《電子技術應用》
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基于聯盟博弈的D2D網絡資源分配算法研究
2022年電子技術應用第2期
陳雨潔,馬彩虹
武警工程大學 信息工程學院,陜西 西安710086
摘要: 無線網絡中用戶數激增使得現有網絡架構面臨巨大挑戰,如何有效提升系統容量是當前亟待解決的問題。作為5G發展中的關鍵技術,終端直連(Device-to-Device,D2D)通信和稀疏碼多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技術憑借在增大系統容量上的優越性受到了廣泛研究。針對SCMA系統中D2D通信的資源分配問題,以最大化系統吞吐量并保證用戶最低門限速率為目標,將其建模為聯盟博弈進行求解。由于傳統的聯盟博弈算法存在復雜度高、收斂速度慢等問題,提出建立優先級指導聯盟初始化及形成過程,從而減少算法迭代次數,降低系統復雜度。最后,通過仿真驗證了算法的可行性。
中圖分類號: TN929.5
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211719
中文引用格式: 陳雨潔,馬彩虹. 基于聯盟博弈的D2D網絡資源分配算法研究[J].電子技術應用,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

    通信網絡對容量需求的不斷增長導致可用的無線資源日益匱乏,為了緩解通信資源緊缺的問題,5G通信系統引入了終端直連(D2D)通信技術。D2D通信是蜂窩網絡中彼此鄰近的設備不經過基站轉發,直接進行信息傳輸的通信方式[1]。通過允許其用戶復用蜂窩資源進行數據傳輸, D2D通信能有效提高頻譜利用率,增大系統容量,降低基站負載,但代價是嚴重的同頻干擾。為了解決這一問題,通信資源分配至關重要,合理的資源分配不僅能減小用戶速率損失,還能有效提升系統容量、效率及用戶滿意度。文獻[2-3]從保證用戶QOS需求的角度出發進行了資源分配算法的設計;文獻[4]以保證用戶公平性為目標提出了有效的資源分配算法;文獻[5-6]通過將資源分配問題進行分析轉換,利用遺傳退火、鴿群等優化算法得出了可行的資源分配方案。

    目前大部分對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,由于OFDMA的正交性限制,通信系統容量仍無法滿足需求。因此,除了資源分配,多址接入技術的改進也十分關鍵,于是針對5G網絡多種非正交接入技術相繼提出,基于這些新型多址技術的D2D網絡也成為當前研究的熱點[7-8]。在諸多非正交多址技術中,SCMA通過使用不同的星座圖區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和蜂窩混合網絡[9]。本文針對SCMA系統下D2D用戶的資源分配問題,以最大化系統吞吐量為目標,提出了一種改進的基于聯盟博弈的資源分配算法,通過建立復用優先級指導聯盟形成及切換過程,在保證用戶通信質量的同時減少了無效的聯盟切換,降低了算法復雜度。




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作者信息:

陳雨潔,馬彩虹

(武警工程大學 信息工程學院,陜西 西安710086)




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