发明授权-2019110347815-蜂窝网络中D2D中继通信的功率控制与中继选择方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)授权公告号CN110753329B
(45)授权公告日2020.12.18
(21)申请号201911034781.5H04W40/22(2009.01)
(22)申请日2019.10.29H04W52/14(2009.01)
H04W52/24(2009.01)
(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号CN110753329A(56)对比文件
CN102883451A,2013.01.16
(43)申请公布日2020.02.04
审查员杨露
(73)专利权人吉林大学

地址130000吉林省长春市朝阳区前进大
街2699号
(72)发明人王雪金涛钱志鸿蒙武杰
许多王嘉麟胡良帅
(74)专利代理机构西安知诚思迈知识产权代理
事务所(普通合伙)61237
代理人麦春明
(51)Int.Cl.
H04W4/70(2018.01)权利要求书5页说明书11页附图4页
(54)发明名称
蜂窝网络中D2D中继通信的功率控制与中继
选择方法
(57)摘要
本发明公开了一种蜂窝网络中D2D中继通信
的功率控制与中继选择方法，先建立系统模型，
在保证D2D用户和蜂窝用户最小传输速率的情况
下，将功率控制与中继选择问题转化为混合整数
非线性规划问题，并将其拆分为对D2D发射端、中
继和蜂窝用户的功率控制以及D2D用户的中继选
择两个子问题进行求解；随后分别求出给定某个
中继下，D2D发射端、中继和蜂窝用户的最优传输
功率；最后采用Q学习解决中继选择问题，在保证
第一跳以及第二跳D2D链路的能效条件下，为D2D
用户分配合适的中继以最大化系统总能效。解决
D2D中继通信的功率控制和中继选择问题，实现
了系统总能效的最大化。
CN110753329B
CN110753329B权利要求书1/5页

1.蜂窝网络中D2D中继通信的功率控制与中继选择方法，其特征在于，按照如下步骤进
行：
步骤S1，建立系统模型，系统内N个D2D用户对与K个蜂窝用户共存，D2D用户对用集合I
＝{1,2,...,N}表示，D2D发射端、D2D接收端以及蜂窝用户分别用集合S＝{1,2,...,N}，D＝
{1,2,...,N}和C＝{1,2,...,K}表示；假设系统中存在M个理想用户作为中继，用集合表示
为R＝{1,2,...,M}；
若一个D2D用户对m＝(s,d)通过某一中继r进行通信，其中m∈I,s∈S,d∈D，r∈R，D2D
通信第一跳链路中继以及基站的信干噪比为和第二跳链路中D2D接收端

及基站的信干噪比为和D2D发射端到D2D接收端的能效为EE(Ps,Pr,Pc,)，

Ps、Pr、Pc分别表示D2D发射端、中继、蜂窝用户的传输功率；
步骤S2，在保证蜂窝网络中D2D用户和蜂窝用户的最小传输速率条件下，首先将D2D中
继通信的功率控制与中继选择问题转化为混合整数非线性规划问题，并将其拆分为D2D发
射端、中继以及蜂窝用户的功率控制与D2D中继选择两个子问题逐步进行求解；

步骤S2.1：定义矩阵X为中继选择矩阵，第m行、第r列的元素表示为中继因子xmr，当某一

D2D用户对m通过某一中继r进行通信时xmr＝1，否则xmr＝0；
以及分别表示D2D发射端、中继以及蜂窝用户的功率分
配矩阵，其中分别表示D2D发射端1,2,...,N的传输功率，分别表示
中继1,2,...,M的传输功率，分别表示蜂窝用户1,2,...,K的传输功率；

步骤S2.2：引入中继复用因子xmr之后，将D2D中继通信的功率控制与中继选择问题转化
为如下混合整数非线性规划问题：

(r1)
U(Ps,Pc)≥Umin；(8e)
(r2)
U(Pr,Pc)≥Umin；(8f)

其中，Pmax为传输功率的阈值，Umin和Rmin为D2D链路和蜂窝链路最小传输速率,W表示信
道的带宽，U、T表示函数符号；
步骤S3，分别求出D2D发射端、中继和蜂窝用户的最优传输功率；
步骤S4，最后提出一种基于强化学习中的Q学习算法的中继选择策略，最大化系统中
D2D用户对的能效：

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CN110753329B权利要求书2/5页
步骤S4的具体过程如下：
步骤S4.1：首先定义Q学习中的几个要素：
智能体：智能体为D2D用户对；
动作：动作集合表示为：

A＝(a1,a2,...,aM)；(22)

其中，a1,a2,...,aM分别表示中继1,2,...,M的动作；
设定以D2D发射端到D2D接收端的距离为半径，分别以D2D发射端和D2D接收端为圆心做
出两个相交的圆，而辅助通信的中继只能从相交区域中选出；

状态：智能体在t时刻所处的状态用St表示，智能体的状态取决于D2D用户在第一跳链路
和第二跳链路的能效，具体地：