針對(duì)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)D2D（device-to-device）用戶以Underlay模式復(fù)用蜂窩用戶的頻譜資源時(shí)的同頻干擾和能耗增加問題,提出了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的最大化用戶能效（energy-efficiency,EE）的D2D通信資源分配算法。不同于以前工作,在滿足特定干擾門限的條件下,側(cè)重對(duì)能效進(jìn)行優(yōu)化,且不犧牲系統(tǒng)容量。建立Underlay模式下認(rèn)知D2D通信博弈模型,將D2D用戶（device-to-device,DUE）作為跟隨者復(fù)用蜂窩用戶（cellular user,CUE）上行鏈路的頻譜資源,由于每個(gè)用戶都具有自私特性想要最大化自身的能效,所以該資源分配問題可以模擬為非協(xié)作博弈問題。在干擾門限的約束條件下構(gòu)造了相應(yīng)的效用函數(shù),利用拉格朗日對(duì)偶方法求解此優(yōu)化問題,得到用戶的最優(yōu)發(fā)送功率,保證了用戶的功率和鏈路速率的均衡,并分析了算法復(fù)雜性。仿真結(jié)果表明,該方案能夠提高用戶能效和鏈路平均能效,改善系統(tǒng)總功耗及系統(tǒng)的容量等性能。 

【文章來源】：重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,32(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

用戶能效的迭代過程

圖3描述了D2D鏈路的歸一化平均能效與博弈迭代次數(shù)的關(guān)系。從圖3中可以看到,在干擾受限環(huán)境中,本文所提算法相比于文獻(xiàn)[8-9,15]中的算法在鏈路平均能效方面更具優(yōu)勢。這是由于本文所用的網(wǎng)絡(luò)模型具有較好的鄰近增益和信道復(fù)用增益。由于本文D2D用戶之間的距離較短,并且干擾門限設(shè)置比較合理,通過縮短傳輸距離可獲得接近增益,通過適當(dāng)?shù)母蓴_管理可獲得信道重用增益。圖4描述了系統(tǒng)總功耗隨D2D用戶數(shù)量改變的關(guān)系,并且本文所提算法與文獻(xiàn)[9]中的算法做了對(duì)比。當(dāng)隨著D2D用戶數(shù)量的增加,系統(tǒng)總的功率損耗均有所增加,但是與文獻(xiàn)[9]相比本文所提算法在保持用戶數(shù)量一定的情況下具有低能耗的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]優(yōu)化了D2D用戶之間的協(xié)作距離,但是用戶為了保證其通信質(zhì)量不得不消耗更多的功率。另外,在D2D用戶數(shù)一定時(shí),蜂窩用戶數(shù)量的增加同樣也會(huì)帶來系統(tǒng)功耗的增加,從圖4中也可以看出曲線與理論相符。

圖4描述了系統(tǒng)總功耗隨D2D用戶數(shù)量改變的關(guān)系,并且本文所提算法與文獻(xiàn)[9]中的算法做了對(duì)比。當(dāng)隨著D2D用戶數(shù)量的增加,系統(tǒng)總的功率損耗均有所增加,但是與文獻(xiàn)[9]相比本文所提算法在保持用戶數(shù)量一定的情況下具有低能耗的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]優(yōu)化了D2D用戶之間的協(xié)作距離,但是用戶為了保證其通信質(zhì)量不得不消耗更多的功率。另外,在D2D用戶數(shù)一定時(shí),蜂窩用戶數(shù)量的增加同樣也會(huì)帶來系統(tǒng)功耗的增加,從圖4中也可以看出曲線與理論相符。圖5表示D2D用戶的平均能效隨著蜂窩用戶數(shù)量變化時(shí)的關(guān)系。當(dāng)D2D用戶數(shù)量從10降到5時(shí),D2D用戶的平均能效也隨之降低。這是因?yàn)镈2D發(fā)送端檢測到較為匹配的D2D接收端數(shù)量下降,所以D2D用戶能效也隨之降低。而隨著蜂窩用戶數(shù)量增加,可被D2D用戶復(fù)用的蜂窩鏈路增多,D2D用戶能效隨之增加。文獻(xiàn)[8]將用戶功率和速率進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化控制,使D2D用戶對(duì)蜂窩用戶的干擾低于干擾門限,但是并未考慮D2D用戶自身的能效博弈,所以相比之下整體的D2D用戶平均能效要低于本文的結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]An Advanced Spectrum Allocation Algorithm for The Across-Cell D2D Communication in LTE Network with Higher Throughput[J]. LI Yun,ZHANG Le,TAN Xin,CAO Bin.  中國通信. 2016(04)



本文編號(hào)：3004344