This paper investigates resource allocation for device-to-device (D2D) communication in a millimeter wave (mmWave) cellular network where D2D users communicate in the cellular band. We formulate the optimization problem of subchannel and power allocation, which aims to maximize the sum rate of D2D transmitters while satisfying interference constraints at the base station (BS). Since the problem is NP-hard, solving it requires a huge amount of computation. Therefore we reduce its computational complexity by dividing it into two subproblems: a subchannel allocation problem and a power allocation problem. To solve the subchannel allocation problem, we propose two heuristic algorithms: the max greedy SNR scheme and the minimum interference scheme. The max greedy SNR scheme achieves higher sum rate and has lower computational complexity compared to the minimum interference scheme. However it requires global channel state information (CSI) of all nodes, which demands huge feedback overhead. On the other hand, the minimum interference scheme requires the location of each node. After subchannel allocation, the BS finds the optimal transmit power of each D2D transmitter by using the difference of convex (DC) programming. Simulation results verify that our proposed subchannel allocation schemes outperform the random subchannel allocation scheme, and the optimal power allocation results in the improved sum rate of D2D transmitters.

中文翻译：

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毫米波蜂窝网络中 D2D 通信的子信道和功率分配

本文研究了毫米波 (mmWave) 蜂窝网络中设备到设备 (D2D) 通信的资源分配，其中 D2D 用户在蜂窝频段进行通信。我们制定了子信道和功率分配的优化问题，旨在在满足基站 (BS) 干扰约束的同时最大化 D2D 发射机的总速率。由于该问题是 NP-hard 问题，因此解决它需要大量的计算。因此，我们通过将其划分为两个子问题来降低其计算复杂度：子信道分配问题和功率分配问题。为了解决子信道分配问题，我们提出了两种启发式算法：最大贪婪信噪比方案和最小干扰方案。与最小干扰方案相比，最大贪婪 SNR 方案实现了更高的总和率并具有更低的计算复杂度。然而，它需要所有节点的全局信道状态信息（CSI），这需要巨大的反馈开销。另一方面，最小干扰方案需要每个节点的位置。在子信道分配之后，BS通过使用凸（DC）规划的差异找到每个D2D发射机的最佳发射功率。仿真结果验证了我们提出的子信道分配方案优于随机子信道分配方案，最优功率分配导致D2D发射机总速率的提高。最小干扰方案需要每个节点的位置。在子信道分配之后，BS通过使用凸（DC）规划的差异找到每个D2D发射机的最佳发射功率。仿真结果验证了我们提出的子信道分配方案优于随机子信道分配方案，最优功率分配导致D2D发射机总速率的提高。最小干扰方案需要每个节点的位置。在子信道分配之后，BS通过使用凸（DC）规划的差异找到每个D2D发射机的最佳发射功率。仿真结果验证了我们提出的子信道分配方案优于随机子信道分配方案，最优功率分配导致D2D发射机总速率的提高。