[发明专利]LTE-A网络中D2D模式选择与资源分配方法

说明书

本发明公开了LTE‑A网络中D2D模式选择与资源分配方法，先建立系统模型，在考虑LTE‑A网络内原有CUE最小SINR需求的情况下，将D2D模式选择与资源分配问题转化为混合整数非线性规划问题，并将其拆分为DUE功率控制与DUE模式选择和信道资源分配两个子问题进行求解；随后分别求出蜂窝模式与复用模式下DUE的最优发射功率；最后采用基于干扰限制的DUE模式选择及信道资源分配方法，以实现网络吞吐量的最大化并提升网络频谱利用率。解决D2D通信的模式选择、信道分配及功率控制问题，实现了系统吞吐量的最大化。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是涉及一种LTE-A网络中D2D模式选择与资源分配方法。

背景技术

D2D通信作为第四代和第五代移动网络架构演进的关键技术之一，可以提高系统吞吐量和频谱利用率，扩大系统的容量和覆盖范围，降低核心网络的流量负载，提升用户的服务体验并减少电信运营商由于扩容而增加的网络运行成本，对实现下一代通信系统安全、可靠、大容量、高质量、个性化的通信服务开辟了一条新的途径。

D2D通信包含有三种通信模式：复用模式(reuse mode)、蜂窝模式(cellularmode)和专用模式(dedicated mode)。复用模式是指LTE-A网络内的DUE(D2D userequipment，DUE)通过复用CUE(cellular user equipment，CUE)的上行链路资源进行通信，这样可以大幅度提升系统内频谱资源的利用率。蜂窝模式是指当DUE的两个通信设备间距离较远或系统的信道状态不具备建立直通链路的条件时，DUE的两个通信设备像传统的CUE一样，通过eNB的中继传递信息。专用模式是指DUE在与CUE正交的信道资源上建立直通链路通信，这种情况下DUE与CUE之间不存在干扰，用户的服务质量更容易得到保证，但这样不能充分发挥D2D通信的优势，反而使得系统的资源利用率变得低。

为此本发明只考虑D2D使用复用模式及蜂窝模式进行通信的情形。D2D通信技术的引入在提升系统性能的同时，也给系统内原有蜂窝用户的通信质量造成了干扰，降低了用户的服务质量，尤其在考虑到数据传输速率很难满足未来大规模终端接入需求的情况下，如何为D2D通信分配最优的通信资源，选择最合理的通信方式获得D2D通信潜在优势的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE-A网络中D2D模式选择与资源分配方法，在复用模式及蜂窝模式的情况下，解决D2D通信的模式选择、信道分配及功率控制问题，实现了系统吞吐量的最大化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，LTE-A网络中D2D模式选择与资源分配方法，按照以下步骤进行：

步骤S1，先建立系统模型，在考虑LTE-A网络内原有CUE最小SINR需求的情况下，将D2D模式选择与资源分配问题转化为混合整数非线性规划问题，并将其拆分为DUE功率控制与DUE模式选择和信道资源分配两个子问题进行求解；

步骤S2，随后分别求出蜂窝模式与复用模式下DUE的最优发射功率；

步骤S3，最后采用基于干扰限制的DUE模式选择及信道资源分配方法，以实现网络吞吐量的最大化并提升网络频谱利用率。

进一步的，所述步骤S1中，建立系统模型的过程是：

小区半径为R，网络内M个CUE与N个DUE共存，分别使用集合C＝[1,…,M]与D＝[1,…,N]表示，eNB能够获取覆盖范围内所有通信链路的瞬时信道状态信息，确定网络内所有通信链路的信道系数；信道系数中的DUE通信链路的信道系数在DUE接收端完成评估，随后经由控制信道反馈给eNB；其中，DUE包含蜂窝模式与复用模式；在所述蜂窝模式下假定eNB能够控制它本身的发射功率，使得为DUE_j上行链路与下行链路的信噪比，DUE_j表示第j个DUE。