文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2016.12.024
中文引用格式: 黃巍,,柯文韜,,張海波,等. 全雙工D2D通信系統(tǒng)下的一種資源分配算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2016,,42(12):93-96.
英文引用格式: Huang Wei,Ke Wentao,,Zhang Haibo,,et al. A multi-sharing resource allocation scheme for full-duplex D2D communications underlaying cellular networks[J].Application of Electronic Technique,2016,,42(12):93-96.
0 引言
作為5G通信的關(guān)鍵候選技術(shù)之一,,D2D通信[1,2]可以通過復(fù)用蜂窩用戶頻譜資源的方式提高頻譜利用率,,并且減輕基站負(fù)載,。D2D通信被用于短距離終端間的通信,,而將全雙工通信運(yùn)用于短距離通信時,終端性能將得到更大提升,,故將全雙工技術(shù)運(yùn)用在D2D通信中,。
目前資源分配的研究大多集中于半雙工D2D通信[3-5]中。近年來,,隨著自干擾消除技術(shù)的日漸成熟,,專家、學(xué)者開始研究全雙工D2D通信,。文獻(xiàn)[6]提出了一種簡單的全雙工D2D通信協(xié)議,,該協(xié)議提高了帶寬效率和系統(tǒng)吞吐量。文獻(xiàn)[7]提出了基于干擾受限區(qū)域資源分配方案,,結(jié)果表明處于全雙工D2D通信下D2D鏈路吞吐量接近半雙工的兩倍,。文獻(xiàn)[8]以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo),提出一種圖論中圖著色的全雙工資源分配方案,,但該文獻(xiàn)未考慮自干擾所帶來的影響,。文獻(xiàn)[9]以最大化D2D用戶數(shù)量為目標(biāo),提出了多個D2D對復(fù)用單個蜂窩用戶資源的方案,,但是該方案并未涉及D2D用戶間的同頻干擾,。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于保障蜂窩用戶服務(wù)質(zhì)量的啟發(fā)算法,但復(fù)雜度過大,。
針對上述問題,,本文針對全雙工通信場景,解決多對D2D用戶復(fù)用同一個蜂窩用戶資源的資源分配問題,,提出了一種支持全雙工D2D通信的資源分配算法。該算法在保證蜂窩用戶與D2D用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下,,通過圖論中點(diǎn)著色理論來對D2D用戶進(jìn)行資源分配,。
1 系統(tǒng)模型
如圖1所示,假設(shè)D2D復(fù)用蜂窩用戶上行鏈路資源,,其中有K個D2D用戶對,、N個蜂窩用戶均隨機(jī)分布在小區(qū)中。
其中,,1≤i≤N,,1≤j≤K,l∈{1,,2},。
如果第i個蜂窩用戶的上行鏈路資源被第j對D2D用戶復(fù)用,則第j對D2D鏈路中的第l個D2D用戶的信干噪比(SINR)可得出:
其中,,式(9)表示一個D2D對只能復(fù)用一個蜂窩用戶的信道資源,。
2 基于圖著色理論的資源分配算法
為了求解上述問題,,本文從圖論的角度考慮,將D2D資源分配問題轉(zhuǎn)化為圖論中的點(diǎn)著色問題,。
根據(jù)D2D用戶對彼此之間同頻干擾的關(guān)系,,構(gòu)建出一個干擾圖G=(V,E),,集合V中的每個節(jié)點(diǎn)表示小區(qū)中的D2D用戶對,,集合E表示連接D2D用戶對的邊。若D2D用戶對x和D2D用戶對y之間存在不可容忍的干擾,,則用邊連接x與y節(jié)點(diǎn),;反之,不連線,。
干擾圖中的兩點(diǎn)間如果產(chǎn)生連線,,則表明對應(yīng)的D2D通信對之間的同頻干擾較大,無法復(fù)用同一蜂窩資源,,反之為潛在的可復(fù)用資源,。在完成干擾圖的構(gòu)建之后,將對圖進(jìn)行點(diǎn)著色,。著色函數(shù)記為π,,點(diǎn)著色數(shù)記為τ,將進(jìn)行著色的點(diǎn)按照定點(diǎn)度的大小降序排列,。算法偽代碼如下所示,。
基于圖著色資源分配算法:
3 仿真分析
為了便于實(shí)現(xiàn),本文在單小區(qū)場景下對提出的算法進(jìn)行仿真,,仿真參數(shù)如表1所示,。
由圖2可以看出,當(dāng)基站收到干擾增大時,,D2D用戶的總吞吐量也增大,,此時D2D通信對數(shù)目隨之不斷增加。當(dāng)自干擾消除為95 dB時,,半雙工(HD)模式表現(xiàn)優(yōu)于全雙工(FD),;當(dāng)自干擾消除為105 dB和110 dB時,全雙工D2D通信模式表現(xiàn)更佳,。
圖3表示單一D2D鏈路通信的中斷概率與基站收到干擾的關(guān)系,。相比于半雙工D2D通信用戶,每個全雙工D2D用戶將會受到更大的干擾,。
圖4表示系統(tǒng)吞吐量隨著自干擾的變化趨勢,。由于半雙工系統(tǒng)的吞吐量不受自干擾影響,故保持不變,。本文采用的圖著色資源分配算法有效協(xié)調(diào)多個D2D用戶能夠復(fù)用同一個蜂窩資源所帶來的同頻干擾,。相比于傳統(tǒng)的單一復(fù)用模式,,本算法提高了系統(tǒng)的吞吐量。
圖5表示系統(tǒng)中D2D對數(shù)的增加對參與復(fù)用的D2D對平均數(shù)的影響,。運(yùn)用本文算法使得系統(tǒng)中能夠復(fù)用蜂窩用戶資源的D2D用戶數(shù)量多于半雙工D2D鏈路數(shù)量的一半,,進(jìn)而有效減小了同頻干擾。因此合理使用全雙工D2D通信模式將會帶來一定收益,。
4 結(jié)論
蜂窩系統(tǒng)中的多對一D2D通信模式能夠充分利用有限的頻譜資源,,從而提高系統(tǒng)吞吐量,但系統(tǒng)中所產(chǎn)生的干擾也將更為嚴(yán)重,。本文所提算法在滿足系統(tǒng)中所有用戶的服務(wù)質(zhì)量QoS的約束條件下,,通過圖著色算法給D2D用戶有效地分配資源,將D2D用戶間的同頻干擾控制在可接受范圍內(nèi),,從而提高系統(tǒng)的吞吐量,。但該研究并未涉及功率優(yōu)化,因此對系統(tǒng)中用戶的功率控制有待進(jìn)一步研究,。
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