文獻標識碼: 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].電子技術應用,,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通信的關鍵候選技術之一,,D2D通信[1,2]可以通過復用蜂窩用戶頻譜資源的方式提高頻譜利用率,,并且減輕基站負載,。D2D通信被用于短距離終端間的通信,而將全雙工通信運用于短距離通信時,,終端性能將得到更大提升,,故將全雙工技術運用在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的日漸成熟,專家,、學者開始研究全雙工D2D通信,。文獻[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[7]提出了基于干擾受限區(qū)域資源分配方案,,結果表明處于全雙工D2D通信下D2D鏈路吞吐量接近半雙工的兩倍。文獻[8]以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標,,提出一種圖論中圖著色的全雙工資源分配方案,,但該文獻未考慮自干擾所帶來的影響。文獻[9]以最大化D2D用戶數量為目標,,提出了多個D2D對復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[10]提出了一種基于保障蜂窩用戶服務質量的啟發(fā)算法,,但復雜度過大,。
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用戶服務質量的前提下,,通過圖論中點著色理論來對D2D用戶進行資源分配,。
1 系統(tǒng)模型
如圖1所示,假設D2D復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資源分配問題轉化為圖論中的點著色問題,。
根據D2D用戶對彼此之間同頻干擾的關系,,構建出一個干擾圖G=(V,E),,集合V中的每個節(jié)點表示小區(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,;反之,不連線,。
干擾圖中的兩點間如果產生連線,,則表明對應的D2D通信對之間的同頻干擾較大,無法復用同一蜂窩資源,,反之為潛在的可復用資源,。在完成干擾圖的構建之后,將對圖進行點著色,。著色函數記為π,,點著色數記為τ,將進行著色的點按照定點度的大小降序排列,。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
為了便于實現(xiàn),,本文在單小區(qū)場景下對提出的算法進行仿真,,仿真參數如表1所示。
由圖2可以看出,,當基站收到干擾增大時,,D2D用戶的總吞吐量也增大,此時D2D通信對數目隨之不斷增加。當自干擾消除為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)調多個D2D用戶能夠復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對數的增加對參與復用的D2D對平均數的影響,。運用本文算法使得系統(tǒng)中能夠復用蜂窩用戶資源的D2D用戶數量多于半雙工D2D鏈路數量的一半,進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)中所產生的干擾也將更為嚴重,。本文所提算法在滿足系統(tǒng)中所有用戶的服務質量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,,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一步研究,。
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