[发明专利]基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及蜂窝网络下D2D通信中的资源分配方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，移动业务量急剧增长，人们对带宽的需要逐渐增大，可分配带宽已经满足不了日益膨胀的通信系统的发展需求。如何充分利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，已经成为了研究的热点问题。

D2D通信技术可以在小区基站的控制下，通过复用蜂窝小区的频谱资源来提高频谱资源利用率，D2D通信允许两个距离相对较小的用户之间直接建立通信链路，而不需要通过基站的中继，因此可以有效的减轻基站负荷，提高蜂窝系统的频谱利用率，由于D2D通信的两个用户之间距离相对较短，信道条件很好，因此可以提高信道速率，降低传输时延，并且减小D2D用户的发送功率，提高终端用户的电池续航能力。

但是由于D2D通信技术复用了蜂窝小区的频谱资源，D2D用户和蜂窝用户在同一个信道上进行通信，所以二者之间会产生同频干扰，干扰严重的情况下会严重降低二者的通信质量，降低系统的性能。通过合理有效的资源分配和功率控制方案，可以明显的降低两种用户之间的互相干扰，提高系统的整体性能。因此D2D用户的资源分配和功率控制是蜂窝网络下D2D通信研究的关键问题。D2D通信在蜂窝网中的资源分配模式有三种：上行链路共享、下行链路共享和专用模式。其中前两种是复用模式。图1展示了上下行链路资源共享的干扰示意图。

D2D使用下行链路资源时，系统间干扰情况如下：D2D通信干扰本小区中使用相同资源的蜂窝用户，同时本小区下行链路也会干扰D2D通信中的接收端。

D2D使用上行链路资源时，系统间干扰情况如下：D2D通信干扰本小区基站，同时本小区的上行链路也会干扰D2D通信的接收端。

D2D复用上行链路时被干扰的是基站，复用下行链路资源时被干扰的是普通蜂窝用户，一般来说，基站的发射功率比用户的发射功率大，所以在下行链路共享中，基站对D2D用户接收端造成的干扰更大，因此大部分的研究都采用的是上行链路资源共享模式。

随着无线技术的发展和无线服务业务的增多，人们有更多的业务需求，因此这需要消耗用户终端越来越多的能量。但是终端的电量是受限的。现有的研究大多只是考虑提高系统的发送速率，或者提高用户的电池使用寿命，没有将二者结合起来，来提高电池使用寿命中的可发送数据量，并且很少同时考虑蜂窝用户和D2D用户的通信质量的需求。

发明内容

为了解决上述技术的不足，本发明提出了一种基于拍卖理论的蜂窝网络下的D2D通信资源分配方法，保证蜂窝用户和接入信道的D2D用户的通信质量的同时，降低D2D用户的发送功率，提高终端用户在电池使用寿命中的平均可发送数据量。

本发明基于拍卖理论的蜂窝网络中D2D通信资源分配方法，包括以下步骤：

A1、基站搜集所有D2D用户对的位置信息，计算D2D用户间、蜂窝用户和D2D用户之间以及蜂窝用户到基站之间的信道增益；

A2、基站公布初始的单位价格p⁰、拍卖指数t＝0、固定的价格增量Δ、每个蜂窝用户的信道速率要求r^tar；

A3、根据D2D用户和蜂窝用户最低的通信质量要求，每个竞拍者计算在每一个信道上的最大发送功率和最小发送功率，竞拍者在这个信道上的可发送功率介于最大发送功率和最小发送功率之间；

A4、每个竞拍者在自己感兴趣的每个信道上选择最佳发送功率，使得选择这个信道后的效用函数最大，然后将该效用函数作为竞拍这个信道后的报价，提交给基站；

A5、在每一轮拍卖中，基站收集所有竞拍者提交的报价，并找到最大的报价，如果最大的报价非负，则提交这个报价的竞拍者赢得相对应的信道，否则基站对该信道不进行任何资源分配；

A6、基站设置t＝t+1，p^t+1＝p^t-Δ，重复执行A3-A5，直到所有的竞拍者各赢得一个信道，或所有的信道资源都被拍卖。

优选的，D2D用户i在任一信道上的最大发送功率和最小发送功率分别为：