一种D2D通信资源分配方法、装置及计算机设备

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种d2d通信资源分配方法、装置及计算机设备。

背景技术：

1、传统的静态频谱分配策略为授权用户提供固定的频谱，并且该频谱为授权用户所独享，使得无线频谱资源往往低效使用。特别地，随着人工智能、物联网、5g、智慧城市等技术及应用的兴起，无线连接设备迎来爆发式增长，频谱需求急剧增加，加剧了频谱资源稀缺问题的严重性。

2、d2d(device-to-device)通信通过允许两个近距离相邻的设备重用蜂窝用户(cellular user，cu)的频谱资源直接进行数据传输，而无需经过基站，不仅极大提高频谱资源利用率，缓解资源短缺问题；同时提高系统容量和用户体验，有效缓解基站的流量负荷。其主要通信模式有两种，分别是overlay和underlay。在overlay模式下，d2d用户可以使用与cu正交的专用资源以避免d2d用户与cu间的干扰，然而，多对d2d用户间仍然可能共享相同的资源，因此不同d2d用户间的干扰仍然存在，并且该模式实施的前提是蜂窝网络中要具有足够丰富的信道资源。而在underlay模式下，无论cu是否占用频谱，只要d2d用户引起的总干扰低于cu可容忍的干扰阈值，就允许d2d用户与cu同时传输。因此，与overlay模式相比，underlay模式可以更有效地利用有限的频谱资源。然而，在underlay模式下，d2d用户与cu的频谱资源共享在实际中可能带来严重的干扰问题，对系统性能产生严重影响。

3、因此，研究如何在有限的频谱资源条件下，对用户进行合理有效的资源分配，以提高频谱资源利用率，显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了在满足cu和接入网络的d2d用户对的最低传输速率需求的同时，进一步提高信道多重复用所带来的性能增益，本发明提出一种d2d通信资源分配方法，具体包括以下步骤：

2、101、从可用颜色集c中任选颜色cm，将系统中的所有d2d用户对分为着色集sm和候选着色集

3、102、计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的功率上限值与功率下限值；

4、103、计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益；

5、104、根据候选着色集构建双向干扰图gm；

6、105、根据着色条件，在双向干扰图gm中为颜色cm选择最佳着色顶点并更新着色集sm和候选着色集

7、106、重复步骤102到步骤105，直至候选着色集为空集或候选着色集中无顶点满足所述着色条件；

8、107、重复步骤101到步骤106，直至可用颜色集c中的所有颜色均被使用。

9、进一步的，步骤101从可用颜色集c中任选颜色cm，将系统中的所有d2d用户对分为着色集sm和候选着色集的过程包括：

10、将系统中所有蜂窝用户占用的子信道资源表示为不同颜色，从而获得可用颜色集c，可用颜色集c中的任意一个颜色cm表示一个子信道m；

11、根据d2d用户对是否被颜色cm染色，将系统中的所有d2d用户对分为所述着色集sm和候选着色集

12、进一步的，步骤102计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的功率上限值与功率下限值包括：

13、步骤102计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的功率上限值与功率下限值包括：

14、进一步的，计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益包括：基于功率上限值与功率下限值，获得候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益。

15、进一步的，步骤104根据候选着色集构建双向干扰图gm包括：

16、基于预期发射功率，获得候选着色集中所有d2d用户对在子信道m上的最大可容忍干扰阈值；

17、基于最大可容忍干扰阈值与预期发射功率，计算出邻接矩阵，从而获得所述双向干扰图gm。

18、进一步的，基于预期发射功率，获得候选着色集中所有d2d用户对在子信道m上的最大可容忍干扰阈值；

19、基于最大可容忍干扰阈值与预期发射功率，计算出邻接矩阵，从而获得所述双向干扰图gm。

20、进一步的，步骤105根据着色条件，在双向干扰图gm中为颜色cm选择最佳着色顶点并更新着色集sm和候选着色集包括：

21、着色条件为：候选着色集的所有d2d用户对中，将最佳着色顶点添加到着色集sm后，最佳着色顶点在子信道m带来的速率增益最大且不为负数；

22、将最佳着色顶点加入所述着色集sm，并将最佳着色顶点及其在双向干扰图gm中的所有可达邻居点从候选着色集中删除，从而更新着色集sm和候选着色集

23、本发明还提供一种d2d通信资源分配装置，用于实现一种d2d通信资源分配方法，包括计算单元、处理单元、逻辑单元，其中：

24、计算单元，用于计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的功率上限值与功率下限值；还用于计算候选着色集中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益；

25、处理单元，用于根据所述候选着色集构建双向干扰图gm；还用于根据着色条件，在双向干扰图gm中为颜色cm选择最佳着色顶点并更新着色集sm和候选着色集

26、逻辑单元，用于控制计算单元和处理单元的计算，直至候选着色集为空集或候选着色集中无顶点满足所述着色条件，直至可用颜色集c中的所有颜色均被使用。

27、本发明还提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，处理器可读存储器上存储的计算机程序，当存储器中的计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行一种d2d通信资源分配方法。

28、本发明在满足cu和d2d用户的最低传输速率需求情况下，能够有效地提高二次接入网络的d2d用户的总传输速率；通过d2d用户与cu以及d2d用户之间的资源共享扩展，进一步提高了信道多重复用所带来的性能增益，不仅允许每对d2d用户重用多个cu子信道，并且一个cu子信道也可由多对d2d用户共享；相比于传统图着色算法，本发明能够增加d2d用户二次接入网络的机会，从而降低d2d用户的中断概率。

技术特征：

1.一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，步骤101从可用颜色集c中任选颜色cm，将系统中的所有d2d用户对分为着色集sm和候选着色集sm的过程包括：

3.根据权利要求1所述的一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，步骤102计算候选着色集sm中所有d2d用户对在颜色cm上的功率上限值与功率下限值包括：

4.根据权利要求1所述的一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，计算候选着色集sm中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益包括：基于功率上限值与功率下限值，获得候选着色集sm中所有d2d用户对在颜色cm上的预期发射功率及其所能带来的速率增益。

5.根据权利要求4所述的一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，步骤104根据候选着色集sm，构建双向干扰图gm包括：

6.根据权利要求1所述的一种d2d通信资源分配方法，其特征在于，步骤105根据着色条件，在双向干扰图gm中为颜色cm选择最佳着色顶点vn*，并更新着色集sm和候选着色集sm包括：

7.一种d2d通信资源分配装置，其特征在于，用于实现权利要求1所述的一种d2d通信资源分配方法，包括计算单元、处理单元、逻辑单元，其中：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，处理器可读存储器上存储的计算机程序，当存储器中的计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行权利要求1～6中所述的任意一种d2d通信资源分配方法。

技术总结
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种D2D通信资源分配方法、装置及计算机设备，方法包括：从可用颜色集中任选颜色，将系统中的所有D2D用户对分为着色集和候选着色集；计算候选着色集中所有D2D用户对在颜色上的功率上限值与功率下限值及其预期发射功率及其所能带来的速率增益；根据候选着色集构建双向干扰图；根据着色条件在双向干扰图中为颜色选择最佳着色顶点，并更新着色集和候选着色集，直至候选着色集为空集或候选着色集中无顶点满足着色条件；重复以上步骤直至可用颜色集中的所有颜色均被使用；本发明通过D2D用户与蜂窝用户以及D2D用户之间的资源共享扩展提高信道多重复用所带来的性能增益。

技术研发人员：申滨,孙万平,张翔,赵威
受保护的技术使用者：重庆邮电大学空间通信研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15