[发明专利]移动蜂窝系统中基于NOMA的D2D通信能效优化方法及系统

说明书

本发明公开了D2D通信技术领域的一种基于NOMA的D2D通信能效优化方法及系统，在保证所有用户的通信质量的前提下，优化信道分配，实现功率控制，提高D2D能效。多个蜂窝用户以NOMA方式占用一个信道与基站通信；D2D用户复用基站上行信道进行通信；以提高D2D用户能效为优化目标，将原问题分解为三个子问题，包括：a、利用遗传算法为蜂窝用户和D2D用户进行信道分配，并将信道分配的结果存入历史信道分配集合中；b、基于边界值推导，根据SINR下限获得蜂窝用户发射功率，并确定NOMA信号解调顺序；c、基于多目标优化和DC算法将原优化目标转换为凸函数，利用遗传算法求解D2D用户发射功率；迭代至信道分配结果已存在于历史信道分配集合中，得到资源分配稳定解。

技术领域

本发明属于D2D通信技术领域，具体涉及一种移动蜂窝系统中基于NOMA的D2D通信能效优化方法及系统。

背景技术

随着移动设备数量和多媒体业务的快速增长，人们对于高速率数据流量的需求不断增加，使得频谱资源日益匮乏，核心网压力剧增。D2D通信是一种在蜂窝系统控制下，允许近距离终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术。在蜂窝网络中引入D2D通信，可以减轻基站负担，减小通信时延。与传统蜂窝通信相比，D2D通信仅占用一半的频谱资源。而且近距离的D2D通信可以减小传输功率，节约能耗，增加手机的续航时间。现有技术中，D2D通信尚存在信道分配不合理、能效低、多用户时通信质量不高的技术问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种移动蜂窝系统中基于NOMA的D2D通信能效优化方法及系统，在保证所有用户的通信质量的前提下，优化信道分配，实现功率控制，提高D2D能效。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种基于NOMA的D2D通信能效优化方法，多个蜂窝用户以NOMA方式占用一个信道与基站通信；D2D用户复用基站上行信道进行通信；以提高D2D用户能效为优化目标，包括：a、利用遗传算法为蜂窝用户和D2D用户进行信道分配，并将信道分配的结果存入历史信道分配集合中；b、基于边界值推导，根据SINR下限获得蜂窝用户发射功率，并确定NOMA信号解调顺序；c、基于多目标优化和DC算法将原优化目标转换为凸函数，利用遗传算法求解D2D用户发射功率；d、重复步骤a、b、c，直至信道分配结果已存在于历史信道分配集合中，得到资源分配稳定解。

进一步地，所述优化目标为：

其中，P₀表示平均电路损耗功率，表示D2D发射端DT_k的发射功率，表示D2D发射端DT_k的传输速率。

进一步地，所述利用遗传算法为蜂窝用户和D2D用户进行信道分配，包括：a1、在所有可能的信道分配方案中随机产生染色体种群，即初始方案；a2、根据优化目标评估每个染色体的适应度，即对应的优化目标值；a3、如果满足终止条件：与上一次迭代结果的差值在给定范围内，则选择最好的染色体并结束循环，否则转a4；a4、通过交叉、变异更新染色体，转a2；a5、得到信道分配结果μ^*，即μ_k,n表示D2D组占用信道的情况，如果D2D组D_k复用信道SC_n，那么μ_k,n＝1，否则μ_k,n＝0、η^*，即η_m,n表示蜂窝使用信道的情况，如果蜂窝用户C_m复用信道SC_n，那么η_m,n＝1，否则η_m,n＝0，完成蜂窝用户和D2D用户的信道分配。

进一步地，所述基于边界值推导，根据SINR下限获得蜂窝用户发射功率，包括：