[发明专利]一种基于捕食搜索算法的5G通信系统的资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及5G通信领域，一种基于捕食搜索算法的5G通信系统的资源分配方法。

背景技术

传统的蜂窝移动通信网络中，如果两个设备用户需要通信，它们之间必须要经过基站转接即发射端先将要发送的信息发送到基站，再由基站将信息发送到接收端，它们通信所需的频谱资源和信道都有基站进行分配。这种集中式通信方式虽然便于对无线频谱资源和干扰的管理和控制，但是资源利用率较低，例如，如果两个需要通信的用户相距很近，也要使用双倍的资源进行一般的蜂窝通信，这样会非常浪费频谱资源。同时，随着高速增长的数据需求迫使5G移动通信网络大幅提高其网络吞吐量。因为无线频谱资源的稀缺，所以需要提出合理的方案来提高网络的频带利用率，从而满足日益增长的数据需求。

作为5G移动通信网络的关键技术，端到端通信(Device-to-Device，D2D)具有潜在地提高系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信的作用。因此D2D通信作为提升蜂窝网络的资源利用率的关键技术成为5G的重要标准之一。D2D关键技术包括D2D发现技术、D2D同步技术、无线资源管理、功率控制和干扰协调技术、通信模式切换等。

D2D通信是一种在蜂窝网络主要控制下，允许终端之间利用蜂窝网络的授权频带资源来进行端到端之间直接通信。使用蜂窝网络的授权频带资源可以免受其它无线通信系统的干扰，但同时也使得D2D用户与传统蜂窝网用户之间相互干扰。因此，我们需要设计合理的资源分配算法，在满足用户服务质量的前提下有效的进行资源分配。针对出现的这些问题，一种基于捕食搜索算法的5G通信系统的资源分配方法，高效地利用蜂窝网络的频谱资源，提高其频谱效率。

发明内容

发明目的：本发明目的是针对D2D通信系统的资源分配问题，提供一种基于捕食搜索算法的5G通信系统的资源分配方法，快速有效地进行资源分配的优化，有效提高网络容量。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于捕食搜索算法的5G通信系统的资源分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)初始化系统参数，所述参数包括子信道数量N、终端通信所需的信噪比阈值、D2D发射终端的功率、移动终端DUE数量M、终端的位置信息，以及捕食搜索算法控制参数，包括总的限制级别数NumLevel+1，用于增大限制等级L的指针阈值Cthreshold，区域限制搜索模式的限制等级数Lthereshold，搜索模式的高适应值LhighThreshold；

(2)将系统的资源分配方案进行编码，编码方式为编码方式为G＝(g₁,…,g_j,…,g_M)，g_j表示为DUE j所分配的子信道号码，其取值范围为1…N；

(3)随机选择一个初始点a，a∈Ω，其中Ω为所有可能的取值。令最优解b＝a,计数器count＝0，搜索限制等级Level＝0，初始化限制集res[NumLevel]；

(4)如果Level<NumLevel，取a的邻域N(s)的子集N′(s)，并求出其最大函数值(函数值为信道容量值)对应的点mresult，然后转第5步；否则结束，根据最优解b对应的分配方案进行资源分配。

(5)如果mresult对应的函数值落入res[Level]与b对应的函数值之间，即：Z(mresult)∈(res[Level],Z(b))，则令a＝mresult，然后转第7步；否则转第6步。

(6)如果a对应的函数值Z(a)＞Z(b)，令b＝a，Level＝0,counter＝0，重新计算限制集，然后转第4步；否则转第7步。

(7)令counter＝counter+1，如果counter>Cthreshold，令Level＝Level+1，counter＝0，然后转第8步；否则转第4步。

(8)如果Level＝Cthreshold，令Level＝LhighThreshold，并转第4步；否则直接转第4步。

所述步骤(3)中的初始化限制集的算法如下：

根据随机选择的初始点a，任从其邻域取NumLevel个点，并计算每个点对应的函数值；

设初始点a对应的函数值赋予res[0]，把这NumLevel个点对应的函数值按照降序排列；

把排列后的NumLevel个值依次赋给res[1]，res[2]，···，res[numLevel]。

所述步骤(6)中的重新计算限制集算法如下：