異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中支持終端直通的聯(lián)合模式資源復(fù)用算法*

王思秀， 郭文強， 于 凱， 汪曉潔(新疆財經(jīng)大學(xué) 計算機科學(xué)與工程學(xué)院， 烏魯木齊 830012)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中支持終端直通的聯(lián)合模式資源復(fù)用算法*

王思秀， 郭文強， 于 凱， 汪曉潔
(新疆財經(jīng)大學(xué) 計算機科學(xué)與工程學(xué)院， 烏魯木齊 830012)

針對異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中終端直通(D2D)通信復(fù)用頻譜資源導(dǎo)致同頻干擾，并影響系統(tǒng)通信性能的問題，提出了一種基于聯(lián)合模式的支持終端直通的資源復(fù)用算法.為了綜合考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中蜂窩用戶和D2D用戶需要并平衡兩類不同用戶的資源分配，該算法在確定D2D通信限制距離的基礎(chǔ)上，聯(lián)合蜂窩與D2D兩種模式構(gòu)建CU-D2D組合集，以其加權(quán)吞吐量增益為用戶優(yōu)先級，并據(jù)此進行無線資源分配，從而實現(xiàn)了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下頻譜資源的優(yōu)化分配.結(jié)果表明，該算法在保證蜂窩用戶傳輸速率的同時，有效地改善了D2D用戶的通信速率，從而整體性地提升了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)通信性能.

終端直通通信； 用戶優(yōu)先級； 蜂窩通信； 資源分配； 聯(lián)合模式； 資源復(fù)用； 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)及多媒體等無線應(yīng)用的廣泛使用，其為高速、高效的無線通信技術(shù)提供了更好的平臺.D2D(device-to-device)[1-2]技術(shù)能夠大幅度提升無線傳輸速率，有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用前景，是未來5G通信的備選方案之一，也是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域的研究熱點.相比傳統(tǒng)的蜂窩通信，D2D通信最大的特點和優(yōu)勢在于：在基站控制下，允許任意兩鄰近的移動終端實現(xiàn)點對點的直接通信，而無需基站進行中繼或轉(zhuǎn)發(fā).D2D通信更加靈活便捷，繞開了基站中繼轉(zhuǎn)發(fā)的環(huán)節(jié)，有效地改善了無線通信中轉(zhuǎn)延遲的問題，D2D用戶可以有效復(fù)用經(jīng)網(wǎng)絡(luò)授權(quán)的無線資源，從而提升無線頻譜的復(fù)用率，擴大異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)吞吐量和覆蓋范圍[3-4].D2D通信的這些特性和優(yōu)勢使得它能夠很好地作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)的補充，為無線用戶提供更加豐富、優(yōu)質(zhì)的無線通信服務(wù).

在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶可以復(fù)用蜂窩用戶授權(quán)的頻譜資源，無需向基站請求轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，可以大大緩解網(wǎng)絡(luò)中的基站負載.但同一蜂窩小區(qū)下，信道資源被D2D通信與蜂窩用戶同時復(fù)用，這種頻譜復(fù)用模式也帶來了同頻干擾等新問題[5].因此，在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)條件下，如何協(xié)調(diào)蜂窩用戶與D2D用戶的資源分配，使得系統(tǒng)的通信性能達到最優(yōu)，已經(jīng)成為當(dāng)前一個重要的研究課題.文獻[6]在D2D用戶復(fù)用蜂窩上行頻率資源的場景下，提出了分布式功率控制方法來降低D2D用戶與蜂窩用戶之間的同頻干擾；文獻[7]通過統(tǒng)計所有用戶的信干噪比SINR，提出了一種簡單的D2D通信功率控制算法來減小蜂窩用戶和D2D用戶之間的干擾；文獻[8]從頻帶復(fù)用模式選擇和功率控制兩方面進行資源分配，以最大化蜂窩通信和D2D通信的傳輸速率；文獻[9]通過信道分配優(yōu)化了整體吞吐量，但是忽略了聯(lián)合資源分配對于系統(tǒng)性能的提升效果；文獻[10]提出了一種基于博弈理論的聯(lián)合集群策略和功率控制方案來最小化傳輸時間，但并沒有對信道資源進行分配.

為兼顧傳統(tǒng)蜂窩用戶與D2D用戶的無線業(yè)務(wù)需求，本文通過聯(lián)合D2D用戶與蜂窩用戶(cellular users，CU)整體鏈路狀況進行資源分配，提出了一種基于用戶優(yōu)先級的資源分配(UPDM)算法.為減小D2D用戶和蜂窩用戶的同頻干擾，并避免單獨考慮某一類用戶的資源分配所帶來的負面影響，該算法從以下3方面著手進行改進：

1) 根據(jù)D2D用戶對蜂窩用戶干擾門限閾值獲取D2D通信限制距離，以此判斷用戶是否能進行D2D復(fù)用；

2) 構(gòu)建CU-D2D組合集，聯(lián)合兩種通信模式整體評估所有CU-D2D組的吞吐量增益，根據(jù)吞吐量增益決定對應(yīng)CU-D2D組的優(yōu)先級；

3) 基于用戶優(yōu)先級進行頻譜資源分配，使得無線頻譜資源能夠高效利用，令系統(tǒng)整體吞吐量達到最優(yōu).

1 系統(tǒng)模型與問題分析

在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D終端用戶可以根據(jù)實際需求切換通信模式.當(dāng)終端用戶距離基站較遠，但與其他終端用戶較近時，可選擇D2D通信模式；當(dāng)終端用戶間距離較遠，且終端用戶與小區(qū)基站鏈路可靠，則選擇蜂窩通信模式.一對終端用戶可以建立D2D通信連接，此外，多對終端用戶還可以建立D2D通信簇，在簇內(nèi)多個終端通過D2D鏈路進行通信.

本文主要研究的單小區(qū)D2D網(wǎng)絡(luò)場景模型如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中包括n個D2D用戶和m個不同的蜂窩用戶.其中D2D用戶集合為D={D2D1，D2D2，…，D2Dn}，蜂窩用戶集合為C={CU1，CU2，…，CUm}.對于基站，假設(shè)各個用戶設(shè)備的位置坐標都是已知的，則可以算出任意用戶之間以及用戶與基站之間的信道增益.以圖1所示的單小區(qū)場景為例，CU-D2D由蜂窩用戶i與D2D用戶j組成，表示D2Dj復(fù)用第i個蜂窩用戶CUi的上行資源，并建立D2D通信.

圖1 D2D網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型Fig.1 System model for D2D networks

D2D通信除了需要考慮路損模型外，還要考慮由多徑效應(yīng)產(chǎn)生的快衰落和陰影效應(yīng)產(chǎn)生的慢衰落對系統(tǒng)通信性能的影響[11].發(fā)射端D2D到基站的信道增益以及CUi到D2Dj的信道增益可以分別表示為

(1)

(2)

式中：K和α分別為由蜂窩系統(tǒng)環(huán)境所決定的路損常數(shù)和路損指數(shù)；dj，B為蜂窩用戶CUi到基站的距離；di，j為CUi到D2Dj的距離；δj，B為D2Dj到基站服從指數(shù)分布的快衰落增益；ξj，B為D2Dj到基站服從對數(shù)分布的慢衰落增益；ξi，j為CUi到D2Dj服從對數(shù)分布的慢衰落增益；δi，j為CUi到D2Dj服從指數(shù)分布的快衰落增益.

從異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的整體通信性能出發(fā)，無線資源需要優(yōu)先分配給具有吞吐量增益的D2D用戶，并同時保證蜂窩用戶無線服務(wù)的穩(wěn)定性和可靠性.對于D2D用戶而言，需要考慮的是復(fù)用蜂窩用戶的頻譜資源對其自身的干擾，以及該CU-D2D的功率和速率大小.為對D2D網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境與復(fù)用模式進行合理簡化，本文將異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中所有的復(fù)用組合CU-D2D看成一個聯(lián)合整體，以系統(tǒng)吐量增益最大化為目標，構(gòu)建CU-D2D復(fù)用組合的優(yōu)先級函數(shù)并進行資源分配.

2 基于聯(lián)合模式的D2D資源分配

為解決D2D復(fù)用對蜂窩用戶帶來干擾的問題，本文有針對性地提出一種基于聯(lián)合模式的D2D資源分配算法.為減小D2D用戶和蜂窩用戶間的同頻干擾，并平衡無線資源在兩類不同用戶間的分配，該算法的基本思想是：首先根據(jù)蜂窩用戶干擾門限閾值確定D2D通信限制距離，然后聯(lián)合蜂窩與D2D兩種模式構(gòu)建CU-D2D組合集，以其加權(quán)吞吐量增益為用戶優(yōu)先級，并據(jù)此進行D2D資源分配，從而改善異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的通信性能，提高系統(tǒng)整體的吞吐量和速率.

2.1 D2D通信限制距離

由于D2D用戶復(fù)用的是蜂窩用戶的上行資源，故D2D發(fā)送端離基站越近，對蜂窩信號的干擾就越大.為了減小小區(qū)內(nèi)的信號干擾，降低計算的復(fù)雜度，劃定D2D通信限制區(qū)域是十分必要的，其限制表達式為

(3)

(4)

式中，r為D2D通信限制距離.以基站為圓心，r為半徑的圓形D2D通信限制區(qū)域如圖1中的陰影部分所示.當(dāng)基站接收到D2D鏈接建立請求時，基站首先判定D2D的發(fā)射端是否在D2D通信限制區(qū)域內(nèi)，如果是在D2D通信限制區(qū)域內(nèi)，基站禁止D2D建立鏈接.

2.2 用戶組優(yōu)先級函數(shù)

由于異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)同時存在兩類用戶，無線通信服務(wù)需要兩類用戶共同參與.但蜂窩用戶和D2D用戶不同的業(yè)務(wù)特點，使得二者在資源分配的目標并不相同：

1) 在保證蜂窩用戶通信穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，蜂窩用戶希望將無線資源分配給具有最大吞吐量增益的D2D用戶，以提升系統(tǒng)吞吐量；

2) D2D用戶則首先考慮減小對蜂窩用戶的同頻干擾，并提升D2D傳輸?shù)墓β屎退俾?

單獨從任何一類用戶的角度考慮，都無法使系統(tǒng)性能得到全面的優(yōu)化，因此，本文將異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中所有的復(fù)用組合CU-D2D看作一個整體，綜合考慮無線資源分配過程中的同頻干擾、吞吐量增益等問題，在保障蜂窩用戶通信服務(wù)的基礎(chǔ)上，最大化D2D復(fù)用帶來的系統(tǒng)吞吐量增量，并以此作為用戶組優(yōu)先級函數(shù).

Ti，max==Wlog2(1+P)

(5)

式中，W為異物網(wǎng)絡(luò)可用帶寬.

(6)

式中：Qi(t)/V為拉格朗日乘子；V為一個正調(diào)節(jié)參數(shù).由此可得D2D復(fù)用CU頻譜資源帶來的加權(quán)吞吐量增益，即為該CU-D2D組合的優(yōu)先級函數(shù)，相應(yīng)表達式為

(7)

2.3 基于聯(lián)合模式的D2D資源分配算法

圖2給出了基于用戶優(yōu)先級的D2D資源分配算法(UPDM)的具體流程.

圖2 D2D資源分配算法流程圖Fig.2 Flow chart of D2D resource allocation algorithm

該算法的具體步驟如下：

1) 系統(tǒng)初始化.初始化異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中兩類用戶的分布，并設(shè)置初始化的信道參量.

2) 確定復(fù)用關(guān)系.獲取滿足復(fù)用條件的CU-D2D對，構(gòu)建各個D2D用戶的候選CU集合R.以某D2D用戶Di為例，得到其候選CU集合Ri={C1，C2，…，Ck}，k為候選用戶個數(shù).

4) 確定資源分配.首先判斷待分配頻譜資源的D2D用戶與基站的距離是否都大于D2D通信限制距離，然后在優(yōu)先級矩陣中找到優(yōu)先級最高的CU-D2D用戶對進行判斷.若滿足復(fù)用條件，則將頻率資源分配復(fù)用，并將對應(yīng)的用戶和頻譜資源從矩陣中刪除；反之，則在優(yōu)先級矩陣中選擇次優(yōu)CU-D2D組合進行復(fù)用配對.

5) D2D資源分配.更新降階后的優(yōu)先級矩陣，重復(fù)步驟2)～4)，直到所有CU-D2D用戶對都分配到資源或者系統(tǒng)資源已被分配完.

3 仿真結(jié)果與分析

為了驗證所提出的資源分配算法的有效性，可以考慮在蜂窩系統(tǒng)單小區(qū)場景下，建立鏈路級的仿真程序?qū)λ惴ㄟM行測試，并與經(jīng)典的Kuhn-Munkres(KM)算法[12]和傳統(tǒng)蜂窩資源分配算法(CS)[13-14]進行對比.主要仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示，每次信道仿真運行5 000次，取其平均值作為最終結(jié)果.

表1 仿真參數(shù)Tab.1 Simulation parameters

3.1 聯(lián)合模式下蜂窩用戶的通信性能對比

圖3為基于不同D2D資源分配算法下蜂窩用戶的信號與干擾噪聲比(SINR)性能累積分布函數(shù)(CDF)曲線.針對單個小區(qū)內(nèi)可能存在多個不同數(shù)目的D2D用戶網(wǎng)絡(luò)情況，分別設(shè)定D2D數(shù)為Md=4和Md=6進行仿真對比.UPDM算法中蜂窩用戶的與KM算法相近，當(dāng)Md=4增加到Md=6時，蜂窩用戶的性能基本未受影響，而CS算法中的蜂窩用戶性能下降明顯.

圖3 小區(qū)內(nèi)蜂窩用戶的SINR性能Fig.3 SINR performance of cellular users in cells

在相同資源數(shù)目的前提下，隨著單個小區(qū)內(nèi)D2D用戶數(shù)目的增加，D2D通信的SINR性能有所下降.當(dāng)Md=4增加到Md=6時，單個小區(qū)內(nèi)D2D用戶數(shù)目的改變對UPDM算法的影響相對較小，蜂窩通信和D2D通信的SINR性能降幅較小，吞吐量基本保持穩(wěn)定.綜合比較3種算法的性能可知，當(dāng)D2D用戶增加時，蜂窩用戶與D2D用戶的SINR性能都有不同程度的下降，UPDM算法的SINR性能最優(yōu)，且下降幅度最小，說明該算法的系統(tǒng)吞吐量最大，且性能穩(wěn)定性最好，使兩類用戶的通信性能都得到了有效保障.

3.2 聯(lián)合模式下D2D用戶的通信性能對比

圖4為基于不同D2D資源分配算法下D2D用戶的SINR性能CDF曲線.在CS算法中只有不到40%的D2D接收端的SINR達到20 dB.隨著單個小區(qū)內(nèi)D2D用戶數(shù)目的增加，蜂窩通信的SINR性能下降較快，這是因為由于CS系統(tǒng)中并沒有對資源進行合理分配，D2D用戶與蜂窩用戶共同復(fù)用頻譜資源；隨著單個小區(qū)內(nèi)D2D用戶數(shù)目的增加，D2D通信給蜂窩通信帶來的同頻干擾也在增加，從而影響了網(wǎng)絡(luò)整體的通信質(zhì)量.

圖4 小區(qū)內(nèi)D2D用戶的SINR性能Fig.4 SINR performance of D2D users in cells

從圖4還可以看出：相比傳統(tǒng)的CS資源分配算法，UPDM算法獲得的SINR性能接近于KM算法，說明該算法能夠為異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供更優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量.KM算法基于二分圖最大權(quán)值匹配的思想，可求得全局最優(yōu)解，但計算復(fù)雜度高.盡管UPDM算法只能獲得次優(yōu)解，但復(fù)雜度大大降低，且能夠較大程度地逼近最優(yōu)解.而在通常情況下，網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶要大大小于蜂窩用戶，面對網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶請求較少的一般應(yīng)用環(huán)境，UPDM算法復(fù)雜度較低的優(yōu)勢無疑更加明顯.具體來說，在UPDM方案下當(dāng)Md=4時，85%的D2D接收端可以達到20 dB以上的SINR；當(dāng)Md=6時，則78%的D2D接收端的SINR可達到20 dB以上.

3.3 聯(lián)合模式下系統(tǒng)的平均傳輸速率對比

在蜂窩系統(tǒng)單小區(qū)內(nèi)配置6個D2D用戶，蜂窩用戶數(shù)量為14～34，總用戶數(shù)為20～40，所有用戶的平均傳輸速率如圖5所示.當(dāng)D2D用戶與蜂窩用戶采用資源復(fù)用的分配方案時，用戶平均傳輸速率呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢.因為隨著用戶數(shù)量的增加，信道沖突和信號干擾的可能性大大增加，使得用戶的平均傳輸速率下降.而對于CS算法而言，由于其采用傳統(tǒng)的蜂窩資源分配方案，信道速率和可使用的用戶數(shù)量相對固定.當(dāng)用戶數(shù)小于30時，用戶平均傳輸速率穩(wěn)定在一個較低水平；當(dāng)用戶數(shù)超過30時，傳統(tǒng)的CS算法并不能通過資源復(fù)用的方式提升系統(tǒng)容量，可分配的信道數(shù)不變，而用戶間信道競爭加劇，信號干擾增強，使得用戶平均傳輸速率略有下降.綜合比較而言，D2D復(fù)用算法大大提高了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所有用戶的平均速率，特別是UPDM算法，能夠基于聯(lián)合模式的資源分配更好地利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無線資源，使得系統(tǒng)中所有用戶的平均傳輸速率達到最優(yōu).

圖5 小區(qū)內(nèi)所有用戶的平均傳輸速率Fig.5 Average transmission rate for all users in cells

4 結(jié) 論

將D2D通信技術(shù)引入傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)小區(qū)，能夠提升蜂窩系統(tǒng)吞吐量和頻譜利用率，但同時也給異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入了新的信號干擾，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定運行.針對該問題，本文提出了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于聯(lián)合模式的資源分配算法，通過聯(lián)合蜂窩與D2D兩種模式構(gòu)建CU-D2D組合集，以其吞吐量增益作為對應(yīng)CU-D2D組的用戶優(yōu)先級，并據(jù)此進行資源分配.該算法綜合考慮了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中蜂窩用戶和D2D用戶需要，平衡兩類不同用戶的資源分配，有效解決了復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景下的資源分配問題，且大大降低了計算復(fù)雜度.經(jīng)仿真和分析發(fā)現(xiàn)，該算法在保證蜂窩用戶傳輸速率的同時，也能有效地改善D2D用戶的通信速率，從而整體性地提升了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信性能.

[1]Doppler K，Rinne M，Wijting C，et al.Device-to-device communication as an underlay to LTE-advanced networks [J].IEEE Communications Magazine，2009，47(12)：42-49.

[2]Du J L，Zhu W S，Xu J，et al.A compressed HARQ feedback for device-to-device multicast communications [C]//Vehicular Technology Conference (VTC Fall).Quebec，Canada，2012：1-5.

[3]Ali S，Rajatheva N，Latva-Aho M.Full duplex device-to-device communication in cellular networks [C]//2014 European Conference on Networks and Communications (EuCNC).Bologna，Italy，2014：1-5.

[4]姚鑫凌，謝顯中，田瑜.多小區(qū)MIMO網(wǎng)絡(luò)中一種新的D2D通信干擾對齊算法 [J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，28(5)：641-647.

(YAO Xin-ling，XIE Xian-zhong，TIAN Yu.A new interference alignment algorithm for device-to-device communication underlaying multi-cell MIMO networks [J].Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications (Natural Science Edition)，2016，28(5)：641-647.)

[5]Fodor G，Ericsson R，Stockholm S.A distributed power control scheme for cellular network assisted D2D communications [C]//IEEE Global Telecommunications Conference.Houston，USA，2011：1-6.

[6]Wang J，Zhu D，Zhao C，et al.Resource sharing of underlaying device-to-device and uplink cellular communications [J].IEEE Communication Letters，2015，17(6)：1148-1151.

[7]Chiaao Y，Tirkkonen O，Doppler K.On the performance of device-to-device underlay communication with simple power control [C]//IEEE Vehicular Technology Conference.Barcelona，Spain，2009：1-5.

[8]Yu C H，Tirkkonen O，Doppler K，et al.Power optimization of device-to-device communication underlaying cellular communication [C]//Proceed of IEEE International Conference on Communications (ICC).Dresden，Germany，2009：1-5.

[9]Zulhasnine M，Huang C，Srinivasan A.Efficient resource allocation for device-to-device communication underlaying LTE network [C]//Proceed of IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing，Networking and Communication (WiMob).City of Niagara Falls，Canada，2010：368-375.

[10]Peng B，Peng T，Liu Z Y，et al.Cluster-based multicast transmission for device-to-device (D2D) communication [C]//Proceed of IEEE 78th Vehicular Technology Conference.Las Vegas，USA，2013：1-5.

[11]王元，趙季紅，唐睿，等.D2D多播場景下面向節(jié)能的資源分配機制 [J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，43(2)：173-178.

(WANG Yuan，ZHAO Ji-hong，TANG Rui，et al.Energy-aware resource allocation for underlaid D2D multicast [J].Journal of Xidian University(Natural Science)，2016，43(2)：173-178.)

[12]Zhu H，Zhou M，Alkins R.Group role assignment via a kuhn-munkres algorithm-based solution [J].IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics，2015，42(3)：739-750.

[13]Phunchongham P，Hossain E，Kim D I.Resource allo-cation for device-to-device communications underlaying LTE-advanced networks [J].Wireless Commu-nications，2013，20(4)：91-100.

[14]周煒，牛連強，王斌.面向社交網(wǎng)絡(luò)的認證模型 [J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，38(5)：545-550.

(ZHOU Wei，NIU Lian-qiang，WANG Bin.Authentication models faced on social networks [J].Journal of Shenyang University of Technology，2016，38(5)：545-550.)

(責(zé)任編輯：景 勇 英文審校：尹淑英)

A resource reuse algorithm for device-to-device communication based on combination mode in heterogeneous networks

WANG Si-xiu, GUO Wen-qiang, YU Kai, WANG Xiao-jie
(Computer Science and Engineering College, Xinjiang University of Finance and Economics, Urumqi 830012, China)

Aiming at the problem that the reuse of spectrum resources in the device-to-device (D2D) communication leads to the same-frequency interference in the heterogeneous cellular networks and affects the communication performance of the system, a resource reuse algorithm for the device-to-device communication based on the combination mode was proposed. In order to comprehensively consider the needs of both cellular and D2D users in the heterogeneous networks and balance the resource allocation between two kinds of different users, the CU-D2D combination set was established with the proposed algorithm through combining the cellular and D2D modes based on determining the limiting distance of D2D communication. In addition, the weighted throughput gain of combination set was taken as the user priority, based on which the combination set of wireless resources was performed. Therefore, the optimal allocation of spectrum resources in the cellular heterogeneous network environment was realized. The results show that the proposed algorithm can not only ensure the transmission rate of cellular users, but also effectively improve the transmission rate of D2D users, and thus the algorithm can integrally improve the system communication performance of cellular heterogeneous networks.

device-to-device communication; user priority; cellular communication; resource allocation; combination mode; resource reuse; heterogeneous network

2016-12-22.

國家自然科學(xué)基金資助項目(61163066，71561025)； 新疆高?？蒲杏媱澟嘤椖?XJUEDU2014S042)； 新疆自然科學(xué)基金資助項目(2013211A032).

王思秀(1981-)，男，江蘇徐州人，講師，碩士，主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)、信號分析和數(shù)據(jù)處理等方面的研究.

10.7688/j.issn.1000-1646.2017.04.12

TN 929.5

A

1000-1646(2017)04-0422-06

*本文已于2017-06-21 21∶19在中國知網(wǎng)優(yōu)先數(shù)字出版. 網(wǎng)絡(luò)出版地址： http：∥www.cnki.net/kcms/detail/21.1189.T.20170621.2119.016.html