[发明专利]一种用于单个蜂窝小区的中继辅助D2D通信系统的优化方法

说明书

本发明涉及一种用于单个蜂窝小区的中继辅助D2D通信系统的优化方法，其将问题转化为基于三维分配的D2D通信用户上行资源分配以及中继选择问题；根据拉格朗日松弛算法的思想将问题转化为二维分配问题，结合匈牙利方法等对问题进行求解。本发明在保证各个链路通信质量的前提下，对系统单位时间各链路总发射功率优化，对比常见的分配策略，通过本发明的优化方法极大的减小了能量损耗。

技术领域

本发明涉及通信系统技术领域，具体涉及一种用于单个蜂窝小区的中继辅助D2D通信系统的优化方法。

背景技术

近三十年随着蜂窝通信系统飞速的发展与持续演进，海量终端设备的接入、日益增长的用户需求对现有的通信网络架构带来了巨大的挑战，频谱资源匮乏问题日益严重。作为5G关键候选技术之一的D2D通信技术，对缓解与日俱增的通信流量和蜂窝网频谱资源紧张之间的矛盾问题，有着独特的作用，因此备受业内关注。

然而，D2D通信主要适用于距离相近的用户之间，当通信双方相距较远或者直通信道衰落较严重时，可能导致D2D链路信干噪比太小而无法满足其通信质量要求。此时，可以通过中继辅助的D2D通信进行信息传输，在保有D2D通信技术原有优势的同时，大大扩展D2D通信的范围。另一方面，通信技术迅速发展所带来的能源消耗问题也不容小觑。

如何在保证通信服务质量的同时降低能量消耗，实现绿色通信、节约能源，仍是一个亟待解决的问题，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于单个蜂窝小区的中继辅助D2D通信系统的优化方法，其通过最小化系统总发射功率，实现优化通信系统的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于单个蜂窝小区的中继辅助D2D通信系统的优化方法，所述通信系统中D2D用户与蜂窝用户为一对一的关系，所述优化方法方法包括以下步骤：

步骤1、求取通信系统中不同分配情况下的所有链路最小发射功率总和；

将通信系统的总发射功率用所有用户的发射功率求和公式来表示，则通信系统总发射功率可以表示为：

式(1)中，蜂窝用户数量为M，用集合C＝{CU₁，CU₂，…，CU_M}表示各个蜂窝用户；D2D用户对数量为N，用集合D＝{DU₁，DU₂，…，DU_N}表示各个D2D用户对；空闲蜂窝用户数量为K，用集合R＝{RU₁，RU₂，…，RU_K}表示各个空闲蜂窝用户，其中有M≥N，K≥N：定义z_ijk∈{0，1}，1≤i≤M，1≤j≤N，0≤k≤K来表示D2D用户对DU_j和蜂窝用户CU_i资源复用以及中继选择的情况，用P_ijk表示分组(CU_i，DU_j，RU_k)的最小发射功率；

当k＝0时，P_ijk表示D2D用户对DU_j复用蜂窝用户CU_i频谱直接通信时用户的总最小发射功率，且：

当k＞0时，P_ijk表示当D2D用户对DU_j复用蜂窝用户CU_i频谱的同时通过空闲蜂窝用户RU_k建立中继辅助D2D通信时的总最小发射功率，且：