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基于聯(lián)盟博弈的D2D網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第2期

陳雨潔，馬彩虹

武警工程大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西西安710086

摘要： 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)激增使得現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨巨大挑戰(zhàn)，如何有效提升系統(tǒng)容量是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。作為5G發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù),終端直連(Device-to-Device，D2D)通信和稀疏碼多址(Sparse Code Multiple Access，SCMA)技術(shù)憑借在增大系統(tǒng)容量上的優(yōu)越性受到了廣泛研究。針對(duì)SCMA系統(tǒng)中D2D通信的資源分配問(wèn)題，以最大化系統(tǒng)吞吐量并保證用戶最低門(mén)限速率為目標(biāo)，將其建模為聯(lián)盟博弈進(jìn)行求解。由于傳統(tǒng)的聯(lián)盟博弈算法存在復(fù)雜度高、收斂速度慢等問(wèn)題，提出建立優(yōu)先級(jí)指導(dǎo)聯(lián)盟初始化及形成過(guò)程，從而減少算法迭代次數(shù)，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了算法的可行性。

關(guān)鍵詞： 5G SCMA D2D 資源分配博弈論

中圖分類(lèi)號(hào)： TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211719
中文引用格式： 陳雨潔，馬彩虹. 基于聯(lián)盟博弈的D2D網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)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

通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)容量需求的不斷增長(zhǎng)導(dǎo)致可用的無(wú)線資源日益匱乏，為了緩解通信資源緊缺的問(wèn)題，5G通信系統(tǒng)引入了終端直連(D2D)通信技術(shù)。D2D通信是蜂窩網(wǎng)絡(luò)中彼此鄰近的設(shè)備不經(jīng)過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā)，直接進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?sup>[1]。通過(guò)允許其用戶復(fù)用蜂窩資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸, D2D通信能有效提高頻譜利用率，增大系統(tǒng)容量，降低基站負(fù)載，但代價(jià)是嚴(yán)重的同頻干擾。為了解決這一問(wèn)題，通信資源分配至關(guān)重要，合理的資源分配不僅能減小用戶速率損失，還能有效提升系統(tǒng)容量、效率及用戶滿意度。文獻(xiàn)[2-3]從保證用戶QOS需求的角度出發(fā)進(jìn)行了資源分配算法的設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[4]以保證用戶公平性為目標(biāo)提出了有效的資源分配算法；文獻(xiàn)[5-6]通過(guò)將資源分配問(wèn)題進(jìn)行分析轉(zhuǎn)換，利用遺傳退火、鴿群等優(yōu)化算法得出了可行的資源分配方案。

目前大部分對(duì)D2D通信資源分配的研究都是基于正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)系統(tǒng)，由于OFDMA的正交性限制，通信系統(tǒng)容量仍無(wú)法滿足需求。因此，除了資源分配，多址接入技術(shù)的改進(jìn)也十分關(guān)鍵，于是針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)多種非正交接入技術(shù)相繼提出，基于這些新型多址技術(shù)的D2D網(wǎng)絡(luò)也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)^[7-8]。在諸多非正交多址技術(shù)中，SCMA通過(guò)使用不同的星座圖區(qū)分占用相同頻譜的用戶，能提供更多正交資源，因此SCMA更適用于D2D和蜂窩混合網(wǎng)絡(luò)^[9]。本文針對(duì)SCMA系統(tǒng)下D2D用戶的資源分配問(wèn)題，以最大化系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)，提出了一種改進(jìn)的基于聯(lián)盟博弈的資源分配算法，通過(guò)建立復(fù)用優(yōu)先級(jí)指導(dǎo)聯(lián)盟形成及切換過(guò)程，在保證用戶通信質(zhì)量的同時(shí)減少了無(wú)效的聯(lián)盟切換，降低了算法復(fù)雜度。

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作者信息：

陳雨潔，馬彩虹

(武警工程大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西西安710086)

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