[發明專利]一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法

有效

• 申請號: 201710391811.2
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107426820B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 謝顯中;田瑜
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08;H04W4/70;H04W16/14
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;李金蓉

1.一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將認知無線網絡中若干個D2D用戶以underlay模式復用蜂窩用戶的頻譜模型等價為若干個理性參與者為了最大化各自能效而組成的非協作博弈模型；

S2：根據非協作博弈模型設計獲得認知無線網絡中D2D用戶和蜂窩用戶的能效最大化問題；其中第i對D2D用戶的能效最大化問題為

第k個蜂窩用戶的能效最大化問題為

式中：為第i對D2D用戶的能效，r_i^d為第i對D2D的傳輸速率，為第i對D2D發送端的發送功率，為D2D用戶最大的發送功率約束，為第k個蜂窩用戶的能效，為第k個蜂窩用戶的傳輸速率，為第k個蜂窩用戶的發送功率，為蜂窩用戶最大的發送功率約束，為第i對D2D用戶的最小傳輸速率，為第k個蜂窩用戶的最小傳輸速率，為第i對D2D用戶的發送端的策略，為在N對D2D對中除第i對D2D用戶之外的其他D2D用戶發送端的策略，為第k個蜂窩用戶的策略，為在M個蜂窩用戶中除第k個蜂窩用戶之外的其他蜂窩用戶的策略；

S3：采用拉格朗日對偶方法求解步驟S2中的能效最大化問題：

首先，分別計算D2D用戶和蜂窩用戶的信干噪比SINR；

第i對D2D對的信干噪比SINR為：

其中，是第i對D2D發送端的發送功率，是第c個蜂窩用戶的發送功率，是第j對D2D發送端的發送功率，是第i對D2D之間的信道增益，是第c個蜂窩用戶對第i對D2D接收端的干擾信道增益，是第j對D2D的發送端對第i對D2D接收端的干擾信道增益，N₀為噪聲功率；

基站處接收到第k個蜂窩用戶的信干噪比SINR為：

其中，是第k個蜂窩用戶和基站之間的信道增益，在第k條信道，第i對D2D對發送端和基站之間的干擾信道增益；

再分別計算D2D用戶和蜂窩用戶的所消耗的總功率；

第i對D2D的傳輸速率為第i對D2D所消耗的總功率為

第k個蜂窩用戶的傳輸速率為不考慮基站的電路功耗，第k個蜂窩用戶所消耗的總功率為

其中，p_cir是用戶的電路功耗；D2D發送端和接收端均產生電路功耗，且所有的用戶電路功耗均一樣；η是功率放大系數，0＜η＜1；

最后分別計算第i對D2D用戶發送端的能效和第k個蜂窩用戶的能效；

第i對D2D用戶的發送端的策略為

其中，是D2D用戶最大的發送功率約束；

第k個蜂窩用戶的策略為

其中，是蜂窩用戶最大的發送功率約束；

在N對D2D對中除第i對D2D用戶之外的其他D2D用戶發送端的策略為：

在M個蜂窩用戶中除第k個蜂窩用戶之外的其他蜂窩用戶的策略為：

為在N對D2D對中除第i對D2D用戶之外的其他D2D用戶發送端的最大發送功率，為在M個蜂窩用戶中除第k個蜂窩用戶之外的其他蜂窩用戶的最大發送功率；

第i對D2D用戶的能效為

第k個蜂窩用戶的能效為

2.根據權利要求1所述一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，其特征在于：還包括在蜂窩用戶的干擾門限約束條件下構建基于干擾門限的能效最大化問題，具體為為第i對D2D發送端的發送功率，為在第k條信道，第i對D2D發送端和基站之間的干擾信道增益，為第k個蜂窩用戶能忍受的最大的干擾；

通過引入凸優化理論將最大化系統能效的問題轉化為凸優化問題，將第i對D2D用戶最大的能效定義為其表達式為：

其中，為第i對D2D用戶根據其他用戶策略所采用的最優發送功率，為第i對D2D對所消耗的總功率，r_i^d為第i對D2D對可以達到的傳輸速率。

3.根據權利要求1或2所述一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，其特征在于：D2D用戶和蜂窩用戶的功率策略集P_d和P_c分別為

4.根據權利要求3所述一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，其特征在于：所述采用拉格朗日對偶方法求解步驟S2中的能效最大化問題包括找到最大化能效的功率和找到最優功率對應的最小拉格朗日因子兩個內容。