CN101237317A - 确定发送频谱的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定发送频谱的方法，应用于频谱优化技术中，该方法包括：A.设定每个频带上针对所有用户的发送模式；B.计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。本发明还公开了一种确定发送频谱的装置，应用于频谱优化技术中，该装置包括：设定模块，用于设定每个频带上针对所有用户的发送模式；频谱确定模块，用于计算达到最优频谱的所述设定模块中设定的发送模式所对应的时分参数，并根据所述设定模块设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

Description

确定发送频谱的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种确定发送频谱的方法和一种确定发送频谱的装置。

背景技术

在数字用户线(DIGITAL Subscriber Line，DSL)技术中，用户电缆基本上都包含多对(25对或以上)双绞线，在各个双绞线上可能运行了多种不同的业务，各种数字用户线技术(xDSL)同时工作的时候互相之间会产生串扰(crosstalk)，其中某些线路会因为这个原因性能急剧下降。

随着xDSL技术使用频带的提高，串扰尤其是高频段的串扰问题表现得日益突出。由于xDSL上下行信道采用频分复用，近端串扰(NEXT)对系统的性能不产生太大的危害；但远端串扰(FEXT)会严重影响线路的传输性能。当一捆电缆内有多路用户都要求开通xDSL业务时，会因为远端串扰(FEXT)使一些线路速率低、性能不稳定、甚至不能开通等，最终导致DSLAM的出线率比较低。

在一个采用离散多音频调制(DMT)的K个用户，N个子频带的通信模型中，各个TONE上信号传输可独立地表示为：

y_n＝H_nx_n+σ_n    公式1

在通常的情况下，每个xDSL用户的接收端将其它用户对其的干扰，即串扰作为噪声，则第k个用户第n个子频带上可达到的数据速率b_n ^k可用香农信道容量公式计算：

$b_n^k={\log }_2(1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{S}_n^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{S}_n^j+{\mathrm{\σ}}^2})$ 公式2

由公式2可以看出，串扰严重影响了线路的传输容量，通俗的说就是降低了线路速率。

动态频谱管理方法(Dynamic Spectrum Management，DSM)能够自动调整网络中各个用户的传输功率来达到消除串扰。

DSM可以解决下述几种频谱优化问题：

第一种频谱优化问题为在每一个用户发送的总功率不超过限制的情况下，通过调整每个用户在每一个子频带上的发送功率值从而最大化所有用户的加权速率和，该问题的数学形式描述如下：

$\max \mathrm{imize}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n^k$ 公式组1

$\mathrm{subjectto}{b}_n^k={\log }_2(1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{S}_n^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{S}_n^j+{\mathrm{\σ}}^2})$

$\mathrm{subject\; to}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n^k\≤P^k,\∀k$

$0\≤S_n^k\∀k,n$

其中，

S_n ^k表示第k个用户在第n个子频带上所分配的功率；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率；

N表示子频带总数；

K表示用户总数。

第二种频谱优化问题为在每一个用户发送的总功率不超过限制，并确保现有用户(R_k，k＝2，...，K)的目标速率的情况下，最大化新用户(R₁)的速率。其数学公式表示如下：

maximize      R₁                         公式组2

subject to    R_k≥R_{t arg et，k}， k≠1

$R_1=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{11}{S}_n^1}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠1}{G}_n^{1j}{S}_n^j+{\mathrm{\σ}}^2})$

$R_k=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{S}_n^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{S}_n^j+{\mathrm{\σ}}^2}),k\≠1$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n^k\≤P^k,\∀k$

$0\≤S_n^k\∀k,n$

其中，

E_n，i ^k表示第k个用户在第n个子频带上处于第i种发送模式时所发送的功率；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

R_{t arg et，k}表示第k个用户的目标速率；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P_on ^k表示在第k个用户上发送的功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

σ²表示噪声功率。

第三种频谱优化问题为：为在每一个用户发送的总功率不超过限制的情况下，最大化最小速率(MaxMin)。其数学公式表示如下：

maximize  r₀                  公式组3

subjectto R_k≥r₀，

$R_k=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{S}_n^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{S}_n^j+{\mathrm{\σ}}^2})$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n^k\≤P^k,\∀k$

$0\≤S_n^k\∀k,n$

其中，

S_n ^k表示第k个用户在第n个子频带上所分配的功率；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率；

R_{t arg et，k}表示用户k的目标速率；

r₀表示所有用户中的最小速率，即r₀＝min(R_k)。

从上述公式可以看出，上述频谱优化问题为非线性约束优化问题，目标函数及约束条件均为关于自变量的非凸函数，因此不存在高效且完整的求解算法。在现有算法中，最为热门的为：OSB(Optimal Spectrum Balancing)算法和ISB(Iterative Spectrum Balancing)算法。

这两种算法中，OSB是一种最优算法，OSB在保证找到最优解的前提下将计算复杂度降到了O(Ne^K)。当用户数K不太大时在可接受的时间内可得到计算结果。但当用户数增大时，其计算时间成指数爆炸式增长，很快便达到无法接受的地步。

ISB(Iterative Spectrum Balancing)算法是一种基于OSB的改进算法，该算法中将计算复杂度降低为O(NK²)。

上述两种方法中，虽然降低了DSM算法的计算复杂度，但是其计算复杂度仍然很高，在根据上述两种算法确定发送频谱及发送功率谱时，会导致确定发送频谱及发送功率谱的时间过长，从而降低了发送效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种确定发送频谱的方法和一种确定发送频谱装置，能够减少确定最优发送频谱的时间。

本发明提供的确定发送频谱的方法，应用于频谱优化技术中，包括：

A、设定每个频带上针对所有用户的发送模式；

B、计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

本发明提供的确定发送频谱的装置，应用于频谱优化技术中，该装置包括：

设定模块，用于设定每个频带上针对所有用户的发送模式；

频谱确定模块，用于计算达到最优频谱的所述设定模块中设定的发送模式所对应的时分参数，并根据所述设定模块设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

从上述方案可以看出，本发明中通过引入时分参数，计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据该计算出的发送模式和对应的时分参数确定最优发送频谱，从而将求解最优频谱的非凸问题转化为线性规划问题，由于线性规划问题已有通用的数学解决方案，且其运算量较小，因此在很大程度上降低了求解最优频谱分配的运算量，并且也降低了确定最优功率谱的运算量，从而减小了确定最优发送频谱以及最优发送功率谱的时间。

进而，本专利还进一步提出了将时分转换为频分的方法，通过先求解时分参数，再将时分参数转换为频分参数，在仅能够进行频分复用的系统中也能够将非凸问题转化为线性规划问题，从而减小了确定最优发送频谱以及最优功率谱的时间。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明具体实施例的流程图；

图3为本发明具体实施例种提供的T2F方法的流程图；

图4为本发明具体实施例中一种示例的频谱结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

根据OSB的计算结果可以看出，在串扰比较大的频率段的最优化结果是根据用户对该频率段进行频分复用，在最优的频分频段确定的情况下，如何分配功率对系统整体性能的影响不大。因此本发明的主要思想就在于，确定出最优的发送频谱，从而确定出最优的发送功率谱。

现有的频谱优化及功率谱优化方法均是由于其非凸问题导致运算量较大而难以实现，本发明针对该问题，引入了时分参数，通过计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据该计算出的发送模式和对应的时分参数确定最优发送频谱，从而将非凸问题转化为线性规划问题，简化了运算量，并进一步地提出了一种将时分转化为频分的方法，使其更容易实现。

本发明提供的确定发送频谱的方法的总体流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤101、设定每个频带上针对所有用户的发送模式；

步骤102、计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

本发明还提供了一种确定发送频谱的装置，应用于频谱优化技术中，该装置包括设定模块和频谱确定模块；其中，设定模块用于设定每个频带上针对所有用户的发送模式；频谱确定模块用于计算达到最优频谱的所述设定模块中设定的发送模式所对应的时分参数，并根据所述设定模块设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。该装置中进一步可以包括：时频转换模块，用于将所述频谱确定模块确定的时分方式的最优发送频谱转换为频分方式的最优发送频谱。

上述最优频谱可以为：最大化用户速率的频谱。这里的用户速率可以是所有用户的加权速率和、新用户的速率、所有用户的最小速率等。则在上述步骤101中，可以为每个频带分别设置大于一种的针对所有用户的发送模式；对应地步骤102中，根据设定的发送功率谱密度，求解出最大化用户速率并保证每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，然后再根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。上述用户速率可以是所有用户加权速率和、所有用户的最小速率或新用户的速率。当用户速率为新用户速率时，这里求解出的每个频带上每种发送模式对应的时分参数还需保证现有用户的用户速率。

当最优频谱为最大化用户速率的频谱时，求解时分参数具体可以包括：首先，设定初始发送功率谱密度和功率谱密度调整值，具体由上述装置中的设定模块执行。然后，根据初始发送功率谱密度求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的时分参数计算出对应的用户速率；并根据功率谱密度调整值对所述初始发送功率谱密度调整τ_max次，在每次调整后均根据调整后的发送功率谱密度求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的每种发送模式对应的时分参数计算出对应的用户速率；最后，在计算出的τ_max+1个用户速率中选择出最大的一个，将该加权功率和时每种发送模式对应的时分参数作为达到最大化用户速率的频谱的每种发送模式所对应的时分参数；这些步骤具体由上述频谱确定模块执行。

在确定出最优发送频谱后，本发明可以进一步确定最优发送功率谱，确定最优发送功率谱，可以是根据所述最优发送频谱以及最终所选择出的用户速率对应的功率谱密度，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配；也可以是根据该确定出的最优发送频谱对各个用户进行迭代注水，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配。

上述频带可以是指子频带，也可以是指子频带组。对于前者，适用于可以时分复用的情况下，对于后者适用于不能够进行时分复用的情况下。以下对后者的情况进行说明：

由于在某些系统中，在一个子频带上不能够进行时分复用，只能够进行频分复用，在这种情况下，本发明中还可以将时分复用方案转换为频分复用方案，即需要根据计算出的发送模式和时分参数将时分方式的最优发送频谱转换为频分方式的最优发送频谱。在这种转换方式中，可以预先将整个频段上的子频带进行分组得到大于一个的子频带组，并为每个子频带分别设置大于一种的发送模式；然后计算达到最优频谱的每种发送模式对应的时分参数，并根据计算出的发送模式和对应的时分参数分别计算每个用户在每个子频带组上使用的子频带，从而得到整个频带上针对所有用户的发送频谱。

以下通过应用于xDSL等不能够在子频带上进行时分复用的技术中，并解决上述第一种频谱优化问题为例，通过具体实施例对本发明进行详细阐述。

本发明具体实施例确定最优频谱及最优功率谱，并根据确定的最优功率谱进行功率分配的流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤201、将整个频带上所有的子频带设定为大于一个的子频带组，设定每个子频带组上针对所有用户的发送模式，并设定初始发送功率谱密度和功率谱密度调整值；

由于相邻的子频带的直接信道特性和串扰信道特性基本相同，因此本步骤中根据该特性把整个使用频段内的子频带分成数量比较少的几个组，划分时可以根据优化效果要求和计算量要求确定分组数。当对优化效果要求较高，而计算量要求较小时，可以划分较多的组；而当对优化效果要求较低，而计算量要求较高时，可以划分较少的组。

步骤202、根据初始发送功率谱密度求解出能够最大化所有用户加权速率和时每种发送模式对应的时分参数，根据求解出的每种发送模式对应的时分参数计算出对应的加权速率和；根据功率谱密度调整值对所述初始发送功率谱密度调整τ_max次，在每次调整后均根据调整后的发送功率谱密度求解出最大化所有用户加权速率和时每种发送模式对应的时分参数，并根据求解出的每种发送模式对应的时分参数计算出对应的加权速率和；

本步骤中τ_max的数值也可以根据优化效果要求和计算量要求确定。当对优化效果要求较高，而计算量要求较小时，可以使该τ_max的数值大些；而当对优化效果要求较低，而计算量要求较高时，可以使该τ_max的数值小些。

步骤203、在计算出的τ_max+1个加权速率和中选择出最大的一个，并根据得出该加权功率和的每种发送模式所对应的时分参数，确定各个用户所使用的发送频谱结构，然后根据该发送频谱结构进行发送功率分配。

这里，根据该发送频谱结构进行发送功率分配可以是，根据该发送频谱结构以及所选择出的加权速率和对应的功率分配情况，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配；也可以是，根据该发送频谱结构对各个用户进行迭代注水，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配。

上述步骤202中，能够最大化所有用户加权速率和时每种发送模式所占用的时间，根据下述公式求解：

$\max \mathrm{imize}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}$ 公式组4

$\mathrm{subject\; to}{E}_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1\∀b$

0≤f_b，i≤1  

其中，E_b，i ^k表示第k个用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；

G_b ^kk表示第k个用户线路在第b个子频带组上的传输系数；

G_b ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第b个子频带组上的串扰系数；

f_b，i表示子频带组的时分参数；

φ_b，i表示子频带组的发送模式；

P_onk表示在第k个用户的发送功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制，该值预先设定；

ω_k表示第k个用户的速率权系数，该值预先设定；

σ²表示噪声功率；

BS表示每个子频带组所包含的子频带数目；

B表示子频带组的总数。

上述参数中，G_b ^kk、G_b ^kj(j≠k)和σ²三个参数的值为子频带组中任一子频带的对应参数，也可以为子频带组中所有子频带对应参数的平均值。

上述公式组4从公式组1中推导获得，具体的推导过程包括：

假设在一捆线路中共有K个用户，每一个用户有N个子频带，则对于每一个子频带定义一种发送模式(transmission pattern)参数φ_n，i，其中i＝1...M，M≤2^K。发送模式参数是一个向量，其向量长度与用户数相等，并且每一个分量分别对应一个用户。如果某个用户的某个子频带对应的发送模式参数的分量等于1，表明这个用户可以使用这个频带；反过来如果对应的发送模式参数的分量等于0，表明不允许这个用户使用这个频带率。例如，假设K＝3，则N个子频带中第n(n为1、2......N)个子频带上的发送模式参数可以定义如下：φ_n，1＝[0 0 0]，φ_n,2＝[0 0 1]，φ_n，3＝[0 1 0]，φ_n，4＝[0 1 1]，φ_n，5＝[1 0 0]，φ_n，6＝[1 0 1]，φ_n，7＝[1 1 0]，φ_n，8＝[1 1 1]。

时分参数f_n，i是对应于每一种发送模式的系数，它决定某一种发送模式在一个时间片内所占用的时间。假设上述示例中的八种发送模式所对应的时分参数分别如下：f_n，1＝0， $f_{n,2}=\frac{1}{3},$ $f_{n,3}=\frac{1}{3},$ f_n，4＝0， $f_{n,5}=\frac{1}{3},$ f_n，6＝0，f_n，7＝0，f_n，8＝0，则表明第2、3、5种发送模式分别占用1/3的时间，对应于实际情况就是三个用户分别使用三个相等的时间片来独立使用该第n个子频带的频率资源；而如果假设上述示例中的八种发送模式所对应的时分参数除了f_n，8＝1外其余的都等于零，那么表明三个用户都可以同时使用该第n个子频带的频率资源；再假设在上述示例中的八种发送模式所对应的时分参数除了f_n，1＝1外其余的都等于零，那么表明三个用户都不可以该第n个子频带的频率资源。

由上面的举例我们可以看到，时分参数具有以下特征：

特征1：对于任何n，f_n，i对所有i求和的结果等于1： $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1\∀n.$

特征2：在任何情况下，时分参数总是大于等于零，小于等于1：0≤f_n，i≤1

从公式组1中可以看出背景技术部分提及的第一种频谱优化问题为非凸问题，没有高效的数字解决方法。本发明中通过引入发送模式和对应的时分参数将该非凸问题转换为线性规划问题，从而降低计算量：

本发明中将第一种频谱优化问题转化为：在每一个用户发送的总功率不超过限制的情况下通过调整每个用户在每个子频带上的发送模式的时分参数从而最大化所有用户的加权速率和，在这里每个用户发送的功率谱密度为一个常数，其数学公式表示如下面的公式组5所示：

$\max \mathrm{imize}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}$ 公式组5

$\mathrm{subject\; to}{E}_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1\∀n$

0≤f_n，i≤1

其中，

E_n，i ^k表示第k个用户在第n个子频带上处于第i种发送模式时所发送的功率；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P_on ^k表示在第k个用户上发送的功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率。

类似地，本发明中将第二种频谱优化问题转化为：在每一个用户发送的总功率不超过限制的情况下，通过调整每个用户在每一个子频带上的发送模式的时分系数，从而最大化新用户的速率同时保证现有用户的目标速率，在这里每个用户发送的功率谱密度为一个常数。其数学公式表示如下：

$\max \mathrm{imize}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{11}{E}_{n,i}^1}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠1}{G}_n^{1j}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}$ 公式组6

$\mathrm{subject\; to}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}\≥R_{t\arg \mathrm{et},k},k\≠1$

$E_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1\∀n$

0≤f_n，i≤1

其中，

E_n，i ^k表示第k个用户在第n个子频带上处于第i种发送模式时所发送的功率；

E_n，i ^l表示新用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；类似地，后续各参数中对应于k的位置为1时，均表示新用户的对应参数；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

R_target，k表示第k个用户的目标速率；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P_on ^k表示在第k个用户上发送的功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

σ²表示噪声功率。

本发明中将上述第三种频谱优化问题转化为：在每一个用户发送的总功率不超过限制的情况下，通过调整每个用户在每一个子频带上的发送模式的时分系数从而最大化最小速率，在这里每个用户发送的功率谱密度为一个常数。其数学公式表示如下：

maximize  r₀    公式组7

$\mathrm{subject\; to}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}\≥r_0$

$E_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1\∀n$

$0\≤f_{n,i}\≤1\∀n,i$

其中，

r₀表示最小速率；

E_n，i ^k表示第k个用户在第n个子频带上处于第i个发送模式时所发送的功率；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P_on ^k表示在第k个用户上发送的功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

σ²表示噪声功率。

通过上述转化将非凸问题转化为线性规划(Linear Programming)问题，而线性规划问题有通用的数学解决方案，运算量比较小，其运算复杂度为O(KM)。很容易就可以通过公式组5、6、7求出与发送模式相对应的时分参数f_n，i。

然而在实际的情况下，xDSL在某一个子频带上的是不可能进行时分复用的，因此还需要把时分复用方案转化到频分复用方案。

在实际信道中，相邻的子频带的直接信道特性和串扰信道特性基本相同，因此可以根据这个特性把整个使用频段内的子频带分成数量比较少的几个组，比如每BS个子频带组成一个子频带组。用每个子频带组中的某一个子频带的直接信道特性和串扰信道特性来分别代表这个组的直接信道特性和串扰信道特性，或者使用每个组中所有子频带的平均直接信道特性和串扰信道特性来分别代表这个组的直接信道特性和串扰信道特性。

则基于公式组5可以把基于子频带的参数转换成基于子频带组的参数，分别为：

$E_{n,i}^k\→E_{b,i}^k$ ，后者表示第k个用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；

$G_n^{\mathrm{kk}}\→G_b^{\mathrm{kk}}$ ，后者表示第k个用户线路在第b个子频带组上的传输系数；

$G_n^{\mathrm{kj}}\→G_b^{\mathrm{kj}}$ (j≠k)，皱褶表示第j个用户对第k个用户在第b个子频带组上的串扰系数；

f_n，i→f_b，i，后者表示第b个子频带组上第i种发送模式对应的时分参数；

φ_n，i→φ_b，i，后者表示第b个子频带组上的第i种发送模式；

N→B表示子频带组的总数；

P_on ^k表示在第k个用户的发送功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率；

BS表示每个子频带组所包含的子频带数目。

这样公式组5就变换成了公式组4。当然类似地，公式组6也可以转换为公式组8：

$\max \mathrm{imize}\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{11}{E}_{b,i}^1}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠1}{G}_b^{1j}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}$ 公式组8

$\mathrm{subject\; to}\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}\≥R_{t\arg \mathrm{et},k},k\≠1$

$E_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1\∀b$

0≤f_b，i≤1

其中，E_b，i ¹表示新用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；类似地，其他各参数中对应于k的位置为1时，均表示新用户的对应参数；

公式组7也可以转换为公式组9：

maximize  r₀         公式组9

$\mathrm{subject\; to}\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}\≥r_0$

$E_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},\∀k$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1\∀b$

0≤f_b，i≤1

则通过转化后的公式组4、8、9就可以计算出每个子频带组上每种发送模式的应的时分参数。通过各个子频带组的时分参数可以计算出最终的非时分复用的发送功率谱结构。

通过各个子频带组的时分参数计算出最终的非时分复用的发送功率谱结构的方法在本发明中称为T2F方法，该方法中对每个用户均执行如图3所示的流程，图3中包括如下步骤：

步骤301、对于用户k，初始化b＝1，i＝1。

步骤302、计算参数x和y，然后执行步骤303。其中：

步骤303、根据发送模式参数以及参数x和参数y计算λ_k(j)，然后执行步骤304。其中：

λ_k(j)＝φ_b，i(k)，j＝x，x+1，...，y-1，y

φ_b，i(k)表示第b个子频带组上，第i种发送模式中，第k个用户对应分量的值；λ_k(j)表示第k个用户是否使用第j个子频带。

步骤304、判断是否i≤M，其中M为每个子频带组上发送模式的种类总数，如果是，则i＝i+1并跳转步骤302执行；否则执行步骤305。

步骤305、判断是否b≤B，其中B表示总的子频带组数，如果是，则b＝b+1，i＝1并跳转步骤302执行；否则执行步骤306；

步骤306、根据计算出的λ_k(j)得到用户k的发送频谱结构为Ψ_k＝λ_k(j)，j＝1，...，N，其中N为总的子频带数。

具体地，图3所示流程的算法如下：

循环1：对于所有的子频带组，b＝1...B

循环2：对于所有的发送模式，i＝1...M

设

设

λ_k(j)＝φ_b，i(k)，j＝x，x+1，...，y-1，y

结束循环2。

结束循环1。

最终对于用户k，其发送功率谱结构为Ψ_k＝λ_k(j)，j＝1，...，N。其中λ_k(j)表示第k个用户是否使用第j个子频带，如果λ_k(j)＝1表示使用，否则表示不使用。

基于上述T2F方法，假设有三个用户(K＝3)，共有18个子频带(N＝18)，每9个子频带组成一个子频带组(BS＝9)，这样就分成两个子频带组(B＝2)。每个子频带组对应五种发送模式：φ_b，1＝(1 1 1)，φ_b，2＝(0 0 1)，φ_b，3＝(0 1 0)，φ_b，4＝(1 0 0)，φ_b，5＝(0 0 0)。这样可以通过公式组4计算出两个子频带组所对应的时分参数，分别如下：f_1，1＝1，f_1，2＝0，f_1，3＝0，f_1，4＝0，f_1，5＝0；f_2，1＝0， $f_{\mathrm{2,2}}=\frac{1}{3},$ $f_{\mathrm{2,3}}=\frac{1}{3},$ $f_{\mathrm{2,4}}==\frac{1}{3},$ f_2，5＝0。通过这样的时分参数可以确定各用户的发送功率谱结构，如图4所示。通过图4可以看出，在子频带组1中所有的用户同时进行发送，由于发送模式φ_1，1＝(1 1 1)所对应的时分参数为1，表明所有的用户同时占用这个子频带组；在子频带组2中三个用户分别占用三分之一的子频带从而变成了时分复用，这主要是发送模式φ_2，2＝(0 0 1)，φ_2，3＝(0 1 0)，φ_2，4＝(1 0 0)所对应的时分参数 $f_{\mathrm{2,2}}=\frac{1}{3},$ $f_{\mathrm{2,3}}=\frac{1}{3},$ $f_{\mathrm{2,4}}==\frac{1}{3}$ 所决定的，在实际中xDSL不可能进行时分，可以把时分参数转化成使用子频带组的比例系数，这样就把时分复用方案转化成频分复用方案。

以解决上述第一种频谱优化问题为例，获取最优发送功率谱进行具体可以有两种实现方案，一种称为线性规划-常数功率谱(LP-CP)方法，一种称为线性规划-迭代注水(LP-IWF)方法。

LP-CP方法的主要步骤如下：

步骤一：确定子频带组的时分参数：

A)确定子频带组所包含的子频带数(BS)；确定子频带组的发送模式(φ_b，i)；确定初始发送功率谱密度(P_init)和功率谱密度调整的颗粒度(ΔP_on)。功率谱密度的单位为dBm。

B)通过下面的循环分别计算在不通发送功率谱密度情况下的最有时分参数。

循环：对于每一种发送功率谱密度，τ＝0，1，2，...，τ_max

1)设置发送功率谱密度， $P_{\mathrm{on}}^1=P_{\mathrm{on}}^2=\·\·\·=P_{\mathrm{on}}^K=P_{\mathrm{init}}+\mathrm{\τ}\·{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{on}}$

2)根据公式组4求解出子频带组中各种发送模式的最佳时分参数f_b，i ^*，即 $\left\{f_{b,i}^{*}\left(\mathrm{\τ}\right)\right\}\⇐\mathrm{LP}(P_{\mathrm{on}},G_n,{\mathrm{\φ}}_{n,i},{\mathrm{\ω}}_k)$

3)计算出所有用户的加权速率和Λ(τ)：

$\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\τ}\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\ω}}_k{\mathrm{\Σ}}_b^B{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^M\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}^{*}$

结束循环。

C)比较各种发送功率谱密度情况下计算出的加权速率和，并选择加权速率和最大时的时分参数作为最佳时分参数， $f_{b,i}^{*}=\underset{f_{b,i}}{\arg \max }\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\τ}\right),$ 以及确定在该最佳时分参数下的发送功率谱密度(P_on)。

步骤二：利用T2F方法把步骤一计算出的时分参数转化成各个用户所使用的的发送频谱结构(Ψ_k)。

步骤三：利用步骤一C)中的发送功率谱密度(P_on)和步骤二中的发送频谱结构作为最终的优化结果，并根据该优化结果进行发送功率分配。

LP-IWF方法的主要步骤如下：

步骤一：确定子频带组的时分参数：

A)确定子频带组所包含的子频带数(BS)；确定子频带组的发送模式(φ_b，i)；确定初始发送功率谱密度(P_init)和功率谱密度调整的颗粒度(ΔP_on)。功率谱密度的单位为dBm。

B)通过下面的循环分别计算在不同发送功率谱密度情况下的最优时分参数。

循环：对于每一种发送功率谱密度，τ＝0，1，2，...，τ_max

1)设置发送功率谱密度， $P_{\mathrm{on}}^1=P_{\mathrm{on}}^2=\·\·\·=P_{\mathrm{on}}^K=P_{\mathrm{init}}+\mathrm{\τ}\·{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{on}}$

2)根据公式组4求解出子频带组种各种发送模式最佳的时分参数f_b，i ^*。 $\left\{f_{b,i}^{*}\left(\mathrm{\τ}\right)\right\}\⇐\mathrm{LP}(P_{\mathrm{on}},G_n,{\mathrm{\φ}}_{n,i},{\mathrm{\ω}}_k)$

3)计算出加权速率和：

$\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\τ}\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\ω}}_k{{\mathrm{\Σ}}_b^B\mathrm{\Σ}}_{i=1}^M\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}^{*}$

结束循环。

C)比较各种发送功率谱密度情况下计算出的加权速率和，并选择加权速率和最大时的时分参数作为最佳时分参数 $f_{b,i}^{*}=\underset{f_{b,i}}{\arg \max }\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\τ}\right).$

步骤二：利用T2F方法把步骤一计算出的时分参数转化成各个用户所使用的的发送频谱结构(Ψ_k)。

步骤三：利用步骤二种计算的发送频谱结构对各个用户进行迭代注水，为每个用户进行发送发送功率分配。

针对上述第二种频谱优化问题和第三种频谱优化问题，均可以采用与上述LP-CP或LP-IWF类似的方法进行解决，本实施例中不再详述。

以上是对本发明具体实施例的说明，在具体的实施过程中可对本发明的方法进行适当的改进，以适应具体情况的具体需要。因此可以理解，根据本发明的具体实施方式只是起示范作用，并不用以限制本发明的保护范围。

Claims (15)

1. 一种确定发送频谱的方法，应用于频谱优化技术中，其特征在于，该方法包括：

A、设定每个频带上针对所有用户的发送模式；

B、计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数，然后根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，为每个频带分别设置大于一种的针对所有用户的发送模式；则步骤B中所述计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数为：

B1、根据设定的发送功率谱密度，求解出最大化用户速率并保证每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户速率为所有用户加权速率和、新用户的速率或所有用户的最小速率，则当所述用户速率为新用户的速率时，所述每个频带上每种发送模式对应的时分参数还需保证现有用户的目标速率。

4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B1具体包括：

B11、设定初始发送功率谱密度和功率谱密度调整值；

B12、根据初始发送功率谱密度求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的时分参数计算出对应的用户速率；并根据功率谱密度调整值对所述初始发送功率谱密度调整τ_max次，在每次调整后均根据调整后的发送功率谱密度，求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的每种发送模式对应的时分参数计算出对应的用户速率；

B13、在计算出的τ_max+1个用户速率中选择出最大的一个，将计算出该用户速率时，每种发送模式对应的时分参数作为达到最优频谱的每种发送模式所对应的时分参数。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定出最优发送频谱后，

进一步包括：

根据所述最优发送频谱以及所选择出的用户速率对应的功率谱密度，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配；

或者进一步包括：

根据该发送频谱结构对各个用户进行迭代注水，确定每个用户的发送功率谱，并根据该发送功率谱进行发送功率分配。

6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频带为子频带；则步骤B1中所述求解每个子频带上每种发送模式对应的时分参数，

当所述用户速率为所有用户的加权速率和时，根据下述公式进行：

maximize $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}$

subject to $E_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1$

0≤f_n，i≤1

当所述用户速率为新用户的速率时，根据下述公式进行：

maximize $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{11}{E}_{n,i}^1}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠1}{G}_n^{1j}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}$

subject to $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}\≥R_{t\arg \mathrm{et},k},k\≠1$

$E_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1$

0≤f_n，i≤1

当所述用户速率为所有用户的最小速率时，根据下述公式进行：

maximize    r₀

subject to $\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_n^{\mathrm{kk}}{E}_{n,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_n^{\mathrm{kj}}{E}_{n,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{n,i}\≥r_0$

$E_{n,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{n,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{n,i}^k{f}_{n,i}\≤P^k,$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{n,i}=1$

0≤f_n，i≤1

其中，

E_n，i ^k表示第k个用户在第n个子频带上处于第i种发送模式时所发送的功率，根据所述发送功率谱密度确定；

E_n，i ¹表示新用户在第n个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；类似地，后续各参数中对应于k的位置为1时，均表示新用户的对应参数；

f_n，i表示第n个子频带上第i种发送模式对应的时分参数；

φ_n，i为第n个子频带上的第i种发送模式，每个子频带上共设置M种发送模式，该发送模式为一个长度为用户总数的向量，并且每一分量对应一个用户，φ_n，i(k)表示第n个子频带上，第i种发送模式中，第k个用户对应分量的值；

G_n ^kk表示第k个用户线路在第n个子频带上的传输系数；

G_n ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第n个子频带上的串扰系数；

P_on ^k表示在第k个用户上发送的功率谱密度，根据所述发送功率谱密度确定；

P^k表示第k个用户的总功率限制；ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率。

R_target，k表示第k个用户的目标速率；

r₀表示所有用户中的最小速率，即r₀＝min(R_k)。

7. 根据权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，步骤B中所述根据设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱后进一步包括：

B2、根据计算出的发送模式和时分参数将时分方式的最优发送频谱转换为频分方式的最优发送频谱。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：将整个频段上的子频带进行分组得到大于一个的子频带组；

则步骤A中所述的频带为子频带组；

步骤B中所述计算达到最优频谱的发送模式所对应的时分参数为：计算达到最优频谱的每种发送模式对应的时分参数。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B2包括：

根据所述发送模式和对应的时分参数分别计算每个用户在每个子频带组上所使用的子频带，从而得到整个频带上针对所有用户的发送频谱。

10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述每个子频带组上的每种发送模式为一个长度为用户总数的向量，并且每一分量对应一个用户；则所述步骤B2中计算一个用户，设该用户为用户k，对应的频谱，包括：

步骤一、对于用户k，初始化b＝1，i＝1；其中，b表示第b个子频带组，i表示第i种发送模式；

步骤二、计算参数x和y，然后执行步骤三；其中，

BS表示一个子频带组中包括的子频带数，f_b，i表示第b个子频带组上第i种发送模式对应的时分参数，f_b，j表示第b个子频带组上第j种发送模式对应的时分参数；

步骤三、根据发送模式参数以及参数x和参数y计算λ_k(j)，然后执行步骤四；其中，

λ_k(j)＝φ_b，i(k)，j＝x，x+1，...，y-1，y

φ_b，i(k)表示第b个子频带组上，第i种发送模式中，第k个用户对应分量的值；λ_k(j)表示第k个用户是否使用第j个子频带；

步骤四、如果i≤M，其中M为每个子频带组上发送模式的种类总数，则i＝i+1并跳转步骤二执行；否则执行步骤五；

步骤五、如果b≤B，其中B表示总的子频带组数，则b＝b+1，i＝1并跳转步骤二执行；否则执行步骤六；

步骤六、根据计算出的λ_k(j)得到用户k的发送频谱结构为Ψ_k＝λ_k(j)，j＝1，...，N，其中N表示总的子频带数。

11. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，计算达到最优频谱的每种发送模式对应的时分参数，根据下述公式求解：

maximize $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}$

subject to $E_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1$

0≤f_b，i≤1

或者根据下述公式求解：

maximize $\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{11}{E}_{b,i}^1}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠1}{G}_b^{1j}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}$

subject to $\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}\≥R_{t\arg \mathrm{et},k},k\≠1$

$E_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1$

0≤f_b，i≤1

或者根据下述公式求解：

maximize r₀

subject to $\underset{b=1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{G_b^{\mathrm{kk}}{E}_{b,i}^k}{{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}{G}_b^{\mathrm{kj}}{E}_{b,i}^j+{\mathrm{\σ}}^2})f_{b,i}\≥r_0$

$E_{b,i}^k=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{on}}^k& {\mathrm{if\φ}}_{b,i}\left(k\right)=1\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

$\underset{b=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{b,i}^k{f}_{b,i}\≤\frac{P^k}{\mathrm{BS}},$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{b,i}=1$

0≤f_b，i≤1

其中，E_b，i ^k表示第k个用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；

G_b ^kk表示第k个用户在第b个子频带组上的传输系数；

G_b ^kj(j≠k)表示第j个用户对第k个用户在第b个子频带组上的串扰系数；

f_b，i表示子频带组的时分参数；

φ_b，i表示第b个子频带组上的第i种发送模式，每个子频带组上共设置M种发送模式，φ_b，i为一个长度为用户总数的向量，并且每一分量对应一个用户；

P_on ^k表示在第k个用户的发送功率谱密度；

P^k表示第k个用户的总功率限制；

ω_k表示第k个用户的速率权系数；

σ²表示噪声功率；

BS表示每个子频带组所包含的子频带数目；

E_b，i ¹表示新用户在第b个子频带组上处于第i种发送模式时所发送的功率；类似地，上述各参数中对应于k的位置为1时，均表示新用户的对应参数；

r₀表示所有用户中的最小速率，即r₀＝min(R_k)。

12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述G_b ^kk、G_b ^kj(j≠k)和σ²三个参数的值为：

子频带组中任一子频带的对应参数；

或者为：子频带组中所有子频带对应参数的平均值。

13. 一种确定发送频谱的装置，应用于频谱优化技术中，其特征在于，该装置包括：

设定模块，用于设定每个频带上针对所有用户的发送模式；

频谱确定模块，用于计算达到最优频谱的所述设定模块中设定的发送模式所对应的时分参数，并根据所述设定模块设定的发送模式和计算出的对应时分参数确定最优发送频谱。

14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述设定模块进一步用于设定初始发送功率谱密度和功率谱密度调整值；

则所述频谱确定模块根据所述设定模块设定的初始发送功率谱密度求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的时分参数计算出对应的用户速率；并根据所述设定模块设定的功率谱密度调整值对所述初始发送功率谱密度调整τ_max次，在每次调整后均根据调整后的发送功率谱密度，求解出能够最大化用户速率并使每个用户的总功率不超过限制时，每个频带上每种发送模式对应的时分参数，再根据求解出的每种发送模式对应的时分参数计算出对应的用户速率；并在计算出的τ_max+1个用户速率中选择出最大的一个，将计算出该用户速率时，每种发送模式对应的时分参数作为达到最优频谱的每种发送模式所对应的时分参数。

15. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，该装置中进一步包括：

时频转换模块，用于将所述频谱确定模块确定的时分方式的最优频谱转换为频分方式的最优频谱。

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