[发明专利]一种最小化系统功耗的D2D协作传输方法

摘要

本发明属于移动通信领域，尤其涉及移动通信中的D2D通信领域，本发明针对现有技术的不足，提出了一种最小化系统功耗的D2D协作传输方法，解决了多用户同时使用叠加编码协作传输的问题。在本发明中，可以得到D2D用户和宏蜂窝用户最优传输功率的闭式解，并且给出了多用户宏蜂窝系统如何做联合信道资源分配的具体方法。本发明可以在同时保证D2D用户和宏蜂窝用户QoS的情况下，通过基于叠加编码的协作传输策略，以及多用户联合信道分配策略，可以使得系统总的发射功率最小，通过仿真结果，相比于传统的方法，我们的方法可以大幅度降低系统的功耗，同时降低通信过程中的中断概率，提高了通信链路的可靠性。

主权项

一种最小化系统功耗的D2D协作传输方法,其特征在于，具体步骤如下:S1、协作传输，S2、多用户D2D通信网络中联合信道分配，具体为：S21、考虑OFDM系统中，有N个宏蜂窝用户的集合为{CUE_i},i＝1,2,...,N，D对D2D用户的集合为{DUE_j},j＝1,2,...,D，并且D≤N，每个宏蜂窝用户都拥有一个独立的子载波，用η_ij表示DUE_j复用CUE_i的信道时，由于增加了DUE_j后，系统在信道i上总的发射功率，用X＝[x_ij]_N×D表示信道复用矩阵，当x_ij＝1时，表示DUE_j可以共享CUE_i的信道，当x_ij＝0时，则表示DUE_j不可以复用CUE_i的信道，假定每个D2D最多只能共享一个宏蜂窝用户的子载波，每个宏蜂窝用户的子载波也最多只能同时被一个D2D用户所共享，则可以把载波复用分配问题建模为如下所示的优化问题：$\underset{X={\[x_{ij}\]}_{N\×D}}{min}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{D}{\Σ}}{x}_{ij}{\mathrm{\η}}_{ij}$$\begin{array}{cc}s.t.& \underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_{ij}\≤1;\underset{j=1}{\overset{D}{\Σ}}{x}_{ij}\≤1;\end{array}$x_ij∈{0,1}；$R_i^c\≥{\mathrm{\ρ}}_c;R_j^d\≥{\mathrm{\ρ}}_d$$p_i^c\≤P\_CU;p_j^d\≤P\_D$S22、具体资源分配过程如下：步骤1、D2D用户有通信需求时，通过控制信道向基站发送通信请求；步骤2、基站根据信道状态信息，由上面分析的结果，确定D2D与每个宏蜂窝用户共享信道时采用协作通信策略还是非协作通信策略，并由公式计算出采用该策略所花费的功率，并得出由于激活该D2D后系统的能耗，并计算出此时D2D用户和宏蜂窝用户各自的通信速率，最终的到功耗矩阵和速率矩阵以及协作策略、功率分配矩阵，分别表示为$\mathrm{\ϵ}={\[{\mathrm{\η}}_{ij}\]}_{N\×D},{\mathrm{\Φ}}_c={\[R_{ij}^c\]}_{N\×D},{\mathrm{\Φ}}_d={\[R_{ij}^d\]}_{N\×D},C={\[C_{ij}\]}_{N\×D},P^c={\[P_{ij}^c\]}_{N\×D},P^d={\[P_{ij}^d\]}_{N\×D};$步骤3、基站根据速率矩阵对功耗矩阵进行修正。具体实施方法为：把得到的速率矩阵Φ_c和Φ_d中的元素分别与我们预先设定的目标速率ρ_c,ρ_d相比较，若或者则我们就把η_ij置为无穷大。通过这种方式，我们可以降低实际计算过程中，D2D对和宏蜂窝用户之间配对的可能性；步骤4、基站在得到修正过的功率矩阵之后，就可以基于我们修正过的功率增加矩阵，利用匈牙利算法来求解得到信道复用矩阵X＝[x_ij]_N×D；步骤5、基站再次根据速率矩阵的约束对信道复用矩阵进行修正，原因是，当目标速率要求比较高时，将会有很多的功率增加矩阵元素为无穷大，导致匈牙利算法仍然有可能得到不满足速率要求的信道分配策略，因此仍然需要二次检验；检验方法为：遍历所得到的信道复用矩阵中的每一个元素，如果元素x_ij＝1，检查此时D2D用户和宏蜂窝用户各自的速率是否满足要求，即若满足，则x_ij＝1保持不变，如果不满足，则把x_ij＝0。从而得到最终的信道分配矩阵；步骤6、基站根据最终的信道复用矩阵以及D2D协作策略和功率分配方案发送给各个D2D用户和宏蜂窝用户。