异构网络中基于频谱资源分配的多D2D通信资源分配方法

摘要

本发明公开一种异构网络中基于频谱资源分配的多D2D通信资源分配方法，包括：求D2D通信s在频段m上所能达到的最大SINR；判断频谱资源能否满足单频段服务质量需求；为多D2D通信系统分配频谱资源并判断能否满足D2D通信总可达速率阈值需求；在已分配频谱资源上，最优分配D2D通信在每个选取频段上的SINR目标；求整个D2D通信系统的总功耗。本发明同时为多D2D通信分配频谱资源，并且最优化整个D2D通信系统的总功耗。相比于传统的资源分配方法，本方法适用于多D2D通信系统，在保证蜂窝通信和D2D通信的最小可达速率需求、蜂窝用户最大功率受限的同时优化整个D2D通信系统的总功耗，更符合绿色通信的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种异构网络中基于频 谱资源分配的多D2D(Device-to-Device)通信资源分配方法。

背景技术

为了满足急剧增加的多媒体设备和服务对频谱资源和数据速率的需求，无线网络朝 着异构网络开始演进。随着频谱资源和设备能量受限，如何完善频谱利用率并降低能耗 是十分重要的。传统的蜂窝通信模式已经很难有效地解决上述问题，所以D2D通信技 术的概念于2009年被引入到LTE网络中。D2D通信通过建立不经过基站的直接传输链 路，利用D2D短距离通信优势，能够有效地提升系统吞吐量、系统能耗等性能。并且， 通过让D2D通信用户复用蜂窝用户的频谱资源，能够极大地提升频谱利用率。然而， 其引入的干扰问题是无线系统首要解决的问题。功率控制是实现异构蜂窝网络中频谱资 源共享的一种关键技术，通过合理地控制蜂窝用户和D2D用户的功率，使得当D2D通 信接入蜂窝用户授权频段时，D2D通信和蜂窝通信对彼此产生的干扰可以不影响对方的 正常通信。

传统的异构网络中对D2D通信采取的资源分配方法，大部分是建立在单D2D 通信系统模型上，来最大化系统吞吐量、频谱利用率等目标，此时D2D通信需要始 终保持最大发送功率传输数据，显然不满足绿色通信的要求。与此同时，单D2D通信 系统也不满足实际场景中多D2D通信共存环境。

一些传统的异构网络只考虑了一对D2D通信和一个蜂窝用户共享频谱资源的情况。 然而，在实际环境中，蜂窝用户的个数远远高于D2D用户，如果一对D2D通信只能复 用一个蜂窝用户的频谱资源，显然会造成频谱资源的浪费。

有些传统的异构网络中对D2D通信采取的资源分配方法，大部分是建立在只保证 单一蜂窝用户服务质量(Quality of Service，QoS)或者D2D通信QoS的前提上进行的。 显然，这样子无法同时保证蜂窝用户和D2D用户的QoS。

发明内容

本发明针对一个基站、多蜂窝用户和多D2D通信用户共存的上行异构网络模型， 提出了一种基于频谱资源分配和最优功率控制的资源分配方法。本发明允许单个D2D 通信复用多个蜂窝用户的频谱资源来提高频谱利用率，每个蜂窝用户的频谱资源最多只 能被一个D2D通信共享。当蜂窝用户和D2D用户共享频谱资源时，需要保证蜂窝通信 和D2D通信单频段上最小可达速率阈值需求以及考虑蜂窝用户最大发送功率受限；同 时，为充分利用D2D短距离通信的优势，D2D通信在所有复用的频谱资源上需要保证 一个总可达速率阈值需求。通过为多D2D通信分配频谱资源，并且在已分配的频谱资 源基础上最优分配每个D2D通信在每个选取频段上的可达速率目标来最优化整个D2D 通信系统的总功耗。本发明能够同时为多D2D通信分配频谱资源，并且在已分配到的 频谱资源上最优化整个D2D通信系统的总功耗。相比于传统的资源分配方法，本方法 能够适用于多D2D通信系统，保证蜂窝通信和D2D通信的可达速率需求，并且能够在 符合蜂窝用户最大发送功率受限的同时节约整个D2D通信系统的总功耗，更能符合绿 色通信的要求。

本发明是通过以下技术方法实现的。

根据本发明提供的一种异构网络中基于频谱资源分配的多D2D通信资源分配方法， 包括如下具体步骤：

步骤1：求其中，表示D2D通信s在频段m上所能达到的最大SINR； D2D通信s即为第s个D2D通信，频段m即为第m个频段；s＝1,2,…,S；m＝1,2,…,M；

步骤2：判断频谱资源能否满足单频段服务质量需求；

步骤3：将满足单频段服务质量需求的频谱资源进行排序；

步骤4：为多D2D通信系统分配频谱资源；

步骤5：判断所分配的频谱资源能否满足D2D通信总可达速率阈值需求；

步骤6：在已分配频谱资源上，采用拉格朗日乘子法分配每个D2D通信在每个选取 频段上的SINR目标；

步骤7：求D2D通信s的功耗

步骤8：求整个D2D通信系统的总功耗

优选地，的表达式如下：

${\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max }=\min ({\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 1},{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 2}]$

其中，下标s＝1,2,…,S；下标m＝1,2,…,M；下标s表示D2D通信s，每个D2D通信主 要由D2D通信发送端和D2D通信接收端组成；S表示D2D通信总个数；下标m表示蜂 窝用户m，蜂窝用户m即为第m个蜂窝用户，并且蜂窝用户m使用频段m；M表示系 统蜂窝用户总数；中括号]表示包含对应的区间端值，小括号(表示不包含对应的区间端 值；其中，

$\left(\begin{array}{c}{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 1}=\left(\frac{g_m^c·g_s^d}{g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}·g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}\right)/{\gamma }_m^{C\min }\\ {\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 2}=\frac{(\frac{g_m^c}{{\gamma }_m^{C\min }}-\frac{N_0}{P_m^{C\max }})g_s^d}{(\frac{N_0}{P_m^{C\max }}+g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}})g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}}\end{array}\right)$

表示在满足和条件下，D2D通信s在频段m上所能达到的最大SINR 阈值；其中，为单频段上蜂窝用户m的最小可达速率阈值需求；为单频段上 D2D通信s的最小可达速率阈值需求；为对应的SINR，其中，为满足蜂窝用户m最大发送功率约束条件下，D2D通信s在频段m上所能 达到的最大SINR阈值；表示蜂窝用户m的最大发送功率；分别表 示蜂窝用户m到基站的链路信道增益、D2D通信s的链路信道增益、蜂窝用户m到D2D 通信s接收端的链路信道增益、D2D通信s发送端到蜂窝用户m接收端的链路信道增益； N₀为系统噪声。

优选地，在步骤2中，判断频谱资源能否满足单频段服务质量需求的判定准则为：

$\left(\begin{array}{c}{P}_m^{C\max }>\frac{N_0·{\gamma }_m^{C\min }}{g_m^c}\\ {\gamma }_s^{D\min }<{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max }\end{array}\right)$

若满足上式，则表明D2D通信s在频段m上存在SINR值满足单频段 上蜂窝用户m和D2D通信s最小可达速率阈值需求，且蜂窝用户m的最 大发送功率阈值得以保障；其中，表示D2D通信s在频段m上分配的SINR目 标；为对应的SINR，其中，${\gamma }_s^{D\min }=2^{R_s^{D\min }}-1.$

优选地，在步骤3中，将满足单频段服务质量需求的频谱资源进行排序准则为：

为D2D通信s在符合步骤2的单频段服务质量需求判定准则下的频谱资源中，根据 的值对频谱资源进行正序排序；其中，s＝1,2,…,S。

优选地，在步骤4中，多D2D通信系统频谱资源分配策略为：

根据每个D2D通信的频谱资源排序情况，每一轮依次为每个D2D通信从未被该 D2D通信选取的频段中选取最优的频段，所述最优的频段即频谱资源排序中最靠前的频 段；

在每次选择频段的过程中，如果D2D通信所选取的频段已经达到相应用户所需的 频段个数，那么将该频段依次放入到各自的备选频段集合中；如果D2D通信在选取该 频段时发现该频段已经被其它D2D通信选取，那么采用功耗比较方式：比较这两个D2D 通信用户在该频段上满足最小可达速率阈值需求时D2D通信的功耗，基站将该频谱资 源分配给功耗较低的D2D通信；

在功耗比较中功耗较高的D2D通信用户，会选取自身备选频段集合中排序最靠前 的频段作为补偿，如果该排序最靠前的频段仍被其他D2D通信所选择，按照所述功耗 比较方式与该其他D2D通信做功耗比较；直到所有D2D通信选择的频段数目达到各自 所需频段总数要求或者所有可用的频段都已被选择完毕，系统停止分配频谱资源。

优选地，在步骤5中，判断所分配的频谱资源能否满足D2D通信总可达速率阈值 需求的判定准则为：

$\left(\begin{array}{c}\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}=N_s,\\ \underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}·{\log }_2(1+{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max })>R_s^D.\end{array}\right)$

其中，x_sm为表示频段m是否被D2D通信s选取的频段分配因子，x_sm＝{0,1}；x_sm＝1表 示频段m被D2D通信s选取；x_sm＝0表示频段m没有被D2D通信s选取；为D2D 通信s的总可达速率阈值需求；N_s为D2D通信s总共需要选取的频段总数；若上式满足， 则表示分配给D2D通信s的频谱资源满足D2D通信总可达速率阈值需求。

优选地，在步骤6中，采用拉格朗日乘子法以最优方式分配D2D通信在每个选取 频段上的SINR目标，具体的方法为：

采用二分法找到λ^*，该λ^*带入下式中的λ满足其中，下标 s_n表示选取频段s_n，选取频段s_n即D2D通信s选取的第n个频段；表示在拉格朗 日乘子λ下D2D通信s分配到选取频段s_n上的SINR目标，且需满足：为 即不小于单频段上D2D通信s最小SINR阈值max(A,B)表示取A、B中的较大者；其中，

${\gamma }_{{\mathrm{ss}}_n}^D\left(\lambda \right)=\frac{-Y_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)-\sqrt{Y_{{\mathrm{ss}}_n}{\left(\lambda \right)}^2-4X_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)Z_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)}}{2X_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)}$

$\left(\begin{array}{c}{X}_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)={(g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{dc}}·g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}})}^2·\lambda \\ Y_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)=-2g_{s_n}^c{g}_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{dc}}{g}_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}}{g}_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}\lambda -F_{{\mathrm{ss}}_n}\\ Z_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)={\left(g_{s_n}^c{g}_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}\right)}^2\lambda -F_{{\mathrm{ss}}_n}\\ F_{{\mathrm{ss}}_n}=g_{s_n}^c(g_{s_n}^c{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}+g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}})g_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}{N}_0\end{array}\right)$

分别表示蜂窝用户s_n到基站的链路信道增益、D2D通信s的链路信道增 益、蜂窝用户s_n到D2D通信s接收端的链路信道增益、D2D通信s发送端到蜂窝用户s_n接收端的链路信道增益；表示蜂窝用户s_n单频段上最小SINR阈值；λ表示拉格朗 日乘子，并且λ≥0；N₀为系统噪声；蜂窝用户s_n表示系统中第s_n个蜂窝用户；蜂窝用 户s_n使用选取频段s_n。

优选地，表示D2D通信s的功耗；

若D2D通信s分配到的频谱资源符合步骤5中所分配的频谱资源能否满足D2D通 信总可达速率阈值需求的判定准则，则D2D通信s的功耗表达式如下：

$\left(\begin{array}{c}{P}_s^D=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}·P_{\mathrm{sm}}^D\\ P_{\mathrm{sm}}^D=\frac{g_m^c{\gamma }_m^{C\min -1}+g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}{g_m^c{\gamma }_m^{C\min -1}{g}_s^d{\left({\gamma }_{\mathrm{sm}}^D\left({\lambda }^{*}\right)\right)}^{-1}-g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}{g}_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}.N_0\end{array}\right)$

其中，表示D2D通信s在频段m上的功耗；表示在步骤6中求得的最佳拉格 朗日乘子λ^*下D2D通信s分配到频段m上的SINR目标；

若D2D通信s分配到的频谱资源不符合步骤5中所分配的频谱资源能否满足D2D 通信总可达速率阈值需求的判定准则，则即D2D通信s不能被建立。

优选地，所述为整个D2D通信系统的总功耗；

若s＝1,2,…,S，则的表达式为：

$P_{\mathrm{total}}^D=\underset{s=1}{\overset{S}{\Sigma }}{P}_s^D;$

否则，返回s＝1,2,…,S。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够同时为多D2D通信分配频谱资源，并且在已分配到的频谱资源上最优 化整个D2D通信系统的总功耗。相比于传统的资源分配方法，本方法能够适用于多D2D 通信系统，能够保证蜂窝通信和D2D通信的可达速率需求，并且能够在符合蜂窝用户 最大发送功率受限的同时节约整个D2D通信系统的总功耗，更能符合绿色通信的要求。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明在蜂窝链路最小可达速率阈值从1bps/Hz增加到7bps/Hz时的 频谱复用概率图；

图3为本发明在D2D通信总可达速率阈值从25bps/Hz增加到45bps/Hz时的单 D2D通信系统总功耗和总速率增量图；

图4为本发明在D2D通信总可达速率阈值从25bps/Hz增加到50bps/Hz时的整 个D2D通信系统总功耗图；

图5为本发明在D2D通信总可达速率阈值从25bps/Hz增加到50bps/Hz时穷举 法方案和提出的方案下的每个D2D通信系统总功耗图；

图6为本发明在D2D通信总可达速率阈值从25bps/Hz增加到50bps/Hz时方案 1下的每个D2D通信系统总功耗图；

图7为本发明在D2D通信总可达速率阈值从25bps/Hz增加到50bps/Hz时的中 断概率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。

本实施例是基于频谱资源分配和最优功率控制的资源分配方案，系统噪声为频谱 密度是-174dBm/Hz的零均值加性高斯白噪声，信道模型为简单的路径损耗模型，根据 3GPP标准中的规定，蜂窝通信链路信道增益为L_d(dB)＝128.1+37.6lg(d(km))，D2D 通信链路信道增益为L_d(dB)＝148+40lg(d(km))。

本实施例包括以下步骤：

步骤1：求D2D通信s在频段m上所能达到的最大SINR(Signal to Interference and  Noise Ratio，SINR)，记为其中，为D2D通信s在频段m上所能达到的最 大SINR，表达式如下：

${\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max }=\min ({\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 1},{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 2}]$

其中，下标s＝1,2,…,S；下标m＝1,2,…,M；下标s表示D2D通信s，每个D2D通信主 要由D2D通信发送端和D2D通信接收端组成；S表示D2D通信总个数；下标m表示蜂 窝用户m，蜂窝用户m即为第m个蜂窝用户，并且蜂窝用户m使用频段m；M表示系 统蜂窝用户总数；中括号]表示包含对应的区间端值，小括号(表示不包含对应的区间端 值；其中，

$\left(\begin{array}{c}{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 1}=\left(\frac{g_m^c·g_s^d}{g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}·g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}\right)/{\gamma }_m^{C\min }\\ {\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max 2}=\frac{(\frac{g_m^c}{{\gamma }_m^{C\min }}-\frac{N_0}{P_m^{C\max }})g_s^d}{(\frac{N_0}{P_m^{C\max }}+g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}})g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}}\end{array}\right)$

表示在满足和条件下，D2D通信s在频段m上所能达到的最大SINR 阈值；其中，为单频段上蜂窝用户m的最小可达速率阈值需求；为单频段上 D2D通信s的最小可达速率阈值需求；为对应的SINR，其中，为满足蜂窝用户m最大发送功率约束条件下，D2D通信s在频段m上所能 达到的最大SINR阈值；表示蜂窝用户m的最大发送功率；分别表 示蜂窝用户m到基站的链路信道增益、D2D通信s的链路信道增益、蜂窝用户m到D2D 通信s接收端的链路信道增益、D2D通信s发送端到蜂窝用户m接收端的链路信道增益； N₀为系统噪声。

步骤2：判断频谱资源能否满足单频段服务质量需求，其判断准则表达式如下：

$\left(\begin{array}{c}{P}_m^{C\max }>\frac{N_0·{\gamma }_m^{C\min }}{g_m^c}\\ {\gamma }_s^{D\min }<{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max }\end{array}\right)$

若满足上式，则表明D2D通信s在频段m上存在SINR值满足单频段 上蜂窝用户m和D2D通信s最小可达速率阈值需求，且蜂窝用户m的最 大发送功率阈值得以保障；其中，表示D2D通信s在频段m上分配的SINR目 标；为对应的SINR，其中，${\gamma }_s^{D\min }=2^{R_s^{D\min }}-1.$

步骤3：将满足单频段服务质量需求的频谱资源进行排序，其排序准则为：为D2D 通信s在符合步骤2的单频段服务质量需求判定准则下的频谱资源中，根据的值 对频谱资源进行正序排序；其中，s＝1,2…S。

步骤4：为多D2D通信系统分配频谱资源，其中多D2D通信系统频谱资源分配策 略为：

根据每个D2D通信的频谱资源排序情况，每一轮依次为每个D2D通信从未被该 D2D通信选取的频段中选取最优的频段，所述最优的频段即频谱资源排序中最靠前的频 段；

在每次选择频段的过程中，如果D2D通信所选取的频段已经达到相应用户所需的 频段个数，那么将该频段依次放入到各自的备选频段集合中；如果D2D通信在选取该 频段时发现该频段已经被其它D2D通信选取，那么采用功耗比较方式：比较这两个D2D 通信用户在该频段上满足最小可达速率阈值需求时D2D通信的功耗，基站将该频谱资 源分配给功耗较低的D2D通信；

在功耗比较中功耗较高的D2D通信用户，会选取自身备选频段集合中排序最靠前 的频段作为补偿，如果该排序最靠前的频段仍被其他D2D通信所选择，按照所述功耗 比较方式与该其他D2D通信做功耗比较；直到所有D2D通信选择的频段数目达到各自 所需频段总数要求或者所有可用的频段都已被选择完毕，系统停止分配频谱资源。

步骤5：判断所分配的频谱资源能否满足D2D通信总可达速率阈值需求，其判定准 则表达式如下：

$\left(\begin{array}{c}\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}=N_s,\\ \underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}·{\log }_2(1+{\gamma }_{\mathrm{sm}}^{D\max })>R_s^D.\end{array}\right)$

其中，x_sm为表示频段m是否被D2D通信s选取的频段分配因子，x_sm＝{0,1}；x_sm＝1表 示频段m被D2D通信s选取；x_sm＝0表示频段m没有被D2D通信s选取；为D2D 通信s的总可达速率阈值需求；N_s为D2D通信s总共需要选取的频段总数；若上式满足， 则表示分配给D2D通信s的频谱资源满足D2D通信总可达速率阈值需求。

步骤6：在已分配频谱资源上，采用拉格朗日乘子法分配D2D通信在每个选取频段 上的SINR目标，其分配方法为：

采用二分法找到λ^*，该λ^*带入下式中的λ满足其中，下标 s_n表示选取频段s_n，选取频段s_n即D2D通信s选取的第n个频段；表示在拉格朗 日乘子λ下D2D通信s分配到选取频段s_n上的SINR目标，且需满足：为 即不小于单频段上D2D通信s最小SINR阈值max(A,B)表示取A、B中的较大者；其中，

${\gamma }_{{\mathrm{ss}}_n}^D\left(\lambda \right)=\frac{-Y_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)-\sqrt{Y_{{\mathrm{ss}}_n}{\left(\lambda \right)}^2-4X_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)Z_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)}}{2X_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)}$

$\left(\begin{array}{c}{X}_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)={(g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{dc}}·g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}})}^2·\lambda \\ Y_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)=-2g_{s_n}^c{g}_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{dc}}{g}_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}}{g}_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}\lambda -F_{{\mathrm{ss}}_n}\\ Z_{{\mathrm{ss}}_n}\left(\lambda \right)={\left(g_{s_n}^c{g}_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}\right)}^2\lambda -F_{{\mathrm{ss}}_n}\\ F_{{\mathrm{ss}}_n}=g_{s_n}^c(g_{s_n}^c{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}+g_{{\mathrm{ss}}_n}^{\mathrm{cd}})g_s^d{\gamma }_{s_n}^{C{\min }^{-1}}{N}_0\end{array}\right)$

分别表示蜂窝用户s_n到基站的链路信道增益、D2D通信s的链路信道增 益、蜂窝用户s_n到D2D通信s接收端的链路信道增益、D2D通信s发送端到蜂窝用户s_n接收端的链路信道增益；表示蜂窝用户s_n单频段上最小SINR阈值；λ表示拉格朗 日乘子，并且λ≥0；N₀为系统噪声；蜂窝用户s_n表示系统中第s_n个蜂窝用户；蜂窝用 户s_n使用选取频段s_n。

步骤7：求D2D通信的功耗其中，表示D2D通信用户s的总功耗，若D2D 通信s分配到的频谱资源符合步骤5中所分配的频谱资源能否满足D2D通信总可达速率 阈值需求的判定准则，则D2D通信s的功耗表达式如下：

$\left(\begin{array}{c}{P}_s^D=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{sm}}·P_{\mathrm{sm}}^D\\ P_{\mathrm{sm}}^D=\frac{g_m^c{\gamma }_m^{C\min -1}+g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}{g_m^c{\gamma }_m^{C\min -1}{g}_s^d{\left({\gamma }_{\mathrm{sm}}^D\left({\lambda }^{*}\right)\right)}^{-1}-g_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{dc}}{g}_{\mathrm{sm}}^{\mathrm{cd}}}.N_0\end{array}\right)$

其中，表示D2D通信s在频段m上的功耗；表示在步骤6中求得的最佳拉格 朗日乘子λ^*下D2D通信s分配到频段m上的SINR目标；

若D2D通信s分配到的频谱资源不符合步骤5中所分配的频谱资源能否满足D2D 通信总可达速率阈值需求的判定准则，则即D2D通信s不能被建立。

步骤8：求整个D2D通信系统的总功耗其中，为整个D2D通信系统的 总功耗，若s＝1,2,…,S，则的表达式为：

$P_{\mathrm{total}}^D=\underset{s=1}{\overset{S}{\Sigma }}{P}_s^D;$

否则，返回s＝1,2,…,S。

在本实施例中，图2是基于蜂窝链路最小可达速率阈值的频谱复用概率图。由图2 可知，多D2D通信系统能够有效地提高系统频谱利用率。图3是基于D2D通信系统总 可达速率阈值的系统功耗和速率增量百分比图；由图3可知，在合适的D2D通信总可 达速率需求下，系统总速率增量远远高于系统总功耗增量；图4是基于D2D通信系统 总可达速率阈值的穷举法方案、提出的方案和方案1下整个D2D通信系统总功耗图。 我们考虑一个2对D2D通信共存的系统，每个D2D对复用5个蜂窝用户的频谱资源， 且D2D对1比D2D对2优先向基站请求建立直接通信。其中，穷举法计算所有可能频 谱资源分配下最优的结果；方案1假设先建立直接通信请求的链路能优先分配到对其而 言最优的频谱资源。图5是基于D2D通信系统总可达速率阈值的穷举法方案、提出的 方案下每个D2D通信系统的功耗图；图6是基于D2D通信系统总可达速率阈值的方案 1下每个D2D通信系统的功耗图；由图4、图5和图6可知，提出的方案性十分接近穷 举法方案的性能，且能够保证D2D通信用户间的一个公平性；图7是基于D2D通信系 统总可达速率阈值的三种方案下的中断概率图；当系统分配的频谱资源不能达到D2D 通信复用的频段数或者不能满足D2D通信总可达速率需求，那么D2D通信链路将会中 断。由图7可知，提出的方案能够保证D2D通信用户间的一个公平性，且性能接近穷 举法方案的性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特 定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。