[发明专利]基于D2D的车辆通信联合资源分配方法

权利要求书

1.一种基于D2D的车辆通信联合资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)构建蜂窝网络与V2V通信共享频谱的异构网络模型：假定半径为R的单小区蜂窝网络，该蜂窝网络的基站位于小区中心，另假设道路位于小区的两侧，小区内有L＝{1,2,…,i}个通信蜂窝用户，Μ＝{1,2,…,r}个空闲用户，N＝{1,2,…,n}个可用的子信道资源、K＝{1,2,…,k}对V2V用户，假设蜂窝用户使用相互正交的信道，蜂窝链路之间就不存在相互干扰，同时车辆用户复用蜂窝用户的上行资源，假设一个信道资源只分配给一个蜂窝用户使用；

2)计算异构网络中蜂窝用户通信、V2V通信和中继辅助V2V通信三种通信模式信噪比：计算共享同一频谱资源时车辆用户的SINR和蜂窝用户的SINR与引入中继用户后V2V用户的SINR和蜂窝用户的SINR，蜂窝链路如车辆用户没有复用蜂窝用户的资源，此时蜂窝用户独享频谱资源，没有其他干扰，则此时蜂窝用户的SINR为公式(1)：所示

其中P_cu为蜂窝用户的发射功率，为上行链路蜂窝用户到基站的信道增益，σ²表示信道噪声，车辆用户使用D2D技术直接通信时，蜂窝用户与V2V用户共享频谱资源，车辆直接通信模式下只有V2V发射端会对蜂窝用户通信产生干扰，此时蜂窝用户的SINR为公式(2)所示：

上行链路中车辆用户对蜂窝通信的干扰为车辆发射端到基站的干扰，其中P_vt为车辆用户的发射功率，为车辆用户发射端到基站的信道增益，车辆用户采用中继协作通信模式，蜂窝用户受到的干扰包括车辆用户发射端对蜂窝用户通信接收端BS的干扰以及中继节点对蜂窝用户通信产生的干扰，中继模式是两段传输，在第一段传输与第二段传输中蜂窝用户的SINR分别为公式(3)、公式(4)所示：

其中P_ru为车辆用户的发射功率，为中继节点发射端到基站的信道增益，V2V直通模式下，V2V通信中的干扰为蜂窝用户对V2V接收端的干扰，车辆用户的SINR为公式(5)所示：

其中为车辆用户发射端到接收端的信道增益，为蜂窝用户到V2V接收端的信道增益，车辆使用中继通信模式下，第一段通信系统中的干扰为蜂窝用户对中继节点的干扰，第二段通信中的干扰为蜂窝用对车辆接收端的干扰，中继模式下的SINR为公式(6)、公式(7)所示：

其中为车辆用户发射端到中继节点的信道增益，为蜂窝用户到中继节点的信道增益；

3)获得系统的总容量表达式：依据步骤2)得到的D2D用户的信噪比与蜂窝用户信噪比得到系统的总容量为蜂窝链路的信道容量与车辆通信链路的信道容量之和，容量表达式公式(8)所示：

C＝log₂(1+SINR) (8)，

因此系统的总容量为公式(9)所示：

C_total＝C_cu+C_vu(9)，

其中，C_vu为车辆用户的容量，C_cu为蜂窝用户的容量，以系统总容量最大为优化目标，通过复用链路选择、中继节点控制和功率控制使得系统的总容量最大；

4)V2V复用链路选择：首先，以基站为中心，将小区划分为左上、左下、右上和右下四个部分，令左上区域内的V2V用户在右下区域内选择最佳的蜂窝用户资源进行复用；

5)最佳中继节点选择：首先以V2V之间距离为参考，当V2V距离超出D2D通信最大距离时，采用中继协助模式进行通信，当车辆之间的通信距离在D2D通信距离内时，则不需要中继通信模式，其次，对于距离满足V2V通信范围但不满足信噪比门限的V2V用户，也采用中继协作的方式，通信模式选择的表达式为公式(10)所示：

以V2V通信发射端和接收端直线距离中点为圆心，距离的一半为半径，划分出一个圆形区域，在该区域内选择最佳的中继节点，确定中继节点的选取区域后，最佳中继点应满足公式(11)：

r^*＝argmin{d_rq} (11)，

其中，d_rq表示中继节点到限定区域圆心的距离，在划分的区域内，通过选取离圆心最近的节点作为最佳中继节点；

6)得到最优发射功率：由步骤3)所得到的系统总容量表达式，直接通信模式下通过如下等价转换简化公式进行简化：

因此，系统总容量的表达式变形为公式(12)所示：

而从公式(12)得到：系统总容量为功率P_k的凸函数，通过迭代算法求得功率的最优值，而车辆中继模式看成是一个两段通信，也用类似的方法求解获得。