【摘要】：針對終端直通(D2D)通信系統(tǒng)中用戶的公平性問題,首先對現(xiàn)有的比例公平原則進行擴展,推導出一個與加權(quán)和速率有關(guān)的優(yōu)化問題,然后提出了一個最大帶權(quán)匹配比例公平(KMPF)資源分配算法對其進行優(yōu)化。該算法通過功率控制最大化用戶的加權(quán)和速率,并由最大帶權(quán)匹配(KM)算法按照系統(tǒng)總的加權(quán)和速率最大原則為D2D用戶分配可以復用的蜂窩用戶資源。最后由仿真結(jié)果可得,該算法在使得系統(tǒng)公平指數(shù)相對于貪婪資源分配算法高出0.4的同時保證系統(tǒng)吞吐量達到其水平的95%以上,而相對于公平性較好的隨機資源分配算法,該方案得到的系統(tǒng)吞吐量提高了約50%,說明該算法能在兼顧系統(tǒng)吞吐量的同時解決系統(tǒng)公平性問題。
【圖文】：

500m，普通蜂窩用戶與D2D用戶在小區(qū)中隨機分布，基站位于小區(qū)的中心，D2D用戶收發(fā)端的距離限制在50m之內(nèi)。D2D用戶與普通蜂窩用戶的最大發(fā)射功率為24dBm。系統(tǒng)帶寬為5MHz，信道模型的路徑損耗因子τ=4，K=0．01，陰影衰落服從標準方差為8dB的正態(tài)分布，不考慮其他因素的影響。圖1是單個ＲSP經(jīng)功率控制方案后得到的和速率變化曲線，可以看出，單獨的D2D通信相比單獨的CU通信由于其路徑損耗小，數(shù)據(jù)速率在最大發(fā)射功率下要高約70%～130%。當CU與D2D復用資源通信時，ＲSP以最佳功率發(fā)射相比以最大功率發(fā)射的和速率提高了40%～60%，這是因為通過功率控制可以有效地協(xié)調(diào)用戶之間的干擾，并且隨著D2D用戶距離的增加，其和速率逐漸變校圖1不同發(fā)射功率下ＲSP的和速率比較Fig．1Comparisonofsum-rateofＲSPunderdifferenttransmittingpowers下面比較本文算法與文獻［12］中的隨機資源分配算法以及文獻［13］中貪婪啟發(fā)式資源分配算法對系統(tǒng)性能的影響。圖2是當系統(tǒng)中CU用戶數(shù)目為100時，隨著接入D2D用戶數(shù)目增加，不同資源分配算法下系統(tǒng)吞吐量的變化趨勢�？梢钥闯觯到y(tǒng)按照隨機資源分配算法進行資源調(diào)度時，系統(tǒng)的吞吐量水平較低。在貪婪啟發(fā)式資源分配算法調(diào)度下，由于優(yōu)先給信道條件好且干擾增益小的用戶分配資源，系統(tǒng)吞吐量提升較大，當復用資源的D2D通信用戶對數(shù)目為60時，提升了約50%。一般來說，可以將貪婪算法進行資源調(diào)度的系統(tǒng)的吞吐量看作系統(tǒng)吞吐量的上界。本文所提出的KMPF資源分配，通過最佳功率控制進行和速率優(yōu)化，并優(yōu)先將資源分配給信道條件相對較好且長期平均吞吐量小的用戶，可以使在每個調(diào)度周期內(nèi)吞吐量達到貪婪算法調(diào)度95%。說明該資源分配算法能在調(diào)度周期(短期)內(nèi)獲得較大的系統(tǒng)吞吐量。圖2系統(tǒng)吞吐量比較

嘹梢鑰闖觶嘈ザ賴丏2D通信相比單獨的CU通信由于其路徑損耗小，數(shù)據(jù)速率在最大發(fā)射功率下要高約70%～130%。當CU與D2D復用資源通信時，ＲSP以最佳功率發(fā)射相比以最大功率發(fā)射的和速率提高了40%～60%，這是因為通過功率控制可以有效地協(xié)調(diào)用戶之間的干擾，，并且隨著D2D用戶距離的增加，其和速率逐漸變校圖1不同發(fā)射功率下ＲSP的和速率比較Fig．1Comparisonofsum-rateofＲSPunderdifferenttransmittingpowers下面比較本文算法與文獻［12］中的隨機資源分配算法以及文獻［13］中貪婪啟發(fā)式資源分配算法對系統(tǒng)性能的影響。圖2是當系統(tǒng)中CU用戶數(shù)目為100時，隨著接入D2D用戶數(shù)目增加，不同資源分配算法下系統(tǒng)吞吐量的變化趨勢�？梢钥闯觯到y(tǒng)按照隨機資源分配算法進行資源調(diào)度時，系統(tǒng)的吞吐量水平較低。在貪婪啟發(fā)式資源分配算法調(diào)度下，由于優(yōu)先給信道條件好且干擾增益小的用戶分配資源，系統(tǒng)吞吐量提升較大，當復用資源的D2D通信用戶對數(shù)目為60時，提升了約50%。一般來說，可以將貪婪算法進行資源調(diào)度的系統(tǒng)的吞吐量看作系統(tǒng)吞吐量的上界。本文所提出的KMPF資源分配，通過最佳功率控制進行和速率優(yōu)化，并優(yōu)先將資源分配給信道條件相對較好且長期平均吞吐量小的用戶，可以使在每個調(diào)度周期內(nèi)吞吐量達到貪婪算法調(diào)度95%。說明該資源分配算法能在調(diào)度周期(短期)內(nèi)獲得較大的系統(tǒng)吞吐量。圖2系統(tǒng)吞吐量比較Fig．2Comparisonofsystemthroughput為了衡量系統(tǒng)公平性，采用文獻［14－15］中的Jain’sIndex作為公平指數(shù)(F)，其表達式為:F=∑niＲi(Δt[])2n∑niＲi(Δt)2(26)其中:n是系統(tǒng)中的用戶數(shù)目，Ｒi(Δt)是用戶i在間隔時間Δt內(nèi)的吞吐量。通過對用戶吞吐量的公平指數(shù)的計算，來反映用戶傳輸


本文編號：2558534