基于联盟博弈的D2D网络资源分配算法研究

论

文

赏

析

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

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。

5G，SCMA，D2D，资源分配，博弈论

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。