[发明专利]D2D通信中基于功率控制的系统吞吐量与能效平衡方法

摘要

本发明公开了一种D2D通信中基于功率控制的系统吞吐量与能效平衡方法，主要解决现有技术中D2D通信系统的干扰管理和绿色能源无法兼顾的问题。其实现方案是：在基站附近划定干扰受限区域，根据D2D用户对的位置与干扰受限区域的关系选择不同的资源分配给D2D用户对；采用改进的基于距离选择的资源分配方式为可复用蜂窝用户上行链路资源的D2D用户对分配资源；通过改进系统吞吐量的目标函数并使用差分进化控制单小区内用户的发射功率，在保证用户信干噪比门限值的条件下，不断调节代价函数中的权值，在获得系统最大吞吐量的同时提高系统能效，达到系统吞吐量和能效的平衡。本发明实现了D2D通信系统中的干扰管理和绿色能源的兼顾。

主权项

1.一种D2D通信中基于功率控制的吞吐量与能效平衡方法，包括：(1)在允许D2D通信的蜂窝网络里，将D2D用户对和蜂窝用户CUE随机分布在单小区中，将基站BS置于单小区的中心，并设置蜂窝用户的数目大于D2D用户对的数目；(2)划定干扰受限区域：(2a)在一个临时单小区中放置一个D2D用户、一个蜂窝用户CUE和一个基站，将D2D用户随机置于小区中，其中D2D用户对与基站BS之间的距离为dD2B，将一个蜂窝用户CUE用户置于小区边缘，且在D2D用户和基站连线的延长线上，即蜂窝用户CUE与基站BS之间的距离为dC2B，且蜂窝用户CUE与D2D用户的距离为dC2D＝dC2B+dD2B，设CUE发射功率取最大值PCmax；(2b)在基站BS附近划定最小干扰受限区域圆：(2a1)求解在当前D2D用户所处的位置下D2D接收端的信干噪比SINRD；(2a2)将SINRD与信干噪和D2D接收端信干噪比门限值γD的差值(SINRD‑γD)与精度进行比较：若差值(SINRD‑γD)大于精度，则减小D2D对与基站BS之间的距离dD2B，重复步骤(2a1)和(2a2)；若差值(SINRD‑γD)小于精度且(SINRD‑γD)＜0，则增大D2D对与基站BS之间的距离dD2B，重复步骤(2a1)和(2a2)；若差值(SINRD‑γD)小于精度且(SINRD‑γD)>0，则此时D2D用户对与基站BS之间的距离的dD2B即为要划定的以基站BS为圆心的干扰受限区域圆的半径；(2c)判断单小区内每对D2D用户处于干扰受限区域的圆内还是圆外，规定在干扰受限区域内的D2D用户对，只能分配蜂窝模式资源或专用资源；干扰受限区域外的D2D用户对能复用蜂窝用户CUE的上行链路资源；(3)对干扰受限区域外的D2D用户分配蜂窝用户CUE上行链路资源：(3a)将复用蜂窝用户上行链路资源的D2D用户对中的接收端D2DR按照其与基站BS的距离升序排列并编号，即越靠近基站BS的接收端D2DR优先级越高且编号越小；(3b)接收端D2DR按照(3a)优先级顺序依次复用距离其最远的蜂窝用户CUE的频谱资源，并采用一对一复用，已经被选择过的蜂窝用户CUE不能再被其他接收端D2DR选择；(4)优化系统吞吐量：(4a)在(3)的资源分配基础上，对系统吞吐量函数进行改进，得到差分进化算法的如下目标函数：其中，n表示第n对D2D用户，m表示第m个蜂窝用户CUE；N表示单小区内D2D用户对的总对数，M表示单小区内蜂窝用户CUE的总个数；表示D2D_n的发射功率，表示第m个蜂窝用户CUE_m的发射功率；x_mn＝1表示第n对D2D用户D2D_n复用第m个蜂窝用户CUE_m的上行链路资源，x_mn＝0表示第n对D2D用户D2D_n不复用第m个蜂窝用户CUE_m的上行链路资源；表示第n对D2D用户D2D_n的信干噪比值，表示第m个蜂窝用户CUE_m的信干噪比值；γ_D表示D2D用户的信干噪比门限制值，γ_C表示蜂窝用户CUE的信干噪比门限制值；R_sum表示系统吞吐量，即关于和的函数；K表示权值系数；表示阶跃函数，用于保证蜂窝用户CUE和D2D用户对的信干噪比达到门限要求；log₁₀(R_sum)表示对系统吞吐量取对数；表示代价函数；(4b)将(4a)的目标函数代入到差分进化算法中，使用差分进化算法计算下述非凸规划问题，得到各用户的最优发射功率：其中，表示第m个蜂窝用户CUE_m的最优发射功率，表示第n对D2D用户D2D_n的最优发射功率；表示D2D用户发射端的最大许可发射功率，表示蜂窝用户最大许可发射功率；(5)利用(4a)改进的目标函数，通过调节(4b)的权值K，完成系统吞吐量和能效的平衡过程。