CN107277819A - 一种基于异构网络的频谱资源划分方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信5G以及异构网络技术领域，具体的说是一种基于异构网络的频谱资源划分方法。本发明提出了一种有公平性保证的5G蜂窝***与D2D网络混合的异构网络模型，旨在通过合理的频谱资源分配来保证异构网络两种用户的通信需求。本发明的基本思路是通过引入一个公平性约束条件来求解频谱资源分配的凸优化问题，并且通过调整公平性约束条件中的参数可以调整两种用户通信需求的权重，达到灵活配置的目的。

Description

一种基于异构网络的频谱资源划分方法
技术领域
本发明属于通信5G以及异构网络(Heterogeneous Network)技术领域，具体的说是一种有公平性保证的5G蜂窝***与D2D网络混合的异构网络模型。本发明涉及凸优化(Convex Optimal)，5G，资源分配(Resource Allocation)等技术。
背景技术
D2D通信不需要基站进行数据转发，从D2D发送端直接发送给D2D接收端。在不考虑信令开销的情况下，相比传统蜂窝通信可以节约一半的***频谱资源，并且具有数据传输时延低，链路质量好，发送功率低，能够复用蜂窝频谱资源等特点。因此通过D2D传输方式承载目前网络中大数据量的本地业务可以有效降低蜂窝网络负载，蜂窝与D2D组成混合网络的架构在未来可能得到应用。在这种混合网络中，蜂窝网络是使用授权频段的主***，而D2D网络作为次级未授权网络可以共享使用蜂窝网络的授权频段。因此，如何将频谱资源分配给D2D与蜂窝***将是影响***性能的关键。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种有公平性保证的5G蜂窝***与D2D网络混合的异构网络模型，旨在通过合理的频谱资源分配来保证异构网络两种用户的通信需求。本发明的基本思路是通过引入一个公平性约束条件来求解频谱资源分配的凸优化问题。求得两种类型用户被分配到子载波的比例。并且通过调整公平性约束条件中的参数可以调整两种用户通信需求的权重。达到灵活配置的目的。
首先介绍***模型：
如图1所示，考虑单小区的蜂窝与D2D网络混合的异构网络，存在一个基站(BS)，若干个蜂窝用户，若干个D2D用户。蜂窝用户与D2D用户服从参数不同的泊松点过程分布(Poisson Point Process,PPP)。D2D用户与蜂窝用户通过专用模式(Dedicated Mode)来使用一个完整的频带。有比例系数λ∈[0,1]，将比例为λ的子载波分配给蜂窝用户；而将比例为1-λ的子载波分配给D2D用户。由于不存在频谱复用，且为单小区***因此这里不考虑同频干扰问题。
本***以单位面积内的频谱利用率(ASE bits/(Hz·m2·s))作为性能指标,并认为接受信号的信噪比高于门限值时才可以进行通信。信道增益服从参数为1的指数分布。***的参数表如下所示
***变量 含义
L 小区的子载波总数目
λue 蜂窝用户PPP分布的参数
λD2D D2D用户PPP分布的参数
due 用户到基站的平均距离
dD2D D2D用户发送接收端之间的平均距离
σ2 热噪声功率
Pue 蜂窝用户发射功率
PD2D D2D用户发射功率
τue 蜂窝用户的信噪比门限值
τD2D D2D用户的信噪比门限值
γ 大尺度衰落系数
H 信道增益
λ1,λ2 子载波的分配比例，λ1+λ2＝1，需要求解的变量
β 公平性约束条件参数
α 优化表达式的参数
表1
本发明的技术方案分为三个步骤：
S1、建立获得解λ1,λ2的数学模型：
首先给出本问题的优化指标：***的单位面积频谱利用率ASE以及两种用户的ASE表达式：
其中P{SNRue≥τue}，P{SNRD2D≥τD2D}表示两种用户通信成功的概率。
其中qu，qD分别表示蜂窝用户与D2D用户被分配到子载波的概率：
将该无穷级数转换成积分形式：
将(1.4)式代替式(1.3)代入到(1.1)式中得到A'u(λ1)，A'D(λ1)。
接下来定义一个参数为λ1,λ2的函数：
于是获得解λ1,λ2的数学模型如下所示
而这个凸优化问题的解λ1,λ2是关于参数α的函数。
S2、优化问题的求解过程
在这一步通过求解数学模型(1.5)从而得到解λ1,λ2关于参数α的曲线，下面是详细步骤。
为了简化问题的求解，首先引入两个约束条件Au＝Au(λ1)，AD＝AD(λ2)。于是求解λ1,λ2的数学模型(1.5)变为：
然后构造该目标函数的拉格朗日函数λ1,λ2
L(u,v,w)＝ln(Au)+ln(AD)+u[Au-Au(λ1)]+v[AD-AD(λ2)]+w(1-λ1-λ2) (1.7)
根据得到一个方程组，而在确定α值的情况下，通过二分法即可求得λ1,λ2的数值解。根据在不同α值情况下求得λ1,λ2的解可以绘制出一条曲线。即通过这一步我们得到了λ1,λ2是以参数α为自变量的函数。而下一步我们将确定参数α的值来确定具体的λ1,λ2。
S3、引入KSBS约束性条件来确定参数α
上面提到λ1,λ2是关于参数α的函数，而这一步我们将引入KSBS公平性约束条件来确定参数α的值从而得到具体的λ1,λ2。
KSBS公平性约束条件为：
这个式子的含义就是约束蜂窝用户的ASE增长量与D2D用户的ASE增长量为一个固定的比例β。比如β＝1的时候表明蜂窝用户的ASE增长量与D2D用户的ASE增长量相同。其他的情况依此类推。而这个表达式其实是一个线性函数，其图像与λ1,λ2关于α函数图像的焦点即为整个问题的解。如图2所示。
本发明的有益效果为，引入一个公平性约束条件来求解频谱资源分配的凸优化问题，并且通过调整公平性约束条件中的参数可以调整两种用户通信需求的权重，达到灵活配置的目的。
附图说明
图1为模型示意图；
图2为函数图像示意图。
具体实施方式
在发明内容部分已经对本发明的技术方案做出了详细描述，在此不再赘述。

Claims (1)

1.一种基于异构网络的频谱资源划分方法，所述异构网络为由5G蜂窝***与D2D网络混合构成的异构网络，设定异构网络中存在一个基站BS，若干个蜂窝用户，若干个D2D用户；蜂窝用户与D2D用户服从参数不同的泊松点过程分布，D2D用户与蜂窝用户通过专用模式来使用一个完整的频带，有比例系数λ∈[0,1]，将比例为λ1的子载波分配给蜂窝用户；而将比例为λ2的子载波分配给D2D用户，λ1+λ2＝1，所述方法以单位面积内的频谱利用率作为性能指标,并认为接受信号的信噪比高于门限值时才可以进行通信，信道增益服从参数为1的指数分布；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、建立获得λ1和λ2的模型：
首先给出两种用户的频谱利用率表达式如下公式1：
其中，Au为蜂窝用户，AD为D2D用户，λ1和λ2为子载波的分配比例，满足λ1+λ2＝1，qu，qD分别表示蜂窝用户与D2D用户被分配到子载波的概率，λu为蜂窝用户PPP分布的参数，Pu为蜂窝用户发射功率，τue为蜂窝用户的信噪比门限值，λD为D2D用户PPP分布的参数，PD为D2D用户发射功率，τD2D为D2D用户的信噪比门限值；
P{SNRue≥τue}，P{SNRD2D≥τD2D}表示两种用户通信成功的概率：
qu，qD分别表示蜂窝用户与D2D用户被分配到子载波的概率：
将公式3的无穷级数转换成积分形式：
将公式4代替公式3式代入到公式1中得到A'u(λ1)，A'D(λ1)；
(公式:5)
定义参数为λ1,λ2的函数为：
获得解λ1,λ2的数学模型为：
公式5的解λ1,λ2是关于参数α的函数；
S2、优化问题的求解：
引入两个约束条件Au＝Au(λ1)，AD＝AD(λ2)，将公式5转变为：
构造拉格朗日函数：
L(u,v,w)＝ln(Au)+ln(AD)+u[Au-Au(λ1)]+v[AD-AD(λ2)]+w(1-λ1-λ2) (公式7)
根据得到一个方程组，在确定α值的情况下，通过二分法即可求得解λ1,λ2；
S3、引入KSBS约束性条件来确定参数α：
根据步骤S2可得λ1,λ2是关于参数α为自变量的函数，引入KSBS公平性约束条件来确定参数α的值从而得到具体的λ1,λ2；
公平性约束条件为：
通过公式8约束蜂窝用户的ASE增长量与D2D用户的ASE增长量为一个固定的比例β。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109600793A (zh) * 2018-12-24 2019-04-09 电子科技大学 基于社会关系的d2d通信动态中继选择方法
CN116867075A (zh) * 2023-07-25 2023-10-10 江苏大学 一种蜂窝和d2d用户聚类网络中的信道分配方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101827396A (zh) * 2010-04-29 2010-09-08 北京邮电大学 异构无线环境下多网协作传输的资源分配***及方法
US20110243084A1 (en) * 2010-04-05 2011-10-06 Buddhikot Milind M Method and system for spectrum management
US20120057533A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Nokia Corporation Resource sharing between secondary networks
CN102711262A (zh) * 2012-07-02 2012-10-03 北京交通大学 一种异构网络下行链路资源分配方法
CN103067328A (zh) * 2012-11-13 2013-04-24 西安交通大学 一种ofdma ***中基于效用的无线资源分配方法
CN104159311A (zh) * 2014-08-21 2014-11-19 哈尔滨工业大学 一种基于凸优化方法的认知异构网络联合资源分配的方法
CN105704824A (zh) * 2016-01-18 2016-06-22 中国科学院计算技术研究所 一种无线网络的多维资源分配的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110243084A1 (en) * 2010-04-05 2011-10-06 Buddhikot Milind M Method and system for spectrum management
CN101827396A (zh) * 2010-04-29 2010-09-08 北京邮电大学 异构无线环境下多网协作传输的资源分配***及方法
US20120057533A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Nokia Corporation Resource sharing between secondary networks
CN102711262A (zh) * 2012-07-02 2012-10-03 北京交通大学 一种异构网络下行链路资源分配方法
CN103067328A (zh) * 2012-11-13 2013-04-24 西安交通大学 一种ofdma ***中基于效用的无线资源分配方法
CN104159311A (zh) * 2014-08-21 2014-11-19 哈尔滨工业大学 一种基于凸优化方法的认知异构网络联合资源分配的方法
CN105704824A (zh) * 2016-01-18 2016-06-22 中国科学院计算技术研究所 一种无线网络的多维资源分配的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109600793A (zh) * 2018-12-24 2019-04-09 电子科技大学 基于社会关系的d2d通信动态中继选择方法
CN116867075A (zh) * 2023-07-25 2023-10-10 江苏大学 一种蜂窝和d2d用户聚类网络中的信道分配方法
CN116867075B (zh) * 2023-07-25 2024-04-09 江苏大学 一种蜂窝和d2d用户聚类网络中的信道分配方法

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