1.一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，包括以下步骤：

S1：设置D2D用户、蜂窝用户与WiFi用户的共存场景：

D对D2D用户和N个蜂窝用户随机分布在单个基站覆盖的蜂窝网络中，D2D对i记为DUi，蜂窝用户记为CUj，覆盖范围内还存在一个WiFi接入点，其服务范围内包含随机分布的W个WiFi用户WU；WiFi用户记为WUk，WiFi设备工作在5GHz频段并采用802.11ax协议进行通信，具体说，WiFi用户基于UORA机制与WAP进行通信；在UORA机制中，WAP将免授权信道划分为不同的子信道Bu供WiFi用户竞争使用，将子信道数量设置为M；

S2：设计共存方案并建立D2D用户和蜂窝用户总吞吐量最大化的优化问题：

结合占空比机制和直接接入的方法，实现D2D用户、蜂窝用户和WiFi用户在免授权频谱共存，定义一个周期T，T被分为Toff和Ton两个时间段，在Toff时间段内，WiFi不使用免授权频谱，D2D用户与蜂窝用户复用由基站划分的免授权子信道Bn，子信道数量与蜂窝用户数量相等；

在Toff时间段内，与蜂窝用户CUj复用的DUi的吞吐量可表示为：

在式中，为DUi与CUj复用信道时的信扰噪比；ρi为D2D选择因子；Pid为D2D对i发射端的发射功率；Pc为CUj的发射功率；为DUi发射端到接收端的信道增益；|gj,i|2为CUj到DUi接收端的信道增益；|gi′,i|2为同信道中其他D2D对i′的发射端到DUi接收端的信道增益；σ2为噪声功率谱密度；αi,j为信道分配因子，αi,j∈{0,1}；在Toff时间段内的CUj的吞吐量可表示为：在式中，为CUj与DUi复用信道时的信扰噪比；|gj,BS|2为CUj到基站的信道增益；|gi,j|2为DUi发射端到CUj的信道增益；

在Ton时间段，蜂窝用户不使用免授权频谱，WiFi用户通过竞争到的子信道传输数据，部分D2D用户直接接入子信道使用免授权频谱，子信道最多由一对D2D用户占用，此时，DUi的吞吐量为：在式中，为DUi与WiFi用户复用信道时的信扰噪比；Pmax为D2D的最大发射功率；Pw为wifi用户的发射功率，|gk,i|2为WiFi用户到DUi接收端的信道增益；

每个WiFi用户的平均吞吐量为：

在式中，Ptr为至少一个WiFi用户在某个子信道中传输的概率，Ps为在一个子信道中传输成功的概率，Pidle为所有的子信道都是空闲的概率；E[P]为数据包大小的期望，该期望以比特为单位，Ttr是当至少有一个子信道能够成功地传递数据包时，信道占用的持续时间，Tidle为WAP发射一个触发帧(Trigger Frame，TF)的持续时间，Tc为当所有WiFi用户由于碰撞导致信道繁忙的时间；

建立需要优化的目标函数：为了得到最大蜂窝用户和D2D用户系统吞吐量，从而有：

s.t.：

C2:0≤λ＜1

其中，ρ为变量ρi的集合，α为变量αi,j的集合，Pd为变量Pid的集合；RC为蜂窝用户总吞吐量，RDf为在Toff时间段内，D2D用户的总吞吐量，RDo为在Ton时间段内，D2D用户的总吞吐量，C1蜂窝用户与D2D用户与WiFi共存时，WiFi用户应满足最低吞吐量要求，Rmin为WiFi最低吞吐量，C2表示占空比因子λ的取值范围，其值为Toff/T，C3表示D2D的发射功率限制，Pmin为D2D的最小发射功率，Pmax为D2D的最大发射功率，C4表示每对D2D用户只能和一个蜂窝用户复用信道，C5表示一个蜂窝用户最多和D-N+1对D2D用户复用信道，至少能和一对D2D用户复用信道，C6表示信道分配因子αi,j的取值范围，αi,j＝1时，表示DUi与CUj复用信道，C7表示蜂窝用户和D2D用户在复用信道时，蜂窝用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求，为蜂窝用户需要满足的最低信噪比要求，C8和表示在Toff时间段内，D2D用户和蜂窝用户在复用信道时，D2D用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求，为D2D用户需要满足的最低信噪比要求，C10表示在Ton时间段内，D2D用户和WiFi用户在复用信道时，D2D用户的信扰噪比应满足其最低信扰噪比要求，C10表示D2D选择因子ρi的取值范围，当ρi＝1时，代表DUi在Ton时间段内进行通信，当ρi＝0时，代表D2D对i在Toff时间段内进行通信；C11表示最多允许M-1对D2D在Ton时间段内直接接入免授权频谱；

S3：提出一种基于KM匹配的信道分配算法对D2D用户进行信道分配：

为保证在Toff时间段内，每个蜂窝用户至少与一对D2D复用信道，D2D对的数量应满足D≥N+M-1，且假设此时存在D′对D2D可与蜂窝用户复用信道，为D′对D2D用户的集合，每次迭代都进行一次KM匹配，迭代次数为l，若D′/N为整数，l∈(1,…,D′/N)；若D′/N为小数，l∈(1,…,D′/N+1)，对于第1次迭代，为满足KM匹配的要求，基站随机从中随机抽取N对D2D，假设基站能知晓所有D2D用户和蜂窝用户的位置和信道状态信息，基站便可计算DUi分别与所有CUj复用时的吞吐量并求和，记为将作为DUi的权值，将0作为CUj的权值；当DUi与CUj复用信道时，将两者的吞吐量之和作为边(DUi,CUj)的边权；经过KM匹配后获得第一次迭代的最优匹配Ψ1，并将匹配后的每对匹配{DUi′,CUj′}替代下一次迭代中KM匹配的顶点CUj；重复第一次迭代的过程，并更新第l次的匹配Ψl直到第D′/N次迭代，若D′/N为整数，输出Ψl，作为信道分配的结果并与优化变量α相映射，至此，信道分配问题解决；若D′/N为小数，最后一次迭代时，未被匹配的D2D的对数小于N，不满足KM匹配的条件，由于基站知晓所有D2D用户和蜂窝用户的信道状态信息和位置，因此在最后一次迭代时可通过穷举法进行匹配，输出Ψl，作为信道分配的结果并与优化变量α相映射，至此，信道分配问题解决；

S4：通过泰勒展开、拉格朗日变换和二次变换，以优化D2D的发射功率；

S5：根据多变量联合优化的迭代算法求解最优的D2D的发射功率、信道分配、占空比分配和D2D选择结果。

2.根据权利要求1所述的一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，其特征在于：在步骤S4中，由于优化问题为混合整数非线性凸优化问题，因此使用泰勒展开、拉格朗日变换和二次变换的凸优化方法，首先解决D2D的发射功率优化问题，处理过程中，始终固定变量λ、α和ρ，其过程如下：首先，由于优化目标函数中，蜂窝用户的吞吐量表示项RC是关于变量Pid的凸函数，因此在可行解处对其进行一阶泰勒展开变为为线性函数，即：其次，由于优化目标函数中，D2D用户的吞吐量表示项RDf关于变量Pid非严格凹凸，根据拉格朗日变换，可引入近似变量Υi来替换函数中的复杂分式，因此RDf可被重写为：对RDf关于Υi求导，令得到时的解

最后再引入变量对RDf进行二次变换，固定变量Υi，因此RDf可被重写为：

对RDf关于求导，令得到时的解

将代入RDf，可得：

至此，优化问题可被重写为：

s.t.：C1，C3，C7，C8，C9

将优化函数通过凸优化工具CVX不断迭代，直至问题收敛，D2D的发射功率优化问题解决。

3.根据权利要求1所述的一种D2D与UORA机制共存的免授权资源分配方法，其特征在于：在步骤S5中，由于在Ton时间段，WiFi用户会对D2D用户产生同信道干扰，因此，在分配D2D设备到Ton时间段之前，每对D2D对WAP分配给WiFi用户的每个子信道进行信道能量检测，并反馈给基站；基站根据反馈信息形成一个D×M的干扰矩阵ID×M，Ii,m∈ID×M，Ii,m为DUi检测到来自信道m的干扰，m∈{1,2,…,M}；基站从干扰矩阵中从小到大选择M-1个干扰项，每个干扰项在干扰矩阵中的位置不同行不同列；当Ii,m被选中时，ρi＝1，当Ii,m未被选中时，ρi＝0；由S2中的约束C10可知，当ρi＝1时，代表DUi在Ton时间段内进行通信，当ρi＝0时，代表DUi在Toff时间段内进行通信，由此可初步得到D2D的选择因子变量集合ρ；从M-1到0从大到小逐步舍弃最大的Ii,m，ρ逐步更新，并判断是否满足；若不满足，继续舍弃Ii,m；若满足，由S3和S4可得到每对D2D的最优信道匹配α和最优发射功率Pd，并由所得的功率和信道分配结果，计算(RC+RDf)和RDo；若(RC+RDf)＞RDo，λ＝1-WRmin/RW，RW为λ＝0时WiFi用户的总吞吐量；若(RC+RDf)≤RDo，λ＝0；至此，重新计算本次迭代的D2D用户和蜂窝用户的总吞吐量Rtotal，Rtotal＝λ(RC+RDf)+(1-λ)RDo，记录每次迭代的Rtotal，迭代完成后，输出最大的Rtotal及其对应的λ、α、ρ和Pd，此时输出的Rtotal便为优化问题中D2D和蜂窝用户的最大总吞吐量，λ、α、ρ和Pd为最大吞吐量对应的最优解。