Device-to-Device (D2D) communication is one of the enabling technologies for 5G networks that support proximity-based service (ProSe) for wireless network communications. This paper proposes a power control algorithm based on the Nash equilibrium and game theory to eliminate the interference between the cellular user device and D2D links. This leads to reliable connectivity with minimal power consumption in wireless communication. The power control in D2D is modeled as a non-cooperative game. Each device is allowed to independently select and transmit its power to maximize (or minimize) user utility. The aim is to guide user devices to converge with the Nash equilibrium by establishing connectivity with network resources. The proposed algorithm with pricing factors is used for power consumption and reduces overall interference of D2Ds communication. The proposed algorithm is evaluated in terms of the energy efficiency of the average power consumption, the number of D2D communication, and the number of iterations. Besides, the algorithm has a relatively fast convergence with the Nash Equilibrium rate. It guarantees that the user devices can achieve their required Quality of Service (QoS) by adjusting the residual cost coefficient and residual energy factor. Simulation results show that the power control shows a significant reduction in power consumption that has been achieved by approximately 20% compared with algorithms in [11].


翻译:设备到设备(D2D)通信是5G网络中支持无线网络通信的邻近服务(ProSe)的关键技术之一。本文提出一种基于纳什均衡与博弈论的功率控制算法,以消除蜂窝用户设备与D2D链路之间的干扰,从而实现无线通信中低功耗下的可靠连接。将D2D中的功率控制建模为非合作博弈,允许每个设备独立选择并发送功率以最大化(或最小化)用户效用。其目标是通过建立网络资源连接,引导用户设备收敛至纳什均衡。所提算法引入定价因子用于功率消耗,并降低D2D通信的整体干扰。从平均功耗的能效、D2D通信数量及迭代次数三方面对所提算法进行评估。此外,该算法能以相对较快的速度收敛至纳什均衡速率,并通过调整剩余成本系数与剩余能量因子,确保用户设备达到所需服务质量(QoS)。仿真结果表明,与文献[11]中的算法相比,所提功率控制算法功耗降低了约20%,节能效果显著。

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