[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

本發明請求保護一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，涉及認知無線網絡。針對認知網絡中多個D2D用戶復用多個蜂窩用戶的頻譜的能效較低的場景，本發明提出一種基于博弈論模型的提高D2D通信系統能效的資源分配方案，在不超過用戶通信的干擾門限約束條件，利用非協作博弈模型對系統的資源進行分配，并采用拉格朗日對偶方法和KKT迭代方法來達到最優化用戶能效并且達到能效和頻譜效率的均衡。

技術領域

本發明涉及認知無線通信領域，尤其涉及認知無線電技術中的資源分配技術。

背景技術

認知無線電(CR)是解決當前頻譜資源緊張的一種有效方法。D2D(Device-to-Device)通信技術能促進地理空間位置相近的移動設備間更方便地進行數據信息交換。認知無線電技術與D2D通信結合形成認知D2D通信具有很多優點，已成為未來移動通信系統的關鍵技術。研究認知無線電網絡中D2D通信系統的資源分配方案仍然具有廣泛的空間。目前傳統的基于認知無線電的D2D通信的資源分配方案大都注重提高頻譜效率，優化模型較單一。而且在現有文獻中，對于提高系統內用戶的能效設計的方法較為局限，未考慮整體能效的提高，而且方案復雜度較高。

在認知D2D通信系統中，D2D用戶以underlay方式復用蜂窩用戶頻譜帶來了很多好處，比如鄰近增益，復用增益以及跳增益等。由于頻譜復用會造成同信道干擾以及用戶設備的電池壽命有限會影響通信服務質量，所以D2D通信在資源分配問題上也會面臨新的挑戰[Wang M,Yan Z.A survey on security in D2D communications[J].Mobile Networksand Applications,2016:1-14.]。很多文獻研究認知D2D通信中優化用戶能效的方法，采用上下文感知的D2D用戶發現方法和基于迭代功率匹配的資源分配方法，分階段優化用戶能效的方法[Zhou Z,Ma G,Zhang D,et al.Energy-efficient context-aware resourceallocation in D2D communications:An iterative matching approach[C]//Information and Communication Technology Convergence(ICTC),2016InternationalConference on.IEEE,2016:90-96.]。盡管有部分文獻對能效資源分配有所研究，但對大多數用戶的滿意度和公平性未考慮到。有文獻采用拉格朗日對偶理論解決了D2D用戶對蜂窩用戶的干擾問題并來聯合優化用戶的能效[Mumtaz S,Huq K M S,Rodriguez J,etal.Energy-efficient interference management in LTE-D2D communication[J].IETSignal Processing,2016,10(3):197-202.]。但很多文獻并沒有考慮用戶之間的競爭關系以及系統效用的頻譜效率的均衡的情況，且只注重如何最大化頻譜效率或是如何限制用戶之間的干擾而忽視了用戶的自身特性[Golrezaei N,Mansourifard P,Molisch A F,etal.Base-station assisted device-to-device communications for high-throughputwireless video networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2014,13(7):3665-3676]。

發明內容

鑒于以上缺陷本發明在不超過用戶通信的干擾門限約束條件，利用非協作博弈模型對系統的資源分配來達到最優化用戶能效并且達到能效和頻譜效率的均衡。從而提出一種認知D2D通信系統中多用戶博弈提高能效的資源分配方法，考慮在認知D2D通信模型中，D2D用戶以underlay方式復用蜂窩用戶頻譜，D2D用戶與蜂窩用戶為了最大化各自能效組成非協作博弈問題，通過提高用戶和鏈路能效，改善系統總功耗及系統的吞吐量等性能。

本發明的技術解決方案包括以下步驟：