基于拍賣理論的蜂窩網絡中d2d通信資源分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及蜂窩網絡下D2D通信中的資源分配方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著移動通信技術的發展，移動業務量急劇增長，人們對帶寬的需要逐漸增大，可 分配帶寬已經滿足不了日益膨脹的通信系統的發展需求。如何充分利用有限的頻譜資源， 提高頻譜利用率，已經成為了研宄的熱點問題。
[0003] D2D通信技術可以在小區基站的控制下，通過復用蜂窩小區的頻譜資源來提高頻 譜資源利用率，D2D通信允許兩個距離相對較小的用戶之間直接建立通信鏈路，而不需要通 過基站的中繼，因此可以有效的減羥基站負荷，提高蜂窩系統的頻譜利用率，由于D2D通信 的兩個用戶之間距離相對較短，信道條件很好，因此可以提高信道速率，降低傳輸時延，并 且減小D2D用戶的發送功率，提高終端用戶的電池續航能力。
[0004] 但是由于D2D通信技術復用了蜂窩小區的頻譜資源，D2D用戶和蜂窩用戶在同一 個信道上進行通信，所以二者之間會產生同頻干擾，干擾嚴重的情況下會嚴重降低二者的 通信質量，降低系統的性能。通過合理有效的資源分配和功率控制方案，可以明顯的降低兩 種用戶之間的互相干擾，提高系統的整體性能。因此D2D用戶的資源分配和功率控制是蜂 窩網絡下D2D通信研宄的關鍵問題。D2D通信在蜂窩網中的資源分配模式有三種：上行鏈 路共享、下行鏈路共享和專用模式。其中前兩種是復用模式。圖1展示了上下行鏈路資源 共享的干擾示意圖。
[0005] D2D使用下行鏈路資源時，系統間干擾情況如下：D2D通信干擾本小區中使用相同 資源的蜂窩用戶，同時本小區下行鏈路也會干擾D2D通信中的接收端。
[0006] D2D使用上行鏈路資源時，系統間干擾情況如下：D2D通信干擾本小區基站，同時 本小區的上行鏈路也會干擾D2D通信的接收端。
[0007] D2D復用上行鏈路時被干擾的是基站，復用下行鏈路資源時被干擾的是普通蜂窩 用戶，一般來說，基站的發射功率比用戶的發射功率大，所以在下行鏈路共享中，基站對D2D 用戶接收端造成的干擾更大，因此大部分的研宄都采用的是上行鏈路資源共享模式。
[0008] 隨著無線技術的發展和無線服務業務的增多，人們有更多的業務需求，因此這需 要消耗用戶終端越來越多的能量。但是終端的電量是受限的。現有的研宄大多只是考慮提 高系統的發送速率，或者提高用戶的電池使用壽命，沒有將二者結合起來，來提高電池使用 壽命中的課發送數據量，并且很少同時考慮蜂窩用戶和D2D用戶的通信質量的需求。
【發明內容】
[0009] 為了解決上述技術的不足，本發明提出了一種基于拍賣理論的蜂窩網絡下的D2D 通信資源分配方法，保證蜂窩用戶和接入信道的D2D用戶的通信質量的同時，降低D2D用戶 的發送功率，提高終端用戶在電池使用壽命中的平均可發送數據量。
[0010] 本發明基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，包括以下步驟：
[0011] A1、基站搜集所有D2D用戶對的位置信息，計算D2D用戶間、蜂窩用戶和D2D用戶 之間以及蜂窩用戶到基站之間的信道增益；
[0012] A2、基站公布初始的單位價格p°、拍賣指數t = 0、固定的價格增量Λ、每個蜂窩用 戶的信道速率要求rtm;
[0013] A3、根據D2D用戶和蜂窩用戶最低的通信質量要求，每個競拍者計算在每一個信 道上的最大可發送功率和最小可發送功率，競拍者在這個信道上的可發送功率介于最大發 送功率和最小發送功率之間；
[0014] A4、每個競拍者在自己感興趣的每個信道上選擇最佳發送功率，使得選擇這個信 道后的效用函數最大，然后將該效用函數作為競拍這個信道后的報價，提交給基站；
[0015] A5、在每一輪拍賣中，基站收集所有競拍者提交的報價，并找到最大的報價，如果 最大的報價非負，則提交這個報價的競拍者贏得相對應的信道，否則基站對該信道不進行 任何資源分配；
[0016] A6、基站設置t = t+1，pt+1= p '-Δ，重復執行A3-A5,直到所有的競拍者各贏得一 個信道，或所有的信道資源都被拍賣。
[0017] 優選的，D2D用戶i在任一信道上的最大發送功率和最小發送功率分別為：
【主權項】
1. 基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，其特征在于，包括W下步驟： A1、基站捜集所有D2D用戶對的位置信息，計算D2D用戶間、蜂窩用戶和D2D用戶之間 W及蜂窩用戶到基站之間的信道增益； A2、基站公布初始的單位價格p°、拍賣指數t= 0、固定的價格增量A、每個蜂窩用戶的 信道速率要求rtat; A3、根據D2D用戶和蜂窩用戶最低的通信質量要求，每個競拍者計算在每一個信道上 的最大可發送功率和最小可發送功率，競拍者在該個信道上的可發送功率介于最大發送功 率和最小發送功率之間； A4、每個競拍者在自己感興趣的每個信道上選擇最佳發送功率，使得選擇該個信道后 的效用函數最大，然后將該效用函數作為競拍該個信道后的報價，提交給基站； A5、在每一輪拍賣中，基站收集所有競拍者提交的報價，并找到最大的報價，如果最大 的報價非負，則提交該個報價的競拍者贏得相對應的信道，否則基站對該信道不進行任何 資源分配； A6、基站設置t=t+l，p"i=Pt-A，重復執行A3-A5,直到所有的競拍者各贏得一個信 道，或所有的信道資源都被拍賣。
2. 按照權利要求1所述的基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，其特征 在于，D2D用戶i在任一信道上的最大發送功率和最小發送功率分別為：
其中，Pi和Pk分別是D2D用戶i和第k個蜂窩用戶的發送功率，hkB和hiB分別是蜂窩 用戶k和D2D用戶i到基站的信道增益屯濟hki分別是D2D用戶i的發送端到接收端的 信道增益和蜂窩用戶k到D2D用戶i的信道增益；產為D2D用戶i的最小目標速率，rf為 蜂窩用戶的最小速率，N。表示加性高斯白噪聲。
3. 按照權利要求2所述的基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，其特征 在于，競拍者i選擇使用某個信道k時，在可W發送的功率范圍/iw。^公內均勻取N點，其中第m(mG{1，2，...N})點對應的功率為乂 (m) =p;;",ui+m. ，分別計算在該N 個點上的效用函數，選擇最佳發送功率為
4. 按照權利要求1所述的基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，其特征 在于，競拍者贏得某個信道后，該競拍者和該信道均不能參與下一輪拍賣。
5. 按照權利要求2或3所述的基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，其 特征在于，D2D用戶i在電池使用壽命中的可發送數據量為"i=蛛=C，其中r,代 表用戶i的發送速率；li是用戶i的電池使用壽命；Q代表電池容量；V。是電池的工作電壓；Pi和P。分別代表用戶的發送功率和電路功率消耗。
6.按照權利要求1~4任一項所述的基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方 法，其特征在于，所述競拍者為D2D用戶。
【專利摘要】本發明公開了一種基于拍賣理論的蜂窩網絡中D2D通信資源分配方法，解決D2D用戶和蜂窩用戶之間的干擾協調問題，包括如下步驟：(1)基站搜集所有D2D用戶對的位置信息；(2)基站公布一個初始的單位價格、迭代拍賣指數t、固定的價格增量Δ；(3)競拍者(D2D用戶)選擇某一個信道k，然后根據自己通信質量和蜂窩用戶的通信質量，計算在這個信道上的最大發送功率和最小發送功率(4)根據效用函數，計算最佳發送功率和最大效用函數；(5)基站進行資源分配。本發明在保證D2D用戶和蜂窩用戶通信質量的前提下，降低了D2D用戶的發送功率，提高了蜂窩網絡的系統頻譜利用率，同時提高了終端用戶在電池使用壽命中的平均可發送數據量。
【IPC分類】H04W16-10
【公開號】CN104796900
【申請號】CN201510160415
【發明人】王保云, 劉江濤
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月7日