一种无线资源分配方法、装置、系统及介质与流程

1.本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种无线资源分配方法、装置、系统及介质。


背景技术：

2.随着信息时代的飞速发展，尤其是5g技术的问世，不仅让用户可以享受低时延、高可靠的服务，还为海量接入提供了原生平台。急剧增长的蜂窝用户数量不仅对基站(base station，简称bs)通信产生了巨大的负荷，而且使有限的频谱资源面临严峻的挑战。因此，如何减轻基站的通信负荷，合理利用有限的通信频谱资源显得尤为重要。
3.在这种通信发展的趋势下，终端直连(简称d2d)通信技术因其独特的通信方式受到了广泛关注。这是一种使用授权频谱、允许设备间直接进行数据传输、可以复用其他蜂窝(简称cu)用户通信资源的短距离无线通信技术。然而资源块的复用会导致主要cu用户和次要d2d用户之间的干扰：包括d2d用户对cu用户的干扰和cu用户对d2d用户的干扰，所以必须在资源共享期间对干扰进行缓解。有关干扰缓解技术的研究主要有两个方向，即bs使用功率控制或资源分配的方法来缓解干扰。但以往的研究大都仅考虑d2d用户之间的通信质量或仅考虑cu用户的可靠性，并且依赖于bs需要知道所有相关链路的信道状态信息(简称csi)，系统的复杂度和开销都较大。
4.因此，在实际情况中需要考虑到d2d通信中资源分配时的复杂度和开销问题，因此可以采用基于距离的低开销资源分配方法。而以往基于距离的资源分配方法大都仅考虑d2d用户之间的通信质量或仅考虑cu用户的可靠性，却忽视了系统总吞吐量和资源复用效率的优化。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种无线资源分配方法、装置、系统及介质，以克服现有技术中基站进行终端直连用户和蜂窝用户间进行资源复用分配的方式系统总吞吐量和资源复用效率低的问题。
6.根据第一方面，本发明实施例提供了一种无线资源分配方法，应用于无线资源分配系统，所述无线资源分配系统包括：基站、若干蜂窝用户以及若干终端直连用户对，所述方法包括：
7.分别计算每个终端直连用户对与基站间的第一距离以及与各蜂窝用户间的第二距离；
8.基于每个蜂窝用户的服务质量要求，分别计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离；
9.基于每个终端直连用户对的服务质量要求，分别计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离；
10.对于每个终端直连用户对，筛选所述第一距离大于所述第一最短接入距离且所述
第二距离大于所述第二最短接入距离的蜂窝用户集合；
11.基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。
12.可选地，所述对于每个终端直连用户对，筛选所述第一距离大于所述第一最短接入距离且所述第二距离大于所述第二最短接入距离的蜂窝用户集合，包括：
13.获取当前蜂窝用户，并判断当前终端直连用户对与基站间的第一距离是否大于所述当前蜂窝用户对应的第一最短接入距离；
14.在当前终端直连用户对与基站间的第一距离大于所述当前蜂窝用户对应的第一最短接入距离时，判断所述当前终端直连用户对与所述当前蜂窝用户间的第二距离是否大于所述当前终端直连用户对对应的第二最短接入距离；
15.在所述当前终端直连用户对与所述当前蜂窝用户间的第二距离大于所述当前终端直连用户对对应的第二最短接入距离时，将所述当前蜂窝用户加入所述当前终端直连用户对的蜂窝用户集合，并继续判断下一蜂窝用户，直至遍历完所有蜂窝用户。
16.可选地，所述基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用，包括：
17.基于所述预设吞吐量优化目标确定评价指标参数；
18.分别获取所述蜂窝用户集合中各蜂窝用户对应评价指标参数的参数值；
19.基于所述蜂窝用户集合中各蜂窝用户对应评价指标参数的参数值分别计算各蜂窝用户对应的资源选择函数值；
20.将资源选择函数值最大的蜂窝用户确定为所述目标蜂窝用户与所述当前终端直连用户对进行资源复用。
21.可选地，所述评价指标参数包括：蜂窝用户的信道带宽、复用次数及距离参数，其中，
22.当所述预设吞吐量优化目标为系统总吞吐量时，所述距离参数为蜂窝用户与当前终端直连用户对的距离；
23.当所述预设吞吐量优化目标为终端直连用户对吞吐量时，所述距离参数为蜂窝用户与当前终端直连用户对的距离以及当前终端直连用户对与基站间的第一距离；
24.当所述预设吞吐量优化目标为蜂窝用户吞吐量时，所述距离参数为蜂窝用户与基站的距离。
25.可选地，当资源选择函数值最大的蜂窝用户存在多个时，所述方法还包括：
26.分别获取每个资源选择函数值最大的蜂窝用户与基站间的第三距离；
27.按照第三距离从小到大的顺序，确定目标蜂窝用户。
28.可选地，在基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用之前，所述方法还包括：
29.按照所述第一距离从大到小的顺序，确定各终端直连用户对的接入顺序；
30.按照所述接入顺序，基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。
31.可选地，在所述预设吞吐量优化目标为系统总吞吐量时，通过如下公式计算蜂窝用户对应的资源选择函数值：
[0032][0033]
其中，w
ji
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户对应的资源选择函数值，bw
ci
表示第i个蜂窝用户的信道带宽，n表示共同复用第i个蜂窝用户信道资源的终端直连用户对的数量，d
i，j
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户与第j个终端直连用户对的距离。
[0034]
可选地，在当前终端直连用户对的蜂窝用户集合为空集时，拒绝所述当前终端直连用户接入无线资源分配系统。
[0035]
根据第二方面，本发明实施例还提供了一种无线资源分配装置，应用于无线资源分配系统，所述无线资源分配系统包括：基站、若干蜂窝用户以及若干终端直连用户对，所述装置包括：
[0036]
第一计算模块，用于分别计算每个终端直连用户对与基站间的第一距离以及与各蜂窝用户间的第二距离；
[0037]
第二计算模块，用于基于每个蜂窝用户的服务质量要求，分别计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离；
[0038]
第三计算模块，用于基于每个终端直连用户对的服务质量要求，分别计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离；
[0039]
第一处理模块，用于对于每个终端直连用户对，筛选所述第一距离大于所述第一最短接入距离且所述第二距离大于所述第二最短接入距离的蜂窝用户集合；
[0040]
第二处理模块，用于基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。
[0041]
根据第三方面，本发明实施例还提供了一种无线资源分配系统，所述无线资源分配系统包括：基站、若干蜂窝用户以及若干终端直连用户对，所述无线资源分配系统还包括：控制器，所述控制器包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或者其任意一种可选实施方式中所述的无线资源分配方法。
[0042]
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面，或者其任意一种可选实施方式中所述的无线资源分配方法。
[0043]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0044]
本发明实施例提供的无线资源分配方法，通过分别计算每个终端直连用户对与基站间的第一距离以及与各蜂窝用户间的第二距离；基于每个蜂窝用户的服务质量要求，分别计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离；基于每个终端直连用户对的服务质量要求，分别计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离；对于每个终端直连用户对，筛选第一距离大于第一最短接入距离且第二距离大于第二最短接入距离的蜂窝用户集合；基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。从而基于对终端直连用户对和蜂窝用户服务质量进行资源复用对象的筛选能够同时保证蜂窝用户和终端直连用户对在进行资源共享后的服务质量性能，保证接入用户的可靠性，并且结合预设吞吐
量优化目标进行资源选择，可以有效降低终端直连用户对与蜂窝用户间的干扰，提高系统总吞吐量和资源复用效率。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]
图1为本发明实施例的一种无线资源分配系统的结构示意图；
[0047]
图2为本发明实施例的一种无线资源分配方法的流程图；
[0048]
图3为本发明实施例的无线资源分配的具体工作过程示意图；
[0049]
图4为本发明实施例的d2d用户对预分组方法步骤示意图；
[0050]
图5a为本发明实施例的三种优化目标下系统总吞吐量的性能分析示意图；
[0051]
图5b为本发明实施例的cu用户sinr－cdf性能分析示意图；
[0052]
图5c为本发明实施例的两种算法下系统总吞吐量的对比示意图；
[0053]
图5d为本发明实施例的两种算法下系统平均复用效率性能分析示意图；
[0054]
图6为本发明实施例的一种无线资源分配装置的结构示意图；
[0055]
图7为本发明实施例的一种无线资源分配系统中控制器的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0058]
本发明实施例提出了一种基于距离的低开销资源分配方案，具体实现过程主要由两部分构成。第一部分是基于d2d用户的位置进行d2d用户接入控制与预分组。这部分是为了确定哪些d2d用户对可以在满足其自身和cu用户的服务质量(以下简称qos)条件下允许被接入网络。并且对可接入的d2d用户对进行分组，确定它们可与哪些cu用户进行资源共享。第二部分是定义一个资源选择函数，这个选择函数可以根据需要进行设定，其中默认的是优化系统总吞吐量，也可以设定为优化d2d用户吞吐量或者优化cu用户吞吐量，当然也可以根据实际通信需求设定自定义的选择函数。通过选择函数，进行计算，让可接入的d2d用户对在潜在cu用户集中进行最终的资源选择。
[0059]
本发明实施例提出的基于距离的低开销资源分配方案。考虑了多终端直连用户对(以下简称d2d用户对)复用多个蜂窝用户(以下简称cu用户)资源的场景，在同时保证cu用户和d2d用户对的qos(服务质量)需求的前提下，基于d2d用户、cu用户和基站三者间的通信距离，提出了一种资源分配方案。该方案结合资源复用函数矩阵进行预分组和资源选择，能够综合降低c2d干扰和d2c干扰，提高系统总吞吐量。数值仿真结果表明，该方案与贪婪启发
式算法相比，系统总吞吐量可以提升约4％，系统平均复用效率提高2倍以上。
[0060]
具体地，本发明实施例提供了一种无线资源分配方法，应用于如图1所示的无线资源分配系统，该系统包括：基站bs、4个蜂窝用户(cu1、cu2、cu3、cu4)以及3个终端直连用户对(pair1、pair2、pair3)，无线资源分配系统还包括：控制器(图1中未示出)。关于控制器的具体工作过程参见下文方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。需要说明的是，图1是以系统包含4个cu用户，3个d2d用户对为例进行的说明，在实际应用中，cu用户及d2d用户对的数量可以灵活设置，本发明并不以此为限。此外，在本发明实施例中为了保障资源复用的质量，对每个cu用户的资源最大复用数量进行了限制，限制数量k＝2，即每个cu用户的资源块最终只能由2个d2d用户对进行资源复用，在实际应用中k的取值可根据实际情况进行灵活的选择，本发明并不以此为限。
[0061]
图2示出了根据本发明实施例的一种无线资源分配方法的流程图，如图2所示，该无线资源分配方法具体包括如下步骤：
[0062]
步骤s101：分别计算每个终端直连用户对与基站间的第一距离以及与各蜂窝用户间的第二距离。
[0063]
其中，可根据终端直连用户对、蜂窝用户及基站的分布位置，按照两点间的距离来分别计算上述第一距离和第二距离。
[0064]
步骤s102：基于每个蜂窝用户的服务质量要求，分别计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离。
[0065]
其中，不同的蜂窝用户对应服务质量要求可能也不相同，相应地，最小信干噪比(以下简称sinr)要求也不相同，具体根据蜂窝用户对应服务质量要求计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离的计算过程为现有技术，具体可参照现有技术的相关描述，在此不再进行赘述。
[0066]
步骤s103：基于每个终端直连用户对的服务质量要求，分别计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离。
[0067]
其中，与蜂窝用户类似，不同的终端直连用户对对应服务质量要求可能也不相同，相应地，最小信干噪比(以下简称sinr)要求也不相同，具体根据终端直连用户对对应服务质量要求计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离的计算过程为现有技术，具体可参照现有技术的相关描述，在此不再进行赘述。
[0068]
步骤s104：对于每个终端直连用户对，筛选第一距离大于第一最短接入距离且第二距离大于第二最短接入距离的蜂窝用户集合。
[0069]
具体地，在一实施例中，在当前终端直连用户对的蜂窝用户集合为空集时，拒绝当前终端直连用户接入无线资源分配系统。如果蜂窝用户集合为空集，则说明当前终端直连用户对无法匹配cu用户进行资源复用，即无法为其分配无需资源，因此，系统将拒绝其接入请求，以对d2d用户对进行提示。
[0070]
步骤s105：基于预设吞吐量优化目标，从当前终端直连用户对的蜂窝用户集合中筛选目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。
[0071]
其中，蜂窝用户集合中的各个蜂窝用户都是可以为当前终端直连用户对进行资源复用的蜂窝用户，通过从该集合中筛选进行资源复用的cu用户，可以实现系统吞吐量优化目标，提高资源复用效率。
[0072]
具体地，在一实施例中，上述步骤s104具体包括如下步骤：
[0073]
步骤s41：获取当前蜂窝用户，并判断当前终端直连用户对与基站间的第一距离是否大于当前蜂窝用户对应的第一最短接入距离。
[0074]
步骤s42：在当前终端直连用户对与基站间的第一距离大于当前蜂窝用户对应的第一最短接入距离时，判断当前终端直连用户对与当前蜂窝用户间的第二距离是否大于当前终端直连用户对对应的第二最短接入距离。
[0075]
步骤s43：在当前终端直连用户对与当前蜂窝用户间的第二距离大于当前终端直连用户对对应的第二最短接入距离时，将当前蜂窝用户加入当前终端直连用户对的蜂窝用户集合，并继续判断下一蜂窝用户，直至遍历完所有蜂窝用户。
[0076]
具体地，在一示例中，如图3所示，上述资源分配过程的第一部分需要先对请求接入的d2d用户对进行接入控制并且进行预分组，预分组过程如图4所示，具体步骤如下：
[0077]
1)根据如图1所示的系统模型得到资源复用指示函数矩阵p：
[0078][0079]
2)将矩阵p中的列向量按照cu用户与bs之间距离由近到远的顺序，即按照d
i，b
(cu用户与bs之间距离)由小到大的顺序重新排列。假设系统中各个cu用户与bs的距离大小为d
2，b
＜d
1，b
＜d
4，b
＜d
3，b
，则上述矩阵p变为：
[0080][0081]
3)根据cu用户的qos，为每个cu用户计算满足其最小sinr(信干噪比)要求的最短接入距离d
i，min
，只有当d2d用户对dj与bs之间的距离d
j，b
大于cu用户cui的最短接入距离时，dj才可复用cui的资源。具体地，为每个cu用户cui(i∈{1，2，3，4})和d2d用户对dj(j∈{1，2，3})计算最短接入距离和计算完毕后进行距离判断。
[0082]
4)根据d2d用户的qos，为每个d2d用户对计算满足其最小sinr要求的最短接入距离d
j，min
，只有当dj和cui之间的距离d
i，j
大于dj的最短接入距离时，dj才会选择cui的信道资源进行复用。
[0083]
5)对于每个尝试接入网络的d2d用户对dj，根据所计算的最短接入距离d
j，min
对系统内的每个cu用户进行判断是否可以选择该用户cui进行复用。若满足则将dj和bs之间的距离d
j，b
与用户cui的最短接入距离d
i，min
进行比较，进一步判断dj能否复用cui的资源。若满足则将cui放入dj的潜在复用用户集rj中，否则将矩阵p中的资源复用指示函数置为0。观察每个d2d用户对dj的潜在复用用户集rj，若rj为空集，则表示dj不能接入系统网络，且对矩阵p进行降维。
[0084]
示例性地，首先对于cu2，依次将d2d用户对d1，d2，d3到bs之间的距离与cu2的最短接
入距离进行比较。比较结果为和由于d3不满足cu2的接入条件，故将置为0。而由于排在cu2后面的cu用户都不允许接入，故将和都置为0。d1和d2可满足cu2的接入条件，进一步进行判断，将d1与cu2的距离d
2，1
与d1的最短接入距离进行比较，得到满足复用条件，将cu2放入d1的潜在复用集r1中。再将d2与cu2的距离d
2，2
与d2的最短接入距离进行比较，得到满足复用条件，将cu2放入d2的潜在复用集r2中。
[0085]
接着对于用户cu1，同样进行距离判断。由于已置零，故只需要对d1和d2进行判断。得到表示d1和d2可满足cu1的接入条件，进一步进行判断。将d1与cu1的距离d
1，1
和d2与cu1的距离d
1，2
分别与d1和d2的最短接入距离比较，得到故可知cu1可满足d2的复用条件，而cu1不满足d1的复用条件，将置0。
[0086]
同理对cu4和cu3进行距离判断，得到三个d2d用户对的潜在复用集分别为r1＝{cu2，cu4}、r2＝{cu1，cu2，cu4}、并对资源复用指示函数矩阵p进行赋值。
[0087]
预分组后的矩阵p如下所示：
[0088][0089]
由d2d用户对的潜在复用集可知，d2d用户对d3不被允许接入网络中。综上，在第一步进行接入控制和预分组后，d2d用户对的分配结果如下表1所示：
[0090]
表1d2d用户对预分组后的分配结果
[0091]
d2d用户对是否允许接入潜在复用集d1是cu2、cu4d2是cu1、cu2、cu4d3否/
[0092]
此外，矩阵p可以进一步化简为矩阵p
′
为：
[0093][0094]
具体地，在一实施例中，上述步骤s105具体包括如下步骤：
[0095]
步骤s51：基于预设吞吐量优化目标确定评价指标参数。
[0096]
具体地，评价指标参数包括：蜂窝用户的信道带宽、复用次数及距离参数，其中，当
预设吞吐量优化目标为系统总吞吐量时，距离参数为蜂窝用户与当前终端直连用户对的距离；当预设吞吐量优化目标为终端直连用户对吞吐量时，距离参数为蜂窝用户与当前终端直连用户对的距离以及当前终端直连用户对与基站间的第一距离；当预设吞吐量优化目标为蜂窝用户吞吐量时，距离参数为蜂窝用户与基站的距离。
[0097]
步骤s52：分别获取蜂窝用户集合中各蜂窝用户对应评价指标参数的参数值。
[0098]
步骤s53：基于蜂窝用户集合中各蜂窝用户对应评价指标参数的参数值分别计算各蜂窝用户对应的资源选择函数值。
[0099]
具体地，在一实施例中，在预设吞吐量优化目标为系统总吞吐量时，通过如下公式计算蜂窝用户对应的资源选择函数值：
[0100][0101]
其中，w
ji
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户对应的资源选择函数值，bw
ci
表示第i个蜂窝用户的信道带宽，n表示共同复用第i个蜂窝用户信道资源的终端直连用户对的数量，d
i，j
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户与第j个终端直连用户对的距离。
[0102]
步骤s54：将资源选择函数值最大的蜂窝用户确定为目标蜂窝用户与当前终端直连用户对进行资源复用。
[0103]
具体地，在一实施例中，在执行上述步骤s105之前，本发明实施例提供的无线资源分配方法还包括如下步骤：
[0104]
步骤s106：按照第一距离从大到小的顺序，确定各终端直连用户对的接入顺序。然后按照接入顺序，对与每一个当前终端直连用户对，执行上述步骤s105。在实际应用中，终端直连用户对距离基站越远，其接入系统与蜂窝用户进行资源复用的优先级越高，从而保障远离基站的终端直连用户对的通信质量，提升用户使用体验。
[0105]
具体地，在一实施例中，当资源选择函数值最大的蜂窝用户存在多个时，上述方法还包括如下步骤：
[0106]
步骤s55：分别获取每个资源选择函数值最大的蜂窝用户与基站间的第三距离。
[0107]
步骤s56：按照第三距离从小到大的顺序，确定目标蜂窝用户。
[0108]
具体地，由于距离基站越近的cu用户，其资源信号的质量越好，因此，优先选择距离基站最近的cu用户进行资源复用，以进一步提高资源复用效率，并且保障cu用户和d2d用户的服务质量。
[0109]
具体地，在一示例中，在上述资源分配过程的第一部分中，已经通过基于距离的预分组方法，为每个可接入的d2d用户对找到可复用的潜在cu用户集rj，下面就是让可接入的d2d用户对dj在潜在cu用户集rj中进行资源选择。
[0110]
示例性地，资源选择考虑到以下几个方面，首先是优先选择信道带宽大的。其次是距离变量d
i，j
(cu用户到d2d用户对的距离)，它影响着c2d干扰。除此之外，由于共同选择同一资源块的d2d用户对之间也会产生干扰，因此资源选择函数中还引入了一个变量n来表示资源块被复用的次数，每当用户cui的资源块被复用后，n就进行自增。它们以比值的形式在资源选择函数中进行表示。比值越大，对d2d用户对的干扰越小。
[0111]
本发明实施例提供的资源分配方案可根据需要选择资源选择函数的计算，示例性
地，可以资源选择的优化目标可以是优化系统总吞吐量、优化d2d用户吞吐量和优化cu用户吞吐量等，在实际应用中，也可以自定义一个选择函数。其中，本发明实施例是以资源选择函数的计算公式是最优化系统总吞吐量为例进行的说明，用于为每个可接入的d2d用户对dj在潜在集合rj中找到最优的cu用户资源进行选择。
[0112]
示例性地，资源选择函数公式可根据需要按照以下三个公式进行计算：
[0113]
默认选择：(优化系统总吞吐量)；
[0114]
可选1：(优化d2d用户吞吐量)
[0115]
可选2：w
ji
＝bw
ci
*d
i，b
(优化cu用户吞吐量)
[0116]
其中，w
ji
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户对应的资源选择函数值，bw
ci
表示第i个蜂窝用户的信道带宽，n表示共同复用第i个蜂窝用户信道资源的终端直连用户对的数量，d
i，j
表示第j个终端直连用户对的蜂窝用户集合中第i个蜂窝用户与第j个终端直连用户对的距离，d
j，b
表示第j个终端直连用户对与基站间的距离，d
i，b
表示第i个蜂窝用户与基站间的距离。具体的资源选择步骤如下所示：
[0117]
(1)为集合rj中的每个cu用户进行资源选择函数值w
ji
的计算；
[0118]
(2)在集合rj中选择函数值最大的cu用户进行复用。并且将选择的结果映射到矩阵p
′
中。例如若dj与cui的资源选择函数值w
ji
最大，则将矩阵p
′
中所对应的置为1。
[0119]
最后，根据资源选择函数的结果确定了最终的矩阵p
′
，得到最终资源分配方案。
[0120]
示例性地，上述资源分配过程的第二部分是基于默认资源选择函数w
ji
进行资源选择。在资源选择前，先将可接入的d2d对按照与bs的距离d
j，b
由大到小的顺序重新排列，这将决定d2d对的接入顺序。假设系统中可接入的d2d用户对d1、d2与bs的距离大小为d
1，b
＞d
2，b
，与先前的顺序恰好一致，故本次d2d用户对无需重新排列，矩阵p
′
也无需进行变换。
[0121]
首先是d2d用户对d1，分别计算d1与cu2、cu4的资源选择函数和假设每个信道资源的带宽一致，都为w。而cu2和cu4的资源此时都未被复用，故两者的复用次数n都为1。此时，两者的资源选择函数为：1。此时，两者的资源选择函数为：此时主要比较d
1，1
和d
2，1
的大小，选择距离大所对应的cu用户进行复用。本例的系统模型中d
1，1
＝d
2，1
，使得两者的资源选择函数相等。此时，就要进一步考虑cu2和cu4与bs的距离，优先选择距离bs较近的cu用户进行复用，由于本例中d
2，b
＜d
1，b
，故d1选择cu2进行复用，将矩阵p
′
中的置为1。
[0122]
接着是d2d用户对d2，分别计算d2与cu
t
、cu2、cu4的资源选择函数口由于cu2已被复用过，故cu2的复用次数n＝2，与系统限制复用次数k＝2进行对比，由于n≤k，因此cu2依旧可以被资源复用。此时，三者的资源选择函数为：和在本例的系统模型中，d
4，2
＜d
1，2
＜d
2，2
，但由于故d2选择cu1进
行复用，将矩阵p
′
中的置为1。又根据矩阵的特点，其他的资源复用指示函数可被置零。
[0123]
最终的矩阵p
′
如下所示：
[0124][0125]
由矩阵p
′
可知，在进行了资源选择后，d2d用户对的复用结果如表2所示：
[0126]
表1资源分配的最终结果
[0127]
d2d用户对是否允许接入最终资源选择d1是cu2d2是cu1d3否/
[0128]
在现有技术中，基于距离的资源分配方案主要是通过利用蜂窝用户与d2d用户接收端的距离，并以此形成一个二维距离矩阵。通过矩阵中距离的远近进行判断完成蜂窝用户资源复用的预分组，并要求每个蜂窝用户资源最多能被3组d2d用户对复用。主要优化目标是保证所有d2d用户对的用户间通信质量需求。对多d2d用户对复用多个蜂窝用户资源的整个系统的资源进行分配。但在此方案中，蜂窝用户的通信质量需求的优先权没有被重视。
[0129]
按照现有技术中的资源分配方案，首先根据如图1所示的系统模型形成一个二维距离矩阵q，矩阵q如下所示：
[0130][0131]
接着，依次为d2d用户对找到距离它最远的cu用户。第一个是d2d用户d1，假设模型中，d1与各个cu用户间的距离大小顺序为d
1，1
＜d
2，1
＝d
4，1
＜d
3，1
，故d1选择复用cu3的资源。第二个是d2d用户d2，假设d2与各个cu用户间的距离大小顺序为d
4，2
＜d
3，2
＜d
1，2
＜d
2，2
，故d2选择复用cu2的资源。第三个是d2d用户d3，假设d3与各个cu用户间的距离大小顺序为d
2，3
＜d
4，3
＜d
1，3
＜d
3，3
，cu3距离d3最远，且由于cu3的复用次数未超过所设定的最大复用次数k，故d3也选择复用cu3的资源。在进行了此方案的资源选择后，d2d用户对的复用结果如表3所示：
[0132]
表2现有技术方案的资源分配的最终结果
[0133]
d2d用户对是否允许接入最终资源选择d1是cu3d2是cu2d3是cu3[0134]
虽然在现有技术的方案中，d2d用户对的接入率更高，但是它没有考虑cu用户在被资源复用之后自身的qos。同时也没有考虑共同复用同一资源块时d2d用户对之间的干扰。
[0135]
而本发明实施例提供的资源分配方案支持多个d2d用户对复用多个cu用户的资源，且能够同时保证cu用户和d2d用户在进行资源共享后的qos性能，保证接入用户的可靠性。结合资源复用函数矩阵进行预分组和资源选择，综合降低d2d用户对cu用户的干扰和cu用户对d2d用户的干扰，提高系统总吞吐量和资源复用效率。
[0136]
下面将从两个方面来说明本发明所能达到的有益效果，首先是说明本发明的可靠性，即验证本发明可以达到要实现的目标。其次与上述现有技术方案提高的资源分配方案进行对比，说明本发明的有效性，验证本发明在系统总吞吐量和资源复用效率方面有显著提升。
[0137]
在实验中，考虑单个孤立的圆形小区环境，m个cu用户和n对d2d用户随机部署在以bs为原点、半径为r的小区中，且它们均分网络的上行带宽w。由于d2d用户对的通信距离通常较短并且会动态变化，因此本文考虑了一对d2d用户中的发射端和接收端均匀分布在一个半径为r的簇中且簇心在小区内随机分布，n对d2d用户处在n个相互独立的簇中。具体仿真参数由表4给出。
[0138]
表3实验参数表
[0139]
参数值小区半径r(m)500d2d簇半径r(m)100蜂窝用户发射功率(dbm)21d2d发射端发射功率(dbm)21cu用户数量m20d2d用户对数n2，4，6
…
18资源块数目k20路径损耗常数λ10-2
路径损耗指数α4多径衰落均值为1的指数分布阴影衰落标准差为8db的对数正态分布信道带宽(mhz)1噪声功率(dbm)-114用户sinr阈值(db)2，5资源块复用次数限制k1，2，3仿真次数100000
[0140]
首先用以下两个指标来验证所提发明的可靠性：系统总吞吐量和cu用户sinr的累积分布函数(cdf)。它们分别是指系统内cu用户和接入的d2d用户对吞吐量之和及cu用户在资源共享后sinr的累积分布函数。
[0141]
本发明的优化目标是同时满足cu用户和d2d用户的qos条件下，综合提升cu用户和d2d用户的吞吐量，从而最大化系统吞吐量。而以往的现有技术主要考虑以下两种优化目标：
①
满足cu用户的qos条件下，最大化d2d用户的吞吐量。
②
满足d2d用户的qos条件下，最大化cu用户的吞吐量。实际上，本发明的优化目标下系统的总吞吐量应能包括以上两种目标下系统总吞吐量的最大值。故本发明将这三种优化目标下的系统总吞吐量进行了对比分
析，如图5a所示。结果表明，在本发明的优化目标下，本发明所提方法系统总吞吐量高于其他两种。
[0142]
图5b比较了本发明所提方法(图中以proposed scheme表示)和上述现有技术方案(以下简称heuristic算法，图中以greedy heuristic表示)中cu用户在资源共享后关于sinr的累计分布函数。如图5b所示，假设系统中cu用户的sinr阈值为5db，heuristic算法中约有30％的cu用户无法满足其qos要求，而本发明实施例所提算法中所有cu用户均可满足，达到优化目标。
[0143]
其次用以下两个指标来验证所提发明的有效性：系统总吞吐量和系统平均复用效率。前者已经论述过，后者是指d2d用户对接入网络后，d2d用户对总吞吐量与cu用户资源共享前后所减少吞吐量的比值。例如当d2d用户对总吞吐量相同时，cu用户牺牲的吞吐量越少，资源复用效率越高。
[0144]
图5c比较了本发明实施例所提算法(图中以proposed scheme表示)和heuristic算法(图中以greedy heuristic表示)中系统总吞吐量的大小并分析了资源复用次数k对系统吞吐量的影响。在所提算法中，当k增大时，系统吞吐量也随之增大。这是因为当资源块可被复用的次数增大时，接入的d2d用户也变多。而在heuristic算法中，随着d2d用户对的增加，当cu用户的资源块复用数量k＝2或3时的系统总吞吐量反而比k＝1时更小，这是因为heuristic算法未考虑共享同一资源时d2d用户对之间的干扰。当d2d用户越来越多，它们之间产生的干扰也随之变大，导致d2d用户对的吞吐量显著减少。当复用次数相同时，所提算法的系统总吞吐量平均高于heuristic算法约4％。
[0145]
从图5d可以看出，本发明实施例所提供的技术方案(图中以proposedscheme表示)的系统复用效率远远高于heuristic算法(图中以greedyheuristic表示)。这是因为本发明提供的技术方案在提升d2d用户吞吐量的同时也控制了cu用户吞吐量的牺牲。在同样的条件下，本发明实施例所提技术方案的复用效率可提高2倍以上。
[0146]
通过执行上述各个步骤，本发明实施例提供的无线资源分配方法，通过基于对终端直连用户对和蜂窝用户服务质量进行资源复用对象的筛选能够同时保证蜂窝用户和终端直连用户对在进行资源共享后的服务质量性能，保证接入用户的可靠性，并且结合预设吞吐量优化目标进行资源选择，可以有效降低终端直连用户对与蜂窝用户间的干扰，提高系统总吞吐量和资源复用效率。
[0147]
图6示出了本发明提供的无线资源分配装置的结构示意图，如图6所示，该无线资源分配装置具体包括：
[0148]
第一计算模块101，用于分别计算每个终端直连用户对与基站间的第一距离以及与各蜂窝用户间的第二距离。详细内容参见上述方法实施例中步骤s101的相关描述。
[0149]
第二计算模块102，用于基于每个蜂窝用户的服务质量要求，分别计算满足每个蜂窝用户最小信干噪比要求的第一最短接入距离。详细内容参见上述方法实施例中步骤s102的相关描述。
[0150]
第三计算模块103，用于基于每个终端直连用户对的服务质量要求，分别计算满足每个终端直连用户对最小信干噪比要求的第二最短接入距离。详细内容参见上述方法实施例中步骤s103的相关描述。
[0151]
第一处理模块104，用于对于每个终端直连用户对，筛选第一距离大于第一最短接
drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0162]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。