本發(fā)明屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種結(jié)合子載波分配和功率控制的D2D通信對資源分配方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，新興的數(shù)據(jù)密集型業(yè)務(wù)和服務(wù)不斷涌現(xiàn)，更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜資源需求讓傳統(tǒng)蜂窩通信模式面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對此種問題，多設(shè)備間(Device-to-Device，簡稱D2D)通信被引入蜂窩系統(tǒng)中，通過頻譜復(fù)用的方式與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)共存構(gòu)成混合網(wǎng)絡(luò)。D2D通信可以在基站輔助下讓兩個(gè)地理位置較近的用戶設(shè)備建立D2D直通鏈路，數(shù)據(jù)可以繞過基站，直接通過D2D鏈路進(jìn)行高速傳輸。通過引入D2D短距離通信，可以獲得諸如提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量、降低數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)、改善蜂窩頻譜效率等正的增益。然而，D2D通信復(fù)用蜂窩用戶的頻譜資源也會(huì)帶來干擾，影響D2D和蜂窩用戶的正常通信，降低系統(tǒng)性能。因此，需要合理的資源分配方法來有效降低干擾，最大化D2D通信對網(wǎng)絡(luò)的增益?，F(xiàn)有的混合網(wǎng)絡(luò)中D2D資源分配方法，主要包括以下幾種：(1)D2D通信對復(fù)用固定的子載波資源；(2)一個(gè)D2D通信對復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶的子載波資源；(3)單個(gè)D2D通信對復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的子載波資源，并且都以網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化、頻譜效率最大化為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行資源分配。然而，上述的第一種方法存在不能靈活、動(dòng)態(tài)的為DD2D通信對分配資源，無法有效利用D2D高頻譜利用率的特點(diǎn)；上述第二種方法的缺點(diǎn)在于實(shí)際情況中，蜂窩用戶數(shù)量往往會(huì)遠(yuǎn)大于D2D通信對的數(shù)量，只考慮D2D通信對復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶的子載波資源，無法實(shí)現(xiàn)蜂窩子載波資源的高效利用，造成蜂窩資源的浪費(fèi)。第三種方法的問題在于，單D2D通信對的通信場景不滿足實(shí)際場景中多D2D通信對共存的環(huán)境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種結(jié)合子載波分配和功率控制的D2D通信對資源分配方法，其目的在于，解決上述現(xiàn)有方法中存在的無法為D2D通信對動(dòng)態(tài)分配資源、無法實(shí)現(xiàn)蜂窩子載波資源的高效利用以及無法滿足實(shí)際通信場景中多D2D通信對共存的環(huán)境等技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種結(jié)合子載波分配和功率控制的多D2D通信對資源分配方法，包括下列步驟：(1)獲取D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源，并且以網(wǎng)絡(luò)有效增益限制、蜂窩用戶的可達(dá)速率限制以及D2D網(wǎng)絡(luò)的最大發(fā)送功率限制為約束條件，構(gòu)建以D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率最大化為目標(biāo)的優(yōu)化模型：(2)根據(jù)步驟(1)構(gòu)建的優(yōu)化模型獲取D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的最優(yōu)發(fā)射功率；(3)根據(jù)步驟(2)獲得的最優(yōu)發(fā)射功率獲取多個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率，從中選擇最大的和頻譜效率值，并確定其對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*；(4)判斷步驟(3)獲取的最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件，若滿足則轉(zhuǎn)入步驟(5)，否則返回步驟(3)；(5)根據(jù)最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*為D2D通信對k*分配子載波資源；(6)判斷蜂窩網(wǎng)絡(luò)中是否存在剩余的子載波資源，如果不存在，則過程結(jié)束，若存在，則將剩余的子載波資源進(jìn)行分配：(7)根據(jù)步驟(5)和(6)中已經(jīng)分配的所有子載波資源獲取每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對在每個(gè)子載波上的最優(yōu)發(fā)送功率；(8)根據(jù)步驟(7)得到的最優(yōu)發(fā)送功率獲取D2D網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總頻譜效率。優(yōu)選地，步驟(1)中構(gòu)建的上述優(yōu)化模型是通過以下公式來表示的：maxpk,mD,kmRk,mCD(pk,mD)=ΔRk,mD(pk,mD)+Rk,mC(pk,mD)]]>s.t.C1:Gk,mP(pk,mD)-Gk,mN(pk,mD)≥0,]]>C2:Rk,mC(pk,mD)≥Rm,minC,]]>C3:0≤pk,mD≤PthrD.]]>其中，k表示D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對序號，m表示被通信對k所復(fù)用子載波資源的蜂窩用戶序號，s.t.表示約束符號；s.t.符號后面的式子表示為約束式；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的D2D用戶頻譜效率；為D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率；為蜂窩網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的蜂窩用戶頻譜效率；符號max表示求最大值符號；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源帶來的網(wǎng)絡(luò)正增益；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源帶來的網(wǎng)絡(luò)負(fù)增益；為蜂窩用戶m的最小可達(dá)速率閾值；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的最大發(fā)送功率閾值。優(yōu)選地，D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的D2D用戶頻譜效率以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的蜂窩用戶頻譜效率分別為：Rk,mD(pk,mD)=Δlog2(1+pk,mDhkDDpmChk,mCD+σ02)]]>Rk,mC(pk,mD)=Δlog2(1+pmChm,BCBpk,mDhk,BDB+σ02)]]>其中分別表示蜂窩用戶m到基站的鏈路信道增益、D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k的鏈路信道增益、蜂窩用戶m到D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k接收端的干擾鏈路信道增益、D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k發(fā)送端到基站的干擾鏈路信道增益；為模型中的高斯白噪聲；為蜂窩用戶m的最大發(fā)送功率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的發(fā)射功率，且滿足如下條件：pk,mD∈[pk,mDmin,pk,mDmax]]]>其中，下標(biāo)k＝1,2,...,K；下標(biāo)m＝1,2,...,M；每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對由D2D通信發(fā)送端和D2D通信接收端組成；K表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的總數(shù)；M表示蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的用戶總數(shù)；其中，pk,mDmin=Δmax{0,σ02(pmChk,mCD+σ02)σ02(hkDD-hk,BDB)-pmChk,mCDhk,BDB}]]>pk,mDmax=Δmin{PthrD,pmChm,BCBhk,BDB(2Rm,minC-1)-σ02hk,BDB}]]>其中表示在滿足條件下，D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上所能達(dá)到的最小發(fā)送功率，且Gk,mP(pk,mD)=Δpk,mDhkDDpmChk,mCD+σ02]]>Gk,mN(pk,mD)=Δpk,mDhk,BDB+σ02σ02]]>表示在滿足上述C2和C3的約束條件下，D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上所能達(dá)到的最大發(fā)送功率。優(yōu)選地，步驟(2)具體是采用公式：pk,mD*=pk,mDmax,B2-4C<0[-B±B2-4C2]pk,mDminpk,mDmax,B2-4C≥0,]]>其中，B=2B3A3]]>C=(B1A1+B2A2)B3A3-B1A1B2A2]]>且有：B1=pmChk,mCD+σ02A2=A3=hk,BDB]]>B2=pmChm,BCB+σ02]]>B3=σ02]]>表示投影在區(qū)間上的值；優(yōu)選地，步驟(3)具體是使用如下公式：Rk,mCD(pk,mD*)=log2(1+pk,mD*hkDDpmChk,mCD+σ02)+log2(1+pmChm,BCBpk,mD*hk,BDB+σ02).]]>優(yōu)選地，步驟(3)中的約束條件是：pk*,m*Dmin≤pk*,m*DmaxPk*ini+pk*,m*D*≤PthrD]]>其中為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*已經(jīng)被分配的發(fā)送功率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*將要被分配的發(fā)送功率。優(yōu)選地，步驟(5)包括以下子步驟：(5-1)根據(jù)最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*判斷蜂窩用戶m*的子載波資源是否未被分配，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(5-2)，否則轉(zhuǎn)入步驟(5-3)。(5-2)將蜂窩用戶m*的子載波資源放入當(dāng)前D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*的有效分配集合中，并刪除D2D網(wǎng)絡(luò)中除k*以外的其余通信對的候選分配集合中的該子載波資源，以確保不同D2D用戶復(fù)用不同的子載波資源，過程結(jié)束，其中每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的候選分配集合的初始值為{1,2,...,M}，有效分配集合的初始值為空集；(5-3)從D2D網(wǎng)絡(luò)中所有通信對的候選分配集合中刪除該子載波資源。優(yōu)選地，步驟(6)中是根據(jù)以下公式將剩余的子載波資源進(jìn)行分配：其中，k′和m′分別表示當(dāng)前D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對，以及被通信對k′所復(fù)用子載波資源的蜂窩用戶序號；Ω為當(dāng)前可用子載波資源；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k′接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后的D2D網(wǎng)絡(luò)頻譜效率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k′接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后的蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜效率；為未接入D2D通信時(shí)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。優(yōu)選地，步驟(7)具體為：首先，確定拉格朗日乘子ν的上限和下限值：其中，νu為拉格朗日乘子ν的取值上界；νl為拉格朗日乘子ν的取值下界；max{x}表示取其中最大者；min{x}表示取其中最小者；為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k的有效分配集合；其次，根據(jù)拉格朗日乘子ν的上限和下限值并采用二分法找到拉格朗日乘子ν的最優(yōu)值ν*，將該ν*代入以下一元三次方程中，求出最優(yōu)發(fā)送功率使其滿足等式v*=1ln2(1pk,mDopt+pmChk,mCD+σ02hkDD-1pk,mDopt+σ02hk,BDB+1pk,mDopt+pmChm,BCB+σ02hk,BDB)=Δf(pk,mDout)]]>其中，為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的最優(yōu)發(fā)送功率，且滿足：為投影在區(qū)間內(nèi)的解。優(yōu)選地，步驟(8)是采用以下公式：其中，表示D2D網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總頻譜效率，表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k與集合中所有蜂窩用戶的和頻譜效率，其表達(dá)式為：其中，πk,m表示蜂窩用戶m的子載波資源是否被D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用的二進(jìn)制分配因子，且πk,m∈{0,1}；πk,m＝0表示子載波沒有被通信對k復(fù)用；πk,m＝1表示子載波被通信對k復(fù)用；表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k與蜂窩用戶m的和頻譜效率。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：1、本發(fā)明方法能夠解決現(xiàn)有D2D資源分配方法中存在的無法動(dòng)態(tài)、靈活的為D2D通信對分配子載波資源的技術(shù)問題：由于本發(fā)明采用了步驟(3)、(4)、(5)和步驟(6)，根據(jù)信號鏈路和干擾鏈路的信道質(zhì)量的不同，為不同的D2D通信對選擇最優(yōu)的蜂窩子載波進(jìn)行復(fù)用，能夠解決為D2D通信對動(dòng)態(tài)的分配資源的問題。2、本發(fā)明方法能夠解決現(xiàn)有D2D資源分配方法中存在的無法實(shí)現(xiàn)蜂窩子載波資源高效利用的技術(shù)問題：由于本發(fā)明采用了步驟(3)、(4)、(5)、(6)和步驟(7)，結(jié)合了子載波分配和功率控制，使得每個(gè)D2D通信對可以同時(shí)復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的子載波，并在相應(yīng)子載波上獲取最優(yōu)的功率來抑制干擾，因此能夠能解決蜂窩子載波資源高效利用的技術(shù)問題。3、本發(fā)明方法能夠解決現(xiàn)有D2D資源分配方法中存在的無法滿足實(shí)際通信場景中多D2D通信對共存的環(huán)境的技術(shù)問題：由于本發(fā)明采用了步驟(1)和步驟(2)，以多個(gè)D2D通信對和多個(gè)蜂窩用戶共存的混合網(wǎng)絡(luò)場景構(gòu)建優(yōu)化模型并求解，因此能夠滿足實(shí)際場景中多D2D通信對共存的環(huán)境。4、本發(fā)明方法考慮了當(dāng)D2D通信復(fù)用蜂窩子載波資源時(shí)，引入的干擾會(huì)在一定程度上抵消D2D通信帶來的性能增益的情況，在步驟(1)的優(yōu)化模型中引入了網(wǎng)絡(luò)有效增益限制的約束條件，能夠最大程度的發(fā)揮D2D通信的優(yōu)勢，提升混合網(wǎng)絡(luò)的性能。附圖說明圖1是本發(fā)明結(jié)合子載波分配和功率控制的多D2D通信對資源分配方法的流程圖。圖2是本發(fā)明基于多D2D通信對混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的蜂窩用戶和D2D通信對在不同功率限制和D2D通信距離條件下的頻譜效率圖。圖4是本發(fā)明在不同蜂窩用戶數(shù)量下與其他三種方案比較的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。圖5是本發(fā)明在不同D2D最大功率限制條件下與其他三種方案比較的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。圖6是本發(fā)明在不同蜂窩用戶最小速率限制條件下與其他三種方案比較的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。圖7是本發(fā)明在不同D2D通信對數(shù)量下與其他三種方案比較的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖，其中：方案1是每個(gè)D2D通信對只復(fù)用一條蜂窩上行子載波的資源分配方法，D2D通信對遍歷每一條子載波，使網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率最大化。方案2是隨機(jī)是每個(gè)D2D通信對分配一條蜂窩上行子載波，并分配D2D傳輸功率使頻譜效率最大化的資源分配方法。方案3是只有一個(gè)D2D通信對被授權(quán)可以復(fù)用多個(gè)蜂窩上行子載波資源，使網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率最大化。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明是結(jié)合了子載波分配和功率控制的資源分配方案，系統(tǒng)噪聲為頻譜密度是-174dBm/Hz的零均值加性高斯白噪聲，信道模型考慮簡單的路徑損耗模型，根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，蜂窩通信鏈路為Ld(dB)＝128.1+37.6log10(d[km])，D2D通信鏈路為Ld(dB)＝148+40log10(d[km])。本發(fā)明提出了一種聯(lián)合子載波分配和功率控制的資源分配方法。為了提高頻譜效率和比避免D2D用戶間的同層干擾，本發(fā)明允許D2D通信對復(fù)用多個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源來，而每個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源最多只能被一個(gè)D2D通信對共享。當(dāng)D2D通信復(fù)用蜂窩頻譜資源時(shí)，引入的跨層干擾，會(huì)在一定程度上抵消D2D通信帶來的性能增益。因此本發(fā)明引入了性能正增益和性能負(fù)增益的概念，能夠使混合網(wǎng)絡(luò)的有效增益需求得到保障。同時(shí)，本發(fā)明在保證了蜂窩用戶QoS需求，限制了D2D通信的最大發(fā)送功率，通過為多D2D通信對分配子載波，在對應(yīng)子載波上最優(yōu)化功率控制，來優(yōu)化整個(gè)混合網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。相比傳統(tǒng)的資源分配方法，本發(fā)明適合多D2D通信對和多蜂窩用戶共存的混合網(wǎng)絡(luò)，能夠保證蜂窩用戶正常通信質(zhì)量，限制蜂窩用戶和D2D用戶間的干擾，最大化的利用蜂窩授權(quán)頻譜資源從而增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率性能。如圖1所示，本發(fā)明結(jié)合子載波分配和功率控制的多D2D通信對資源分配方法包括下列步驟：(1)獲取D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源，并且以網(wǎng)絡(luò)有效增益限制、蜂窩用戶的可達(dá)速率限制以及D2D網(wǎng)絡(luò)的最大發(fā)送功率限制為約束條件，構(gòu)建以D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率最大化為目標(biāo)的優(yōu)化模型：具體而言，構(gòu)建的上述優(yōu)化模型是通過以下公式來表示的：maxpk,mD,kmRk,mCD(pk,mD)=ΔRk,mD(pk,mD)+Rk,mC(pk,mD)]]>s.t.C1:Gk,mP(pk,mD)-Gk,mN(pk,mD)≥0,]]>C2:Rk,mC(pk,mD)≥Rm,minC,]]>C3:0≤pk,mD≤PthrD.]]>其中，k表示D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對序號，m表示被通信對k所復(fù)用子載波資源的蜂窩用戶序號，s.t.表示約束符號；s.t.符號后面的式子表示為約束式；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的D2D用戶頻譜效率；為D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率；為蜂窩網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶的子載波資源m后產(chǎn)生的蜂窩用戶頻譜效率；符號max表示求最大值符號；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源帶來的網(wǎng)絡(luò)正增益；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用蜂窩用戶m的子載波資源帶來的網(wǎng)絡(luò)負(fù)增益；為蜂窩用戶m的最小可達(dá)速率閾值；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的最大發(fā)送功率閾值；其中，Rk,mD(pk,mD)=Δlog2(1+pmChm,BCBpk,mDhk,BDB+σ02)]]>Rk,mC(pk,mD)=Δlog2(1+pmChm,BCBpk,mDhk,BDB+σ02)]]>其中分別表示蜂窩用戶m到基站的鏈路信道增益、D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k的鏈路信道增益、蜂窩用戶m到D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k接收端的干擾鏈路信道增益、D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k發(fā)送端到基站的干擾鏈路信道增益；為模型中的高斯白噪聲；為蜂窩用戶m的最大發(fā)送功率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的發(fā)射功率，且滿足如下條件：pk,mD∈[pk,mDmin,pk,mDmax]]]>其中，下標(biāo)k＝1,2,...,K；下標(biāo)m＝1,2,...,M；每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對由D2D通信發(fā)送端和D2D通信接收端組成；K表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的總數(shù)；M表示蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的用戶總數(shù)；其中，pk,mDmin=Δmax{0,σ02(pmChk,mCD+σ02)σ02(hkDD-hk,BDB)-pmChk,mCDhk,BDB}]]>pk,mDmax=Δmin{PthrD,pmChm,BCBhk,BDB(2Rm,minC-1)-σ02hk,BDB}]]>其中表示在滿足條件下，D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上所能達(dá)到的最小發(fā)送功率，且Gk,mP(pk,mD)=Δpk,mDhkDDpmChk,mCD+σ02]]>Gk,mN(pk,mD)=Δpk,mDhk,BDB+σ02σ02]]>表示在滿足上述C2和C3的約束條件下，D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上所能達(dá)到的最大發(fā)送功率。(2)根據(jù)步驟(1)構(gòu)建的優(yōu)化模型獲取D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的最優(yōu)發(fā)射功率本步驟具體采用公式：pk,mD*=pk,mDmax,B2-4C<0[-B±B2-4C2]pk,mDminpk,mDmax,B2-4C≥0,]]>其中，B=2B3A3]]>C=(B1A1+B2A2)B3A3-B1A1B2A2]]>且有：B1=pmChk,mCD+σ02A2=A3=hk,BDB]]>B2=pmChm,BCB+σ02]]>B3=σ02]]>表示投影在區(qū)間上的值；如果在區(qū)間內(nèi)有兩個(gè)解，則取較優(yōu)解。(3)根據(jù)步驟(2)獲得的最優(yōu)發(fā)射功率獲取多個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的和頻譜效率，從中選擇最大的和頻譜效率值，并確定其對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*；本步驟具體使用如下公式：Rk,mCD(pk,mD*)=log2(1+pk,mD*hkDDpmChk,mCD+σ02)+log2(1+pmChm,BCBpk,mD*hk,BDB+σ02)]]>(4)判斷步驟(3)獲取的最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*是否滿足約束條件：pk*,m*Dmin≤pk*,m*DmaxPk*ini+pk*,m*D*≤PthrD]]>若滿足則轉(zhuǎn)入步驟(5)，否則返回步驟(3)；其中為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*已經(jīng)被分配的發(fā)送功率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*將要被分配的發(fā)送功率；(5)根據(jù)最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*為D2D通信對k*分配子載波資源；本步驟包括以下子步驟：(5-1)根據(jù)最大和頻譜效率值對應(yīng)的D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*和蜂窩用戶m*判斷蜂窩用戶m*的子載波資源是否未被分配，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(5-2)，否則轉(zhuǎn)入步驟(5-3)；(5-2)將蜂窩用戶m*的子載波資源放入當(dāng)前D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k*的有效分配集合中，并刪除D2D網(wǎng)絡(luò)中除k*以外的其余通信對的候選分配集合中的該子載波資源，以確保不同D2D用戶復(fù)用不同的子載波資源，過程結(jié)束，其中每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對的候選分配集合的初始值為{1,2,...,M}，有效分配集合的初始值為空集；(5-3)從D2D網(wǎng)絡(luò)中所有通信對的候選分配集合中刪除該子載波資源。(6)判斷蜂窩網(wǎng)絡(luò)中是否存在剩余的子載波資源，如果不存在，則過程結(jié)束，若存在，則根據(jù)以下公式將剩余的子載波資源進(jìn)行分配：其中，k′和m′分別表示當(dāng)前D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對，以及被通信對k′所復(fù)用子載波資源的蜂窩用戶序號；Ω為當(dāng)前可用子載波資源；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k′接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后的D2D網(wǎng)絡(luò)頻譜效率；為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k′接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)后的蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜效率；為未接入D2D通信時(shí)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率；滿足上式，則表明當(dāng)D2D通信對k′復(fù)用蜂窩用戶m′的頻譜資源時(shí)，能對網(wǎng)絡(luò)帶來正的頻譜效率增益，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)和頻譜效率達(dá)到最大化。(7)根據(jù)步驟(5)和(6)中已經(jīng)分配的所有子載波資源獲取每個(gè)D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對在每個(gè)子載波上的最優(yōu)發(fā)送功率，具體方法為：首先，確定拉格朗日乘子ν的上限和下限值：其中，νu為拉格朗日乘子ν的取值上界；νl為拉格朗日乘子ν的取值下界；max{x}表示取其中最大者；min{x}表示取其中最小者；為D2D網(wǎng)絡(luò)中的通信對k的有效分配集合；其次，根據(jù)拉格朗日乘子ν的上限和下限值并采用二分法找到拉格朗日乘子ν的最優(yōu)值ν*，將該ν*代入以下一元三次方程中，求出最優(yōu)發(fā)送功率使其滿足等式v*=1ln2(1pk,mDopt+pmChk,mCD+σ02hkDD-1pk,mDopt+σ02hk,BDB+1pk,mDopt+pmChm,BCB+σ02hk,BDB)=Δf(pk,mDout)]]>其中，為D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k在蜂窩用戶m的子載波資源上的最優(yōu)發(fā)送功率，且滿足：為投影在區(qū)間內(nèi)的解；如果有多個(gè)解，則取較優(yōu)解；(8)根據(jù)步驟(7)得到的最優(yōu)發(fā)送功率獲取D2D網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總頻譜效率：其中，表示D2D網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總頻譜效率，表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k與集合中所有蜂窩用戶的和頻譜效率，其表達(dá)式為：其中，πk,m表示蜂窩用戶m的子載波資源是否被D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k復(fù)用的二進(jìn)制分配因子，且πk,m∈{0,1}；πk,m＝0表示子載波沒有被通信對k復(fù)用；πk,m＝1表示子載波被通信對k復(fù)用；表示D2D網(wǎng)絡(luò)中通信對k與蜂窩用戶m的和頻譜效率。在本實(shí)施例中，圖3是基于不同功率限制和D2D通信距離條件下的蜂窩與D2D頻譜效率圖。由圖3可知，本實(shí)施例方法中，D2D功率的增加能顯著提升D2D通信頻譜效率，而D2D通信距離的降低能有效改善整個(gè)混合網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率。圖4是基于不同蜂窩用戶數(shù)量下的各種方案的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。由圖4可知，本實(shí)施例方法在網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率性能提升上明顯優(yōu)于其他傳統(tǒng)方案，并且隨著蜂窩用戶數(shù)量的增加，相比其他方案，性能差距越大。圖5是基于不同D2D最大功率限制條件下各種方案的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。圖6是基于不同蜂窩用戶最小速率限制條件下各種方案的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。由圖5可以看出，網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率并不是隨著D2D功率增加無限增長，而是逐漸達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的值。而圖6表明，隨著蜂窩用戶最小速率限制的提高，混合網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率會(huì)略微有所降低。圖7是基于不同D2D通信對數(shù)量下的各種方案的網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率圖。由圖7可以看出，隨著D2D通信對數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)總頻譜效率幾乎呈直線增長，這表明本實(shí)施例方法廣泛適用于多D2D通信對的各種混合網(wǎng)絡(luò)場景，并且性能普遍高于其他三種傳統(tǒng)方案。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的混合網(wǎng)絡(luò)中方法適合多D2D通信對和多蜂窩用戶共存的混合網(wǎng)絡(luò)，通過對子載波分配和功率控制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，能夠保證蜂窩用戶正常通信質(zhì)量，限制蜂窩用戶和D2D用戶間的干擾，最大化的利用蜂窩授權(quán)頻譜資源從而增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率性能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3