一種蜂窩網絡中支持全雙工d2d通信的資源分配方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動通信技術領域，尤其涉及蜂窩網絡中支持全雙工短距離直通通信 技術的資源分配。
【背景技術】
[0002] 隨著第四代移動通信技術的迅速發(fā)展，越來越多的通信終端接入需求使得頻譜資 源日益緊缺。為了解決日益匱乏的無線頻譜資源，同時對無線頻譜資源更為合理的利用迫 切需要一種全新資源利用的方式，可以更靈活、更高效的利用珍貴的無線頻譜資源的全雙 工〇2〇(〇0￥；[06-1：0-06￥；[06)通信技術應運而生。020通信使混合網絡的資源分配不同于傳統 蜂窩網絡，此時，D2D用戶分享蜂窩小區(qū)的資源。而半雙工模式下D2D雖能提高頻譜效率，并 未完全充分利用頻譜資源。因此在蜂窩網絡中引入全雙工(Full Duplex，FD)D2D通信可以 提高更多的頻譜利用率，降低基站的負擔，減小終端能耗，擴大小區(qū)覆蓋范圍。但是，D2D用 戶與蜂窩用戶共享資源給系統帶來了一定的同頻干擾，蜂窩用戶的服務質量下降，導致系 統吞吐量下降因此需要合理資源分配來降低相互之間的干擾。鑒于此，很多關于D2D通信技 術的資源分配研究和算法被提出。
[0003] 全雙工D2D資源分配的算法主要有：（l)Sanghoon Kim和Stark W等人提出一種在 全雙工模式下D2D通信協議。（參考文獻：Sanghoon Kim,Stark W.Full duplex device-t〇-device communication in cellular networks[C].IEEE Computing Networking and Communications(ICNC),2014International Conference on Honolulu,HI.2014:721-725.)通過該協議分配頻譜資源，與半雙工通信相比，提高了帶寬效率和系統吞吐量，但是 此資源分配方式屬于專用模式，并未充分利用頻譜資源。（2)Yang Han和Zhang Rong qing 等人提出一種圖論中圖著色的全雙工D2D通信的資源分配方案。（參考文獻：Han Yang， Rongqing Zhang,Xiang Cheng,Liuqing Yang,Resource sharing for device-t〇-device communications underlaying full-duplex cellular networks[C]?IEEE Communication Systems(ICCS) ,2014:16-20.)該算法以系統的吞吐量最大化為目標，以圖 論中圖著色理論來分配資源，雖然系統的吞吐量獲得提高，但是該文獻未考慮自干擾所帶 來的影響。（3)Ali，S等人提出了一種基于全雙工模式下復用上行資源，以干擾受限區(qū)域分 配頻譜資源。（參考文獻：Ali，S.Rajatheva，N? Latva-aho，M.Ful 1 duplex device-to-device communication in cellular networks[C].IEEE Networks and Communications (EuCNC)，2014European Conference on Bologna.2014:1-5.)該方案與半雙工相比有效的 提高系統吞吐量，提高了頻譜利用率，但是該系統只考慮場景局限于一對D2D用戶與一個蜂 窩用戶存在的情況，并未考慮多對D2D用戶與多個蜂窩用戶共享資源的情況，與實際環(huán)境相 差甚遠。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對以上現有技術的不足，提出了一種合理分配無線資源，有效的減小蜂窩用戶 與D2D用戶之間的干擾，獲得比較好的公平性，同時最大化了系統的吞吐量的蜂窩網絡中支 持全雙工D2D通信的資源分配方法。本發(fā)明的技術方案如下：一種蜂窩網絡中支持全雙工 D2D通信的資源分配方法，其包括步驟：
[0005] 101、在蜂窩網絡中，首先進行D2D用戶之間建立連接的步驟：
[0006] 102、步驟101的D2D用戶之間建立連接后，將蜂窩用戶與D2D用戶之間的資源分配 關系等效看作一個節(jié)點加權的無向二部圖6=(>1，￥2，1)，頂點集￥1=(1142，"_4111)表示020 用戶對的集合，頂點集合￥2=(71，72，一，71〇表示蜂窩用戶的集合，'?(11，7」）￡1表示邊的權 重即蜂窩用戶5^與D2D用戶對 Xl共享信道資源時的吞吐量之和;采用圖論中的最大權重匹配 算法協調蜂窩用戶和D2D用戶之間的資源分配。
[0007] 進一步的，步驟101中D2D用戶之間建立連接的步驟具體為：
[0008] 1)D2D設備在開始發(fā)起通信之前需要進行設備發(fā)現過程；
[0009] 2)主叫DUE1執(zhí)行基于基站授權的D2D通信連接，進行主叫發(fā)起過程，并獲得網絡對 D2D通信連接建立的授權以及安全密鑰；
[0010] 3)在獲得基站授權后，主叫DUE1和被叫DUE2使用D2D無線信令許可D2D通信鏈路的 建立；
[0011] 4)主叫DUE1發(fā)送一條D2D通信連接建立請求消息；
[0012] 5)完成包含有交換安全密鑰的D2D安全機制過程；
[0013] 6)被叫DUE2向主叫DUE1發(fā)送D2D通信連接建立接受消息；
[0014] 7)主叫DUE1向被叫DUE2回送D2D通信連接完成消息；
[0015] 8)等待基站為其分配無線資源，建立D2D無線承載準備開始D2D通信。
[0016]進一步的，步驟102的采用圖論中的最大權重匹配算法協調蜂窩用戶和D2D用戶之 間的資源分配的步驟具體為：
[0017]步驟1)在基站端首先通過公共控制信道獲得關于蜂窩用戶和D2D發(fā)送端和D2D接 收端的位置信息；
[0018]步驟2)D2D發(fā)送端和蜂窩用戶通過公共控制信道將各自的QoS需求和收到的干擾 上報給基站，在基站端通過結合QoS需求和收到的干擾來選出可被D2D用戶對復用的蜂窩信 道資源；
[0019] 步驟3)將D2D用戶對和蜂窩用戶各自等效為圖中的點集VjPV2,基站根據可被復用 的蜂窩資源構建一個虛擬無加權二部圖G= (Vi，V2，W)，并初始化；
[0020] 步驟4)計算蜂窩用戶和D2D信噪比之和w(Xl，n)，若不能保證蜂窩用戶的最低服務 質量需求且D2D用戶正常通信，則邊％々不存在，且w( Xl，yJ=0,否則w(Xl，yJ矣0,且在第j 個蜂窩用戶與第i對D2D用戶之間連一條線表示蜂窩用戶信道資源可被該對D2D用戶復用， 并在邊上標記權重值w(xi，yj)依次得到加權圖G;
[0021] 步驟5)從圖G中任意選擇一個可行頂標1開始，確定G的等子圖61，在等子圖中選取 一個初始資源分配M，如果M飽和于D2D用戶集Vi，則M是最優(yōu)資源分配，那么算法結束，否則 轉入步驟6);
[0022] 步驟6)基于權重匹配矩陣M的基礎上，在等子圖Gi*執(zhí)行經典的匈牙利算法找到 最大資源分配，，算法最終終止于其中S表示為 D2D用戶對集的子 集，T表示蜂窩用戶的子集，(幻表示在鄰接的節(jié)點集合。如果資源分配W飽和于D2D 用戶集Vi，貝>J算法結束，否則利用公式ai=min{l(x) + l(y)-w(x，y) I xES，yeV2-T}計算出 a工，1 (x)、1 (y)分別表示圖Gi的可行頂標，其中 1 (yj) e {〇}，/(g e {max w(x,，.r;) | \ e%，Vy e 匕}。 然后利用如下公式更新新的可行頂標V替換原頂標1，G^替換&轉入步驟4)繼續(xù)執(zhí)行，直到 找到最大匹配； l{u) -a) ,u e S [0023] If(u) = < l{u) + a} ,u e T !(it), others
[0024] 步驟7)根據上述步驟求得總權最大的一個匹配，并生成一個資源分配矩陣UNXM = [bi,j]，bi,j = l表示基站允許D2D對Di共享蜂窩用戶Cj信道資源，bi,j = 0表示基站不允許D2D 對口:共享蜂窩用戶Q的信道資源。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：