[发明专利]一种异构网络中D2D通信的高能量效率资源复用方法

说明书

本发明提供一种异构网络中D2D通信的高能量效率资源复用方法，考虑下行链路中，在保证CUs的通信服务质量(quality of service,QoS)以及满足基站和D2D链路发射功率的前提下，建立以最大化所有D2D链路能量效率为目标的资源分配优化问题，基于凸优化和非线性分式优化理论，提出一种最佳的D2D‑CU匹配策略以及相应的功率控制机制，达到最大化D2D通信能量效率的目标。通过本发明方法，能够降低D2D与CUs之间的跨层干扰，提高能量利用效率，达到绿色通信的目的。在不同CU的QoS需求下，或是当小区用户数量增加时，本发明方法性能均明显优于现有方法。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种针对部署有端对端(device-to-device，D2D)通信系统的异构网络中的高能量效率时频资源(time-frequency resource blocks,RBs)复用方法，更为具体的说，是提出了一种能够最大化D2D通信系统能量效率的针对小区用户下行RBs复用方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展以及用户需求的快速增长，未来的无线通信与网络技术面临着资源和能耗的双重约束。如何设计未来的移动通信网络，有效的利用无线资源成为政府以及学术界普遍关注的热点。

D2D通信是一种设备到设备的短距离直通技术，其允许距离较近的两个用户之间直接通信而不再经过基站(base station,BS)进行中转，从而可以提高系统的能量效率和频谱效率。D2D是未来5G通信的一个重要技术，吸引了学术以及工业界越来越多的关注。然而，由于D2D用户之间进行通信时需要复用小区用户(cellular users，CUs)的上行或下行RBs，如果不加以合理的资源分配和功率控制，会对CUs造成严重的跨层干扰。另外，由于远近效应的存在，当D2D链路距离基站较近时，CUs会受到严重的干扰，因此D2D通信对于蜂窝小区下行RBs的复用策略显得尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了在一种异构网络中D2D通信的高能量效率资源复用方法。该方法可以在保证CUs的通信服务质量(quality of service,QoS)以及满足基站和D2D链路发射功率的前提下，得到最佳的下行资源复用策略以最大化D2D链路的能量效率。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种异构网络中D2D通信的高能量效率资源复用方法，包括如下步骤：

步骤1，参数初始化，所述参数包括测量所得基站与小区用户CU i之间的信道增益h_i、D2D链路l复用CU i的RB时发送端与接收端之间的信道增益g_l,i、在CU i的RB上基站与D2D链路l的接收端以及D2D链路l的发送端到CU i之间的干扰信道增益基站以及D2D发送端的最大发送功率CU的最小速率需求R_c；

步骤2，以最大化所有D2D链路能效为目标，在保证CUs的通信服务质量以及满足基站和D2D链路发射功率的限制下，建立相应的资源分配优化问题模型；

步骤3，基于满足CUs的最小速率要求的前提，将优化问题模型进行进一步简化；

步骤4，基于非线性分式优化理论，将原分式的D2D能效最大的资源分配问题转化为等效的减式优化问题；

步骤5，设定小区用户的RBs分配索引y_l,i∈{0,1}，y_l,i＝1表示第i个CU的RB被第l个D2D链路复用，否则，y_l,i＝0；利用凸优化理论中的透视函数性质，进行变量替换处理；

步骤6，基于Karush-Kuhn-Tucker条件，求解构建的优化问题，得到D2D发射功率p_l,i以及相应的RB分配索引y_l,i；