[发明专利]一种能量获取D2D异构网络中高吞吐量资源分配方法

说明书

本发明公开一种能量获取D2D异构网络中高吞吐量资源分配方法。主要包括如下步骤：1、构建能量获取D2D异构网络中系统的数学模型。2、化简能量获取D2D异构网络的数学模型。3、基于变量松弛技术转换数学模型并证明其凹凸性。4、基于凸优化理论以及贪心策略求解数学模型。5、求满足约束条件的内点。6、基于可行方向探测与可变步长进行寻优。应用本发明，解决了能量获取D2D异构网络中DUE设备在保证CUE设备QoS的前提下，通过对信道分配、通信模式选择、传输功率与传输时间控制进行最优资源分配的问题，最大化系统中DUE设备的总吞吐量。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，能量获取D2D异构网络中高吞吐量模式选择与资源分配方法涉及到蜂窝用户QoS约束、能量获取约束，通过网络中上行信道分配，模式选择，传输功率分配以及时间分配，来最大化能量获取D2D异构网络的吞吐量。

背景技术

由于人们对通信需求不断增加，5G通信技术成为了现在通信领域研究的热点内容。5G 关键技术之一的终端直接通信(Device to Device，D2D)技术，其所占用的频谱资源是由电信运营商授权的，相对于其它D2D技术，其干扰环境是可控的，数据传输能得到有效保障。终端直通技术允许终端跳过基站的转发过程，直接通过复用蜂窝网络的信道资源，进行点到点的信息直接传输。相对于现有的LTE和IMT-A技术特点而言，D2D技术在频谱效率，系统容量，传输速率等方面具有优势。

D2D通信技术作为一种近距离数据传输通信技术，它可以与蜂窝网络共存，可以选择的通信模式有蜂窝模式、专用模式、复用模式。D2D通信具有提高网络吞吐量，节省用户设备的功率，增加瞬时数据率等优势。需要解决的问题是，D2D设备在复用蜂窝资源块(Resource Block，RB)进行通信时，会与蜂窝用户之间造成同频干扰，此时如何提高系统的资源利用效率就非常重要了。

具有能量获取能力的无线设备能够从自然界中获取能量，这使得网络生命周期不再受到能量存储能力的限制而几乎仅受限于硬件寿命。因此本发明考虑D2D设备具有能量获取能力。

鉴于以上考虑，本发明提供了一种能量获取D2D异构网络中高吞吐量资源分配方法，通过本发明对系统中的信道分配，模式选择，功率分配，能量获取时间进来联合优化，目标是最大化网络的吐量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种最优化方法，以解决D2D设备在蜂窝网络中复用上行信道进行通信时的信道分配、模式选择、功率分配、传输时间分配的问题，使得能量获取D2D异构网络中，在保障每个CUE用户QoS的前提下，最大化网络中D2D设备的吞吐量。

发明的技术解决方案如下：

通信场景是以基站BS为圆心位置，蜂窝用户CUE与D2D设备对随机分布于以BS为圆心r为半径的圆域内。系统中存在N_c个上行CUE用户，对应有N_c个上行信道，且按照编号顺序一一对应分配于CUE用户(各信道之间相互正交)。上行CUE链路的集合为 C＝{1,2,...,N_c}，各CUE链路分别用序号i∈C表示，N_c个上行CUE链路对应有N_c个上行信道，信道集合为CH＝{1,2,...,Nc}，同样个信道分别用序号i∈CU表示。系统中存在N_d对 D2D设备，可以复用系统中上行信道进行D2D模式通信或者蜂窝模式通信。D2D链路的集合为D＝{1,2,...N_d}，D2D链路分别用序号j∈D表示。D2D设备通过从环境中收集能量为自己充能，能量获取速率服从泊松分布。在所考虑的通信系统模型中，系统传输总时槽数目为 T，每时槽的时长为τ_t，各时槽用序号t表示，即t∈T。

本发明提出的能量获取D2D异构网络中高吞吐量资源分配方法，步骤如下：

1、构建能量获取D2D异构网络中系统的数学模型，步骤如下：