[發明專利]蜂窩D2D通信的資源分配方法

有效

• 申請號: 201810010680.3
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108174448B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 馬艷波;尹曉;楊瀟;張新;郭強;劉偉龍
• 申請（專利權）人: 山東財經大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明公開了蜂窩D2D通信的資源分配方法及在智慧交通網絡的應用，該方法：設定保障蜂窩用戶通信質量不受D2D用戶影響的干擾門限；設定D2D用戶的能量采集節點的供電質量參數，采用有效能量和有效功耗描述D2D能量采集節點的能量采集過程和能量消耗過程；以D2D節點供電能力和功率干擾門限為約束條件，以最大化D2D用戶速率和為目標，構造資源分配優化問題；基于拉格朗日對偶定理得到所有D2D用戶的功率分配和信道分配的表達式；系統中D2D用戶按照分配的功率進行數據傳輸；當D2D節點的供電質量參數發生改變時，按照S4重新計算次要用戶的發射功率。本發明對信道適應性強，可獲得最大系統速率和，兼顧系統的最優性與穩健性。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及蜂窩網絡下的能量采集D2D通信系統中保障統計時延QoS要求的一種蜂窩D2D通信的資源分配方法，該方法能夠應用于智慧交通網絡中。

背景技術

D2D(Device to device)技術是一種通信終端設備之間直接交換信息的技術。在蜂窩通信網絡中引入D2D通信技術，其利用通信終端間的近距離特性，通過復用無線資源建立通信鏈路，并且數據的傳輸無需核心設備或基站的干預。可見，D2D技術能夠提高蜂窩網絡的頻譜利用率，在一定程度上解決了蜂窩網通信系統中的頻譜匱乏問題，成為近年來的研究熱點。由于D2D用戶復用蜂窩用戶的無線資源會對蜂窩用戶造成同頻干擾，所以合理分配D2D終端的復用資源和有效的功率分配機制對于保證多媒體用戶的時延服務質量(Quality of Service,QoS)要求是至關重要的。F.Wang等學者在“IEEE Transactions onWireless Communications,2015,14(4):2082-2092”發表的文章“Energy-EfficientResource Allocation for Device-to-Device Underlay Communication”針對蜂窩網絡下的D2D通信系統，給出了提高D2D終端能量效能的功率和信道分配迭代算法。

目前，基于能量收集(Energy Harvesting，EH)技術由可再生能源為網絡終端供電逐漸成為一種實現節能減排的綠色通信方式。實際上，在能源日益短缺、空氣污染不斷惡化的今天，能量收集技術已經成為未來新型無線網絡體系結構中最重要的技術之一，近年來備受學術界的關注。但是可再生能源(太陽能、風能等)受自然因素(環境條件、氣候變化等因素)影響很大，收集到的能量極其不穩定，并且具有突發性、隨機性，一般情況下很難與通信網絡業務量的變化情況匹配，給網絡中的資源分配策略帶來了巨大的挑戰?？梢?，設計行之有效的網絡資源分配方法是能量采集D2D通信系統中亟待研究和解決的重要科學問題。目前對能量收集的研究大多是把能量收集過程視為一個隨機過程，從隨機過程的特征信息(如能量到達時間分布函數、能量到達速率等)的角度建模。H.SHRUTI GUPT等學者在“IEEEAccess,2017,5:7405-7413”發表的文章“Energy Harvesting Aided Device-to-DeviceCommunication Underlaying the Cellular Downlink”中假設能量模型為確定性能量收集模型，即能量到達時間、收集的能量數量在數據傳輸之前都是已知，并基于此模型提出了最大化D2D用戶速率的資源塊和功率分配算法。但只基于隨機過程的特征信息很難或者是不可能分析出網絡節點由于斷電造成的休眠時間。再者，這種能量模型與具體的能量到達隨機過程的耦合性過強，很難與多媒體業務的時延QoS要求建立關聯關系。

在智慧交通網絡中，由于車輛移動范圍廣、移動速度快，蜂窩接入是車載終端進行通信的首要方式。車對車通信是實現車輛互聯和智能交通的重要技術。由于車輛移動的高速特性，傳統的經過蜂窩基站的一次甚至多次轉發，會造成很大的時延，很難滿足車輛之間通信對實時性的要求。而基于上述終端直通的D2D技術由于在通信時延、鄰近發現等方面的特性，使得其應用于智慧交通網絡領域具有先天優勢。

發明內容