一種lte網絡中跨小區(qū)d2d通信頻譜分配方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及對LTE網絡中D2D通信頻譜資源分配問題的研究，屬于無線資源管理
技術領域，特別是設及到跨小區(qū)D2D通信的頻譜分配算法研究。
【背景技術】
[0002] 隨著移動多媒體業(yè)務的快速發(fā)展，移動通信對頻譜的需求越來越大，頻譜資源愈 顯匿乏，同時，現(xiàn)有頻譜資源未被充分利用。D2D值evice-to-Device)通信技術是指在近距 離范圍內的終端可W通過直連鏈路進行數(shù)據(jù)通信，并不需要像傳統(tǒng)蜂窩通信那樣需要基站 的轉發(fā)。研究表明D2D通信技術在提高頻譜效率、減少功耗和提升系統(tǒng)容量等多方面有巨 大優(yōu)勢。LTE系統(tǒng)中引入輔助的D2D通信，在提高頻譜效率、系統(tǒng)總吞吐量的方面上具有很 大的優(yōu)勢，但是D2D通信共享的是LTE系統(tǒng)的授權頻譜，傳統(tǒng)蜂窩通信鏈路與D2D通信鏈路 會產生一定程度的同頻干擾，從而影響系統(tǒng)的性能。為了抑制該些同頻干擾，資源分配在 D2D通信就顯得十分重要。
[0003] 目前D2D資源分配問題的研究工作主要集中在單小區(qū)模型下的資源分配，通常， D2D用戶有3種模式與蜂窩用戶共享資源；1)蜂窩模式，D2D用戶進行傳統(tǒng)的基站轉發(fā)蜂 窩通信；2)專用資源模式，系統(tǒng)分配專用資源，剩余資源用于蜂窩通信，各部分資源相互 正交，D2D通信與蜂窩通信之間不會產生干擾；3)復用模式，D2D用戶復用蜂窩用戶的資 源，會產生同頻干擾。為了最大限度地提高頻譜效率，復用模式下的資源分配是研究熱口 (參見文獻；王俊義，鞏志帥，符杰林，陳小徽，林基明.D2D通信技術綜述[J].桂林 電子科技大學學報? 2014 (02))。Zulhasnine.M在（Zulhasnine,M;QiangchengHuang; Srinivasan,A.EfficientResourceAllocationforDevice-to-DeviceCommunication UnderlayingLTENetwork[C].IEEE6thInternationalConferenceonWirelessand MobileComputing,NetworkingandCommunications.IE邸，2010:368-372.)中針對小 區(qū)內蜂窩用戶和D2D用戶的干擾問題提出了最大化系統(tǒng)吞吐量的貪婪算法，把D2D的無 線資源分配問題總結為溜合整數(shù)非線性規(guī)劃問題。在化inWang;Li化en;Xiaohang Chen;XinZhang;DachengYang.民esourceAllocationOptimizationforDeviceto DeviceCommunicationUnderlayingCellularNetworks[C]. 2011IEEE73rdVehicular TechnologyConference(VTCSpring).IE邸，2011:1-6.)中BinWang提出 了一對D2D用 戶復用多個蜂窩用戶頻譜資源的分配方法，提升了小區(qū)的吞吐量的同時改善了小區(qū)邊緣 用戶的性能。隨著非連續(xù)載波聚合技術的發(fā)展，D2D用戶智能的復用多個蜂窩用戶一定 比例的部分資源的想法成為現(xiàn)實。Yingqi化ai在燈ingqi化ai;Qin組eDu;PinyiRen. PartialTime-Frequency民esourceAllocationforDevice-to-DeviceCommunications UnderlayingCellularNetworks[C].Communi-cations(ICC),2013IEEEInternational Conferenceon.IE邸，2〇l3:6〇55-6〇 59.)中提出了PartialTime-frequencyResource Allocation算法，蜂窩用戶只復用部分頻譜資源給D2D用戶，基站根據(jù)具體的性能指標（吞 吐量、干擾大小等）確定資源復用比例，這樣既保證了蜂窩通信的穩(wěn)定性，也提高了系統(tǒng)的 容量。
[0004]W上研究都是基于單小區(qū)的D2D通信，跨小區(qū)的D2D通信因為干擾情況更 為復雜，現(xiàn)有研究相對較少。在（化a〇}dXu;HaimingWang;化〇Qien.Effective InterferenceCancellationMechanismsforD2DCommunicationinMulti-Cell CellularNetworks[C].2012IEEE75thVehicularTechnologyConference(VTC Spring).IE邸，2012:1-5.)中化ao^Xu提出了一種多小區(qū)基站協(xié)作進行資源分配的方 法，兩基站進行一些信息交換后再進行資源分配。NiannianDan在（NiannianDan; BingbingLi；BingLan；ChangJunRen.ResourceAllocationoverCooperationfor cross-cellD2DCommunicationUnderlayingLTENetwork[C].TENCON2013-20131邸E RegionlOConference(31194).IE邸，2013:1-4.)中提出 了一種W基站為中屯、，給基站劃 分了一個W基站為中屯、，半徑r的排除區(qū)域，只有當蜂窩用戶處于排除區(qū)域內，同時D2D 用戶處于排除區(qū)域外的情況下，才允許共享相同頻譜資源的方法來進行資源分配?；痭 Huang在(JunHuang；YanxiaoZhao;Sohraby,K.Resourceallocationforintercell device-to-devicecommunicationunderlayingcellularnetwork:Agame-theoretic approach[C]. 201423rdlnternationlConferenceonComputerCommunicationand Networks(ICCCN)，I邸E，2014:1-8.)中提出了一種基于重復博弈模型的資源分配算法，通 過求解納什均衡得到最優(yōu)的資源分配。
[0005] 然而W上幾種跨小區(qū)分配方案存在著不足之處；并沒有考慮相鄰小區(qū)的負載情 況。如果兩小區(qū)的負載相差懸殊，W上的資源分配方案存在著重負載小區(qū)網絡擁阻而輕負 載小區(qū)頻譜資源未被充分利用的問題。針對該種情況，本文提出一種考慮基站負載的部分 頻譜資源分配方案，該方案的目的是均衡相鄰小區(qū)的負載，同時有效地抑制D2D與蜂窩用 戶之間的干擾，提升系統(tǒng)吞吐量。
【發(fā)明內容】
[0006] 針對現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提供了一種有效地平衡了相鄰小區(qū)的負載，降低 了D2D通信的加入對傳統(tǒng)蜂窩通信穩(wěn)定性的影響，提高了系統(tǒng)的總吞吐量的LTE網絡中跨 小區(qū)D2D通信頻譜分配方法，本發(fā)明的技術方案如下；一種LTE網絡中跨小區(qū)D2D通信頻譜 分配方法，所述LTE網絡由異頻組網的抑D-LTE系統(tǒng)組成，跨小區(qū)D2D模型包括小區(qū)1和小 區(qū)2,包括W下步驟：
[0007] 101、當小區(qū)1的蜂窩用戶D_T和小區(qū)2的蜂窩用戶D_R之間請求進行D2D通信時， 小區(qū)1內的基站eNBl和小區(qū)2內的基站eNB2之間通過X2接口互相傳遞自己的小區(qū)負載， 小區(qū)負載用當前傳輸負載來衡量；
[000引 102、根據(jù)步驟101的小區(qū)1和小區(qū)2內的當前傳輸負載，分兩種資源分配模型；A、 如果小區(qū)2的當前傳輸負載大于小區(qū)1的當前傳輸負載，且小區(qū)1和小區(qū)2的當前傳輸負 載之間的差值大于等于闊值M時（相差懸殊的衡量數(shù)值在具體實施例舉例，舉例：小區(qū)1有 20個蜂窩用戶，小區(qū)2有30個蜂窩用戶，M可設為2X108bit/s)，則小區(qū)1為輕負載小區(qū)， 則由小區(qū)1的基站eNBl來負責D2D通信的資源分配，且復用的是輕負載小區(qū)1的頻譜資源， 跳轉至步驟103進行資源分配；B、若小區(qū)1和小區(qū)2的當前傳輸負載之間的差值小于闊值 M時，則由兩基站協(xié)作進行小區(qū)間D2D資源分配，復用的是兩小區(qū)中的頻譜資源，跳轉至步 驟104進行資源分配；
[0009] 103、當復用的是輕負載小區(qū)1的頻譜資源，根據(jù)輕負載小區(qū)1的D2D用戶的位置 信息，基站eNBl將小區(qū)內另一側的蜂窩用戶到eNBl的蜂窩用戶按信道增益Gtc降序排列， 選擇前K個作為復用給D2D通信的資源組，組成集合Si= {c。，C。，…，CiJ，n對D2D按請 求通信的先后順序組成集合D= {di，…，屯};每一個蜂窩用戶只提供一定比例q的頻譜資 源給D2D復用，假設一對D2D最多能同時復用K個蜂窩用戶的頻譜資源，當D2D復用k個蜂 窩用戶，其中k<K，則有Ct.種資源組合，每個組合下，計算每個蜂窩用戶資源復用比例q，q的 計算公式：
，Gtd表示蜂窩用戶到D2D接收端的信道增益，0是標準化系 數(shù)，0是一個非負常數(shù)，將Si中未被組合選中的蜂窩用戶的q置0,得到每一種組合下q的 集合貨，其中Xe化2，-'，巧}，然后將資源分配轉化為最大吞吐量優(yōu)化模型求解來得到最 終的資源分配結果；
[0010] 104、當復用的是兩小區(qū)中的頻譜資源，則經過D2D發(fā)現(xiàn)過程，eNB2得到D_T跟D_R 的ID,D_T向D_R發(fā)送的鏈路測量信號，并將測量結果反饋給基站eNBl，基站eNBl在cell1 中將小區(qū)另一側的蜂窩用戶信道增益Gtc降序排列，選擇前K個蜂窩用戶用來復用給D2D通 信，組成集合Si= {cii，ci2,…，CiJ;eNB2從Cell2中將小區(qū)內另一側的蜂窩用戶的信道增 益Gte降序排列，選取前K個用戶用來復用給D2D通信，組成集合S2 ={C21，C22,…，C2k}，并將 集合的信息發(fā)送給eNBl，eNBl從Sl和S2中選出K個蜂窩用戶組成集合S3={c。C2，…，CK}; eNBl和eNB2分別計算S3中本小區(qū)蜂窩用戶復用給D2D通信、未復用的資源塊RB的信干噪 比W及D2D復用RB后的SINR;得到每一種組合下q的集合化，然后由最大吞吐量優(yōu)化模型 求解來得到最終的資源分配結果。
[0011] 進一步的，步驟103和步驟104中所述的最大吞吐量優(yōu)化模型求出最終分配給d。 的資源組合：
[0014] 丫。.th和丫d.th分別是蜂窩用戶、D2D用戶信干噪比的接收口限，丫。丫。th和 丫 丫d.th確保蜂窩用戶和D2D用戶能夠達到正常通信的要求，
表示每對D2D最 終分配到的帶寬不超過系統(tǒng)分配給蜂窩用戶的帶寬。
[0015] 進一步的，步驟104中求取蜂窩用戶復用給D2D通信、未復用的資源塊RB的信干 噪比W及D2D復用RB后所得的SINR分別是；
[0016] …
[0017]Pt，Pd分別為蜂窩用戶和D2D用戶分配給各自RB的功率，N。為高斯白噪聲，I為復 用相同RB的D2D用戶的干擾，Gte為蜂窩用戶到基站的信道增益，為D2D發(fā)射端到基站 的信道增益，Gdd為D2D接收端與發(fā)送端之間的信道增益，Gtd為蜂窩用戶到D2D接收端之間 的信道增益，
[0018] 根據(jù)香農公式得相應RB的速率：
[001引rci=Bl0g2(l+Yci)，re2=Blog2(l+Yc2)似
[0020] B為RB的帶寬。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
[0022] 本發(fā)明的跨小區(qū)D2D通信頻譜分配算法，在考慮小區(qū)負載情況下建立合適的資源 分配模型，然后再根據(jù)相應模型，通過優(yōu)化模型求出在D2D復用蜂窩用戶數(shù)k不超過K的條 件下的最大吞吐量來進行最終的資源分配。該算法起到了平衡負載的作用，同時通過使D2D 用戶復用多個蜂窩用戶一定比例的頻譜來滿足D2D通信的Qos要求和抑制D2D用戶對蜂窩 用戶的干擾，提高了蜂窩通信的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的總吞吐量。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明中LTE系統(tǒng)中跨小區(qū)D2D通信系統(tǒng)模型；
[0024]圖2為本發(fā)明中小區(qū)間負載懸殊下的系統(tǒng)模型；
[00巧]圖3為本發(fā)明中小區(qū)間負載相當下的系統(tǒng)模型；
[0026]圖4為本發(fā)明中最大化吞吐量優(yōu)化模型的算法描述；
[0027] 圖5為本發(fā)明中負載懸殊模型下的資源分配算法描述；