[发明专利]D2D通信中基于非合作博弈的资源管理方法

权利要求书

1.一种D2D通信中基于非合作博弈的资源管理方法，包括：

(1)将多对D2D用户和多个蜂窝用户随机分布在单小区内，每对D2D用户随机复用多个蜂窝用户CUE资源，且多对D2D用户选择同一个CUE进行复用；

(2)对每对D2D用户增加通信速率的约束，即根据仿真实验场景设置第i对D2D在复用第n个蜂窝用户CUE的数据速率门限值I_th，若蜂窝用户CUE的数据速率小于设置的门限值I_th，则将D2D用户的功率置0，最终形成功率矩阵，根据功率矩阵确定功率与频谱的分配情况；

(3)构建非合作博弈的组合代价函数形式

其中表示第i对D2D用户在复用第n个子信道时受到的干扰，分别表示第i对D2D，第j个蜂窝用户CUE，第k对D2D在复用第n个子信道时的发射功率，g_i,i，g_j,i，g_k,i分别表示第i对D2D的发端-收端信道增益，第j个蜂窝用户CUE到第i对D2D接收机的干扰信道增益，第k对D2D的发射机到第i对D2D的接收机的干扰信道增益，g_i,B表示第i对D2D的发端到基站的信道增益，N₀表示噪声功率N₀＝n₀·B，n₀表示噪声功率谱密度，B表示子信道带宽，δ为一常数,I_th表示每对D2D用户在复用一个蜂窝用户CUE资源时所容忍的干扰门限值,ω_i,n表示指数；

该组合代价函数的第一部分C1是联合D2D的发送功率与自身受到的干扰，代价函数的第二部分C2是联合D2D用户对蜂窝用户的干扰与对自身所受到的总干扰，并乘以一个指数形式，为指数函数，表征有害干扰的程度；

(4)通过注水算法调节蜂窝用户发送功率以优化蜂窝用户CUEs的数据速率，是根据信道状况对蜂窝用户的发送功率进行分配，即在信道差时，分配低于平均功率的功率值；在信道好时，分配高于平均功率的功率值；

(5)D2D对间的非合作博弈：

(5a)定义D2D对之间的非合作博弈为：其中Ω＝{1,...,K}表示参与者D2D用户集合，K表示D2D对数，表示第i个参与者D2D_i的策略集，U_i表示第i对D2D用户D2D_i的收益函数，表示第i对D2D用户D2D_i在复用第n个子信道时的数据速率，表示第i对D2D用户在每个子信道上的最大发送功率，P_i表示第i对D2D用户D2D_i的总发送功率的最大值，表示每对D2D在每个子信道上的最低数据速率门限值，N表示子信道个数，也表示蜂窝用户CUE的个数；

(5b)优化(5a)中定义的第i对D2D用户D2D_i的收益U_i：

其中其表示第i对D2D在复用第n个蜂窝用户CUE时的收益；

(5c)理论分析并证明非合作博弈的纳什均衡解是否存在且唯一:

若对的二阶导数小于0，则纳什均衡解唯一，执行步骤(6)；否则，纳什均衡解不一定唯一，终止用非合作博弈方法进行资源管理；

(6)判断功率矩阵是否稳定：

将蜂窝用户和D2D用户的功率联合构成一个大的功率矩阵P，具体通过如下方式：D2D用户的功率是一个N行K列的矩阵，蜂窝用户CUE的功率是一个N行1列的功率向量，将蜂窝用户的功率向量放在D2D用户的功率矩阵后面，构成一个N行K+1列的联合功率矩阵P；

判断该功率矩阵是否满足|P(ite)-P(ite-1)|＜ε：若满足，则返回功率矩阵，否则继续迭代，其中ite表示迭代次数，ε＝10^-8；

(7)根据返回的功率矩阵确定D2D用户及蜂窝用户CUEs的功率大小及子信道复用情况：若功率矩阵中功率为0，则表示该位置的D2D对没有复用该位置对应的子信道；否则，表示复用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中构建非合作博弈的组合代价函数形式按如下步骤进行：

(3a)设置第一部分代价函数C1,以降低D2D用户之间的干扰，联合考虑D2D用户

发送功率与它自身受到的干扰:

当发送功率固定时，若它自身受到较大干扰，则D2D用户受到较小的惩罚；

(3b)设置第二部分代价函数C2,以降低D2D用户对蜂窝用户的干扰，

联合考虑D2D用户对蜂窝用户的干扰与自身受到的总干扰，并乘以一个指数形式,

当D2D用户对蜂窝用户的干扰较大时，D2D用户需要付出的代价呈指数增长，有效降低对蜂窝用户的干扰。