[发明专利]非正交多址接入蜂窝和终端直通密集网络资源管控方法

权利要求书

1.一种非正交多址接入蜂窝和终端直通密集网络资源管控方法，其特征在于，所述非正交多址接入蜂窝和终端直通密集网络资源管控方法根据D2D链路在准复用模式和复用模式中所产生的干扰，对D2D链路进行资源使用模式选择；利用两阶段效用值，为准复用模式D2D链路进行子信道分配；利用凸优化理论的连续凸近似算法，对各个用户进行功率分配；建立二分图模型，利用最大权值匹配算法为复用模式D2D进行子信道分配；

所述非正交多址接入蜂窝和终端直通密集网络资源管控方法包括以下步骤：

步骤一，对D2D链路分配工作模式并为工作在准复用模式的D2D链路分配子信道；

步骤二，剩余D2D链路工作在复用模式下，计算D2D链路使用每个子信道时的功率分配结果，同时保证密集网络中用户的最低速率；

步骤三，对复用模式D2D链路进行子信道分配；

蜂窝用户、准复用模式D2D链路和复用模式D2D链路在每个子信道的SINR分别表示如下：

其中，和分别是对用户i造成NOMA系统同信道干扰的蜂窝用户集合和D2D链路集合；和是三者的发射功率，蜂窝用户和D2D链路发射端的最大发射功率分别是；h_i,BS、h_j和h_i,j分别是蜂窝用户或D2D发射端到基站的信道条件、D2D链路的信道条件以及其他发射端到该D2D接收端的信道条件；y_j,k是蜂窝用户使用子信道的指示变量，若C_i占用子信道S_k，则y_j,k＝1，否则y_j,k＝0；同理，s_j,k和x_j,k分别是D2D链路以准复用模式和复用模式使用子信道的指示变量，若D_j以准复用模式占用子信道S_k，则s_j,k＝1，否则s_j,k＝0，若D_j以复用模式占用子信道S_k，则x_j,k＝1，否则x_j,k＝0；N₀是背景噪声功率；

所述步骤一具体包括：

(1)所有用户以最大发射功率进行传输，{s_j,k}和{x_j,k}均等于零，d_f≥2；

(2)计算每个D2D链路D_j使用每个子信道S_k时在准复用模式和复用模式下分别产生的干扰值和

以及两种模式下的该子信道上用户总速率和

进行每一对(D_j,S_k)计算时，s_j,k＝1，计算完成后s_j,k＝0；

(3)设置干扰效用值根据(2)的结果计算所有的干扰效用值；

(4)若所有的则说明没有D2D链路适合工作在准复用模式进入步骤二；否则，挑选最佳D2D链路和子信道组合(D_j,S_k)：

最佳D2D和子信道组合形成集合

(5)如果中只有一对(D_j,S_k)，则直接将S_k分配给D_j，并且D_j工作在准复用模式下，进入(7)，否则进入步骤(6)；

(6)如果中有多对(D_j,S_k)，那么从中挑选在准复用模式中获得最高速率的(D_j,S_k)：

将S_k分配给D_j，并且D_j以准复用模式接入网络；

(7)更新s_j,k＝1并保存；将D_j从集合中移除；若S_k已被d_f个蜂窝用户和准复用模式D2D链路占用，则将其从集合中移除；

(8)重复(2)至(7)，直到所有D2D链路被分配资源或者所有子信道被完全占用；

所述步骤二具体包括：

(a)初始化迭代误差值θ＞0，迭代初始可行点p⁰，初始目标函数值o⁰；

(b)计算每个D2D链路D_l以复用模式使用每个子信道S_k时，子信道所有用户的总速率，将该问题建模成数学优化问题P1：

其中，和分别是已被分配了子信道S_k的蜂窝用户集合和准复用模式D2D链路集合，和与和分别是每个蜂窝用户和D2D链路的最大发射功率以及最低速率门限；

(c)将P1中的对数项展开，如：

得到两个对数函数相减，后一项对数函数进行一阶泰勒展开，得到近似函数：

其中，p是优化变量和的向量，p⁰是泰勒公式的初始可行点；

(d)对P1中的每一个对数项进行(b)的操作，将优化问题P1转化为P2：

问题P2是一个可解的优化问题，利用内点法解得第m次迭代的可行解p^m和目标函数值o^m；

(e)将可行解p^m代回问题P2，重复(c)，直到o^m-o^m-1≤θ，进入(f)；

(f)重复(a)-(e)，得到使用该子信道的每个用户的发射功率p^m和这些用户的总速率W_l,k＝o^m；

(6)将所有的(D_j,S_k)组合的功率分配结果计算完，进入步骤三；

所述步骤三具体包括：

1)根据步骤二中所得的计算结果w_l,k，建立子信道和复用模式D2D链路的最大权值二分图匹配问题；

2)有两组点组成二分图，分别是子信道和复用模式D2D链路，两组点的内部的任意两点均没有边相连，然而两组点之间的任意两点均有权值无向边相连；每个子信道与所有D2D链路之间均存在权值无向边，每个D2D链路和所有子信道之间也都存在权值无向边，而所有D2D链路之间和所有子信道之间不存在任何边；

3)二分图中，每条边的权值都对应步骤二中一组(D_j,S_k)的总速率值；

4)根据所建立的最大权值二分图匹配模型，利用图论中的Kuhn-Munkres算法进行求解，所得匹配结果就是复用模式D2D链路的子信道分配结果。

2.一种利用权利要求1所述非正交多址接入蜂窝和终端直通密集网络资源管控方法的蜂窝和D2D混合密集网络。