[发明专利]一种紧急通信场景中的毫米波多用户资源分配方法

说明书

一种紧急通信场景中的毫米波多用户资源分配方法，该方法给出了毫米波基站射频链路分配机制，借助D2D通信技术满足用户紧急通信，可减轻基站负载，增加用户接入率。实现包括：利用拍卖模型将基站射频链路进行分配，使用户分为蜂窝通信及D2D通信两种；在保证用户服务质量的条件下，利用线性规划方法选择D2D用户的可复用蜂窝用户，并提出了基于拉格朗日算法的最优功率分配方案，通过控制D2D用户发射功率，获得使系统吞吐量最大的用户发射功率。本发明能增加多用户毫米波通信系统中的用户接入率并有效缓解基站射频链路紧张状况，显著提升系统吞吐量，解决紧急场景中的用户通信问题，实现信息的高效传输。

技术领域

本发明涉及毫米波通信系统下的D2D协助通信方法，尤其涉及紧急救援情况下的毫米波基站射频链路分配及蜂窝、D2D用户的资源分配方法。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，在频谱资源短缺的当下，仅靠微波频段必然无法实现数据的高速率传输。为迎合高速发展的通信需求，增加频谱带宽是既简单又直接的方法。毫米波有丰富的频谱带宽可为现代通信提供大量可利用资源。在大型体育馆、演唱会等业务需求量大的密集型短距离传输场景或实时性要求高、需要传输大量视频、音频、数据的救援情况下，毫米波通信可凭借毫米波的高传输质量保证链路连接的稳定性，同时毫米波更易缩小电路元件和设备尺寸、通信设备重量轻，易于安装，尤其一些事故突发性强，难以预测事故发生地点，不易预先布置固定的地面通信设施，利用毫米波通信则可以满足应急通信需求。毫米波基站用于定向通信的射频链路无法满足所有用户通信需求，借助D2D通信技术，可以使终端不经过基站直接通信，有效缓解网络拥挤、频谱利用率低、基站负载较大等问题，从而保证更多用户的临时通信需求，并在救援抢险工作中发挥重要作用。在此背景下，将毫米波与D2D通信技术相结合充分发挥毫米波及D2D通信的优势，是当前研究的热点内容。因此，业内学者对毫米波及D2D网络系统中的资源分配问题展开了研究。

从目前的国内外研究现状来看，国内外专家和学者的研究重点主要在如何将蜂窝及D2D用户资源合理分配获得更高的系统性能上。专利CN110769514A公开了一种异构蜂窝网络D2D通信资源分配方法，在异构蜂窝网络中引入毫米波频段用于D2D用户通信，构建深度强化学习模型，更加智能地解决D2D用户通信的资源分配问题，有效降低了网络通信开销。专利CN105554808B公开了一种蜂窝网中的D2D对资源分配方法，通过收集基站覆盖范围内所有蜂窝用户和D2D对的信道状态信息再分别计算每个D2D对分别复用每个蜂窝用户的上、下行信道的吞吐量增益，进而确定该D2D对的复用模式，虽然使得系统吞吐量有所增加，但系统开销问题有待于进一步改进。为提升系统能效，专利CN108924799A公开了一种蜂窝网络中D2D通信的资源分配算法，该发明采用基于改进的功率控制算法进行功率控制，并通过匹配算法获得最佳信道分配，但实际通信过程需充分考虑用户QoS。专利CN109862610A公开了一种基于深度强化学习DDPG算法的D2D用户资源分配方法，该发明利用深度强化学习方法获得了最优的D2D用户信道分配和发射功率联合优化策略，在不影响蜂窝用户QoS的情况下实现了高效资源分配，提高了蜂窝网络的吞吐量，符合绿色通信的要求。需要指出的是，专利CN110769514A和专利CN109862610A都是在基站可以满足所有用户通信需求下提升系统吞吐量，并未充分考虑紧急情况下的多用户毫米波系统中资源分配情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧急通信场景中的毫米波多用户资源分配方法。

本发明是一种紧急通信场景中的毫米波多用户资源分配方法，其步骤为：

(1)建立基于多用户的射频链路分配机制，通过计算竞拍者的私有估价、成本，获得竞拍者报价，根据报价高低将其通信方式划分为D2D通信用户或蜂窝用户；

(2)根据步骤(1)划分出的不同通信方式，利用线性规划方法为D2D用户匹配可复用的蜂窝用户，建立D2D用户可复用蜂窝用户集合；