[發(fā)明專利]D2D通信中基于功率控制的系統(tǒng)吞吐量與能效平衡方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810217985.1
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN108366427B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫永軍;左曉靜;劉祖軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W72/04
• 分類號(hào): H04W72/04;H04W72/08;H04W4/70;H04W4/021
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種D2D通信中基于功率控制的吞吐量與能效平衡方法，包括：

(1)在允許D2D通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)里，將D2D用戶對和蜂窩用戶CUE隨機(jī)分布在單小區(qū)中，將基站BS置于單小區(qū)的中心，并設(shè)置蜂窩用戶的數(shù)目大于D2D用戶對的數(shù)目；

(2)劃定干擾受限區(qū)域：

(2a)在一個(gè)臨時(shí)單小區(qū)中放置一個(gè)D2D用戶、一個(gè)蜂窩用戶CUE和一個(gè)基站，將D2D用戶隨機(jī)置于小區(qū)中，其中D2D用戶對與基站BS之間的距離為d_D2B，將一個(gè)蜂窩用戶CUE用戶置于小區(qū)邊緣，且在D2D用戶和基站連線的延長線上，即蜂窩用戶CUE與基站BS之間的距離為d_C2B，且蜂窩用戶CUE與D2D用戶的距離為d_C2D＝d_C2B+d_D2B，設(shè)CUE發(fā)射功率取最大值

(2b)在基站BS附近劃定最小干擾受限區(qū)域圓：

(2a1)求解在當(dāng)前D2D用戶所處的位置下D2D接收端的信干噪比SINR_D；

(2a2)將SINR_D與D2D接收端信干噪比門限值γ_D的差值(SINR_D-γ_D)與精度進(jìn)行比較：

若差值(SINR_D-γ_D)大于精度，則減小D2D對與基站BS之間的距離d_D2B，重復(fù)步驟(2a1)和(2a2)；

若差值(SINR_D-γ_D)小于精度且(SINR_D-γ_D)＜0，則增大D2D對與基站BS之間的距離d_D2B，重復(fù)步驟(2a1)和(2a2)；

若差值(SINR_D-γ_D)小于精度且(SINR_D-γ_D)＞0，則此時(shí)D2D用戶對與基站BS之間的距離的d_D2B即為要?jiǎng)澏ǖ囊曰綛S為圓心的干擾受限區(qū)域圓的半徑；

其中精度是指D2D接收端信干噪比與干噪比門限值的可容忍最小差值；

(2c)判斷單小區(qū)內(nèi)每對D2D用戶處于干擾受限區(qū)域的圓內(nèi)還是圓外，規(guī)定在干擾受限區(qū)域內(nèi)的D2D用戶對，只能分配蜂窩模式資源或?qū)Ｓ觅Y源；干擾受限區(qū)域外的D2D用戶對能復(fù)用蜂窩用戶CUE的上行鏈路資源；

(3)對干擾受限區(qū)域外的D2D用戶分配蜂窩用戶CUE上行鏈路資源：

(3a)將復(fù)用蜂窩用戶上行鏈路資源的D2D用戶對中的接收端D2D_R按照其與基站BS的距離升序排列并編號(hào)，即越靠近基站BS的接收端D2D_R優(yōu)先級越高且編號(hào)越??；

(3b)接收端D2D_R按照(3a)優(yōu)先級順序依次復(fù)用距離其最遠(yuǎn)的蜂窩用戶CUE的頻譜資源，并采用一對一復(fù)用，已經(jīng)被選擇過的蜂窩用戶CUE不能再被其他接收端D2D_R選擇；

(4)優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量：

(4a)在(3)的資源分配基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)吞吐量函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，得到差分進(jìn)化算法的如下目標(biāo)函數(shù)：

其中，n表示第n對D2D用戶，m表示第m個(gè)蜂窩用戶CUE；N表示單小區(qū)內(nèi)D2D用戶對的總對數(shù)，M表示單小區(qū)內(nèi)蜂窩用戶CUE的總個(gè)數(shù)；表示D2D_n的發(fā)射功率，表示第m個(gè)蜂窩用戶CUE_m的發(fā)射功率；x_mn＝1表示第n對D2D用戶D2D_n復(fù)用第m個(gè)蜂窩用戶CUE_m的上行鏈路資源，x_mn＝0表示第n對D2D用戶D2D_n不復(fù)用第m個(gè)蜂窩用戶CUE_m的上行鏈路資源；表示第n對D2D用戶D2D_n的信干噪比值，表示第m個(gè)蜂窩用戶CUE_m的信干噪比值；γ_D表示D2D用戶的信干噪比門限制值，γ_C表示蜂窩用戶CUE的信干噪比門限制值；R_sum表示系統(tǒng)吞吐量，即關(guān)于和的函數(shù)；K表示權(quán)值系數(shù)；表示階躍函數(shù)，用于保證蜂窩用戶CUE和D2D用戶對的信干噪比達(dá)到門限要求；log₁₀(R_sum)表示對系統(tǒng)吞吐量取對數(shù)；表示代價(jià)函數(shù)；

(4b)將(4a)的目標(biāo)函數(shù)代入到差分進(jìn)化算法中，使用差分進(jìn)化算法計(jì)算下述非凸規(guī)劃問題，得到各用戶的最優(yōu)發(fā)射功率：

其中，表示第m個(gè)蜂窩用戶CUE_m的最優(yōu)發(fā)射功率，表示第n對D2D用戶D2D_n的最優(yōu)發(fā)射功率；表示D2D用戶發(fā)射端的最大許可發(fā)射功率，表示蜂窩用戶最大許可發(fā)射功率；

(5)利用(4a)改進(jìn)的目標(biāo)函數(shù)，通過調(diào)節(jié)(4b)的權(quán)值K，完成系統(tǒng)吞吐量和能效的平衡過程。