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基于联盟博弈的D2D网络资源分配算法研究
2022年电子技术应用第2期
陈雨洁,马彩虹
武警工程大学 信息工程学院,陕西 西安710086
摘要:无线网络中用户数激增使得现有网络架构面临巨大挑战,如何有效提升系统容量是当前亟待解决的问题。作为5G发展中的关键技术,终端直连(Device-to-Device,D2D)通信和稀疏码多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术凭借在增大系统容量上的优越性受到了广泛研究。针对SCMA系统中D2D通信的资源分配问题,以最大化系统吞吐量并保证用户最低门限速率为目标,将其建模为联盟博弈进行求解。由于传统的联盟博弈算法存在复杂度高、收敛速度慢等问题,提出建立优先级指导联盟初始化及形成过程,从而减少算法迭代次数,降低系统复杂度。最后,通过仿真验证了算法的可行性。
中图分类号:TN929.5
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211719
中文引用格式:陈雨洁,马彩虹. 基于联盟博弈的D2D网络资源分配算法研究[J].电子技术应用,2022,48(2):51-54,59.
英文引用格式:Chen Yujie,Ma Caihong. Research on resource allocation algorithm in D2D networks based on alliance game[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(2):51-54,59.
Research on resource allocation algorithm in D2D networks based on alliance game
Chen Yujie,Ma Caihong
School of Information Engineering,Engineering University of PAP,Xi′an 710086,China
Abstract:The rapid increase in the number of users in wireless networks has brought huge challenges to the existing network architecture, and how to increase the system capacity effectively is an urgent problem to be solved. Due to the superior performance in improving spectrum efficiency and increasing system capacity, Device-to-Device(D2D) communication and sparse code multiple access(SCMA) as the key technics in the development of 5G in the future have been extensively studied. Aiming at the communication resource allocation problem in the SCMA system in the single-cell scenario, this paper aims to maximize the system throughput and ensure the minimum threshold rate of all users, and model it as an alliance game to solve it. Due to the problems of high complexity and slow convergence in traditional alliance game algorithms, this paper proposes to establish a priority sequence to guide the initialization and formation process of alliances, thereby reducing the number of algorithm iterations and reducing system complexity. Finally, the feasibility of the algorithm is verified by simulation.
Key words :5G;SCMA;D2D;resource allocation;game theory

0 引言

通信网络对容量需求的不断增长导致可用的无线资源日益匮乏,为了缓解通信资源紧缺的问题,5G通信系统引入了终端直连(D2D)通信技术。D2D通信是蜂窝网络中彼此邻近的设备不经过基站转发,直接进行信息传输的通信方式[1]。通过允许其用户复用蜂窝资源进行数据传输, D2D通信能有效提高频谱利用率,增大系统容量,降低基站负载,但代价是严重的同频干扰。为了解决这一问题,通信资源分配至关重要,合理的资源分配不仅能减小用户速率损失,还能有效提升系统容量、效率及用户满意度。文献[2-3]从保证用户QOS需求的角度出发进行了资源分配算法的设计;文献[4]以保证用户公平性为目标提出了有效的资源分配算法;文献[5-6]通过将资源分配问题进行分析转换,利用遗传退火、鸽群等优化算法得出了可行的资源分配方案。

目前大部分对D2D通信资源分配的研究都是基于正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)系统,由于OFDMA的正交性限制,通信系统容量仍无法满足需求。因此,除了资源分配,多址接入技术的改进也十分关键,于是针对5G网络多种非正交接入技术相继提出,基于这些新型多址技术的D2D网络也成为当前研究的热点[7-8]。在诸多非正交多址技术中,SCMA通过使用不同的星座图区分占用相同频谱的用户,能提供更多正交资源,因此SCMA更适用于D2D和蜂窝混合网络[9]。本文针对SCMA系统下D2D用户的资源分配问题,以最大化系统吞吐量为目标,提出了一种改进的基于联盟博弈的资源分配算法,通过建立复用优先级指导联盟形成及切换过程,在保证用户通信质量的同时减少了无效的联盟切换,降低了算法复杂度。




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作者信息:

陈雨洁,马彩虹

(武警工程大学 信息工程学院,陕西 西安710086)




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