CN104254084B - 一种进行分布式信道探测和序贯接入的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种进行分布式信道探测和序贯接入的方法。根据本发明的方案将允许新的发射机在探测间隔以任意恒定的功率发送探测信号，与此同时每个激活的通信链路将以预定的机制来迭代地更新其发射功率，该机制仅依赖于其目标SINR和本地SINR的比值和与归一化的对外干扰相关的功率调整值。同时，外部网络确定其所承受的干扰的归一化的功率值，并在迭代过程中通过专属的信道进行广播。在信道探测过程中，每条通信链路都仅测量本地通信链路的质量，而在各条通信链路之间无需交互信息。同时，新的通信链路根据其本地链路测量信息，自主地推断出其最大可实现的信干噪比，并藉此决定其是否接入与所有激活的链路同时在同一信道上传输。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种进行分布式信道探测和序贯接入的方法。
背景技术
无线网络能够被理解为带有功率控制的相互作用的有效点对点通信链路(一对发射机和接收机)的集合。这种建模的方式可以适用于大多数具有干扰耦合的实际的无线系统中，例如多层的蜂窝系统、密集的蜂窝系统、感知无线网络、ad hoc网络和MIMO传输、以及多种无线接入技术的共存系统，例如WiFi和蜂窝系统共存的无线通信系统。多条通信链路中的每一条对应于在同一个信道中的单跳传输，其不仅相互干扰，也会对外部传输产生不利的影响。为了提高空间复用的程度，网络总是希望在同一信道中激活尽可能多的通信链路，并且为所有的激活的通信链路分配一组适合的功率，从而使得各条通信链路的信干噪比(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio，SINR)不小于它们期望的阈值，并且同时将对其他外部传输的影响维持在可接受的范围内。
在实际中，期望以自治和分布式的方式实现这样的网络。这种分布式的媒介接入控制能够使得网络的部署更加便利，这允许网络在容纳越来越多的用户的同时，不会引起网络结构的变化，以及避免了随用户的容量而指数增加的控制开销。对一个自组织的网络而言，对于欲加入到网络中的新通信链路将由其自身决定是否接入该网络。这就引出了如下问题：如何分布式探测(probe)信道并且如何获取足够的本地信息用以独立地预测在被现有的网络接受后在满足激活通信链路保护(Active Link Protection，ALP)条件下的最大可实现的SINR。ALP的概念特指这样一种非入侵的通信要求，具体指在新通信链路的传输被授权和激活在其期望的SINR水平上时，网络总能够寻求到某个功率配置，其保证同一信道中的所有的激活的通信链路的SINR总是不小于其目标SINR，并且由新通信链路和已有的通信链路引起的对外部网络的总干扰仍是可忍受的。ALP的概念反映了对于有效的空间复用所需的系统条件。为此，本发明将涉及创建一种分布式信道探测和序贯接入(DIStributed Channel prObing and SEquential Access,DISCO-SEA)的方法和系统，从而以自治的方式解决上述问题。
信道探测的主要目的在于验证当新用户添加至系统时是否存在可行的功率分配。现有的用于信道探测的方案是针对没有功率约束的带有功率控制的网络，这就意味着传统的ALP概念并没有考虑对外干扰的约束控制。这些现有的方案可以被归为两类：
1)用于多条新通信链路的信道探测：
在文献1中引入了信道探测的想法，其作为用传统的ALP进行分布式接入控制的一部分。当新通信链路的发射机以功率控制的方式改变功率时，通过观察新通信链路的SINR的变化来验证是否允许接入新通信链路的。这种方式的局限性在于，如果新通信链路的SINR的变化较小，其将会受到收敛问题的影响。此外，这种方法仅提供了简单的看门狗类型的控制，因此是一种次优的准则而不足以确保ALP，并没有在保证ALP的约束下预测系统接入的最优临界点。换而言之，这种方案可能被误用，从而导致拒绝原本可允许接入的通信链路。
另一方面，文献3提出了一种分布式方式，以通过估计干扰耦合矩阵的谱半径来检验信道接入的可行性。由于估计误差，这种方式需要在试图加入网络的用户之间进行复杂的协调。而文献4提出了一种用于检验可行性的算法，其中为了精确性需要双重的迭代和基于簇的gossip一致性。这就引起了不可忍受的计算量和信令的开销。此外，这些解决方案假定所有的通信链路具有相同的目标SINR，并且以干扰耦合的模型矩阵的谱半径为量纲来表征信道的利用效率。这种量纲是缺乏实际指导意义的，并且在各条通信链路具有不同的目标SINR时不能够用来做出正确的接入决定。
2)用于单条新通信链路的信道探测
文献2提出了一种用于确定可接入性的技术，其中新用户通过发送稳定功率水平的信号来探测信道。随后，在现有的通信链路的功率控制算法收敛之后，新用户测量其所接收的干扰。然而，如何设置探测功率的大小和接入控制决定的时间将影响其实际的应用性。
总之，在功率约束的情况下，用于确定一个任意选择的目标SINR是否能够实现的信道探测仍是一个开放性的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中存在L-1条激活的通信链路，L≥2，每条激活的通信链路l，l＝1,2,…,L-1，分别具有与其相关联的一对发射机和接收机，每个发射机按照各自的发送功率同时在所述信道上发送信号，并且，新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，所述新通信链路L具有与其相关联的第一发射机和第一接收机，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的第二发射机和第二接收机，所述方法包括:
(S1)每条激活的通信链路l的发射机在t时刻分别以各自的发射功率pl(t)，l＝1,2,…,L-1，向对应的接收机发送信号；
(S2)所述新通信链路L的第一发射机以恒定发射功率pL(t)＝PL向所述第一接收机连续地发送探测信号；
(S3)每条激活的通信链路l的接收机分别确定所述激活的通信链路l的归一化的噪声功率的数值，并将该的数值反馈至所述发射机，其中nl，l＝1,2,…,L-1，表示所述激活的通信链路l的背景噪声的功率，所述激活的通信链路l的所述背景噪声除了所述激活的通信链路l的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,Gll表示从所述激活的通信链路l的发射机至接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1；
(S4)在t时刻，所述每条激活的通信链路l的接收机分别确定所述激活的通信链路l的信干噪比的数值，并且将该信干噪比SINRl(t)的数值反馈至所述发射机，其中Glk表示从激活的通信链路k的发射机到激活的通信链路l的接收机的信道的增益，k,l＝1,2,…,L-1,当k＝L时，Glk＝GlL，其表示从所述新通信链路L的发射机到所述激活的通信链路l的接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1；
(S5)在t时刻，所述外部通信链路的所述第二接收机确定归一化的对外干扰的功率的数值，并将所述归一化的对外干扰的功率的数值广播至所述每条激活的通信链路l的发射机和所述新通信链路L的第一接收机，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
(S6)在t时刻，所述每条激活的通信链路l的发射机基于所述归一化的噪声功率的数值、所述归一化的对外干扰的功率的数值、所述信干噪比SINRl(t)的数值和所述每条激活的通信链路l的目标信噪比βl来更新所述发射机的在下一个时刻t+1的发射功率pl(t+1)，并在时刻t+1以经更新的发射功率pl(t+1)向所述对应的接收机发送所述信号；
(S7)所述每条激活的通信链路l按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤(S4)至所述步骤(S6)直至所述信干噪比SINRl(t)的数值稳定；
(S8)所述新通信链路L的所述第一接收机确定所述新通信链路L的信干噪比的数值和信噪比的数值，其中，nL表示所述新通信链路L的背景噪声的功率，所述新通信链路L的所述背景噪声除了所述新通信链路L的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,GLL表示从所述新通信链路L的第一发射机至第一接收机的信道的增益，其中GLk表示从所述激活的通信链路k的发射机到所述新通信链路L的第一接收机的信道的增益,k＝1,2,…,L-1；并基于所述信干噪比SINRL(t)的数值、所述信噪比SNRL的数值和所述归一化的对外干扰的功率的数值来确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比并将其反馈至所述新通信链路L的所述第一发射机；以及
(S9)所述新通信链路L的所述第一发射机将所述最大可实现的信干噪比与所述新通信链路L的目标信噪比βL进行比较，以确定所述新通信链路L是否接入所述信道。
根据本发明的第二方面，提出了一种在信道中同时存在的L-1，L≥2，条激活的通信链路的发射机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，每条激活的通信链路l，l＝1,2,…,L-1，分别具有与其相关联的一对发射机和接收机，并且新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在同一所述信道上传输信号，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的发射机和接收机，所述方法包括:
A1.以发射功率pl(t)向所述激活的通信链路l的接收机发送信号；
A2.从所述激活的通信链路l的接收机接收反馈回来的所述激活的通信链路l的归一化的噪声功率的数值，其中nl表示所述激活的通信链路l的背景噪声的功率，所述背景噪声除了所述激活的通信链路l的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,Gll表示从所述激活的通信链路l的接收机至发射机的信道的增益；
A3.从所述激活的通信链路l的接收机接收反馈回来的所述激活的通信链路l的信干噪比的数值，其中Glk表示从激活的通信链路k的发射机到激活的通信链路l的接收机的信道的增益，k,l＝1,2,…,L-1,当k＝L时，Glk＝GlL，其表示从所述新通信链路L的发射机到所述激活的通信链路l的接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1；
A4.从所述外部通信链路的接收机接收广播出来的归一化的对外干扰的功率值其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
A5.基于所述归一化的噪声功率的数值、所述归一化的对外干扰的功率的数值、所述信干噪比SINRl(t)的数值和所述激活的通信链路l的目标信噪比βl来更新所述发射机在下一个时刻的发射功率pl(t+1)，并以经更新的发射功率pl(t+1)向所述激活的通信链路l的接收机发送所述信号；以及
A6.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤A3至所述步骤A5直至所述信干噪比SINRl(t)的数值稳定。
根据本发明的第三方面，提出了一种在新通信链路L的发射机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的链路，L≥2，并且所述新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的链路同时在所述信道上传输信号，所述方法包括:
B1.以恒定发射功率pL(t)＝PL向所述新通信链路L的接收机连续地发送探测信号；
B2.从所述接收机接收反馈回来的所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比以及
B3.将所述最大可实现的信干噪比与所述新通信链路L的目标信噪比βL比较，以确定是否将所述新通信链路L接入所述信道。
根据本发明的第四方面，提出了一种在新通信链路L的接收机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的通信链路，L≥2，并且所述新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的发射机和接收机，所述方法包括:
C1.从所述新通信链路L的发射机接收探测信号，并确定所述新通信链路L的信噪比的数值，其中nL表示所述新通信链路L的背景噪声的功率，所述背景噪声除了所述新通信链路L的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,GLL表示从所述新通信链路L的发射机至接收机的信道的增益，pL(t)＝PL，表示所述新通信链路L的发射机的恒定发射功率；
C2.从所述新通信链路L的发射机接收探测信号，并确定所述新通信链路L的信干噪比的数值，其中，GLk表示从激活的通信链路k的发射机到所述新通信链路L的接收机的信道的增益,k＝1,2,…,L-1，并从所述外部通信链路的接收机接收广播出来的归一化的对外干扰的功率的数值，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
C3.基于所述信干噪比SINRL(t)的数值、所述信噪比SNRL的数值和所述归一化的对外干扰的功率的数值来确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比以及
C4.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤C2和所述步骤C3，直至最大可实现的信干噪比稳定，并将稳定的最大可实现的信干噪比反馈至所述新通信链路L的发射机。
根据本发明的第五方面，提出了一种在外部通信链路的接收机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的通信链路，L≥2，并且新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，所述方法包括：
D1.确定归一化的对外干扰的功率的数值，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
D2.将所述归一化的干扰功率的数值广播至每条激活的通信链路l的发射机和所述新通信链路L的接收机；以及
D3.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤D1和所述步骤D2，直至所述激活的通信链路l的信干噪比SINRl(t)的数值稳定或者所述归一化的对外干扰的功率的数值稳定。
根据本发明的第六方面，提出了一种将多条新通信链路依次序贯接入信道中的方法，其中，每当一条新通信链路试图接入所述信道，以与所有已激活的通信链路同时在所述信道上传输信号时，实施根据本发明的第一方面所述的方法，直至所述信道不再能够扩展所述新通信链路。
在此提出的DISCO-SEA方案将允许新的发射机在探测间隔以任意恒定的功率发送探测信号，而与此同时每个激活的通信链路将以预定的机制来迭代地更新期发射功率，该机制仅依赖于其目标SINR和本地SINR的比值和与归一化的对外干扰相关的功率调整值。同时，外部网络确定其所承受的干扰的归一化的功率值，并在迭代过程中通过专属的信道进行广播。当迭代收敛时，新通信链路的接收机仅仅需要测量其本地的SINR、SNR并且监控专属的信道以获取归一化的对外干扰的功率值，并由此独立地并且精确地预测对于新通信链路而言的最大可实现的SINR。然后，新通信链路通过比较该最大可实现的SINR与目标SINR来决定是否接入。如果后者没有超过前者，则新通信链路将被识别为非侵入的通信链路，从而能够被所有激活的通信链路接受。否则，该新通信链路将自主退出。随后，实施分布式功率的优化间隔，以对所有被接受的激活的通信链路的进行功率优化，从而使得它们的SINR和总的对外的干扰都符合ALP的要求。通过信道探测和功率优化，每条通信链路都仅测量与该单个通信链路相关联的本地质量信息，而在各条通信链路之间无需交互信息(除了归一化的对外干扰功率值)。这种分布式的特性使得更自治地和灵活地实现了信道探测和接入方案，这允许了在同一信道中以序贯叠加的方式尽可能多地扩展通信链路的个数，从而实现了更有效的空间复用而无需改变网络管理。
进一步地，在此提出的DISCO-SEA提供了一种认知能力，其能够仅依赖于本地测量来计算一个全局最优的最大可实现的SINR，其中最大可实现的SINR精确地表征了对于新通信链路而言的空间复用的效率。这种认知能力能够用于较大范围的无线应用，包括用户配对、小区搜索关联和信道感知。
本发明所提出的DISCO-SEA系统致力于在ALP约束下解答一个用于求解最大可实现SINR的全局最优条件方程。本发明不需要各条通信链路之间的信息交互或中央协调器。相反，本发明的迭代算法实际上给出了信息收集和交互的隐性过程，其中一些全局的信息以计算结果和迭代的方式被封装。当迭代收敛时，新通信链路可以求出最大可实现SINR。本发明具有的主要的优点如下：
1.DISCO-SEA系统提供了一种分布式信道探测能力，其能够精确地预测如果新通信链路被添加至激活的网络时其能够取得的最大可实现SINR。DISCO-SEA系统依据最大可实现SINR来表征对于新通信链路的空间复用的能力。这种表征方式在某些意义上确保了空间复用的全局最优或帕累托(Pareto)最优。该系统对于系统临界点的预测能力远优于现有技术。
2.DISCO-SEA系统实现了在线非侵入性探测和接入。本发明允许探测通信链路以任意恒定的功率水平来发射探测信号，而其他的通信链路在信道探测的间隔仍可以发送数据信号。依据本发明的探测行为是非竞争性的和非攻击性的。具体而言，探测信号的功率能够被设置成很小，以便由于探测通信链路引起的干扰不会影响激活的通信链路的数据传输。此外，DISCO-SEA系统提供了一种面向即将扩展的网络的有效预测方式，而不是针对当前激活的网络的状态。
3.DISCO-SEA系统适用于大规模的自治网络的应用，其可以用较小的计算成本和控制开销实现很高的空间复用效率。所提出的分布式方法仅仅需要O(LTc)的代数计算开销来计算最大可实现SINR。其中，Tc表示需要收敛的迭代次数。通过L+1条本地反馈信道需要反馈的信令的总量是O((L+1)Tc)。相反，直接来求解最优条件方程(5)具有如下缺点：其需要中央控制器并且需要的计算成本为O(L3)。用于收集整个系统信息的所需要的交互的开销是经由L+1条反馈信道的O((L+1)(L+3))。这将使得系统过于复杂。此外，用于估计干扰信道信息的额外的开销是O((L+1)2-L)。总之，DISCO-SEA系统的计算量和控制开销是随着通信链路的数量而线性增长的，而不是指数增长的。因此，无需通信链路之间的信息交互的分布式的并行设计便利了系统以自治方式进行网络扩展。
4.DSICO-SEA实现了一种鲁棒性的分布式信道探测的过程。DISCO-SEA可以将信道探测自适应于现网络的任何情景。当由L-1条激活的通信链路组成的现有的网络由于
而允许具有非零的SINR的新通信链路添加时，激活的和探测通信链路的SINR将必然很快地收敛至最优条件等式(5)的解。同时，新通信链路能够推断出最大可实现SINR的精确值。另一方面，即使对于极端情形，如由于
现有网络拒绝任何新的通信链路接入，激活的和探测通信链路的SINR也是收敛的，并且新通信链路能够推断出用于最大可实现SINR的零值。
5.DISCO-SEA系统确保了与当前无线系统的良好的后向兼容性。DISCO-SEA系统中使用的功率更新过程类似于分布式功率控制机制(其作为标准化技术已经被广泛地应用在当前无线系统中)。同时，DISCO-SEA系统的实际实施仅仅涉及SINR、SNR和归一化的噪声的本地测量，这对于通信系统而言都是方便的。因此，通过仅仅更改功率更新的方式就可以简便将现有的通信系统升级至DISCO-SEA系统。例如，通过采用DISCO-SEA系统，单层的蜂窝网络能够被立即扩展至双层的系统。
综上所述，本发明提供了一种用于预测全局的最大可实现SINR的认知能力，其仅仅依赖于本地的测量值。基于这些本地的测量值，新通信链路能够自治地和独立地作出以确保ALP为前提条件的接入决定。这种认知能力避免了用于收集各条链路信息、须在各条通信链路之间交互的信令开销，并且促进了网络的空间重复利用能力。通常这些收集的链路信息用于管理网络内部和对外的干扰，从而改善网络的空间复用效率。
本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了根据本发明的一个实施方式的分布式信道探测和序贯接入系统的系统框图；
图2示出了根据本发明的一个实施方式的用于分布式信道探测和序贯接入系统的帧结构；
图3示出了根据本发明的一个实施方式的用于分布式信道探测和序贯接入系统的信道配置示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于分布式信道探测和序贯接入系统的功能模块示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施方式的在探测间隔期间实施分布式信道探测和序贯接入的过程示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施方式的在功率优化间隔期间实施分布式功率优化的过程示意图；
图7示出了根据本发明的一个实施方式的在DISCO-SEA系统中的SINR和归一化的对外功率的演变图；以及
图8示出了根据本发明的一个实施方式的在DISCO-SEA系统中的发射功率的演变图；
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。
具体实施方式
本发明提出了一种分布式信道探测和序贯接入(DSICO-SEA)方案，以通过自动将通信链路在同一信道中序贯叠加的方式扩展网络，获得高的空间复用效率。本发明的基本思路在于提出了一种分布式算法，其仅仅利用本地的测量值来在功率约束的条件下确定全局最优的最大可实现的SINR。下文将详细地从优化的角度阐述功率约束条件下的基于全局的最大可实现的SINR的问题，以及如何上数学上推导出该算法。
1.问题模型
该问题模型适于序贯接入信道的场景。考虑如下场景：一个公共无线信道(例如，一块时频资源)由激活的无线网络和外部通信链路共享。该激活的无线网络已经在同一信道中容纳了L-1个相互干扰的通信链路，其中每条通信链路取得了高于其目标SINR的实际的SINR，而施加在外部通信链路上的总的干扰并没有超过预定的上限。新通信链路L欲接入该网络。尽管新通信链路L希望以期望的SINR水平接入同一信道，但是激活的网络仅接纳一条非侵入性的链路，即其目标SINR并没有超过最大可实现的临界值，从而使得包括了新通信链路L的扩展后的网络仍满足ALP这个条件。逻辑上，这种最大可实现的SINR反映了对于新通信链路L而言的空间复用的能力。根据这个规则，更新的激活的网络能够序贯地允许新的非侵入性的通信链路，并且新的非侵入性的通信链路能叠加在同一信道上，直至扩展的网络到达临界点。
给定了L-1条激活的通信链路的发送功率，新通信链路L的最大可实现SINR能够通过解决下述优化问题而导出。
问题1:maxβL
约束条件：
pL＞0
变量:pL,βL
其中，
●pl表示通信链路l的发射功率；
●βl表示通信链路l的目标SINR；
●表示外部通信链路的预定的所能够承受的来自L条链路的最大干扰功率值；
●Glk表示从通信链路k的发射机至通信链路l的接收机的信道增益；
●nl表示通信链路l的背景噪声的功率，其用于说明热噪声与来自L条链路之外的干扰的总效用；
●wl表示从通信链路l的发射机至外部通信链路的接收机的信道增益。
问题1是普通的优化问题。如果存在最优解可以通过所有通信链路之间的消息交互和相应的线性运算直接导出该最优解。但是，该问题不能通过无需信息交互的分布式算法而求解。而分布式算法更适用于实际应用。另一方面，问题1将激活的通信链路的发射功率约束为恒定值而并没有考虑功率优化。对于通过空间复用挖掘网络容量而言，这不是一种明智的方法。
此外，通过放松对问题1中的发射功率的约束并结合功率优化来考虑下述更有效但较复杂的问题。
问题2:maxβL
约束条件SINRl(p)≥βl,l＝1,2,…,L-1 (1)
变量:p,βL
其中，w＝[w1 w2…wL]T,p＝[p1 p2…pL]T以及
其中，上标(·)T表示转置。等式(2)的向外干扰的约束能够被视为具有加权向量w的一般性的功率约束。以表示问题2的最优解。显然，由于放松了对发射功率的要求，在此有这就意味着功率优化引起了性能的提升。因此，相对于问题1，我们偏向解决问题2。本发明将提出一种分布式算法来解决问题2。
在问题2中，前文提及的ALP的非侵入性的条件由约束(1)和(2)构成。对于现存的保证ALP条件的网络，沿着给定方向βL-＝[β1 β2…βL-1]T的可行的SINR区域的帕累托(Pareto)边界点能够描述为(文献5和6)
其中，
●ρ(·)表示非负矩阵的Perron-Frobenius特征值；
●diag(·)表示由向量分量构成的对角矩阵；
●表示Schur乘积的计算；
●
●wL-＝[w1 w2…wL-1]T；
●nL-＝[n1 n2…nL-1]T；
●FL-表示通过删除第L行和第L列获得的F的主子矩阵，其中F表示指示信道间干扰的大小为L的矩阵，其中
因此，为了保证约束(1)(2)有效的必需条件能够被写为
其描述了现有的网络的临界点。换而言之，如果现有网络具有
则问题2不存在非零的解{p,βL}，这意味着当前网络将任何新通信链路作为侵入性链路而拒绝其接入。在下述分析中，仅考虑在现有的网络对于确保ALP的条件的临界点具有冗余时，问题2具有可行的解的情况，即：
2.问题转化
考虑到如果所有的通信链路相互干扰，问题2在取得非零的最大值时，约束(1)和(2)变成了紧的约束条件，即约束(1)和(2)必然取到等号。因此，问题2可以简化为一个非线性Perron-Frobenius问题。
首先，将证明约束(1)是一个紧的条件。假定存在最优解其使得
这就意味着约束(1)中的至少有一个不紧。随后，通过仅降低通信链路i的发射功率来获得功率分配
以满足下面条件
这说明了当所有的通信链路以p'来配置其发射功率时新通信链路L能够获得一个严格大于的可行的SINR。因此，我们能够得出不是最优解。
其次，将证明约束(2)是一个紧的条件。假定存在最优解其使得
这就意味着约束(2)是非紧的。随后，可取得功率分配向量p'＝αp*(α＞1)，满足并且SINRl(p')＞SINRl(p*)≥βl(l＝1,2,…,L)。因此，当所有链路以p'配置其传输功率时新通信链路L能够获得严格大于的可行的SINR。因此，我们能够得出不是最优解。
考虑到约束(1)和(2)的紧性，问题2能够被转换为下述等价形式
问题2:maxβL
约束条件
p＞0
变量:p,βL
这能够进一步用矩阵的形式表述为
问题2:maxβL
约束条件
p＞0
变量:p,βL
其中，
●β＝[β1 β2…βL]T；
●
●n＝[n1 n2…nL]T。
问题2的约束形成了如下的非线性Perron-Frobenius问题：
其对于特定的可行的βL具有唯一的功率解p*(根据文献8的非线性Perron-Frobenius理论和文献5的相关结果)，并满足
其中，x(·)表示非负矩阵的相关联的右Perron-Frobenius特征向量。此外，由于关于βL是严格单调递增的，因此将得出问题2具有唯一的最优解满足
由此，我们得到了封闭形式的等式4，其能够用于计算新通信链路的最大可实现SINR。
3.分布式解决方案
另一方面，的矩阵能够分块为
其中，
●fL,L-＝[GL1 GL2…GL(L-1)]；
●fL-,L＝[G1L G2L…G(L-1)L]T。
通过利用文献7中的Perron补理论，等式(4)等价于
从而，我们得到
这是能够用于直接计算最大可实现SINR的显示公式。通过将等式5的两端同乘以常数PL(其表示新通信链路L的探测功率)，可以得出下式：
在下文，我们将提出一种分布式算法和实际的步骤来计算等式(6)。在约束(3)下，能够证明
其中，
表示迭代算法，激活的通信链路将根据该迭代算法的更新发射功率。
等式(8)能够重新写为：
其中，
●SINRL-(t)＝[SINR1(t)SINR2(t)…SINRL-1(t)]T，
●表示在βL-与SINRL-(t)之间的分量方向的除法。
等式(9)说明了在探测间隔用于计算每个激活的链路的发射功率的分布式方法，即：
其中，除了归一化的对外干扰功率之外的所有变量都能够经由本地链路获得，将等式(7)代入等式(6)，得出：
其能够被重新表示为：
其中，等式(12)意味着链路L能够通过SINR和SNR的本地测量以及归一化的对外干扰功率值来独立地计算最大可实现的SINR。
4.用于信道探测和序贯接入(算法1)的基本的分布式算法
基于上述分析，我们可以利用本地的测量值来计算在ALP约束下的全局最优的最大可实现SINR。这种用于信道探测的基本的分布式过程可以设计如下：
算法1：在探测间隔期间的分布式信道探测和序贯接入
步骤1：设置t＝0以及pL-(0)＝pL-,0，即每条激活的通信链路l的发射机在t时刻分别以各自的发射功率pl(t)，l＝1,2,…,L-1，向对应的接收机发送信号。
步骤2:新通信链路L的发射机以恒定的发射功率pL(t)＝PL向其对应的接收机发送探测信号。
步骤3：每条激活的通信链路l(l＝1,2,…,L-1)的接收机分别独立地确定归一化的本地噪声功率的数值，并且将其反馈给发射机。例如，在实际中，各个接收机将根据其可接收到的信号来确定该噪声功率值。这些信号包括但不限于各个通信链路的发射机发送的信号。
需要指出的是，在实际中，可以应用其他适合的方法来估计出公式的数值，而不严格按照该公式来计算数值。这就意味着，在此步骤中，仅需要通过任意适合的方法来估计出这个公式对应的本地噪声功率的数值即可。
步骤4:重复实施步骤4.1-4.4
步骤4.1：每条激活的通信链路l的接收机分别独立地确定本地信干噪比的数值，并将该数值反馈给相应的发射机。
在上述SINR的公式中，Glk表示从通信链路k的发射机到通信链路l的接收机的信道的增益，k,l＝1,2,…,L-1,当k＝L时，Glk＝GlL，其表示从新通信链路L的发射机到通信链路l的接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1。
类似地，例如，在实际中，各个接收机将根据其接收到的信号来确定该SINR的数值。这些信号包括但不限于各个通信链路的发射机发送的信号。并且，需要指出的是，在实际中，可以应用其他适合的方法来估计出公式SINR的数值，而不严格按照该公式来计算数值。这就意味着，在此步骤中，仅需要通过任意适合的方法来估计出这个公式对应的本地信干噪比的数值即可。
步骤4.2:外部通信链路的接收机确定归一化的对外干扰的功率的数值，其中对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和新通信链路L共同引起的对外部通信链路的总干扰。并且接着将该数值通过专属的广播信道广播，从而该数值可以被各个通信链路获取。
在该步骤中，可以根据下式来确定归一化的对外干扰的功率的数值：
其中，表示外部通信链路的预定的所能够承受的来自L条链路的最大干扰功率值，wL-＝[w1 w2…wL-1]T，wl，l＝1,2,…,L-1，表示从激活的通信链路l的发射机至外部通信链路的接收机的信道增益，pL-(t)＝[p1(t) p2(t)…pL-1(t)]T，pl(t)，l＝1,2,…,L-1，表示激活的通信链路l在t时刻的发射机的发射功率，wL表示从所述新通信链路L的发射机至所述外部通信链路的接收机的信道增益，pL(t)表示新通信链路L的发射机的恒定发射功率。
类似地，需要指出的是，在实际中，可以应用其他适合的方法来估计出公式的数值，而不严格按照该公式来进行精确计算。这就意味着，在此步骤中，可以使用任意其他适合的方法来估计该公式表达的物理值即可。
步骤4.3:每条激活的通信链路l的发射机根据下式来来更新所述发射机的在下一个时刻t+1的发射功率pl(t+1)，并在时刻t+1以经更新的发射功率pl(t+1)向对应的接收机发送信号。
其中，βl为各条激活的通信链路l的相应的目标信噪比。
步骤4.4：将t设置为t＝t+1。
步骤5：每条激活的通信链路l按照t＝t+1方式迭代地重复实施步骤4.1至步骤4.4直至信干噪比SINRl(t)的数值稳定。
步骤6：新通信链路L的接收机确定本地通信链路的SINR和SNR的数值，其例如可以通过下式和信噪比来得出。类似地，例如，在实际中，该接收机将根据其接收到的信号来确定SNR和SINR的数值。这些信号包括但不限于各个通信链路的发射机发送的信号。并且，需要指出的是，在实际中，可以应用其他适合的方法来估计出上述公式所得出的SINR和SNR的数值，而不严格按照该公式来进行精确计算。这就意味着，在此步骤中，可以使用任意其他适合的方法来估计该公式表达的物理值即可。
接着，新通信链路L的接收机根据下式来计算最大可实现的SINR：
并将其反馈至新通信链路L的发射机。
在此，最大可实现的信干噪比指当L条通信链路同时工作在同一信道上时，在满足已经激活的L-1条有效通信链路的信干噪比仍然分别不小于各自原定的目标信噪比和L条通信链路施加在外部通信链路上的总干扰功率仍然不大于原定的阀限值的条件下，新通信链路L所能获得的最大信干噪比。
在本发明的另一个实施方式中，步骤6也能够与步骤4.1至步骤5同步地实施，其中，在步骤6中，重复地确定新通信链路L的最大可实现的信干噪比直至最大可实现的信干噪比稳定，并将稳定的最大可实现的信干噪比反馈至新通信链路L的发射机。
步骤7：新通信链路L的发射机将最大可实现的信干噪比与新通信链路L的目标信噪比βL进行比较，以确定新通信链路L是否接入信道。
如果：
则新通信链路L的发射机自主确定新通信链路L接入信道，新通信链路L成为激活的通信链路。反之，新通信链路L的发射机确定新通信链路L自主地停止发送信号，不接入信道并退出传输。
如果新通信链路L的发射机自主确定新通信链路L接入信道，随后依据本发明的方法将进入功率优化的间隔。
在此，由于g(βL)随着βL的增长是单调递增，因此，如果那么g(βL)≤1。这就意味着存在某个功率分配，其使得扩展后的网络满足前述的ALP的要求。随后的功率优化间隔将被用于确定适合的功率分配。
5.用于功率优化的基本分布算法(算法2)
在功率优化间隔期间，所有激活的通信链路的发射机确定各自的发射功率，以使得每条激活的通信链路的信干噪比分别不小于各自的目标信噪比βl，并且所有激活的通信链路施加在外部通信链路的所述总干扰的功率不大于外部通信链路的预定的所能够承受的来自L条链路的最大干扰功率值在该过程中，所有激活的链路(当允许接入的通信链路)可以在满足上述条件下，按照不同的系统效用目标进行功率优化。
在本发明的一个实施例中，根据文献5，将应用如下的分布式算法来获取适合的功率分配。
步骤1：设置t＝0以及pL(0)＝pL,0，每条允许接入的通信链路l(l＝1,2,…,L)以各自的发射功率发送信号。
步骤2：重复步骤2.1-2.5
步骤2.1：每条允许接入的通信链路l，l＝1,2,…,L独立地测量本地的SINRl(t)的数值，l＝1,2,…,L，并将该数值反馈至相应的发射机。
步骤2.2：每条允许接入的通信链路l，l＝1,2,…,L独立地依据下式来更新其发射功率：
步骤2.3：同时，外部通信链路的接收机根据下式测量归一化的对外干扰的功率的数值，并将其通过专属信道广播，从而该数值可以被各条允许接入的通信链路收到。
步骤2.4：每条允许接入的通信链路l(l＝1,2,…,L)的发射机根据下式分别更新其发射功率：
步骤2.5：将t设置为t＝t+2。
步骤3：重复实施步骤2.1-2.5，直至各个SINRl(t)(l＝1,2,…,L)稳定。
作为最大化最小加权的SINR(即)的最优解，上述分布式算法能够取得收敛的功率分配p#，将网络扩展到所期望的帕累托最优(Pareto optimal)点：
该状态满足了ALP的要求。
因此在此时，各个允许接入的通信链路的发射机已经被设置为适合发射功率。L条通信链路的各自的SINRl(t)将分别不小于各自原定的目标信噪比，并且满足L条通信链施加在外部通信链路上的总干扰功率仍然不大于原定的阀限值。
同样类似地，通过将在算法2中进行如下设置：也可以使用算法2来分布式地获取对于问题2的功率的最优解。
在下文，将借助于系统结构来详细介绍用于执行算法1和算法2的DISCO-SEA系统的实施方式。
1系统框图
图1示出了根据本发明的一个实施方式的分布式信道探测和序贯接入系统的系统框图。该系统包括L-1条内部激活的通信链路，由1,2,…,L-1标识，以及由L标识的内部探测通信链路(即，新通信链路)。这些通信链路在同一公共无线信道(例如，相同的时频资源)上叠加同时传输信号，与此同时，外部通信链路也叠加在同一个信道上。
1)单元1-l和单元2-l表示第l条激活的通信链路的发射机和接收机(l＝1,2,…,L-1)。单元1-l向单元2-l发送数据信号。
2)单元1-L和单元2-L表示探测通信链路L(即，新通信链路L)的发射机和接收机。单元1-L向单元2-L发送数据信号。
3)单元3和单元4表示外部通信链路的发射机和接收机。单元3向单元4发送信号。外部通信链路例如能够可以视为主通信链路(例如，宏小区)，并且期望由L条通信链路引起的总干扰小于预定的上限。
2.时间帧结构
图2示出了用于DISCO-SEA系统的时间帧结构。如图所示，一帧包括三个连续的间隔，其被用于不同的目的。每个间隔包括多个时隙，由{…,t,t+1,t+2,…}标识。能够根据功能将各个间隔分为三类。
1)探测间隔：用于分布式信道探测。在此期间，探测通信链路的发射机以恒定功率发射探测信号，而其接收机根据算法1计算最大可实现的SINR。与此同时，各个激活的通信链路通过根据算法1来更新其发射功率，以发送数据信号。在探测间隔的结束时，探测通信链路独立地做出是否接入信道的决定。
2)功率优化间隔：用于分布式功率优化，以寻找并确定对于所有允许接入的通信链路的最优的功率分配方案。在此期间，所有允许接入的通信链路通过根据算法2来更新其发射功率，以发送数据信号。在功率优化间隔的结束时，所有允许接入的通信链路能够自主地到达适合的功率配置来满足ALP的非侵入性的条件。
3)常规间隔：所有允许的通信链路在此期间发送信号，而不再更新发射功率。
如图2所示，系统以序贯的顺序将尽可能多的通信链路加至同一信道中。
3.信道配置
图3示出了用于DISCO-SEA系统的信道配置示意图。除了用于数据传输的公共无线信道，还将设置如下两种信道：
1)单元14-l表示从第l条通信链路的接收机至第l条通信链路的发射机的反馈信道。该反馈信道仅用于第l条通信链路，并且可以用于返回本地SINR的数值，本地归一化噪声功率值，对于新通信链路的最大可实现SINR等。
2)单元15表示用于传输数据的公共无线信道，其以叠加的方式由激活的无线网络和外部通信链路共享。内部通信链路通过其传输数据信号和探测信号。
3)单元16表示用于从单元4广播归一化的对外干扰功率值的专属信道。所有内部通信链路的接收机和发射机能够从该信道获取归一化的对外干扰的数值。
4.功能模块
图4示出了用于DISCO-SEA系统的基本功能模块。为了实施算法1和2，系统例如需要如下功能模块。
1)单元5表示功率放大器，其包含在每个内部通信链路的发射机中。该功率放大器能够根据来自单元6的输入来调节发射功率的大小。
2)单元6表示功率更新器，其包含在每个内部通信链路的发射机中。功率更新器被设计为根据单元7做出的接入决定和当前间隔的类型来实施功率更新。功率更新器将发射功率值输入至单元5。在本发明的一个实施例中，功率更新器的输出值可以例如如下：
大小为PL的恒定值：用于在探测间隔期间的探测通信链路；
零值：其可以作为指令用于指示探测通信链路在探测间隔结束之后退出；
根据等式(14)计算的值pl(t+1)：其用于在探测间隔期间根据算法1计算的激活的通信链路；
根据等式(17)计算的值pl(t+1)：其用于在功率优化间隔期间根据算法2计算的所有允许的通信链路；
根据等式(19)计算的值pl(t+2)：其用于在功率优化间隔期间根据2计算的所有允许的通信链路。
3)单元7表示接入控制器，其包含在每个内部通信链路的发射机中。接入控制器被设计为根据等式(16)独立地做出是否接入信道的决定，并且通过其输出来独立地控制功率更新器的实施模式。例如，其输出的值能够为以下中一项：
“探测”：用于探测间隔的开始处的探测通信链路；
“接入”：用于当等式(16)的条件满足时的探测间隔结束处的探测通信链路；
“退出”：用于当等式(16)的条件不满足时的探测间隔结束处的探测通信链路。
4)单元8表示用于存储本地目标SINRβl的存储器。该存储器包含在每条内部通信链路的发射机中，其将值输出至单元6和7。
5)单元9表示用于估计本地SINR的估计装置，其包含在每条内部通信链路的接收机中。该估计装置用于基于接收的信号估计SINRl(t)的数值，并将估计的结果经由反馈信道单元14-l输出至单元12或单元6。
6)单元10表示用于估计本地SNR的估计装置，其包含在每条内部通信链路的接收机中。该估计装置用于基于接收的信号估计SNRl的数值，并将估计的结果输出至单元12。
7)单元11表示用于估计归一化的噪声功率的估计装置，其包含在每条内部通信链路的接收机中。该估计装置用于基于接收的信号来估计的数值，并在探测间隔期间将估计的数值经由反馈信道单元14-l输出至单元6。
8)单元12表示用于计算新通信链路的最大可实现SINR的计算装置。该计算装置包含在每条内部通信链路的接收机中。该计算装置被设置为在探测间隔期间根据来自单元9、10和16的输入来计算根据算法1的等式(15)。该计算装置在探测间隔期间经由反馈信道单元14-l将最大可实现SINR的结果输出给单元7。
9)单元13表示用于估计由内部通信链路引起的对外部通信链路的归一化的对外干扰功率值的估计装置。该估计装置包含在外部通信链路的接收机中。该估计装置被设置为根据算法1和2估计的数值，并将该数值通过专属广播信道单元16广播估计值。
5.在探测间隔期间实施分布式信道探测和序贯接入的过程
图5示出了根据本发明的一个实施方式的在探测间隔期间实施分布式信道探测和序贯接入的过程示意图。下面描述了在探测间隔期间的详细过程：
1)在探测间隔的开端，将t设置为t＝0。
对于探测通信链路的单元1-L：接入控制器单元7将“探测”指令输入值功率更新器单元6。随后，在整个探测间隔期间，单元6将恒定的发射功率值PL输出至单元5。因此，单元1-L在探测间隔期间以pL(t)＝PL的功率大小发送探测信号，其中探测信号例如能够用于估计SINR和SNR的预定序列，或者也能够携带一些基本的信息，例如节点标识。
对于每条激活的通信链路的单元1-l，l＝1,2,…,L-1：接入控制器单元7将“接入”指令输入功率更新器单元6，而单元8将本地目标SINRβl输入至单元6。在探测间隔的开端，各条激活的通信链路的发射机以初始功率pl(0)发送数据信号。
对于每条激活的通信链路的单元2-l，l＝1,2,…,L-1：单元11估计归一化的噪声功率的数值，并将其通过反馈信道单元14-l将结果发送至单元1-l中的单元6。
2)在探测间隔期间的迭代过程：对于时隙t
对于每条激活的通信链路的单元2-l，l＝1,2,…,L-1：单元9估计本地SINRl(t)的数值，并将该数值通过反馈信道单元14-l反馈给发射机。
对于外部通信链路的单元4：单元13估计归一化的对外干扰的功率的数值：
并将上述数值通过单元16进行广播。
对于每条激活的通信链路的单元1-l，l＝1,2,…,L-1：单元1-l通过侦听广播信道单元16和反馈信道单元14-l来获取的数值和SINRl(t)的数值。这个值被输入至单元6，单元6根据下式计算更新的发射功率的大小：
并且，将更新后的结果输出给单元5。由此，单元1-l将以更新后的发射功率来发送数据信号。
将t设置为t＝t+1，直至SINRl(t)(l＝1,2,…,L)收敛至稳定值。
3)在探测间隔的结束时：
对于探测通信链路的单元2-L：单元2-L通过侦听广播信道单元16来获取的数值。单元2-L的单元9和10分别估计本地SINR和SNR的数值。这些值将被输入至单元12。单元12将根据下式来计算最大可实现的SINR，并将该值通过反馈信道单元14-L反馈给发射机。
对于探测通信链路的单元1-L：单元1-L通过侦听反馈信道单元14-L来获取的值，然后将输入至单元7。在此，单元7也从单元8获取本地目标SINRβL。单元7将与目标SINRβL进行比较。如果则单元7将指令“接入”输入至单元6，并且通信链路L被允许接入，将自动进入功率优化间隔。否则，单元7将“退出”指令输出给单元6，接着单元6将向单元5输出零值的指令。因此，新通信链路L将静默退出。
6.在功率优化间隔期间的算法2的过程
图6示出了根据本发明的一个实施方式的在功率优化间隔期间实施分布式功率优化的过程示意图。下面将详述在功率优化间隔期间的详细过程：
1)在功率优化间隔的开端：
对于每条允许接入的通信链路(l＝1,2,…,L)的单元1-l：单元1-l的接入控制器单元7将指令“接入”输出至单元6。单元8也将本地目标SINRβl的值输出至单元6。单元1-l以初始功率量pl(0)发送信号。
2)在功率优化间隔期间的迭代过程：
对于每条允许接入的通信链路的单元2-l,l＝1,2,…,L：在时隙t时，单元9估计本地SINRl(t)的数值，并且将该数值通过反馈信道单元14-l反馈回相应的发射机。
对于每条允许接入的通信链路的单元1-l,l＝1,2,…,L：通过侦听反馈信道单元14-l来获取SINRl(t)的数值，并且将该数值反馈至单元6，单元6根据下式来计算更新的发射功率：
对于外部通信链路的单元4：在时隙t+1时，单元13估计归一化的对外干扰的功率值，并将该数值通过单元16广播：
对于每条允许接入的通信链路的单元1-l,l＝1,2,…,L：在时隙t+1时，该单元通过侦听广播信道16来获取的数值，并且将该数值输入至单元6，单元6将根据下式来计算更新的发射功率的大小，并且将其输出至单元5：
因而，单元1-l以更新的发射功率在时隙t+2时将数据信号发送给相应的接收单元。
将t设置为t＝t+2，直至各个SINRl(t)(l＝1,2,…,L)稳定。
下面通过仿真经由DISCO-SEA系统进行的网络扩展来验证了本发明的优点。
1.仿真建立：
图1示出了仿真的共存的场景，其具有四条内部(激活的)通信链路和一条外部通信链路。在表1中给出了详细的仿真参数。在仿真实验中，通信链路序贯接入如图2所示的公共无线信道。并没有限定和固定探测间隔和功率优化间隔，以便能够观察所提出的算法的收敛效果。数值仿真结果记录了SINR、归一化的对外干扰功率和发射功率的演变过程。
表1仿真参数
2.仿真结果
表2在ALP约束下的最大可实现SINR
表2给出用于这种序贯接入网络的最大可实现SINR的仿真结果。能够验证这就意味着DISCO-SEA系统实施的分布式信道探测过程能够精确地预测新通信链路能够被具有ALP的激活的网络容纳情况下的最大可实现SINR。随着网络的扩展，最大可实现SINR将降低。因此，通信链路4的最大可实现SINR小于其目标SINR。在仿真实验中，通信链路4被允许以而不是目标SINR接入公共信道。另一方面，通信链路1，2，3能够以其目标SINR来接入公共信道，因此其都分别小于相应的最大可实现SINR。
图7示出了SINR和归一化的对外干扰的演变过程。在图8中示出发射功率的相应的演变过程。左起第一个和第三个圆圈用于指示探测间隔，左起第二个和第四个圆圈用于指示功率优化间隔。在图7中，通信链路3探测由通信链路1和2组成的激活的网络，并且预测由于通信链路3自主地被允许并且进入功率优化间隔。在分布式的功率优化的过程之后，通信链路1，2和3将获得可行的功率分配方案，以实现各自的真实的SINR分别大于其目标SINR，并且使得对外干扰位于预定的上限之下。由于通信链路4自主地以接入并且进入功率优化间隔。在分布式功率优化过程之后，网络达到临界点，在此，通信链路1，2和3取得的SINR分别到达其目标SINR，而通信链路4取得的真实SINR等于
在探测间隔，激活的通信链路和探测通信链路的SINR(至少按几何级数地)快速收敛至最优条件等式(5)的解。也能够以理论的方式证明SINR收敛(在此为简明起见而省略)，即使对于极端的情形也收敛：
因此，各个通信链路能够鲁棒性地在其SINR收敛至稳定时暂停功率更新的迭代过程。
需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。
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Claims (15)
1.一种进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中存在L-1条激活的通信链路，L≥2，每条激活的通信链路l，l＝1,2,…,L-1，分别具有与其相关联的一对发射机和接收机，每个发射机按照各自的发送功率同时在所述信道上发送信号，并且，新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，所述新通信链路L具有与其相关联的第一发射机和第一接收机，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的第二发射机和第二接收机，所述方法包括:
(S1)每条激活的通信链路l的发射机在t时刻分别以各自的发射功率pl(t)，l＝1,2,…,L-1，向对应的接收机发送信号；
(S2)所述新通信链路L的第一发射机以恒定发射功率pL(t)＝PL向所述第一接收机连续地发送探测信号；
(S3)每条激活的通信链路l的接收机分别确定所述激活的通信链路l的归一化的噪声功率的数值，并将该的数值反馈至所述发射机，其中nl，l＝1,2,…,L-1，表示所述激活的通信链路l的背景噪声的功率，所述激活的通信链路l的所述背景噪声除了所述激活的通信链路l的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,Gll表示从所述激活的通信链路l的发射机至接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1；
(S4)在t时刻，所述每条激活的通信链路l的接收机分别确定所述激活的通信链路l的信干噪比的数值，并且将该信干噪比SINRl(t)的数值反馈至所述发射机，其中Glk表示从激活的通信链路k的发射机到激活的通信链路l的接收机的信道的增益，k,l＝1,2,…,L-1,当k＝L时，Glk＝GlL，其表示从所述新通信链路L的发射机到所述激活的通信链路l的接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1，pk(t)表示激活的通信链路k在t时刻的发射机的发射功率；
(S5)在t时刻，所述外部通信链路的所述第二接收机确定归一化的对外干扰的功率的数值，并将所述归一化的对外干扰的功率的数值广播至所述每条激活的通信链路l的发射机和所述新通信链路L的第一接收机，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
(S6)在t时刻，所述每条激活的通信链路l的发射机基于所述归一化的噪声功率的数值、所述归一化的对外干扰的功率的数值、所述信干噪比SINRl(t)的数值和所述每条激活的通信链路l的目标信噪比βl来更新所述发射机的在下一个时刻t+1的发射功率pl(t+1)，并在时刻t+1以经更新的发射功率pl(t+1)向所述对应的接收机发送所述信号；
(S7)所述每条激活的通信链路l按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤(S4)至所述步骤(S6)直至所述信干噪比SINRl(t)的数值稳定；
(S8)所述新通信链路L的所述第一接收机确定所述新通信链路L的信干噪比的数值和信噪比的数值，其中，nL表示所述新通信链路L的背景噪声的功率，所述新通信链路L的所述背景噪声除了所述新通信链路L的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,GLL表示从所述新通信链路L的第一发射机至第一接收机的信道的增益，其中GLk表示从所述激活的通信链路k的发射机到所述新通信链路L的第一接收机的信道的增益,k＝1,2,…,L-1；并基于所述信干噪比SINRL(t)的数值、所述信噪比SNRL的数值和所述归一化的对外干扰的功率的数值来确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比并将其反馈至所述新通信链路L的所述第一发射机；以及
(S9)所述新通信链路L的所述第一发射机将所述最大可实现的信干噪比与所述新通信链路L的目标信噪比βL进行比较，以确定所述新通信链路L是否接入所述信道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(S5)中，所述外部通信链路的所述第二接收机在t时刻，根据下式来确定所述归一化的对外干扰的功率的数值：
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其中，表示所述外部通信链路的预定的所能够承受的来自L条链路的最大干扰功率值，wL-＝[w1 w2 … wL-1]T，wl，l＝1,2,…,L-1，表示从所述激活的通信链路l的发射机至所述外部通信链路的第二接收机的信道增益，pL-(t)＝[p1(t) p2(t) … pL-1(t)]T，pl(t)，l＝1,2,…,L-1，表示所述激活的通信链路l在t时刻的发射机的发射功率，wL表示从所述新通信链路L的第一发射机至所述外部通信链路的第二接收机的信道增益，pL(t)表示所述新通信链路L的第一发射机的恒定发射功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(S6)中，所述每条激活的通信链路l的发射机根据下式来更新所述发射机在t+1时刻的发射功率pl(t+1)：
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4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(S8)中，所述新通信链路L的所述第一接收机根据下式来确定所述通信新链路L的最大可实现的信干噪比
<mrow>
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5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(S4)至所述步骤(S7)同步地实施，并且所述步骤(S8)也能够与所述步骤(S4)至所述步骤(S7)同步地实施，其中，在所述步骤(S8)中，重复地确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比直至所述最大可实现的信干噪比稳定，并将稳定的最大可实现的信干噪比反馈至所述新通信链路L的发射机。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(S9)进一步包括：当所述最大可实现的信干噪比不小于所述新通信链路L的目标信噪比βL时，所述第一发射机自主确定所述新通信链路L接入所述信道，所述新通信链路L成为激活的通信链路；当所述最大可实现的信干噪比小于所述新通信链路L的目标信噪比βL时，所述第一发射机确定所述新通信链路L自主地停止发送信号，不接入所述信道并退出传输。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述新通信链路L成为激活的通信链路时，所述方法还包括如下步骤：
(S10)所有激活的通信链路的发射机确定各自的发射功率，以使得每条激活的通信链路的信干噪比分别不小于各自的目标信噪比βl，并且所有激活的通信链路施加在所述外部通信链路的所述总干扰的功率不大于所述外部通信链路的预定的所能够承受的来自L条链路的最大干扰功率值
8.一种在信道中同时存在的L-1，L≥2，条激活的通信链路的发射机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，每条激活的通信链路l，l＝1,2,…,L-1，分别具有与其相关联的一对发射机和接收机，并且新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在同一所述信道上传输信号，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的发射机和接收机，所述方法包括:
A1.以发射功率pl(t)向所述激活的通信链路l的接收机发送信号；
A2.从所述激活的通信链路l的接收机接收反馈回来的所述激活的通信链路l的归一化的噪声功率的数值，其中nl表示所述激活的通信链路l的背景噪声的功率，所述背景噪声除了所述激活的通信链路l的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,Gll表示从所述激活的通信链路l的接收机至发射机的信道的增益；
A3.从所述激活的通信链路l的接收机接收反馈回来的所述激活的通信链路l的信干噪比的数值，其中Glk表示从激活的通信链路k的发射机到激活的通信链路l的接收机的信道的增益，k,l＝1,2,…,L-1，当k＝L时，Glk＝GlL，其表示从所述新通信链路L的发射机到所述激活的通信链路l的接收机的信道的增益，l＝1,2,…,L-1，pk(t)表示激活的通信链路k在t时刻的发射机的发射功率；
A4.从所述外部通信链路的接收机接收广播出来的归一化的对外干扰的功率值其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
A5.基于所述归一化的噪声功率的数值、所述归一化的对外干扰的功率的数值、所述信干噪比SINRl(t)的数值和所述激活的通信链路l的目标信噪比βl来更新所述发射机在下一个时刻的发射功率pl(t+1)，并以经更新的发射功率pl(t+1)向所述激活的通信链路l的接收机发送所述信号；以及
A6.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤A3至所述步骤A5直至所述信干噪比SINRl(t)的数值稳定。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤A5中，根据下式来更新所述发射机在下一个时刻的发射功率：
<mrow>
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<mo>,</mo>
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</mrow>
10.一种在新通信链路L的发射机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的链路，L≥2，并且所述新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的链路同时在所述信道上传输信号，所述方法包括:
B1.以恒定发射功率pL(t)＝PL向所述新通信链路L的接收机连续地发送探测信号；
B2.从所述接收机接收反馈回来的所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比以及
B3.将所述最大可实现的信干噪比与所述新通信链路L的目标信噪比βL比较，以确定是否将所述新通信链路L接入所述信道，所述步骤B3进一步包括：当所述最大可实现的信干噪比不小于所述新通信链路L的目标信噪比βL时，自主确定所述新通信链路L接入所述信道，所述新通信链路L成为激活的通信链路；当所述最大可实现的信干噪比小于所述新通信链路L的目标信噪比βL时，确定所述新通信链路L自主地停止发送信号，不接入所述信道并退出传输。
11.一种在新通信链路L的接收机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的通信链路，L≥2，并且所述新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，在所述信道中还存在外部通信链路，所述外部通信链路具有与其相关联的发射机和接收机，所述方法包括:
C1.从所述新通信链路L的发射机接收探测信号，并确定所述新通信链路L的信噪比的数值，其中nL表示所述新通信链路L的背景噪声的功率，所述背景噪声除了所述新通信链路L的接收机热噪声之外还包括了除来自L条通信链路以外的其他干扰,GLL表示从所述新通信链路L的发射机至接收机的信道的增益，pL(t)＝PL，表示所述新通信链路L的发射机的恒定发射功率；
C2.从所述新通信链路L的发射机接收探测信号，并确定所述新通信链路L的信干噪比的数值，其中，GLk表示从激活的通信链路k的发射机到所述新通信链路L的接收机的信道的增益,k＝1,2,…,L-1，并从所述外部通信链路的接收机接收广播出来的归一化的对外干扰的功率的数值，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰，pk(t)表示激活的通信链路k在t时刻的发射机的发射功率；
C3.基于所述信干噪比SINRL(t)的数值、所述信噪比SNRL的数值和所述归一化的对外干扰的功率的数值来确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比以及
C4.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤C2和所述步骤C3，直至最大可实现的信干噪比稳定，并将稳定的最大可实现的信干噪比反馈至所述新通信链路L的发射机。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤C3中，根据下式来确定所述新通信链路L的最大可实现的信干噪比
<mrow>
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<mi>&beta;</mi>
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<mo>*</mo>
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<mi>SNR</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
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</mfrac>
</mrow>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
13.一种在外部通信链路的接收机中协助进行分布式信道探测的方法，其中，在所述信道中同时存在L-1条激活的通信链路，L≥2，并且新通信链路L试图接入所述信道，以与所述L-1条激活的通信链路同时在所述信道上传输信号，所述方法包括：
D1.确定归一化的对外干扰的功率的数值，其中所述对外干扰是由所述L-1条激活的通信链路和所述新通信链路L共同引起的对所述外部通信链路的总干扰；
D2.将所述归一化的干扰功率的数值广播至每条激活的通信链路l的发射机和所述新通信链路L的接收机；以及
D3.按照t＝t+1方式迭代地重复实施所述步骤D1和所述步骤D2，直至所述激活的通信链路l的信干噪比SINRl(t)的数值稳定或者所述归一化的对外干扰的功率的数值稳定。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤D1中，根据下式来确定所述归一化的对外干扰的功率的数值：
<mrow>
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<mi>P</mi>
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其中，表示所述外部通信链路的所能够承受的来自L条通信链路的最大干扰功率值，wL-＝[w1 w2 … wL-1]T，wl，l＝1,2,…,L-1，表示从所述激活的通信链路l的发射机至所述外部通信链路的接收机的信道增益，pL-(t)＝[p1(t) p2(t) … pL-1(t)]T，pl(t)，l＝1,2,…,L-1，表示所述激活的通信链路l在t时刻的发射机的发射功率，wL表示从所述新通信链路L的发射机至所述外部通信链路的接收机的信道增益，pL(t)表示所述新通信链路L的发射机的恒定发射功率。
15.一种根据权利要求1至7中任一项所述的方法来将多条新通信链路依次序贯接入信道中的方法，其中，每当一条新通信链路试图接入所述信道，以与所有已激活的通信链路同时在所述信道上传输信号时，实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法，直至所述信道不再能够扩展所述新通信链路。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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