蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中d2d用戶速率最大化的功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及D2D用戶的功率分配方法，具體來說，涉及蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶速 率最大化的功率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為滿足移動(dòng)用戶對(duì)高速業(yè)務(wù)的需求，5G關(guān)鍵技術(shù)中的 設(shè)備與設(shè)備（對(duì)應(yīng)英文為Aevice-to-Device;文中簡(jiǎn)稱：D2D)技術(shù)將允許某些通信設(shè)備 不必經(jīng)過基站而直接進(jìn)行通信，也就是可以像藍(lán)牙功能那樣以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳 輸。D2D技術(shù)作為下一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以提升系統(tǒng)容量為目標(biāo)，允許蜂窩 用戶和D2D用戶通過無干擾或者存在干擾兩種形式進(jìn)行通信。前者由于不同的頻率資源被 蜂窩用戶和D2D用戶分開使用，頻譜效率不高。對(duì)于后者，蜂窩用戶和D2D用戶之間的干擾 來源于彼此對(duì)相同頻率的復(fù)用。在這種場(chǎng)景下，D2D用戶對(duì)蜂窩用戶的干擾就始終存在，從 而可能極大地降低蜂窩用戶的用戶體驗(yàn)。具體說來，當(dāng)相同的頻率資源同時(shí)被蜂窩用戶和 D2D用戶使用時(shí)，蜂窩用戶很有可能將受到來自D2D用戶的無法容忍的干擾，導(dǎo)致蜂窩用戶 的通信質(zhì)量下降。這在某種程度上來說是不允許的。因此，如何將D2D用戶產(chǎn)生的干擾控 制在理想的范圍、同時(shí)最大程度提高D2D用戶的通信速率，成為蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中亟待解決 的關(guān)鍵問題。
[0003] 同時(shí)，由于蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)D2D用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)全局信息的了解非常有限，因 此集中式的算法難以實(shí)施。另外，集中式的算法會(huì)帶來非常大的計(jì)算復(fù)雜度，尤其是在D2D 用戶數(shù)目很多的情況下。所以，分布式算法對(duì)于蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩用戶和D2D用戶間 干擾協(xié)調(diào)來說是非常重要的?，F(xiàn)已有多種理論應(yīng)用于蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的分布式資源管理。 而博弈論作為一種描述、反映參與人的策略選擇動(dòng)機(jī)以便找到參與人問題最優(yōu)解的方法， 已成為以分布式方法解決最優(yōu)化問題的重要工具。博弈論又被稱為"對(duì)策論"，是研宄公式 化了的激勵(lì)結(jié)構(gòu)間相互作用的一種重要數(shù)學(xué)工具。它能有效解決理性決策者之間競(jìng)爭(zhēng)或合 作的問題。博弈包含非合作博弈和合作博弈。非合作博弈考慮博弈中個(gè)人的預(yù)測(cè)行為和實(shí) 際行為，分析每個(gè)理性而自私的參與者會(huì)做出怎樣的決策，以及博弈最終可能出現(xiàn)的結(jié)果 是什么。非合作博弈理論已經(jīng)為解決無線通信網(wǎng)絡(luò)中的諸多問題提供了完備的理論工具。 具體來說，通過設(shè)計(jì)特定的效用函數(shù)和定價(jià)機(jī)制，其后通過迭代求解使得每個(gè)用戶"自動(dòng)" 地達(dá)到系統(tǒng)所期望的性能，即一種相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡一一 "納什均衡"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有蜂窩用戶和D2D用戶干擾協(xié)調(diào)技術(shù)在分布式實(shí)現(xiàn)、算法復(fù)雜 度、D2D用戶性能等性能方面的不足，本發(fā)明提供一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶速率最大化 的功率分配方法，可以實(shí)現(xiàn)在蜂窩用戶干擾容忍約束下D2D用戶速率最優(yōu)的目的。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例采用如下的技術(shù)方案：
[0006] -種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶速率最大化的功率分配方法，設(shè)迭代時(shí)隙t= 1、 2、…、T，T表示最大迭代次數(shù)，#表示D2D用戶i在迭代時(shí)隙t的發(fā)射功率，^t表示蜂窩 用戶m在迭代時(shí)隙t針對(duì)k信道反饋回的定價(jià)因子，其中，ieN'，N'表示D2D用戶的集 合，N' = {1、2、…、N}，N表示D2D用戶的總數(shù)；mGM'，M'表示蜂窩用戶集合，M' = {1、 2、…、M}，M表示蜂窩用戶的總數(shù)；kGf表示信道集合，K' = {1、2、…、K}，K表示 信道總數(shù)；該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟10)進(jìn)行初始化操作；
[0008] 步驟20)蜂窩用戶檢測(cè)干擾，生成定價(jià)因子，并廣播給每個(gè)D2D用戶；
[0009] 步驟30)D2D用戶根據(jù)蜂窩用戶廣播的定價(jià)因子確定發(fā)射功率，進(jìn)行信息的傳輸；
[0010] 步驟40)各D2D用戶接收各蜂窩用戶廣播的定價(jià)因子Am/+1)，判斷是否更新功 率：如果|^n -Q，則D2D用戶停止功率更新；如果-《| >。則返回步 驟2〇)，直至e表示判斷閾值。
[0011] 作為第一種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述的步驟10)具體包括：令迭代時(shí)隙t為1， A^=0,Vm,t 表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙為1時(shí)，針對(duì)k信道反饋回的定價(jià)因子； D2D用戶i在迭代時(shí)隙t= 1時(shí)隨機(jī)選定一組發(fā)射功率及(1)作為發(fā)射功率，進(jìn)行信息傳輸；
i其中，⑴表示在迭代時(shí)隙為1時(shí)，D2D用戶i在第1信 道上所分配的發(fā)射功率，A(1) (2)表示在迭代時(shí)隙為1時(shí)，D2D用戶i在第2信道上所分配 的發(fā)射功率，(K)表示在迭代時(shí)隙為1時(shí)，D2D用戶i在第K信道上所分配的發(fā)射功率
[0012] 作為第二種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述的步驟20)具體包括：
[0013] 步驟201)每個(gè)蜂窩用戶測(cè)量在各個(gè)信道上接收到的D2D用戶產(chǎn)生的干擾；
[0014] 步驟202)每個(gè)蜂窩用戶根據(jù)定價(jià)因子疋(,"=[<丨,02，…,^]以及步驟201)測(cè)得 的干擾，采用如式（1)所示的可變步長(zhǎng)投影算法，生成下一個(gè)迭代時(shí)隙下的蜂窩用戶定價(jià) 因子祀+1)
= 1+n，n表示步驟40)返回步驟20)的次數(shù)，n 的初始值為〇 ;尤)表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t針對(duì)第1信道反饋回的定價(jià)因子，尤:2表 示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t針對(duì)第2信道反饋回的定價(jià)因子，表示蜂窩用戶m在迭代 時(shí)隙t針對(duì)第K信道反饋回的定價(jià)因子；尤f表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t+1針對(duì)第1信 道反饋回的定價(jià)因子，表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t+1針對(duì)第2信道反饋回的定價(jià)因 子，尤丨表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t+1針對(duì)第K信道反饋回的定價(jià)因子；
[0015]
_6]其中，
表示：當(dāng)仏-"①#(仏）>〇時(shí)，
表示蜂窩用戶m在迭代時(shí)隙t針對(duì)第k信道反饋回的定價(jià)因 子，a"+1)表示第t+1個(gè)迭代時(shí)隙的定價(jià)因子變化步長(zhǎng)，且a(t+1)>0; 表示第t
個(gè)迭代時(shí)隙的干擾容忍盈余 ；)(幻，其中，/^1?表示蜂窩 i 川，k 用戶m在信道k上最多可承受的干Jj
I示蜂窩用戶m在第t個(gè)迭代時(shí) 隙第k個(gè)信道上實(shí)際接收的干擾，(k)表示蜂窩用戶m與D2D用戶i之間在信道k上的 瞬時(shí)信道狀態(tài)信息；AU>(幻表示在迭代時(shí)隙為t時(shí)，D2D用戶i在信道k上所分配的發(fā)射功 率；
[0017] 步驟203)每個(gè)蜂窩用戶將其生成的定價(jià)因子式，廣u廣播給每個(gè)D2D用戶。
[0018] 作為第三種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述的步驟30)具體包括：
[0019] 步驟301)各D2D用戶接收各蜂窩用戶廣播的定價(jià)因子式，廣
[0020] 步驟302)各D2D用戶根據(jù)式（2)計(jì)算其在該迭代時(shí)隙使效用函數(shù)最大化的發(fā)射 功率：
[0021]
[0022] 式⑵
[0023] 其中，XOT"，於+1),#+1))表示效用函數(shù)，]Tn表示在t+1迭代時(shí)隙，D2D用戶i為 了最大化自己的效用函數(shù)所使用的發(fā)射功率向量，]^丨+1)表示在t+1迭代時(shí)隙，除D2D用戶 i以外的其他所有D2D用戶為了最大化自己的效用函數(shù)各自所使用的發(fā)射功率矢量，奶+1) 表示在t+1迭代時(shí)隙，蜂窩用戶m和信道k的二維定價(jià)因子矢量，dAu+U,i^+U)表示D2D用 戶i在t+1迭代時(shí)隙的信息速率，
+u 0)表示在t+1迭代時(shí)隙時(shí)，D2