[發(fā)明專(zhuān)利]D2D通信中基于非合作博弈的資源管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810217917.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108601083B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫永軍;王真真;劉祖軍;左曉靜;陳亞環(huán);王凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W72/04
• 分類(lèi)號(hào): H04W72/04;H04W72/08;H04W52/24;H04W52/26;H04W4/70
• 代理公司: 61205 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種D2D通信中基于非合作博弈的資源管理方法，包括：

(1)將多對(duì)D2D用戶(hù)和多個(gè)蜂窩用戶(hù)隨機(jī)分布在單小區(qū)內(nèi)，每對(duì)D2D用戶(hù)隨機(jī)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE資源，且多對(duì)D2D用戶(hù)選擇同一個(gè)CUE進(jìn)行復(fù)用；

(2)對(duì)每對(duì)D2D用戶(hù)增加通信速率的約束，即根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置第i對(duì)D2D在復(fù)用第n個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE的數(shù)據(jù)速率門(mén)限值I_th，若蜂窩用戶(hù)CUE的數(shù)據(jù)速率小于設(shè)置的門(mén)限值I_th，則將D2D用戶(hù)的功率置0，最終形成功率矩陣，根據(jù)功率矩陣確定功率與頻譜的分配情況；

(3)構(gòu)建非合作博弈的組合代價(jià)函數(shù)形式

其中表示第i對(duì)D2D用戶(hù)在復(fù)用第n個(gè)子信道時(shí)受到的干擾，分別表示第i對(duì)D2D，第j個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE，第k對(duì)D2D在復(fù)用第n個(gè)子信道時(shí)的發(fā)射功率，g_i,i，g_j,i，g_k,i分別表示第i對(duì)D2D的發(fā)端-收端信道增益，第j個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE到第i對(duì)D2D接收機(jī)的干擾信道增益，第k對(duì)D2D的發(fā)射機(jī)到第i對(duì)D2D的接收機(jī)的干擾信道增益，g_i,B表示第i對(duì)D2D的發(fā)端到基站的信道增益，N₀表示噪聲功率N₀＝n₀·B，n₀表示噪聲功率譜密度，B表示子信道帶寬，δ為一常數(shù),I_th表示每對(duì)D2D用戶(hù)在復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE資源時(shí)所容忍的干擾門(mén)限值,ω_i,n表示指數(shù)；

該組合代價(jià)函數(shù)的第一部分C1是聯(lián)合D2D的發(fā)送功率與自身受到的干擾，代價(jià)函數(shù)的第二部分C2是聯(lián)合D2D用戶(hù)對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾與對(duì)自身所受到的總干擾，并乘以一個(gè)指數(shù)形式，為指數(shù)函數(shù)，表征有害干擾的程度；

(4)通過(guò)注水算法調(diào)節(jié)蜂窩用戶(hù)發(fā)送功率以?xún)?yōu)化蜂窩用戶(hù)CUEs的數(shù)據(jù)速率，是根據(jù)信道狀況對(duì)蜂窩用戶(hù)的發(fā)送功率進(jìn)行分配，即在信道差時(shí)，分配低于平均功率的功率值；在信道好時(shí)，分配高于平均功率的功率值；

(5)D2D對(duì)間的非合作博弈：

(5a)定義D2D對(duì)之間的非合作博弈為：其中Ω＝{1,...,K}表示參與者D2D用戶(hù)集合，K表示D2D對(duì)數(shù)，表示第i個(gè)參與者D2D_i的策略集，U_i表示第i對(duì)D2D用戶(hù)D2D_i的收益函數(shù)，表示第i對(duì)D2D用戶(hù)D2D_i在復(fù)用第n個(gè)子信道時(shí)的數(shù)據(jù)速率，表示第i對(duì)D2D用戶(hù)在每個(gè)子信道上的最大發(fā)送功率，P_i表示第i對(duì)D2D用戶(hù)D2D_i的總發(fā)送功率的最大值，表示每對(duì)D2D在每個(gè)子信道上的最低數(shù)據(jù)速率門(mén)限值，N表示子信道個(gè)數(shù)，也表示蜂窩用戶(hù)CUE的個(gè)數(shù)；

(5b)優(yōu)化(5a)中定義的第i對(duì)D2D用戶(hù)D2D_i的收益U_i：

其中其表示第i對(duì)D2D在復(fù)用第n個(gè)蜂窩用戶(hù)CUE時(shí)的收益；

(5c)理論分析并證明非合作博弈的納什均衡解是否存在且唯一:

若對(duì)的二階導(dǎo)數(shù)小于0，則納什均衡解唯一，執(zhí)行步驟(6)；否則，納什均衡解不一定唯一，終止用非合作博弈方法進(jìn)行資源管理；

(6)判斷功率矩陣是否穩(wěn)定：

將蜂窩用戶(hù)和D2D用戶(hù)的功率聯(lián)合構(gòu)成一個(gè)大的功率矩陣P，具體通過(guò)如下方式：D2D用戶(hù)的功率是一個(gè)N行K列的矩陣，蜂窩用戶(hù)CUE的功率是一個(gè)N行1列的功率向量，將蜂窩用戶(hù)的功率向量放在D2D用戶(hù)的功率矩陣后面，構(gòu)成一個(gè)N行K+1列的聯(lián)合功率矩陣P；

判斷該功率矩陣是否滿(mǎn)足|P(ite)-P(ite-1)|＜ε：若滿(mǎn)足，則返回功率矩陣，否則繼續(xù)迭代，其中ite表示迭代次數(shù)，ε＝10^-8；

(7)根據(jù)返回的功率矩陣確定D2D用戶(hù)及蜂窩用戶(hù)CUEs的功率大小及子信道復(fù)用情況：若功率矩陣中功率為0，則表示該位置的D2D對(duì)沒(méi)有復(fù)用該位置對(duì)應(yīng)的子信道；否則，表示復(fù)用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中構(gòu)建非合作博弈的組合代價(jià)函數(shù)形式按如下步驟進(jìn)行：

(3a)設(shè)置第一部分代價(jià)函數(shù)C1,以降低D2D用戶(hù)之間的干擾，聯(lián)合考慮D2D用戶(hù)

發(fā)送功率與它自身受到的干擾:

當(dāng)發(fā)送功率固定時(shí)，若它自身受到較大干擾，則D2D用戶(hù)受到較小的懲罰；

(3b)設(shè)置第二部分代價(jià)函數(shù)C2,以降低D2D用戶(hù)對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾，

聯(lián)合考慮D2D用戶(hù)對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾與自身受到的總干擾，并乘以一個(gè)指數(shù)形式,

當(dāng)D2D用戶(hù)對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾較大時(shí)，D2D用戶(hù)需要付出的代價(jià)呈指數(shù)增長(zhǎng)，有效降低對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾。