[发明专利]D2D网络中社会信用驱动的功率自适应方法

摘要

本发明公开了一种D2D网络中社会信用驱动的功率自适应方法，包括以下步骤：1)D2D网络传输中，D2D用户和蜂窝用户互相干扰，D2D用户的发送功率需满足干扰要求及自身设备的限制要求；2)D2D服务请求方需要向D2D服务接受方支付一定的信用，每次D2D传输时，确定信用的消耗值与获得值；3)采用队列模型对信用的动态变化进行建模，基于渐进排队理论和反向队列技术分析用户的信用需求；4)在满足用户的物理通信需求和信用需求的同时，以最大化吞吐量为目标进行功率自适应。本发明可以有效促进用户参与D2D通信，提升系统统能。

主权项

1.D2D网络中社会信用驱动的功率自适应方法，其特征在于，该D2D网络包括一个基站b、D2D用户发送端d1和D2D用户接收端d2以及一个蜂窝用户c，包括以下步骤：1)D2D网络传输中，D2D用户和蜂窝用户互相干扰，D2D用户的发送功率需满足干扰要求及自身设备的限制要求；其具体要求为：1‑1)D2D链路的信号传输模型为：其中，P_c是蜂窝用户的发送功率，P(γ)是D2D用户的可调发送功率，n为加性高斯白噪声，其功率谱密度为n₀，h_i,j为节点i与节点j间信道增益，且满足d_i,j为节点i与节点j间的距离，α为路径损耗指数，h₀为小尺度衰落且服从瑞利分布，h₀～CN(0,1)；D2D发送功率受限于平均功率为描述方便，令且满足：E{μ(γ)}≤1  (2)其中定义为参考SINR，反映信道衰落和干扰，μ(γ)为归一化发送功率，N₀为噪声功率，且N₀＝n₀W，W为系统带宽；1‑2)为保障蜂窝链路的正常通信，D2D链路对蜂窝链路的干扰受限，即则归一化发送功率μ(γ)满足：其中，ρth表示基站端信干噪比的最低门限值；1‑3)受到自身设备的限制，D2D用户的发送功率不能超过最大值Pmax，即满足：2)D2D服务请求方需要向D2D服务接受方支付一定的信用，每次D2D传输时，确定信用的消耗值与获得值；信用的消耗与获得函数定义为：2‑1)信用的消耗值依赖于传输的数据量，定义信用消耗值f(d)为数据量d的函数依据香农定义，D2D链路的最大传输速率为：则时隙T内传输的数据量为d＝WTloge(1+μ(γ)γ)，信用消耗函数为：2‑2)不失一般性，假设信用的获得过程与信用的消耗过程是独立的，平稳且服从二项分布，即其中，η表示用户获得信用的强度，1‑ρ表示获得信用的概率；3)采用队列模型对信用的动态变化进行建模，基于渐进排队理论和反向队列技术分析用户的信用需求；具体包括以下步骤：3‑1)采用队列模型描述信用的动态变化，用户的信用C[t]在连续两个周期内的变化如下：C[t+1]＝min{max{C[t]+Cin[t]‑Cout[t],0},Cmax}  (8)其中，Cin[t]代表第t个时刻的信用获得，是队列的到达过程；Cout[t]代表第t个时刻的信用输出，是队列的离开过程，同时规定C[t]不能超过某一个门限Cmax；3‑2)用户为了防止自己需要请求D2D协助时没有足够的信用，往往要保障自身的信用值高于某一个设定的门限Cth，以避免突发事件，其中用户的信用控制需满足以下条件：Pr{C[t]＜Cth}＜δ  (9)即信用中断发生的概率必须被控制在某一门限δ之下；3‑3)引入反向队列转换技术，倒置C_in[t]和C_out[t]的角色：用信用消耗过程C_out[t]表示到达过程，代表信用支出预算；信用获得函数C_in[t]表达队列离开过程，代表预算的实施，同时定义队列长度得到一个稳定队列系统，其中信用约束转变为：Pr{Q[t]＞Cmax‑Cth}＜δ  (10)3‑4)基于大偏差理论的统计理论渐进分析，一个到达过程和离开过程不相关的稳定排队系统，队列长度分布近似为指数分布，即其中是满足方程Ψ(θ)＝Φ(θ)的解，其中，Ψ(θ)被称为到达过程的有效带宽，这里是到反向队列到达过程C_out[t]的函数；Φ(θ)被称为有效容量，这里是到反向队列离开程C_in[t]的函数；Ψ(θ)和Φ(θ)的数学定义式为：依据公式(10)和公式(11)，得到根据大偏差理论，在给定的情况下，为了实现信用中断概率的限制，有效带宽需要高于有效容量，因此，需要满足下面的条件：4)在满足用户的物理通信需求和信用需求的同时，以最大化吞吐量为目标进行功率自适应；其构造优化问题为：应用Cin[t]和Cout[t]的性质，上述优化问题转换为以下凸优化问题：利用拉格朗日乘子法求解该优化问题，构造拉格朗日函数如下：其中，λ,β为相应限制条件的拉格朗日乘子，p(γ)为γ的概率密度函数；根据KKT条件，最优解满足下面的公式：化简该方程得到在给定拉格朗日乘子λ，β的条件下，最优功率策略可以由二分法或牛顿迭代法得到，其中拉格朗日乘子λ，β通过随机次梯度发迭代搜索获得。