D2d用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法、裝置及系統的製作方法

2023-05-29 01:21:56 1

D2d用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法、裝置及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法、裝置及系統，該方法包括：S1.查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結之間的所有可行共享組合對；S2.建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶資源之間的對應關係；S3.根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資源共享的D2D用戶連結個數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D用戶連結為可共享蜂窩用戶資源個數最少的D2D用戶連結。本發明在一定程度上使儘可能多的用戶完成匹配，保證了D2D用戶和蜂窩用戶的滿意度，並且在較少性能損失的情況下大幅度降低了計算複雜度，節約了系統資源。
【專利說明】D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法、裝置及系 統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及移動通信【技術領域】，尤其涉及一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源 的分配方法、裝置及系統。

【背景技術】
[0002] 隨著移動通信技術的不斷發展，我國移動通信系統已逐步邁進3G時代並進一 步向4G發展，LTE(Long Term Evolution)系統作為3G向4G的過渡已經成為現代通信 技術的熱點，但是，近年來隨著移動通信的迅猛發展，系統帶寬需求的不斷增大，帶寬的 分配變得越來越擁擠，而且目前可用於移動通信的頻譜資源又十分有限，所以最大限度 的利用系統現有的頻譜資源增加系統吞吐量成為了一種必然趨勢。為了解決這一問題， D2D(Device-to_Device)通信技術應運而生。
[0003] 根據D2D通信使用的頻譜資源的不同，可以將D2D通信分為兩類：使用蜂窩系統資 源的D2D通信和使用非授權頻帶的D2D通信。其中，使用蜂窩系統資源的D2D通信即D2D 用戶和蜂窩用戶共享蜂窩資源。根據現有研究可將蜂窩用戶和D2D用戶之間的資源共享 模式分為兩種：正交模式和非正交模式。正交模式是指兩種用戶使用不同的時頻資源（在 LTE網絡指的就是物理資源塊PRB(Physical Resource Block))，也就是說，使用這種模 式時，兩種用戶間不會發生相互幹擾；非正交模式是指兩種用戶使用同一頻譜或時隙資源 (物理資源塊），這樣的話，兩種用戶之間就會產生相互幹擾，使LTE的幹擾環境更加複雜。 其中使用非正交模式的D2D通信能進一步提高蜂窩頻譜的頻譜利用率；並且所有的蜂窩設 備都可以使用這種通信模式，而且由於蜂窩頻譜是完全受到基站控制的，用戶的服務質量 QoS (Quality of Service)要求比較容易能得到滿足。
[0004] 在蜂窩網絡中非正交資源共享模式下，D2D用戶與蜂窩用戶使用同一資源塊。兩 個通過D2D進行通信的用戶稱為一個D2D用戶連結。在進行資源共享時，由於資源塊大小 不同，有以下幾種資源共享共享可能：一個D2D用戶連結共享一個蜂窩用戶的資源塊；一 個D2D用戶連結共享多個蜂窩用戶的資源塊；多個D2D用戶連結共享同一蜂窩用戶的資源 塊。然而，在該D2D通信模式中，控制由於共用頻譜資源帶來的幹擾是一個難題；功率控制 和幹擾管理往往需要藉助於高複雜度的資源管理方法，從而帶來額外的開銷。因此，D2D用 戶和蜂窩用戶之間的資源分配至關重要。為解決這一問題，現有技術中，有的採取隨機接入 方案，有的只關注於D2D用戶和蜂窩用戶中某一方的選擇，有的則通過窮舉搜索來實現，例 如，採用傳統的KM(Kuhn - Munkras)算法。其中KM算法是匈牙利算法的一種，是用來解決 最大權匹配問題的，它通過給每個頂點設定一個標號（稱為頂標）來把求最大權匹配的問 題轉化為求最大匹配的問題，該算法是通過不停迭代更改頂標來完成最大權匹配的。
[0005] 在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：現有的用戶資 源匹配方法雖然能一定程度上完成用戶資源分配問題，但若是隨機進行匹配，匹配滿意度 和可達到的系統性能都較低；若是只考慮D2D用戶和蜂窩用戶其中某一方的選擇，則缺乏 公平性，用戶雙方滿意度較低；傳統的KM算法雖然能使系統性能最優化，但是相應的複雜 度也大，特別是當功率優化等因素也加以考慮時，用戶匹配所花的計算時間將大大增加。然 而，LTE中物理層調度的基本單位是lms，幾秒鐘的計算時間都將導致非常大的調度延遲。


【發明內容】

[0006] 為了能夠在一定程度上使儘可能多的D2D用戶完成蜂窩用戶資源的匹配，同時保 證D2D用戶和蜂窩用戶的滿意度，並且在較少性能損失的情況下大幅度降低計算複雜度， 節約系統資源，本發明提供了一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法，所述方 法包括：
[0007] S1.查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結之間的所有 可行共享組合對；
[0008] S2.建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶資源之間的對應 關係；
[0009] S3.根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資源共享的D2D用戶鏈 接個數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D用戶連結為可共享蜂 窩用戶資源個數最少的D2D用戶連結。
[0010] 優選地，所述預設條件包括：用戶服務質量要求、安全等級要求、最低安全容量、最 高誤碼率、以及用戶最大發射功率限制門限中的一種或多種。
[0011] 優選地，當蜂窩網絡中同時具有多個可被資源共享的D2D用戶連結個數最少的蜂 窩用戶時，所述步驟S3包括：
[0012] 在上述的多個蜂窩用戶和當前所有D2D用戶連結中，分別對每一個蜂窩用戶和 D2D用戶連結組合進行聯合功率優化，得到每一組對應的最大目標系統報酬；
[0013] 選擇使目標系統報酬最大的蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行蜂窩用戶資源共 享。
[0014] 優選地，所述方法還包括：
[0015] 如果當前蜂窩用戶沒有可進行資源共享的D2D用戶連結，則為當前蜂窩用戶保留 自身的的蜂窩用戶資源。
[0016] 優選地，所述方法還包括：
[0017] 如果當前D2D用戶連結沒有可進行資源共享的蜂窩用戶，則為當前D2D用戶連結 分配其它頻帶資源。
[0018] 本發明還提出來一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配裝置，所述裝置包 括：
[0019] 查找模塊，用於查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結 之間的所有可行共享組合對；
[0020] 關係建立模塊，用於建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶 資源之間的對應關係；
[0021] 第一資源分配模塊，用於根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資 源共享的D2D用戶連結個數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D 用戶連結為可共享蜂窩用戶資源個數最少的D2D用戶連結。
[0022] 優選地，當蜂窩網絡中同時具有多個可被資源共享的D2D用戶連結個數最少的蜂 窩用戶時，所述第一資源分配模塊包括：
[0023] 聯合功率優化單元，用於在上述的多個蜂窩用戶和當前所有D2D用戶連結中，分 別對每一個蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行聯合功率優化，得到每一組對應的最大目標 系統報酬；
[0024] 資源分配單元，用於選擇使目標系統報酬最大的蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進 行蜂窩用戶資源共享。
[0025] 優選地，所述裝置還包括：
[0026] 第二資源分配模塊，用於在當前蜂窩用戶沒有可進行資源共享的D2D用戶連結， 為當前蜂窩用戶保留自身的的蜂窩用戶資源。
[0027] 優選地，所述裝置還包括：
[0028] 第三資源分配模塊，用於在噹噹前D2D用戶連結沒有可進行資源共享的蜂窩用 戶，為當前D2D用戶連結分配其它頻帶資源。
[0029] 本發明還提供了一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配系統，該系統包括 上述任一 D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配裝置。
[0030] 採用本發明提出的D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法、裝置及系統， 不強制要求D2D用戶共享蜂窩用戶資源，在保證基本用戶服務質量的基礎上，進行D2D用戶 和蜂窩用戶資源的匹配，在一定程度上使儘可能多的用戶完成匹配，既保證了 D2D用戶和 蜂窩用戶的滿意度，並且在較少性能損失的情況下大幅度降低了計算複雜度，節約了系統 資源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特徵和優點，附圖是示意性的而不應理 解為對本發明進行任何限制，在附圖中：
[0032] 圖1為本發明一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法的流程圖；
[0033] 圖2為本發明實施例一的應用場景示意圖；
[0034] 圖3為本發明實施例一中提出的二分圖的示意圖；
[0035] 圖4為本發明實施例中D2D用戶連結個數Μ固定時，及蜂窩用戶個 數Ν對總數據速率的影響結果示意圖；
[0036] 圖5為本發明實施例中蜂窩用戶個數Ν固定時ax，/^max以及D2D用戶連結個 數Μ對總數據速率的影響結果示意圖；
[0037] 圖6為本發明實施例中不同算法計算時間的對比示意圖；
[0038] 圖7為本發明一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配裝置的模塊圖。

【具體實施方式】
[0039] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0040] 圖1為本發明實施例一提出的一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法 流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0041] S1.查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結之間的所有 可行共享組合對。
[0042] 本發明實施例中，預設條件包括：用戶服務質量要求、安全等級要求、最低安全容 量、最高誤碼率、以及用戶最大發射功率限制門限中的一種或多種。
[0043] S2.建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶資源之間的對應 關係。其中，本發明實施例中提出的對應關係包括多種，如蜂窩用戶資源和D2D用戶連結一 對一匹配；單個蜂窩用戶資源塊給多個D2D用戶連結，甚至D2D用戶連結簇使用；多個蜂窩 用戶資源塊組成更大的資源單位供單個D2D用戶連結或者D2D用戶簇使用。
[0044] S3.根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資源共享的D2D用戶鏈 接個數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D用戶連結為可共享蜂 窩用戶資源個數最少的D2D用戶連結。
[0045] 本發明採用雙向逆序選擇算法，首先對任意蜂窩用戶資源，先確定符合QoS要求 並能進行資源共享的D2D用戶集合，從處於劣勢的D2D用戶連結開始，選擇擁有可匹配的 D2D用戶連結數量最少的蜂窩用戶匹配成對，進行資源共享，並進行功率優化得到相應的最 大目標系統報酬。所述目標系統報酬與SNR信噪比相關，可根據系統需求進行設置，可以是 一對蜂窩用戶和D2D連結的數據速率之和或安全速率之和、蜂窩用戶的數據速率與D2D鏈 接的安全速率之和，或蜂窩用戶的安全速率與D2D連結的數據速率之和等，也可以是全部 配對好的蜂窩用戶和D2D連結的數據速率之和或安全速率之和、全部配對中的蜂窩用戶的 數據速率與D2D連結的安全速率之和，或蜂窩用戶的安全速率與D2D連結的數據速率之和 等。在本發明中優選地採用全部配對好的蜂窩用戶和D2D連結的數據速率之和作為目標系 統報酬對本發明進行詳細說明。之後，再依次對除已配對用戶以外的其他用戶重複上一過 程。由於在本發明實施例中，不滿足基本QoS要求的用戶不參與資源共享匹配，因此能在一 定程度上保證整體的匹配滿意度，並且不需要進行大量的迭代，從而大幅度降低複雜度。
[0046] 在本發明實施例中，當蜂窩網絡中同時具有多個可被資源共享的D2D用戶連結個 數最少的蜂窩用戶時，所述步驟S3包括：
[0047] 在上述的多個蜂窩用戶和當前所有D2D用戶連結中，分別對每一個蜂窩用戶和 D2D用戶連結組合進行聯合功率優化，得到每一組對應的最大目標系統報酬，選擇使目標系 統報酬最大的蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行蜂窩用戶資源共享。
[0048] 在本發明實施例中，在滿足預設條件下，並不是所有的蜂窩用戶和D2D用戶之間 都可以進行資源共用的，因此，可能存在蜂窩用戶單獨使用頻譜資源、D2D用戶連結使用正 交頻段而非與蜂窩用戶共享資源等情況出現，其中，如果當前蜂窩用戶沒有可進行資源共 享的D2D用戶連結，則為當前蜂窩用戶保留自身的的蜂窩用戶資源。如果當前D2D用戶連結 沒有可進行資源共享的蜂窩用戶，則為當前D2D用戶連結分配其它頻帶資源，如正交頻帶。
[0049] 下面以如圖2所示的場景，通過具體的實施例對本發明進行詳細說明。
[0050] 在該蜂窩內，假設有Μ個D2D用戶連結和N個蜂窩用戶，使用網絡的上行鏈路資 源。因此，用C= {1，2，...，Ν}和D= {1，2，...，Μ}來分別表示D2D用戶連結和蜂窩用 戶的集合。同時我們設定場景中的節點是靜止或者低速運動的，從而能獲得信道狀態信息 (CSI)。同時，對D2D用戶連結和蜂窩用戶均採用大規模路徑損耗信道模型。
[0051] 假設：每個活躍的用戶只使用一個單位的資源塊；每個D2D用戶連結在同一時刻 最多能使用一個單位的資源塊；基站控制著用戶通信的以下信息：
[0052] --噪聲功率σ?、；
[0053] -蜂窩用戶i到基站之間的上行鏈路信道增益gi，B及D2D用戶連結j之間的信道 增益gj ;
[0054] -D2D用戶連結的發送端到基站之間的幹擾連結的信道增益;
[0055] -蜂窩用戶i的發送功率if和D2D用戶連結j的發送功率< ;
[0056] -蜂窩用戶i到D2D用戶連結之間的信道增益hi;J ;
[0057] 本發明實施例中將蜂窩用戶和資源塊之間的關係以及D2D用戶連結和資源塊之 間的關係採用二分圖表示，如圖3所示，並在二分圖中加入了一些虛擬節點，並不強制要求 用戶資源之間的匹配，即不強制要求D2D用戶與蜂窩用戶共享同一資源；
[0058] 首先，對於蜂窩用戶i和D2D用戶連結j，定義一個匹配的指示變量qi;j，並且 qije {〇，1}。當第j個D2D用戶對復用第i個蜂窩用戶的頻譜資源的時候，qu = l，其他 時候=〇.由於在同一時刻一個D2D用戶連結最多只能使用一個蜂窩用戶的資源，一個 蜂窩用戶的資源也最多只能給一個D2D用戶連結共用，因此，

【權利要求】
1. 一種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配方法，其特徵在於，所述方法包括：
51. 查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結之間的所有可行 共享組合對；
52. 建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶資源之間的對應關 系；
53. 根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資源共享的D2D用戶連結個 數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D用戶連結為可共享蜂窩用 戶資源個數最少的D2D用戶連結。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預設條件包括：用戶服務質量要求、 安全等級要求、最低安全容量、最高誤碼率、以及用戶最大發射功率限制門限中的一種或多 種。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當蜂窩網絡中同時具有多個可被資源共 享的D2D用戶連結個數最少的蜂窩用戶時，所述步驟S3包括： 在上述的多個蜂窩用戶和當前所有D2D用戶連結中，分別對每一個蜂窩用戶和D2D用 戶連結組合進行聯合功率優化，得到每一組對應的最大目標系統報酬； 選擇使目標系統報酬最大的蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行蜂窩用戶資源共享。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括： 如果當前蜂窩用戶沒有可進行資源共享的D2D用戶連結，則為當前蜂窩用戶保留自身 的的蜂窩用戶資源。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括： 如果當前D2D用戶連結沒有可進行資源共享的蜂窩用戶，則為當前D2D用戶連結分配 其它頻帶資源。
6. -種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配裝置，其特徵在於，所述裝置包括： 查找模塊，用於查找符合預設條件的可進行資源共享的蜂窩用戶和D2D用戶連結之間 的所有可行共享組合對； 關係建立模塊，用於建立D2D用戶連結與可行共享組合對的蜂窩用戶及蜂窩用戶資源 之間的對應關係； 第一資源分配模塊，用於根據所述對應關係將處於劣勢的D2D用戶連結與可被資源共 享的D2D用戶連結個數最少的蜂窩用戶進行蜂窩用戶資源共享，所述處於劣勢的D2D用戶 連結為可共享蜂窩用戶資源個數最少的D2D用戶連結。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，當蜂窩網絡中同時具有多個可被資源共 享的D2D用戶連結個數最少的蜂窩用戶時，所述第一資源分配模塊包括： 聯合功率優化單元，用於在上述的多個蜂窩用戶和當前所有D2D用戶連結中，分別對 每一個蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行聯合功率優化，得到每一組對應的最大目標系統 報酬； 資源分配單元，用於選擇使目標系統報酬最大的蜂窩用戶和D2D用戶連結組合進行蜂 窩用戶資源共享。
8. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括： 第二資源分配模塊，用於在當前蜂窩用戶沒有可進行資源共享的D2D用戶連結，為當 前蜂窩用戶保留自身的的蜂窩用戶資源。
9. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括： 第三資源分配模塊，用於在噹噹前D2D用戶連結沒有可進行資源共享的蜂窩用戶，為 當前D2D用戶連結分配其它頻帶資源。
10. -種D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配系統，其特徵在於，包括權利要求 6-9任一所述的D2D用戶連結與蜂窩用戶共享資源的分配裝置。
【文檔編號】H04W72/04GK104254130SQ201410455447
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】王莉, 劉洋, 吳華清, 宋梅, 張勇, 滕穎蕾, 滿毅, 魏翼飛, 田飛 申請人:北京郵電大學