入概率测算当前时刻系统成功接入概率，在此基础上测算待接入D2D用户对上一时刻和当前时刻实际吞吐量，由此计算出分级评估值；具体包括以下步骤：
（1-1）：设定待接入D2D用户对Dprcr的用户到达率Parcr、系统阻塞率Pblcr、业务申请率Papcr；
待接入D2D用户对进入单蜂窝小区成功概率
Psarcr=Parcr*(1-Pblcr)，
计算业务申请成功率
Psapcr=Psarcr*Papcr。
（1-2）：获取待接入D2D用户对在上一时刻系统成功接入概率Pact-1,cr，设定接入因子δ∈[0,1]；
计算当前时刻系统成功接入概率
Pact,cr=δ*Pact-1,cr+(1-δ)* Psapcr，
其中t为当前时刻，t-1为上一时刻。
（1-3）：设定待接入D2D用户对的申请业务目标速率Vlocr；
计算待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量
Thrt-1,cr=Vlocr* Pact-1,cr；
计算待接入D2D用户对当前时刻实际吞吐量
Thrt,cr=Vlocr* Pact,cr；
计算待接入D2D用户对分级评估值
Hcvct=abs(Thrt-1,cr－Thrt,cr)/ Thrt,cr。
步骤二：对小区各蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，将蜂窝用户的业务指标进行归一化处理，并结合待接入D2D用户对与各蜂窝用户相对位置计算所有蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量；具体包括以下步骤：
（2-1）：设定单个资源块占用子载波数Nmrb、子载波带宽Wdrb(kHz)，获取各蜂窝用户的占用资源块数量NRB={Nrb1，Nrb2，…，Nrbm}、业务信噪比SNR={Snr1，Snr2，…，Snrm}、误码率BER={Ber1，Ber2，…，Berm}；
计算误码率转换值Beri＇=-ln(5* Beri)/1.5；
各蜂窝用户实际吞吐量：
Thui=Nrbi* Nmrb*(Wdrb/1024) *log2(1+Snri/ Beri＇)(Mbps)。
（2-2）：计算误码率归一值BerYVi= Beri/∑m i=1Beri，计算业务时延归一值DlyYVi=Dlyi/∑m i=1Dlyi；
计算各蜂窝用户的归一值总值CogYVi=BerYVi+DlyYVi；
设定质量常数kq∈[104, 105]( m2)，获取D2D用户对接入位置至各蜂窝用户的距离DST={Dst1，Dst2，…，Dstm}；
计算各蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量
Qsvi=kq*CogYVi/power(Dsti,2)。
步骤三：设定低阶门限和高阶门限，对分级评估值进行高中低阶三种分级控制区间划分；
根据待接入D2D用户对分级评估值，在对应的控制区间内筛选合适的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，包括：
在低阶分级控制情况下，根据资源块能力选取吞吐性能最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在中阶分级控制情况下，根据业务质量变量获取质量集合，从中选取占有资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在高阶分级控制情况下，从质量集合中选取信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
具体包括以下步骤：
设定低阶门限Hcvlow和高阶门限Hcvhigh，满足Hcvct＜Hcvlow，为低阶分级控制区间，满足Hcvct∈[Hcvlow，Hcvhigh]，为中阶分级控制区间，满足Hcvct＞Hcvhigh，为高阶分级控制区间。
计算资源块能力为Abti=Thui/Nrbi，筛选出资源块能力Abtj≥Thrt,cr的所有蜂窝用户组成能力集合Staus={Usrj}。
计算蜂窝用户业务质量变量均值Qsvav=∑m i=1Qsvi/m，筛选所有满足Qsvk≤Qsvav的蜂窝用户组成质量集合Stqus={Usrk}；
对于能力集合和质量集合的建立，可以在分级控制前进行，便于后续分级控制中使用。由于分级评估值会归属于其中一个分级控制，也可以在分级控制判断后建立对应的能力集合或质量集合，以供分级控制中使用。
若Hcvct＜Hcvlow，为低阶分级控制；
若能力集合Staus不为空，从能力集合中选取资源块能力值最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；若能力集合Staus为空，将所有蜂窝用户按资源块能力值进行降序排列，挑选第一个蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
若Hcvct∈[Hcvlow，Hcvhigh]，为中阶分级控制；
从质量集合Stqus中选取占用资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
若Hcvct＞Hcvhigh，为高阶分级控制；
从质量集合中选取业务信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，若业务信噪比最大的蜂窝用户具有多个，则选取第一个蜂窝用户即可。
下面以具体实例对本发明进行说明，以m=5为例，5G小区内分布蜂窝用户如表1所示：
表1 蜂窝用户分布情况
小区 信噪比（dB） 误码率 与Dprcr距离(m) 业务时延(ms) 占用资源块数量（个） 占用资源块
Usr1 5 0.018 50 20 1 RB3
Usr2 6 0.021 230 100 3 RB1，RB4，RB5
Usr3 7 0.007 400 50 2 RB6，RB8
Usr4 -3 0.026 120 80 4 RB7，RB10，RB12，RB13
Usr5 0 0.034 180 60 5 RB2，RB9，RB11
5G小区内待接入D2D用户对情况如表2所示：
表2 D2D用户对接入情况
用户到达率Parcr 系统阻塞率Pblcr 业务申请率Papcr 目标速率Vlocr(Mbps) t-1时刻的系统成功接入概率 Pact-1,cr
0.8 0.02 0.98 0.76 0.25
基础数据如表3所示：
表3 基础数据
项目 数据
工作频率(GHz) 2.6
工作带宽(MHz) 100
子载波带宽指数μ 1
接入因子δ 0.5
质量常数kq( m2) 10000
低阶门限Hcvlow 0.3
高阶门限Hcvhigh 0.6
根据实际例子，5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法具体包括以下过程：
（1-1）：待接入D2D用户对Dprcr的用户到达率Parcr、系统阻塞率Pblcr、业务申请率Papcr、申请业务目标速率Vlocr、t-1时刻系统成功接入概率Pact-1,cr参见表2，计算待接入D2D用户对进入单蜂窝小区成功概率
Psarcr=Parcr*(1-Pblcr)=0.0192；
计算业务申请成功率
Psapcr=Psarcr*Papcr=0.77。
（1-2）：计算待接入D2D用户对在当前t时刻系统成功接入概率
Pact,cr=δ*Pact-1,cr+(1-δ)* Psapcr=0.51。
（1-3）：计算待接入D2D用户对t-1时刻实际吞吐量
Thrt-1,cr=Vlocr* Pact-1,cr=0.19Mbps；
计算待接入D2D用户对t时刻实际吞吐量
Thrt,cr=Vlocr* Pact,cr=0.39Mbps；
计算待接入D2D用户对分级评估值
Hcvct=abs(Thrt-1,cr－Thrt,cr)/ Thrt,cr=0.51。
（2-1）：根据表3中子载波带宽指数μ=1可知，单个资源块占用子载波数Nmrb=12，子载波带宽Wdrb=30 (kHz)，对各蜂窝用户，计算误码率转换值
Beri＇=-ln(5* Beri)/1.5={1.61,1.5,2.23,1.36,1.18}；
计算各蜂窝用户实际吞吐量：
Thui=Nrbi* Nmrb*(Wdrb/1024) *log2(1+Snri/ Beri＇)
={0.55,1.97,1.19,0.64,0.93}(Mbps)。
（2-2）：计算误码率归一值
BerYVi= Beri/∑m i=1Beri={0.17,0.2,0.07,0.25,0.32}；
计算业务时延归一值
DlyYVi= Dlyi/∑m i=1Dlyi={0.06,0.32,0.16,0.26,0.19}；
计算各蜂窝用户的归一值总值
CogYVi=BerYVi+DlyYVi={0.23,0.52,0.23,0.51,0.51}；
计算各蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量
Qsvi=kq*CogYVi/power(Dsti,2) ={0.94,0.1,0.01,0.35,0.16}。
（3-1）：设定低阶门限Hcvlow和高阶门限Hcvhigh，满足Hcvct＜Hcvlow，为低阶分级控制区间，满足Hcvct∈[Hcvlow，Hcvhigh]，为中阶分级控制区间，满足Hcvct＞Hcvhigh，为高阶分级控制区间。
计算各蜂窝用户资源块能
为Abti=Thui/Nrbi={0.55,0.66,0.6,0.16,0.31}(Mbps/个)，
筛选出资源块能力Abtj≥Thrt,cr=0.39Mbps的所有蜂窝用户组成能力集合Staus={ Usr1, Usr2, Usr3}；
计算蜂窝用户业务质量变量均值
Qsvav=∑m i=1Qsvi/m=0.31，
筛选所有满足Qsvk≤Qsvav的蜂窝用户组成质量集合Stqus={ Usr2, Usr3, Usr5}。
（3-2）：低阶分级控制：
对于待接入D2D用户对的分级评估值Hcvct= 0.51，不满足Hcvct＜Hcvlow=0.3，低阶分级控制不成立。
中阶分级控制：
满足Hcvct= 0.51∈[Hcvlow=0.3，Hcvhigh=0.6]，中阶分级控制成立，表示当前D2D用户对接入环境一般，业务存有少许抖动；
质量集合Stqus={ Usr2, Usr3, Usr5}中各蜂窝用户占有资源块数量分别为{3,2,3}，有多个，选择第一个蜂窝用户Usr2作为待接入D2D用户对的信道复用对象，Usr2占用RB1，RB2，RB5，任选其中之一。
高阶分级控制：
不满足Hcvct＞Hcvhigh=0.6，高阶分级控制不成立。
以下以仿真实验进行说明：
将本发明方法（以下简称HCT-NPC方法）与现有的FCM模糊聚类（包括功控与非功控）方法进行了MATLAB平台的对比仿真，基础数据信息见上述表3，所得的结果分别参见图2至3所示。
如图2所示的D2D用户对接入次数累计分布对比。D2D用户对在资源块分配过程中被接入的次数反应了算法对资源请求满足的公平性状况。通过累计分布CDF可以统计出算法对D2D用户对的接入次数。很明显，本发明的HCT-NPC方法比两种FCM方法均拥有更广泛的分布，D2D用户对调度频次分布在4-18次的范围内，而FCM-PC功控方法则多数分布在5-17次的范围内，而FCM-NPC则多数分布在6-16次的范围内，FCM的接入次数的分布更为集中；比较而言，在有限的资源情况下， HCT-NPC分级控制比FCM模糊聚类方法能够更加合理地分配资源；
如图3所示的系统吞吐量与蜂窝用户数量关系对比。总体而言，随着蜂窝用户数量的增多，小区吞吐量呈明显上升趋势，由于FCM-PC功控方法能够更好地对信道分配功率，其系统吞吐性能最优；其次是本发明的HCT-NPC，通过对新接入D2D的业务性能进行分级控制，可以有效减少D2D对蜂窝用户的干扰，进而提升系统吞吐量；最次的是FCM-NPC；
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据单蜂窝小区待接入D2D用户对的接入信息计算其业务申请成功概率，具体包括：
设定待接入D2D用户对的用户到达率、系统阻塞率、业务申请率；
根据1与系统阻塞率的差值得到系统非阻塞率，根据用户到达率与系统非阻塞率的乘积得到待接入D2D用户对进入单蜂窝小区成功概率；
根据进入单蜂窝小区成功概率与业务申请率的乘积得到业务申请成功率；
根据上一时刻系统成功接入概率测算当前时刻系统成功接入概率，在此基础上测算待接入D2D用户对上一时刻和当前时刻实际吞吐量，由此计算出分级评估值；
对小区各蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，将蜂窝用户的业务指标进行归一化处理，并结合待接入D2D用户对与各蜂窝用户相对位置计算所有蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量；
设定低阶门限和高阶门限，对分级评估值进行高中低阶三种分级控制区间划分；
在低阶分级控制情况下，根据资源块能力选取吞吐性能最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，其中资源块能力为蜂窝用户实际吞吐量与其占用资源块数量的比值；
在中阶分级控制情况下，根据业务质量变量获取质量集合，从中选取占有资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在高阶分级控制情况下，从质量集合中选取信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
2.根据权利要求1所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的测算当前时刻系统成功接入概率，具体包括：
获取待接入D2D用户对在上一时刻系统成功接入概率，设定接入因子；
当前时刻系统成功接入概率为：接入因子*上一时刻系统成功接入概率+（1-接入因子）*业务申请成功概率。
3.根据权利要求2所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的计算出分级评估值，具体包括：
设定待接入D2D用户对的申请业务目标速率；
根据申请业务目标速率与上一时刻系统成功接入概率的乘积，得到待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量；
根据申请业务目标速率与当前时刻系统成功接入概率的乘积，得到待接入D2D用户对当前时刻实际吞吐量；
将待接入D2D用户对上一时刻实际吞吐量与当前时刻实际吞吐量差值的绝对值，与当前时刻实际吞吐量相比，获得待接入D2D用户对分级评估值。
4.根据权利要求1所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的对小区各蜂窝用户根据小区环境和占用资源量计算其实际吞吐量，具体包括：
设定单个资源块占用子载波数、子载波带宽，获取各蜂窝用户的占用资源块数量、业务信噪比、误码率；
根据蜂窝用户误码率计算误码率转换值：-ln(5*误码率)/1.5，其中ln()为自然对数函数；
根据误码率转换值，结合占用资源块数量、业务信噪比、单个资源块占用子载波数、子载波带宽计算得到各蜂窝用户实际吞吐量。
5.根据权利要求1所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的计算所有蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量，具体包括：
业务指标包括误码率和业务时延；
根据蜂窝用户误码率与所有蜂窝用户误码率之和的比值，得到误码率归一值，根据蜂窝用户业务时延与所有蜂窝用户业务时延之和的比值，得到业务时延归一值；
将误码率归一值和业务时延归一值相加，得到蜂窝用户的归一值总值；
设定质量常数，待接入D2D用户对接入位置至各蜂窝用户的距离；
根据质量常数与归一值总值的乘积，与距离二次方的比值，得到各蜂窝用户与待接入D2D用户对发生联系的业务质量变量。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的在低阶分级控制情况下，根据资源块能力选取吞吐性能最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值小于低阶门限情况下，
筛选出资源块能力不小于当前时刻实际吞吐量的蜂窝用户，将筛选出的蜂窝用户构成能力集合；
在能力集合不为空情况，从能力集合中选取资源块能力值最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象；
在能力集合为空情况，将所有蜂窝用户按资源块能力值进行降序排列，挑选第一个蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的在中阶分级控制情况下，根据业务质量变量获取质量集合，从中选取占有资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值不小于低阶门限，且不大于高阶门限情况下，
筛选出业务质量变量不大于所有蜂窝用户业务质量变量均值的蜂窝用户，将筛选出的蜂窝用户构成质量集合；
从质量集合中选取占用资源块数量最多的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
8.根据权利要求7所述的一种5G系统下基于分级控制的D2D资源分配方法，其特征是所述的在高阶分级控制情况下，从质量集合中选取信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象，具体包括：
在待接入D2D用户对分级评估值大于高阶门限情况下，
从质量集合中选取业务信噪比最大的蜂窝用户作为待接入D2D用户对的信道复用对象。
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