CN105246141B - 基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法。本发明包括：获取各个用户位置信息，利用模型计算每个链路损耗值，初始化各个用户发射功率值；计算主用户接收端的信干噪比值并判断是否在合理范围内；求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时的该D2D链路中次级用户的理论发射功率值；计算最优发射功率以及根据对主用户接收端信干噪比的判断进行迭代运算。本发明充分考虑了多个次级用户链路协调共存问题，通过对各个次级用户进行合理地功率控制，使得由次级用户链路组成的系统的总吞吐量达到最大，可以进一步提升由次级用户链路组成的系统的容量。

Description

基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法

技术领域

本发明属于无线通信认知无线电技术领域，具体涉及一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法。

背景技术

当前无线通信领域频谱资源紧缺成为制约无线通信发展的主要因素之一，认知无线电技术的出现能够有效缓解这种局面。

在认知无线电的关键技术中，频谱感知对设备的感知能力要求非常苛刻，另外即便是认知设备拥有很强的频谱感知能力也无法避免一些由阴影带来的如隐藏终端等问题。因此，频谱感知无法很好地保证授权用户的通信。

而地理频谱数据库技术相比频谱感知技术更为可行，原因是地理频谱数据库技术弥补了单纯地频谱感知带来的不足，它能够为认知设备提供准确的空闲频谱信息以及对应的允许发射功率。

在现有的有关地理频谱数据库的研究中，为协调次级用户链路与主用户网络的共存，避免对授权用户的干扰超过容限，一些文献中采用了参考几何模型来解决主接收用户的相同信道以及邻近信道的干扰问题，不同于以往不同信道间不会产生干扰的假设。在此基础上，这些工作考虑了多个次级用户链路对主接收用户产生的相同信道和邻近信道的叠加干扰，并由接入点对次级用户的功率加以控制。然而这些工作并没有将多个次级用户链路间的协调和共存考虑在内，因为如果将多个次级用户链路间的协调和共存考虑在内，会使得对次级用户的功率控制变得更为复杂，在这种情况下如果没有合理的机制来协调各次级用户链路间的干扰问题，会造成通信质量下降，以至于每个用户可能都无法获得满意的通信效益，造成频谱资源的进一步浪费。现有技术中一种解决多个次级用户链路协调共存的方法是使工作在相同信道的次级用户链路在不同的时隙占用信道，即采用TDMA的方式占用相同的信道资源，可以有效地协调次级用户链路间通信。这种方式简便直观，但每一个时刻只允许单独的链路工作，且需要时间上的精准同步，而如果每一个时刻可以允许多个链路同时工作，并且如果考虑用户在空间上的分布情况，则有些频谱资源仍然可以复用，可以进一步提升由次级用户链路组成的系统的容量。

发明内容

本发明提出一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，充分考虑了多个次级用户链路协调共存问题，通过对各个次级用户进行合理地功率控制，使得由次级用户链路组成的系统的总吞吐量达到最大，可以进一步提升由次级用户链路组成的系统的容量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，包括以下步骤：

步骤一：接入点获取各个次级用户的位置信息，并根据次级用户的位置信息从地理频谱数据库获得可用的信道资源并分配给各对D2D链路，使用传播模型计算各个用户之间的链路损耗值；初始化各个次级用户的发射功率值；

步骤二：计算主用户接收端信干噪比值，并判断主用户接收端信干噪比值是否在合理范围内，如果在合理范围内则继续步骤3，如果不在合理范围内，则调整各个次级用户的发射功率值，使主用户接收端信干噪比值在合理范围内；

步骤三：求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时，各D2D链路中次级用户的理论发射功率值；

步骤四：在步骤三计算的理论功率与次级用户接收端所需功率二者中选择较大的值作为次级用户初步的合理发射功率值，然后在次级用户初步的合理发射功率值与最大功率值P_max中选择较小的值作为最终的最优发射功率值；返回步骤2进行迭代运算，当所有D2D链路组成的系统的总吞吐量趋于稳定、各用户的发射功率稳定在一定水平后，将对应的各个次级用户最终的最优发射功率值作为允许的发射功率由接入点配置给各个次级用户。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明基于地理频谱数据库技术，通过中心灵活控制各次级用户，配合提出的迭代算法简单高效；(2)本发明在考虑了主接收用户干扰受限的同时，为更结合实际情形也分析了各次级用户间的干扰，既考虑了相同信道间的叠加干扰，也不失一般性的考虑了邻近信道间的叠加干扰；(3)本发明中多个D2D链路能够同时工作且不会影响到主接收用户和其他D2D链路的用户正常接收信号，优化发射功率使系统的吞吐量最大化，在吞吐量性能上相比TDMA方法有一定提升。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明步骤三原理中优化问题的可行域；

图3为本发明仿真实验迭代过程中主用户接收端的信干噪比变化趋势；

图4为本发明仿真实验采用与主用户相同信道情况下系统吞吐量的变化趋势以及与TDMA方式的对比图；

图5为本发明仿真实验采用与主用户相同信道情况下各次级用户的发射功率随迭代运算的变化趋势；

图6为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下多个D2D链路组成的系统吞吐量的变化趋势；

图7为本发明仿真实验多个D2D链路组成的系统的吞吐量随不同D2D链路数目变化的趋势；

图8为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下D2D链路数目为4时各次级用户发射功率变化趋势。

图9为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下D2D链路数目为8时各次级用户发射功率变化趋势。

具体实施方式

本发明基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，如图1所示，包括以下步骤：1、获取各个用户位置信息，利用模型计算每个链路损耗值，初始化各个用户发射功率值；2、计算主用户接收端的信干噪比值并判断是否在合理范围内；3、求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时的该D2D链路中次级用户的理论发射功率值；4、计算最优发射功率以及根据对主用户接收端信干噪比的判断进行迭代运算。各步骤具体如下：

步骤1.接入点获取各个次级用户的位置信息，并根据次级用户的位置信息从地理频谱数据库获得可用的信道资源并分配给各对D2D链路，使用传播模型计算各个用户之间的链路损耗值，包括各次级用户之间以及各次级用户到主用户之间的链路损耗值；初始化各个次级用户的发射功率值。

在本步骤中，主用户的位置信息是提前已知的，可以在地理频谱数据库中直接获得，而次级用户设备在发射信号之前需要通过控制信道向接入点发起请求，并向接入点上报自己的位置信息。

本发明利用自由空间链路损耗模型得到各个用户之间的的链路损耗值G，计算方法如公式(1)所示，

G＝20log(d)+20log(f_c)-147.55 (1)

式(1)中，f_c是各个用户发射信号的频率，d是各个用户之间的距离，包括各次级用户之间以及各次级用户到主用户之间的距离，d的计算方法如公式(2)所示，

式(2)中，(x₁,y₁)和(x₂,y₂)是各用户位置信息对应到地理频谱数据库中的平面坐标下的坐标位置。

本发明假设有m个D2D链路，在依次接入后通过接入点从地理频谱数据库中获得可用的信道，所有这些信道的集合为CH_idle。

对各个次级用户的发射功率赋初始值，用集合表示初始发射功率值，x_m表示次级用户所在的信道，表示工作在信道x_m上的第m个D2D链路中的第一个次级用户的初始发射功率值，表示工作在信道x_m上的第m个D2D链路中的第二个次级用户的初始发射功率值。

当多个邻近D2D链路在短时间内依次发起请求，接入点在从地理频谱数据库获得可用的信道资源分配给各个D2D链路后需要通过功率控制综合考虑不同链路间以及对主用户干扰的影响。

步骤2.计算主用户接收端信干噪比值，并判断主用户接收端信干噪比值是否在合理范围内，如果在合理范围内则继续步骤3，如果不在合理范围内，则需要调整各个次级用户的发射功率值，直到主用户接收端信干噪比值在合理范围内。

步骤2中所述计算主用户接收端信干噪比值的过程为：

步骤2.1、计算各个D2D链路的发射信号对主用户的干扰强度：

对任意第i(1≤i≤m)个D2D链路使用的信道x_i∈CH_idle，假设次级用户发射的信号频率为主用户所在的信道为a，第i个D2D链路对主用户产生的等效的相同信道干扰强度为I_pr,i，则I_pr,i计算方法如公式(3)所示，

式(3)中，和分别是第i个D2D链路中两个次级用户的初始发射功率值，和分别为第i个D2D链路中两个次级用户发射的干扰信号到主用户的链路损耗，为邻道干扰系数，的定义如公式(4)所示

式(4)中，是第i个D2D链路所在信道x_i的频率和主用户所在信道a的频率的间隔，当Δf＝0时，为相同的信道，γ(Δf)表示在距主用户或者次级用户所在信道频差为Δf的邻近信道时，主用户或者次级用户接收端所需的最低信干噪比值。

步骤2.2、计算主用户承受的所有次级用户叠加干扰后的干扰强度总和：

考虑m个D2D链路同时工作时，假设主用户承受的所有次级用户叠加干扰后的等效的相同信道干扰强度总和为I_pr，则I_pr的计算方法如公式(5)所示，

3、计算主用户接收端信干噪比值：

假设在主用户接收端的信号功率为所需的最低值P_DTV，则主用户接收端处的信干噪比值为其中为噪声的功率。

步骤2中所述判断主用户接收端信干噪比值是否在合适范围内的判断方式如公式(6)所示

公式(6)中，α₁＝α+SM，SM是保护主用户的安全界限，保护主用户不受突发性干扰的影响，α₂是设定的主用户接收端信干噪比值的上界，可以依照实际情况进行调整，但必须满足α₂≥α₁。

若主用户接收端信干噪比值满足公式(6)，则认为其在合理范围内；

若主用户接收端信干噪比值不满足公式(6)，则认为其不在合理范围内。此时，如果 即当主用户接收端信干噪比值小于其所需最低信干噪比值，无法保证主用户正常工作，需要减小各次级用户的发射功率，降低对主用户的干扰；此时，如果即主用户接收端的信干噪比值较大，可以适当地将其转变为次级用户利用频谱的机会，则可以允许次级用户适度地增大功率，只要使主用户接收端的信干噪比值限定在如(6)式所示的合适范围内即可。

因此，如果主用户接收端的信干噪比值不满足(6)式的条件，都需对各次级用户的功率进行调整。若信干噪比值较大时，等步长增大次级用户功率值，若信干噪比值较小时，则等步长减小次级用户功率值，直至主用户接收端信干噪比值在合适范围内。

步骤3.求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时，各D2D链路中次级用户的理论发射功率值。

在本步骤中，以吞吐量C为目标，优化各个D2D链路次级用户的发射功率，使每个D2D链路的吞吐量达到当前所受到的来自其他链路的干扰条件下的最大值。在所受到的来自其他链路的干扰一定的情况下，获得使D2D链路i吞吐量最大时其链路两个次级用户的理论发射功率的计算如公式(7)所示，

本步骤中公式(7)的推导过程为：

步骤3.1、计算各个D2D链路中的次级用户受到的来自其他链路用户的叠加干扰：

与主用户受到多个次级用户叠加干扰的情况类似，考虑任意第i个D2D链路中的次级用户受到其他链路的次级用户发射信号的叠加干扰的计算如公式(8)所示，

式(8)中，x_j∈CH_idle，和表示第j个链路中的用户对第i个链路中的两个次级用户对第i个链路中第一个用户干扰信号的链路损耗值，和表示第j个链路中的两个次级用户对第i个链路中第二个用户干扰信号的路径损耗值。

步骤3.2、各个链路中次级用户接收端处信干噪比值应满足的条件：

在第i个D2D链路中，各个用户接收到的信号功率分别为和若要保证次级用户正常通信，则在次级用户接收机处的信干噪比值不能低于使其能够正常工作的最低值β，即次级用户接收机处接收到的信号的信干噪比应满足公式(9)中的条件，

式(9)中，有为D2D链路i中的发射用户与接收用户之间的信号链路损耗。

对公式(9)进行简单变换获得公式(10)，

步骤3.3、主用户接收端处信干噪比应满足的条件：

主用户接收端处的信干噪比应满足如公式(6)中所示的条件，但其中最重要条件的是该公式的右半部分，其保证了主用户不被干扰到正常通信，如公式(11)所示，

将公式(5)带入公式(11)中，简单变换得到公式(12)，

进一步，将公式(12)进行简单变换得到公式(13)，

和分别为第i个D2D链路中第一个次级用户发射的干扰信号到主用户的链路损耗和第二个次级用户发射的干扰信号到主用户的链路损耗；

步骤3.4、构造目标函数：

将第i个D2D链路的吞吐量记为C_i，则由所有D2D链路组成的系统的总吞吐量为C，其计算方式如公式(14)所示，

在优化问题中，将通过使每个链路获得最大的吞吐量从而使系统总的吞吐量达到最大。

以各个链路的吞吐量为优化目标，在计算得到各个用户接收端的信干噪比后，根据香农公式，可知D2D链路i的吞吐量计算如公式(15)所示，将公式(15)作为目标函数。

式(15)中，B是信道的带宽。

步骤3.5、构造优化问题，求解使吞吐量最大的理论值：

首先，对于第i个D2D链路，在受到干扰一定的情况下，通过设定合适的发射功率和使得自身D2D链路i的吞吐量最大化，且设定合适的发射功率和应当满足公式(10)和(13)。

将目标函数视为变量和的函数综合以上步骤1至4给出的条件以及目标函数，优化问题可写为如(16)所示的形式，

其次，上式(16)的优化问题的可行域如图2所示，即和只允许在该阴影范围内取值。两条竖直和水平的直线和分别是为保证次级用户正常通信的界限，即不能小于次级用户接收端所需的最低信干噪比。而与两条直线相交的斜线则是为了保证主用户的正常通信的界限。

目标函数为在该闭合区域内 的凸函数，连续且可偏导，但是在闭合区域内没有驻点。是关于和的增函 数，故最大值C_imax在边界上取得，此时问题转化为求解目标函数在给定直线上的最大值。在 图2的斜边直线时，将用表示，如公式(17)所示，

对目标函数求关于的偏导数，并令其等于0，求导过程如公式(18)所示，

式(18)中，将其带入上式中，可以解得使吞吐量C_i最大的理论功率值，计算公式如公式(19)所示：

步骤4.计算合理的最优发射功率值以及主用户接收端信干噪比判断。

在本步骤中，已知由步骤3得到使吞吐量达到最大的各次级用户的理论发射功率，该功率值可能会超过设备的最大发射功率值，也有可能使各次级接收用户无法满足所需的最低信干噪比。因此需要进一步判断对步骤3解得的各次级用户的理论发射功率是否超过设备的最大发射功率值、是否低于各次级接收用户所需的最低信干噪比值，从而得出合理的各次级用户最优发射功率值。然后，在所有D2D链路的次级用户完成合理的最优发射功率值的计算后，返回步骤2判断各次级用户对主用户的干扰情况，即判断主用户接收端的信干噪比值值是否在合理范围内。若主用户接收端的信干噪比值在合理范围内，则继续步骤3，若主用户接收端的信干噪比值不在合理范围内，则按照步骤2中的要求对次级用户功率进行调整，继续步骤3。如此经若干次迭代后，由所有D2D链路组成的系统的总吞吐量趋于稳定，各用户的发射功率也相应稳定在一定水平，将此时对应的各个次级用户合理的最优发射功率值作为允许的发射功率由接入点配置给各个次级用户，能够保证各个D2D链路间的协调共存，且不会影响到主用户的正常通信。

本步骤中的获得各次级用户最优发射功率值的过程为：

首先，步骤3计算得到的理论功率和必须满足使次级用户接收端的信干噪值比大于所需的最低信干噪比值。由公式(10)可知，第i个D2D链路的两个次级用户达到所需最低信干噪比值时的功率值分别为和将步骤3计算得到的理论功率值与次级用户接收端所需最低信干噪比值时的功率值进行比较，如果步骤3计算得到的理论功率和大于或等于次级用户接收端所需最低信干噪比值时的功率值，则将该理论功率值作为最终的次级用户合理的最优发射功率值，如果步骤3计算得到的理论功率和小于次级用户接收端所需最低信干噪比值时的功率值，则将次级用户接收端所需最低信干噪比值时的功率值作为初步的次级用户合理发射功率值。简而言之，就是选择计算的理论功率与次级用户接收端所需信干噪比值时的功率二者中较大的那一个作为次级用户初步的合理发射功率值，具体计算的公式如公式(20)所示

其次，次级用户的设备都有最大的功率限制，即不可能超过最大功率值P_max，将公式(20)得到的初步合理发射功率值和与最大功率值P_max进行比较，如果和 小于或等于最大功率值，则保持和的值作为最终的最优发射功率值，如果和大于最大功率值，则用最大功率值P_max替换和的值作为最终的最优发射功率值。简而言之，就是选择和与最大功率值P_max中较小的那一个作为最终的最优发射功率值，具体的计算公式如公式(21)所示，

综上，将公式(20)和公式(21)合并，则本步骤中使系统吞吐量最大化的各次级用户合理的最优发射功率值的计算如公式(22)所示，

是求得的第i个D2D链路中第一个次级用户的最优发射功率值，以及是求得的第i个D2D链路中第二个次级用户的最优发射功率值。

本发明基于地理频谱数据库，通过功率控制来解决当前对多个次级用户链路协调共存考虑的不足以及由次级用户链路组成的系统容量能够进一步提升的情况，实现了以下几个功能：1)保证授权主用户正常接收信号；2)协调各个D2D链路间的共存；3)由次级用户链路组成的系统的总吞吐量达到最大。

本发明既可以利用蜂窝网频谱资源通信，也可以有效地利用TV频段大量的VHF/UHF频谱资源。下面将利用TV频段进行仿真实验，考察本发明通过迭代计算来获得满足要求的各个次级用户发射功率值方法的有效性。利用TV频段进行仿真实验原因是VHF/UHF频率覆盖范围广，可以免费使用，因而次级用户设备能够与授权主用户共享这些可观的频带资源。同时，TV频段的信号在复杂环境下传播的距离比Wi-Fi和3G信号 都要远，而且穿透建筑后损耗更低，拥有很好的传播特性。

次级用户间的通信，如多对终端直通链路(D2D)通信，复用与蜂窝网络相同的信道资源，设备能够实现高速的短距离通信，提高了频谱的利用率。基站必须对这些设备合理控制，以免对授权服务造成干扰。然而蜂窝网通信常常会出现拥挤的局面，因此为了更好地发挥D2D通信作用，在本仿真实验中其应用到电视白频谱(TVWS)，VWS具体是指在特定时间特定地点没有被授权主用户占用的TV频谱资源，由接入点对各D2D链路统一控制。若有通信需求，D2D链路的次级用户在开始发射信号前向接入点发送请求，并上报自己的地理位置信息，接入点访问地理频谱数据库获得信道资源和最大的允许发射功率值信息。若在短时间内依次有多个D2D链路发起请求，接入点则需要综合考虑，协调各个D2D链路使能够很好的共存。协调的方式主要是通过适当地功率控制，既保证对授权的主接收用户的保护，也使各D2D链路间不会相互干扰到正常通信。

系统仿真采用Matlab软件。TV信号的中心频率为650MHz，各个信道的频率间隔为Δf＝6MHz，为尽可能的提高对信道的利用率，同一D2D链路中的认知设备间采用全双工的通信方式。假定在TV用户接收端处接收到的DTV信号强度为-70.6dBm，白噪声功率为TV用户正常接收信号应满足的最低信噪比为α＝13dB，安全界限SM＝1dB，将主用户接收端信干噪比值的上界设为α₂＝14.1dB，次级用户设备接收端处所需最低信噪比为β＝7dB。

在相同信道干扰情况下，即D2D链路均采用与TV用户相同的信道工作，此时此时对主用户的影响是最直接的，多个D2D链路同时都采用该信道，必须合理地控制干扰，以免伤害到某个次级用户的通信。在仿真中，通过功率控制，在保证主用户不受影响的同时，使系统的吞吐量达到最大。给定以上条件，通过仿真获得了图3，图4和图5。

在图3中，记录了TV用户接收端的信干噪比随迭代次数的变化趋势。由图可以看出，TV用户接收端的信噪比经迭代运算趋于稳定，且始终处在要求的最低信噪比之上，不会使主用户无法正常接收TV信号。

图4记录了由所有D2D链路组成的系统的总吞吐量随迭代运算的变化趋势，并与采用与同样条件下的TDMA的方式进行比较。TDMA方式只允许某个时隙单一用户进行通信，所以吞吐量与用户的数量无关。采用本发明提出的方法可以允许多个用户D2D链路同时工作，虽然用户的发射功率会有所降低，但系统的吞吐量却有进一步地提升。

经过迭代运算，可得出能够使系统的吞吐量达到最大的各个D2D链路次级用户的最佳发射功率，图5中记录了各次级用户设备发射功率变化趋势，次级用户最大能够发射的功率值为20dBm。

在邻近信道干扰情况下，次级用户均采用与TV用户不同的信道通信，主用户受到来自邻近信道的各次级用户产生的叠加干扰。考虑四个邻近的空闲信道a-2,a-2,a+1,a+2会对主用户产生影响，将其分配给m个D2D链路。与相同信道情况相比，邻近信道对主用户的干扰相对较弱，因此次级用户的发射功率没有相同信道时那么严格的限制。依据仿真条件，通过实验可以获得图6，图7、图8和图9所示。

在图6中记录了由所有D2D链路组成的系统的总吞吐量随迭代运算的变化趋势，经计算调整后，在保证了主用户以及各个D2D链路用户满足最低通信要求的前提下，系统的吞吐量最后达到稳定。

在图7中，曲线表示当达到稳定时，系统的总吞吐量随D2D链路数目的变化情况。当D2D链路数目超过可用信道数目后，多个链路会占用同一个信道，随着D2D链路数目的增加，系统吞吐量增加的趋势缓慢。这是因为随着次级用户数目的增多，相互间带来干扰相应的增加，必须对各个次级用户的功率进行合理地控制，产生的影响是各链路的平均吞吐量会降低，但总的吞吐量在增加。

在图8和图9分别表示在D2D链路数目为4和8时，为使所有链路组成的系统的吞吐量最大，以及为协调各链路间的共存，次级用户的发射功率进行迭代计算的变化趋势，由图可知各个次级用户的功率最终均达到稳定，此时系统的吞吐量也相应的稳定下来。可以看出，D2D链路数目增多时，系统要花费更多的迭代次数来达到稳定，由图8可知，达到系统的稳定需要的迭代次数是40，而在图8中需要200次迭代来使系统稳定下来。比较图8和图9，当链路较多时，各个次级用户功率大小分布得更加均匀，这是因为某个次级用户的功率会受到来自其他多个次级用户的影响。

由以上的仿真实验可知，当次级用户采用最终达到稳定时的发射功率，能够解决各个D2D链路间的共存问题，这是因为在步骤4中对次级用户的发射功率有严格地限定，既不能使次级用户接收端的信干噪比值低于所需最低信干噪比值，也不能超过设备的最大发射功率；同时也能保证次级用户与主用户间的共存，原因是当次级用户的发射功率达到稳定值时主用户接收端的信干噪比值始终大于所需的最低信干噪比值，如图3所示。此外，本发明中的功率方法依赖空间距离对信号损耗的影响，能够较大效率地利用频谱资源，使得所有链路的总吞吐量相比TDMA方式进一步提升，如图4所示。并且由图7 可以看出，随着次级用户数目增多，所有链路的总吞吐量也相应地增加。本发明的方法能够快速收敛，当次级用户的数目较少时，需要的迭代次数较少，当次级用户的数目增多时，计算量也大幅增加，但通过迭代计算仍能够实现较理想的收敛速度，如图8中记录了D2D链路的数目为4时的所有次级用户功率变化趋势和图9记录了D2D链路的数目为8时的所有次级用户功率变化趋势。

Claims (6)

1.基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：接入点获取各个次级用户的位置信息，并根据次级用户的位置信息从地理频谱数据库获得可用的信道资源并分配给各对D2D链路，使用传播模型计算各个用户之间的链路损耗值；初始化各个次级用户的发射功率值；

步骤二：计算主用户接收端信干噪比值，并判断主用户接收端信干噪比值是否在合理范围内，如果在合理范围内则继续步骤三，如果不在合理范围内，则调整各个次级用户的发射功率值，使主用户接收端信干噪比值在合理范围内；

步骤三：求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时，各D2D链路中次级用户的理论发射功率值；

步骤四：在步骤三计算的理论功率与次级用户接收端所需功率二者中选择较大的值作为次级用户初步的合理发射功率值，然后在次级用户初步的合理发射功率值与最大功率值P_max中选择较小的值作为最终的最优发射功率值；返回步骤二进行迭代运算，当所有D2D链路组成的系统的总吞吐量趋于稳定、各用户的发射功率稳定在一定水平后，将对应的各个次级用户最终的最优发射功率值作为允许的发射功率由接入点配置给各个次级用户。

2.如权利要求1所述的基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，步骤一中，次级用户设备在发射信号之前需要通过控制信道向接入点发起请求，并向接入点上报自己的位置信息。

3.如权利要求1所述的基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，步骤一中，利用自由空间链路损耗模型得到各个用户之间的的链路损耗值G，链路损耗值G的计算方法如公式(1)所示，

G＝20log(d)+20log(f_c)-147.55 (1)

式(1)中，f_c是各个用户发射信号的频率，d是各个用户之间的距离，d的计算方法如公式(2)所示，

式(2)中，(x₁,y₁)和(x₂,y₂)是各用户位置信息对应到地理频谱数据库中的平面坐标下的坐标位置。

4.如权利要求1所述的基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，步骤二中所述主用户接收端信干噪比值的计算过程为：

先计算各个D2D链路的发射信号对主用户的干扰强度，然后计算主用户承受的所有次级用户叠加干扰后的干扰强度总和，最后按照计算主用户接收端信干噪比值，其中，P_DTV是主用户接收端所需的信号功率最低值，I_pr是主用户承受的所有次级用户叠加干扰后的干扰强度总和，为噪声的功率。

5.如权利要求4所述的基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，

假设：有m个D2D链路，在依次接入后通过接入点从地理频谱数据库中获得可用的信道的集合为CH_idle，集合为初始发射功率值，x_m表示次级用户所在的信道，表示工作在信道x_m上的第m个D2D链路中的第一个次级用户的初始发射功率值，表示工作在信道x_m上的第m个D2D链路中的第二个次级用户的初始发射功率值；

各个D2D链路的发射信号对主用户的干扰强度I_pr,i的计算方法如公式(3)所示，

式(3)中，和分别是第i个D2D链路中两个次级用户的初始发射功率值，和分别为第i个D2D链路中两个次级用户发射的干扰信号到主用户的链路损耗，θ(x_i,a)为邻道干扰系数，θ(x_i,a)的定义如公式(4)所示，

式(4)中，是第i个D2D链路所在信道x_i的频率和主用户所在信道a的频率的间隔，当Δf＝0时，为相同的信道，γ(Δf)表示在距主用户或者次级用户所在信道频差为Δf的邻近信道时，主用户或者次级用户接收端所需的最低信干噪比值；

主用户承受的所有次级用户叠加干扰后的干扰强度总和I_pr的计算方法如公式(5)所示，

6.如权利要求1所述的基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，其特征在于，步骤四中获取最终的最优发射功率值的计算公式如式(22)所示，

是求得的第i个D2D链路中第一个次级用户的最优发射功率值，以及是求得的第i个D2D链路中第二个次级用户的最优发射功率值，P_max是次级用户的最大功率值，β是各D2D链路的次级用户接收端所需的最低信干噪比值。