CN107809794B - 功率控制和sinr分配的联合快速优化的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法以及该方法所涉及的终端设备和网络设备。该无线网络包括干扰排序器和用于多个业务中的每个业务的发射机和接收机，并且该多个业务中的每个业务可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。一种方法包括：在每个业务的发射机处：接收该业务的接收机测量所得的该业务的归一化的干扰与噪声总功率；获取与该链路相对应的SINR目标值并确定与该SINR目标值相对应的业务类型；以及根据所获取的该SINR目标值和该业务的该归一化的干扰与噪声总功率，来更新该发射机的发射功率。

Description

功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法和设备

技术领域

本公开涉及无线通信领域，更具体而言涉及一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比(SINR)分配的联合快速优化的方法以及该方法所涉及的终端设备和网络设备。

背景技术

发射功率控制已经被证明是一种有效且实用的方法，可保证无线网络为具有各种不同服务质量(QoS)要求的用户业务提供可靠服务。通常，功率控制在满足对每个业务的SINR要求的前提下最小化功率成本。对于容忍延迟的业务，分配给一个链路的SINR目标可能根据其信道变化而动态改变以获得更高的系统吞吐量和/或更低的功率成本。

对于一个通过共享同一信道传输信号的N个链路组成的无线网络而言，每个链路可支持多种业务类型的传输，所述多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标。为了保证系统总效用不变，同一时刻一种类型业务只能被一个链路所传输，因此这里N！种业务类型分配方式，也就是有N！种SINR排列(分配方式)。每种SINR排列代表一种特定的以一对一的形式针对该N个链路的SINR目标分配，并且不同的SINR分配意味着为了维持该SINR目标所耗费的发射功率开销的不同。在实际应用中，从所有SINR排列中找到使得总功率成本最小的最佳SINR分配是非常有利的。SINR排列仅仅交换所有链路之间的SINR目标，并且从系统角度来看保持相同的系统总吞吐量和速率分布。这种功率控制和SINR分配的联合优化涉及一个混合整数线性规划(mixed-integer linear programming)问题，其复杂度是NP难的。

从数学上可以证明，功率控制和SINR分配的联合优化问题可以通过穷尽搜索所有可能的SINR排列而得到全局最优解。这种穷尽求解方法需要处理N！个独立的给定SINR排列下的功率控制问题。由于N较大时，N！远大于e^N，例如8！＝40320。这表示枚举法的计算复杂度在实际应用中是不可接受的。理论上，该问题是NP难的。

发明内容

当前已有的具有可容忍的复杂度的最佳方案是通过缩小搜索空间来实现的。然而，该方法仍然存在诸多问题，例如不可接受的性能损失，以及面临功率分配不可行的SINR分配问题，等等。

为了至少部分地解决上述以及其他潜在问题，本公开提出了一种用于在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法，其以较低的复杂度和非常低的计算开销实现了逼近上述问题全局优化的快速算法。

根据本公开的第一个方面，提供了一种在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法。该无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且该多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。该方法包括在每个链路的发射机处：接收该链路的接收机测量所得的该链路的归一化的干扰与噪声总功率；获取与该链路相对应的SINR目标值并确定与该SINR目标值相对应的业务类型，该SINR目标值是根据该第一序列和该链路的该归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置确定的，该第二序列是该多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列所得到的；以及根据所获取的该SINR目标值和该链路的该归一化的干扰与噪声总功率，来更新该发射机的发射功率。

根据本公开的第二个方面，提供了一种在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法。该无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且该多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。该方法包括在该干扰排序器处：接收该多个链路中的每个链路的归一化的干扰与噪声总功率；将该多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列为第二序列；向该多个链路中的每个链路的发射机发送该链路的归一化的干扰与噪声总功率在该第二序列中的位置序号。

根据本公开的第三个方面，提供了一种在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的终端设备。该无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的该终端设备和接收机，并且该多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。该终端设备包括：控制器；以及收发器，耦合至该控制器并且被该控制器配置为：接收该链路的接收机测量所得的该链路的归一化的干扰与噪声总功率；并且其中该控制器被配置为：获取与该链路相对应的SINR目标值并确定和所述SINR目标值对应的业务类型，该SINR目标值是根据该第一序列和该链路的该归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置确定的，该第二序列是该多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列所得到的；以及根据所获取的该SINR目标值和该链路的该归一化的干扰与噪声总功率，来更新该终端设备的发射功率。

根据本公开的第四个方面，提供了一种在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的网络设备。该无线网络包括该网络设备和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且该多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。该网络设备包括：控制器；以及收发器，耦合至该控制器并且被该控制器配置为：接收该多个链路中的每个链路的归一化的干扰与噪声总功率；该控制器被配置为：将该多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列为第二序列；并且该收发器还被该控制器配置为：向该多个链路中的每个链路的发射机发送该链路的归一化的干扰与噪声总功率在该第二序列中的位置序号。

附图说明

通过参考下列附图所给出的本公开的具体实施方式的描述，将更好地理解本公开，并且本公开的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见，其中：

图1示出了根据本公开的实施方式的在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化方法的流程图；

图2示出了根据本公开实施方式的用于在其中实现图1的方法的无线网络的示意图；

图3示出了根据本公开的一些实施方式的在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的终端设备的方框图；

图4示出了根据本公开的一些实施方式的在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的网络设备的方框图；

图5示出了适合实现本公开的实施例的设备的方框图；

图6示出了根据本公开的方案的仿真性能比较的示意图；

图7示出了根据本公开的方案收敛到稳定点的SINR分配的演变示意图；以及

图8示出了根据本公开的方案收敛到稳定点的功率更新的演变示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如上所述，功率控制和SINR分配的联合优化问题是NP难的。具体而言，功率控制和SINR分配的联合优化问题可以通过公式表示为：

其中G_nm表示从链路m的发射机到链路n的接收机的信道增益，p_n表示链路n的发射功率，

表示链路n的接收机处的噪声功率。SINR分配通过链路集合与SINR集合S_β＝{β₁,β₂,…,β_N}之间的一个双射映射(bijective mapping)

来建模。例如，

表示链路n被分配了SINR目标β_m。S_N表示N个项的所有排列(分配)的集合，并且|S_N|＝N！，其中|·|代表集合的势(cardinality)。

求解上述问题的全局最优解由于复杂度问题在实践中是不可行的。因此，本公开实施例的核心思想是寻找上述问题的次优解，从而在性能和复杂度之间上取得良好的权衡。

首先，利用一些数学表达式来解释所公开的联合优化方法的基本思想。不失一般性地，假设用于N个链路的SINR目标集合S_β＝{β₁,β₂,…,β_N}以非降序排列，即，β₁≤β₂≤…≤β_N。假设时间t时链路n的发射功率是p_n(t)，则本公开的功率迭代过程可以简单表示为：

其中I_n(t)表示链路n在时间t所接受到的归一化的干扰与噪声总功率，即

根据{I_n(t)|n＝1,2,··,N}的顺序来确定所期望的SINR排列，R_t(n)表示I_n(t)在{I_n(t)|n＝1,2,…,N}按照降序(或非升序)排列时的次序。具体而言，降序排列

隐含表示了R_t(i_m)＝m。事实上，所期望的SINR排列R_t是保证时间t+1时的更新的发射总功率最小化的最优解，即

这可以看作是具有蒙日(Monge)特性的线性总和分配问题。

图1示出了根据本公开的实施方式的在无线网络中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的方法100的流程图。图2示出了根据本公开实施方式的用于在其中实现图1的方法100的无线网络200的示意图。如图2中所示，假设无线网络200是用于N个链路(分别标记为1,2,…,N，其中N是大于或等于2的整数)的无线网络，每个链路n(n＝1,2,…,N)由一个发射机1-n和接收机2-n构成的发射机-接收机对构成，发射机1-n向接收机2-n发送数据信号。每个链路可支持多种业务类型的传输，并且各种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标。无线网络200还包括干扰排序器5，用于根据特定顺序产生所有N个链路所接收到的归一化的干扰与噪声总功率的序列，如下所详述。此外，无线网络200还可以包括用于数据业务的同一无线信道3，其是由所有链路共享的用于传播数据信号的公共信道。此外，无线网络200还可以包括用于每个链路n的反馈信道4-n，用于将链路n的归一化的干扰与噪声总功率从接收机2-n传递给发射机1-n。

对于蜂窝上行链路系统，所有接收机2-n和干扰排序器5可以位于同一基站中，这种集中式部署有利于干扰排序器的实现。对于无基础设施的无线网络，所有接收机2-n可以放置在不同位置，并且干扰排序器5需要低速率的信道来根据特定算法实现数据融合。

干扰排序器5可以是或可以位于任何“网络设备”中，“网络设备”是指基站或者通信网络中的具有特定功能的其他实体或节点。“基站”(BS)可以表示节点B(NodeB或者NB)、演进节点B(eNodeB或者eNB)、远程无线电单元(RRU)、射频头(RH)、远程无线电头端(RRH)、中继器、或者诸如微微基站、毫微微基站等的低功率节点等等。在本公开的上下文中，为讨论方便之目的，术语“网络设备”、“基站”和“干扰排序器”可以互换使用。

发射机1-n可以是或者可以位于任何“终端设备”或“用户设备”(UE)中，“终端设备”或“用户设备”(UE)是指能够与网络设备之间或者彼此之间进行无线通信的任何终端设备。作为示例，终端设备可以包括移动终端(MT)、订户台(SS)、便携式订户台(PSS)、移动台(MS)或者接入终端(AT)，以及车载的上述设备。在本公开的上下文中，为讨论方便之目的，术语“终端设备”、“用户设备”(UE)和“发射机”可以互换使用。

假设N个链路的SINR目标集合为S_β＝{β₁,β₂,…,β_N}，其中该集合中的每个SINR按照第一顺序排列为第一序列，并且所有链路的发射机1-n都知道该SINR目标集合。以下参考图1和图2进一步详细描述根据本公开的用于功率控制和SINR分配的联合优化的方法100。

在110，每个链路n(n＝1,2,…,N)的发射机1-n在时刻t，以发射功率p_n(t)通过同一信道3分别向相应的接收机2-n发送信号。

在120，响应于接收到来自发射机1-n的信号，接收机2-n执行本地测量，并且计算链路n在时刻t的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)：

其中G_nm表示从链路m的发射机1-m到链路n的接收机2-n的信道增益，p_n表示链路n的发射机1-n的发射功率，

表示链路n的接收机2-n处的噪声功率，m,n＝1,2,…,N。

在130，每个接收机2-n通过相应的反馈信道4-n将所得到的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)的值发送给其发射机1-n，并且发送给干扰排序器5。

在140，响应于接收到的每个链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)，干扰排序器5按照第二顺序对{I_n(t)|n＝1,2,…,N}进行排序，产生第二序列，并将每个链路n的归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置序号发送给发射机1-n。

这里，第一顺序和第二顺序可以是不同(即相反)的。在一种实现中，第一顺序可以是非降序，即β₁≤β₂≤…≤β_N。在这种情况下，第二顺序为非升序，即

以下，出于方便起见，以这种情况为例进行描述。当然，本公开并不局限于此。在另一种实现中，第一顺序也可以是非升序，即β₁≥β₂≥…≥β_N。在这种情况下，第二顺序为非降序，即

此外，在不考虑序列中的任意两个或更多个元素相等的情况下，上述第一顺序可以是升序和降序中的任一个，第二顺序是升序和降序中的另外一个。

更一般性而言，干扰排序器5可以不执行事实上的排序操作，

或者按照与第一顺序相同的顺序对{I_n(t)|n＝1,2,··,N}进行排序，而只是在SINR目标集合中的各个SINR目标值与{I_n(t)|n＝1,2,··,N}的大小之间建立特定的映射关系。因此，第一顺序和第二顺序并不局限于上述不同或相反的情况。

对于i_m＝1,2,…,N来说，R_t(i_m)＝m，R_t(n)的值即代表每个链路n的归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置。因此，干扰排序器5将R_t(n)的值发送给用户n的发射机1-n(n＝1,2,…,N)。

例如，在N＝5的情况下，假设对于链路1、2、3、4、5，在t时刻干扰排序器5计算出I₁(t)>I₃(t)>I₅(t)>I₄(t)>I₂(t)。因此，干扰排序器确定R_t(1)＝1，R_t(2)＝5，R_t(3)＝2，R_t(4)＝4，R_t(5)＝3，从而将R_t(n)的值1、5、2、4、3分别发送给发射机1-1，1-2，1-3，1-4和1-5。

在150，每个链路n的发射机1-n(n＝1,2,…,N)获取与链路n相对应的SINR目标值并确定和该SINR目标值相对应的业务类型。

在一种实现中，与链路n相对应的SINR目标值是根据SINR目标集合S_β＝{β₁,β₂,…,β_N}和R_t(n)的值确定的。具体地，将SINR目标集合中的第n大的SINR目标值分配给N个链路中归一化的干扰与噪声总功率为倒数第n大的链路(n＝1,2,…,N)。例如，在上面的实例中，R_t(1)＝1，则发射机1-1将β₁确定为与链路1相对应的SINR目标值。类似的，发射机1-2将β₅确定为与链路2相对应的SINR目标值，发射机1-3将β₂确定为与链路3相对应的SINR目标值，发射机1-4将β₄确定为与链路4相对应的SINR目标值，发射机1-5将β₃确定为与链路5相对应的SINR目标值。

在160，发射机1-n根据链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)和与链路n相对应的SINR目标值更新其发射功率(n＝1,2,…,N)。

在一种实现中，链路n的发射机1-n的更新后的发射功率可以表示为：

其中，p_n(t)是发射机1-n在时刻t的发射功率，p_n(t+1)是发射机1-n在时刻t+1的发射功率，I_n(t)是链路n在时刻t的归一化的干扰与噪声总功率，

是与链路n相对应的SINR目标值。

从而，对于上面的实例来说，更新后的发射机1-n(n＝1,2,3,4,5)的发射功率分别为：

p₁(t+1)＝β₁I₁(t)

p₂(t+1)＝β₅I₂(t)

p₃(t+1)＝β₂I₃(t)

p₄(t+1)＝β₄I₄(t)

p₅(t+1)＝β₃I₅(t)

在每个链路n的SINR目标值确定之后，发射机1-n可以根据该SINR目标值确定与该SINR目标值相对应的业务类型。这是因为，不同的业务类型具有不同的SINR目标要求，在各个链路的SINR目标可交换的情况下，可以根据每个链路的SINR目标确定其所能支持的业务类型，从而进行相应的传输。

接下来，在170，每个链路n的发射机1-n确定更新后的发射功率是否收敛。例如，发射机1-n可以判断|p_n(t+1)-p_n(t)|≤ε是否成立(其中ε是一个极小值)。如果成立，则判断发射功率收敛。

否则，方法100转到110，再次以发射功率p_n(t+1)重复方法100的动作，直到更新后的发射功率都收敛。

在本公开的上述描述中，假设无线网络100中的所有N个链路都能够交换它们的SINR目标，即它们的SINR目标可变。然而，本公开提供的方案也可以应用于仅有一部分链路能够交换SINR目标，而另一部分链路的SINR目标不变的情况，以下将对这种情况予以说明。

仍然以图2的无线网络200为例，假设无线网络200的N个链路中有N'个链路{1,2,…,N'}的SINR目标可变，其SINR目标集合为S'_β＝{β₁,β₂,…,β_N'}，其中每个SINR目标按照第一顺序排列，并且该N'个链路{1,2,…,N'}的发射机都知道该SINR目标集合S'_β＝{β₁,β₂,…,β_N'}。N个链路中的其余N-N'个链路{N'+1,N'+2,…,N}的SINR目标固定，分别为{β_N'+1,β_N'+2,…,β_N}。

对于这种情况，功率控制和SINR分配的联合优化方法与上面参考图1所述的类似，不同之处主要在于步骤140中，干扰排序器5仅将具有可变SINR目标的N'个链路的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)(n＝1,2,…,N')按照第二顺序排序为第二序列，并向这N'个链路的发射机反馈其归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置序号。

仍然参考图1，在150中，每个链路n的发射机1-n(n＝1,2,…,N)获取与链路n相对应的SINR目标值并确定和该SINR目标值相对应的业务类型，并且在160，发射机1-n(n＝1,2,…,N)根据链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)和与链路n相对应的SINR目标值更新其发射功率。在一种实现中，与具有可变SINR目标的N'个链路中的每个链路n(n＝1,2,…,N')相对应的SINR目标值是根据SINR目标集合S'_β＝{β₁,β₂,…,β_N'}和R_t(n)的值确定的；而与具有不变SINR目标的N-N'个链路中的每个链路n(n＝N'+1,N'+2,…,N)相对应的SINR目标值是固定不变的，即{β_N'+1,β_N'+2,…,β_N}。

在这种情况下，链路n的发射机单元1-n(n＝1,2,…,N)的更新后的发射功率可以表示为：

通过这种方式，本公开的方案可以容易地应用于SINR目标固定和不固定的混合场景，并具有很好的后向兼容性。

图3示出了根据本公开的一些实施方式的在无线网络200中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的终端设备300的方框图。终端设备300例如可以实现图1和图2中所示的任一个发射机1-n。无线网络200包括干扰排序器5和用于多个链路中的每个链路的终端设备300和接收机2-n，并且多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。

如图3中所示，终端设备300包括接收模块310，其被配置为接收链路n的接收机2-n测量所得的链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)。终端设备300还可以包括获取模块320，其被配置为获取与链路n相对应的SINR目标值并确定和该SINR目标值相对应的业务类型，该SINR目标值是根据第一序列和链路n的归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置确定的，第二序列是无线网络200中的多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列所得到的。终端设备300还可以包括更新模块330，其被配置为根据所获取的SINR目标值和链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)来更新终端设备的发射功率。

在一些实现中，更新模块330被配置为：利用所获取的SINR目标值和链路n的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)的乘积作为更新后的发射功率。

在一些实现中，终端设备300还可以包括重复模块340，其被配置为使得接收模块310、获取模块320和更新模块330重复操作直到更新后的发射功率收敛。

在一些实现中，第一顺序为非降序，并且第二顺序为非升序。

在一些实现中，第一顺序为非升序，并且第二顺序为非降序。

图4示出了根据本公开的一些实施方式的在无线网络200中进行功率控制和SINR分配的联合快速优化的网络设备400的方框图。网络设备400例如可以实现图1和图2中所示的干扰排序器5。无线网络200包括网络设备400和用于多个链路中的每个链路的发射机1-n和接收机2-n，并且多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，该多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列。

如图4中所述，网络设备400包括接收模块410，其被配置为接收多个链路中的每个链路的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)。网络设备400还可以包括排序模块420，其被配置为将多个链路的归一化的干扰与噪声总功率I_n(t)按照第二顺序排列为第二序列。网络设备400还可以包括发送模块430，其被配置为向多个链路中的每个链路的发射机发送该链路的归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置序号。

在一些实现中，第一顺序为非降序，并且第二顺序为非升序。

在一些实现中，第一顺序为非升序，并且第二顺序为非降序。

图5示出了适合实现本公开的实施例的设备500的方框图。设备500可以用来实现终端设备，例如如图3中所示的终端设备300或者如图1-2中所示的发射机1-n；或者用来实现网络设备，例如如图4中所示的网络设备400或者如图1-2中所示的干扰排序器5。

如图所示，设备500包括控制器510。控制器510控制设备500的操作和功能。例如，在某些实施例中，控制器510可以借助于与其耦合的存储器520中所存储的指令530来执行各种操作。存储器520可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以利用任何合适的数据存储技术来实现，包括但不限于基于半导体的存储器件、磁存储器件和系统、光存储器件和系统。尽管图5中仅仅示出了一个存储器单元，但是在设备500中可以有多个物理不同的存储器单元。

控制器510可以是适用于本地技术环境的任何合适的类型，并且可以包括但不限于通用计算机、专用计算机、微控制器、数字信号控制器(DSP)以及基于控制器的多核控制器架构中的一个或多个多个。设备500也可以包括多个控制器510。控制器510与收发器540耦合，收发器540可以借助于一个或多个天线550和/或其他部件来实现信息的接收和发送。

当设备500充当网络设备400时，控制器510和收发器540可以配合操作，以实现上文参考图1描述的方法100中干扰排序器5的功能。当设备500充当终端设备300时，控制器510和收发器540例如可以在存储器520中的指令530的控制下配合操作，以实现上文参考图1描述的方法100中发射机1-n的操作。上文参考图1所描述的所有特征均适用于设备500，在此不再赘述。

本公开提出了一种用于功率控制和SINR分配的联合优化的迭代方法，将SINR排列优化结合到分布式功率更新的迭代过程中。在迭代过程中保证由于SINR分配所带来的增益。在每次迭代时，从所有SINR排列中选择一个使得更新后的功率之和最小化的SINR排列，其中所期望的SINR排列相当于代价矩阵满足蒙日特性的线性总和分配问题的解。因此，可以仅仅依赖于所有用户在当前发射功率下所经历的归一化的干扰加噪声功率的次序(order)来容易地选择出所期望的SINR排列。所有用户通过跟踪所期望的SINR排列来并行更新它们的发射功率。只有关于干扰加噪声大小的顺序的消息需要传递给用户，这显著节省了信令开销。这种很好设计的功率迭代的方法可以快速收敛到具有接近最优SINR排列的稳定的功率配置。

图6示出了根据本公开的方案的仿真性能比较的示意图。假设无线网络200中包括8个SINR目标可变的链路，信道增益矩阵[G_mn]如下面的表1中所示，分别利用下面表2中的SINR集合1和表3中的SINR集合2执行功率控制和SINR分配的联合优化。

表1信道增益矩阵(8x8)

表2 SINR集合1(线性值)

β<sub>1</sub>	β<sub>2</sub>	β<sub>3</sub>	β<sub>4</sub>	β<sub>5</sub>	β<sub>6</sub>	β<sub>7</sub>	β<sub>8</sub>
								16	14	12	10	8	6	4	2

表3 SINR集合2(线性值)

β<sub>1</sub>	β<sub>2</sub>	β<sub>3</sub>	β<sub>4</sub>	β<sub>5</sub>	β<sub>6</sub>	β<sub>7</sub>	β<sub>8</sub>
								10	9	8	7	6	5	4	3

如图6的仿真结果所示，曲线630和640分别示出了对于SINR集合1和SINR集合2的所有8！＝40320个SINR排列的功率总成本的实际分布。从图上可以看出，通过执行联合优化，由于SINR排列的显著改进而得到了大约40dB的功率节省。对于SINR集合1和SINR集合2来说分别出现了大约85％和28％的不可行的SINR分配方案，因为SINR集合1比SINR集合2中的SINR值更高。

经验CDF曲线610和620是通过对所本公开的方法重复1000,000次得到的，每个具有不同的随机初始化功率值。如图6中所示，所本公开的方案逼近了联合的功率控制和SINR分配的全局优化，所实现的性能优于95％的SINR排列。这相当于穷尽搜索8！*95％＝38304个SINR排列所得到的性能。

图7示出了根据本公开的方案收敛到稳定点的SINR分配的演变示意图；图8示出了根据本公开的方案收敛到稳定点的功率更新的演变示意图。

本公开建议了一种功率控制和SINR分配的联合快速优化的迭代方案，其具有诸多优点。例如，所建议的迭代方案能够作为混合整数线性规划的智能计算方法，避免穷举搜索。可以证明迭代过程是稳定的，其可以以非常低的计算复杂度收敛到一个次优解，即使在存在不可行的SINR分配方案的情况下。所获得的次优解可以接近联合功率控制和SINR分配的全局最优解。

而且，在每次迭代时通过使得下一次迭代的总功率在所有SINR排列中最小化来进行数学启发式迭代。可以通过利用线性总和分配问题的蒙日特性来容易地选择所期望的SINR分配，仅仅依赖于所有链路在当前功率设置下经历的归一化的干扰与噪声总功率的大小顺序。

另外，本公开的方案通过仅仅在所有链路之间交换各个SINR目标而带来了功率节省的好处。对于整个网络上的应用，其仍然保持了相同的总吞吐量和用户速率的累积概率密度函数(CDF)。

进一步地，本公开的方案集成了干扰排序和传统的分布式功率控制方法的功能，保证与当前无线系统的良好的后向兼容。并且，本公开的方法的实际实现仅仅涉及干扰的本地测量值，这与当前的商业通信系统中类似，而不必区分同信道干扰、传输增益和噪声功率的本地测量值。所有这些使得从现有商业系统进行升级变得更加容易，仅需向系统中添加“干扰排序”的功能。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。例如，如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。

本文公开的装置的各个单元可以使用分立硬件组件来实现，也可以集成地实现在一个硬件组件，如处理器上。例如，可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。例如，如果以计算机软件来实现本文所述的连接器，可以将该计算机软件实现在任何已知的或将来可知的具有网络连接能力的家庭设备上，例如机顶盒、家庭基站等。如果以硬件来实现本文所述的连接器，则可以将该连接器实现为独立的硬件设备，或者集成在任何已知的或将来可知的家庭设备上，例如机顶盒、家庭基站等。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本公开。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本公开并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

Claims (18)

1.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的方法，所述无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且所述多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，所述多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列，所述方法包括在每个链路的发射机处：

接收所述链路的接收机测量所得的所述链路的归一化的干扰与噪声总功率；

获取与所述链路相对应的SINR目标值并确定和该SINR目标值对应的业务类型，所述SINR目标值是根据所述第一序列和所述链路的所述归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置确定的，所述第二序列是所述多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列所得到的；以及

根据所获取的所述SINR目标值和所述链路的所述归一化的干扰与噪声总功率，来更新所述发射机的发射功率。

2.如权利要求1所述的方法，其中更新所述发射机的发射功率包括：

利用所获取的所述SINR目标值和所述链路的归一化的干扰与噪声总功率的乘积作为更新后的发射功率。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

重复所述接收、所述获取和所述更新直到所述更新后的发射功率收敛。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一顺序为非降序，并且所述第二顺序为非升序。

5.如根据权利要求1所述的方法，其中所述第一顺序为非升序，并且所述第二顺序为非降序。

6.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的方法，所述无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且所述多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，所述多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列，所述方法包括在所述干扰排序器处：

接收所述多个链路中的每个链路的归一化的干扰与噪声总功率；

将所述多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列为第二序列；

向所述多个链路中的每个链路的发射机发送所述链路的归一化的干扰与噪声总功率在所述第二序列中的位置序号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一顺序为非降序，并且所述第二顺序为非升序。

8.如根据权利要求1所述的方法，其中所述第一顺序为非升序，并且所述第二顺序为非降序。

9.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的终端设备，所述无线网络包括干扰排序器和用于多个链路中的每个链路的所述终端设备和接收机，并且所述多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，所述多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列，所述终端设备包括：

控制器；以及

收发器，耦合至所述控制器并且被所述控制器配置为：

接收所述链路的接收机测量所得的所述链路的归一化的干扰与噪声总功率；

并且其中所述控制器被配置为：

获取与所述链路相对应的SINR目标值并确定和所述SINR目标值对应的业务类型，所述SINR目标值是根据所述第一序列和所述链路的所述归一化的干扰与噪声总功率在第二序列中的位置确定的，所述第二序列是所述多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列所得到的；以及

根据所获取的所述SINR目标值和所述链路的所述归一化的干扰与噪声总功率，来更新所述终端设备的发射功率。

10.如权利要求9所述的终端设备，其中所述控制器被配置为：

利用所获取的所述SINR目标值和所述链路的归一化的干扰与噪声总功率的乘积作为更新后的发射功率。

11.如权利要求9所述的终端设备，其中所述收发器还被所述控制器配置为：

重复接收所述链路的接收机测量所得的所述链路的归一化的干扰与噪声总功率；

并且所述控制器还被配置为：重复获取与所述链路相对应的SINR目标值并且重复更新所述终端设备的发射功率，直到更新后的发射功率收敛。

12.如权利要求9所述的终端设备，其中所述第一顺序为非降序，并且所述第二顺序为非升序。

13.如权利要求9所述的终端设备，其中所述第一顺序为非升序，并且所述第二顺序为非降序。

14.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的网络设备，所述无线网络包括所述网络设备和用于多个链路中的每个链路的发射机和接收机，并且所述多个链路中的每个链路可支持多种业务类型的传输，所述多种业务类型按照其所需服务质量的不同分别定义有相应的SINR目标，多个SINR目标按照第一顺序排序为第一序列，所述网络设备包括：

控制器；以及

收发器，耦合至所述控制器并且被所述控制器配置为：

接收所述多个链路中的每个链路的归一化的干扰与噪声总功率；

所述控制器被配置为：

将所述多个链路的归一化的干扰与噪声总功率按照第二顺序排列为第二序列；

并且所述收发器还被所述控制器配置为：

向所述多个链路中的每个链路的发射机发送所述链路的归一化的干扰与噪声总功率在所述第二序列中的位置序号。

15.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一顺序为非降序，并且所述第二顺序为非升序。

16.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一顺序为非升序，并且所述第二顺序为非降序。

17.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的终端设备，包括：

处理器和存储器，所述存储器包括可由所述处理器运行的指令，所述处理器被配置为使得所述终端设备执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。

18.一种在无线网络中进行功率控制和信干噪比SINR分配的联合快速优化的网络设备，包括：

处理器和存储器，所述存储器包括可由所述处理器运行的指令，所述处理器被配置为使得所述网络设备执行如权利要求6-8中任一项所述的方法。

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