[發明專利]用于分布式無線網絡的方法和設備

有效

• 申請號: 201310087568.7
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN104066098B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 李殊勤;郭海友;蔡立羽
• 申請（專利權）人: 上海貝爾股份有限公司
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W72/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,董莘

技術領域

本發明的實施例一般地涉及通信領域，更具體地，本發明的實施例涉及用于分布式無線網絡的方法和設備。

背景技術

隨著數據業務、智能移動設備(例如各類智能手機)和社交網絡越來越多地受到用戶的歡迎，無線網絡正處于網絡模式轉變的過程中。為提升通信的容量，小型小區(例如，femtocell和picocell)和D2D(設備到設備)通信正在被添加到現有的網絡中，這將會導致在未來的通信中，網絡結構很可能變得愈發松散和無序，從而如果對這些網絡仍然采用傳統的集中式控制，就會變得非常復雜且低效。因此，近年來的通信研究更多的關注于分布式無線網絡。這樣的分布式網絡顯示出對于異構網絡很強的伸縮性、靈活性以及魯棒性，并且有希望改進稀缺的頻譜資源的使用率。然而，由于缺少集中式的控制，設計低復雜度又能實現期望的性能的分布式網絡具有不小的挑戰性。

在用于多載波多用戶系統的分布式控制算法的實際設計中存在兩個主要的挑戰，其中之一是如何能夠高效地實現最優的系統吞吐量，這已經成為熱點研究的一個課題。理論上，該課題可以建模為帶有功率約束的和速率最大化問題。由于該問題的非凸特性，其已經被證明是一個NP-hard問題。因此，即使在集中式的情況下也無法設計快速算法來獲得最優的解決方案。

為此，許多放松技術已經被應用于獲得近似的最優解決方案。這些技術可以被劃分為兩類。一類技術是求解拉格朗日對偶放松問題來代替于求解原始的和速率最大化問題。然而，由于該問題的非凸特性，強對偶定理要求的條件通常不能成立。進一步，由于要在用戶之間傳遞大量的消息，相應的對偶算法也難以以分布式的方式應用于實際的系統中。

另一類技術是將問題轉換為非合作博弈問題。人們提出了以迭代的注水算法(IWFA)所代表的一類算法，用來計算納什均衡。在尋找和證明存在納什均衡解唯一性條件以及IWFA的收斂的條件等方面，也已經做了大量工作。然而，在類技術中仍然存在著若干缺陷。首先，為了算法的收斂，IWFA將進行若干次迭代(例如，20次迭代)。每次的迭代將運行注水算法來進行功率分配。這使得計算復雜度變得很高，且在收斂前進行功率分配也都是低效的。其次，算法可能無法收斂到唯一的納什均衡。最后，即使算法收斂到納什均衡點，也不必然意味著網絡用戶可以取得較好的吞吐量，因為納什均衡并不能保證全局最優，例如，著名的“囚徒困境”問題。

另一個挑戰是如何設計出一個簡單且有效的消息傳遞機制，這是實際實現分布式網絡的一個難點和重點。由于用戶共享公共的頻譜，為了分布式的實現合理資源分配，網絡中的用戶必須要向其他的用戶傳送各自的信息(例如，信道增益和干擾水平)。消息的頻繁傳送會造成巨大的系統開銷，這里就存在著一個系統性能和開銷的權衡問題。一方面，如果缺少足夠的消息傳送，用戶設備之間就難以達到良好的協作，從而差的系統性能就不可避免。IWFA就是一個由于毫無消息傳送而導致差的系統性能就是極端例子。然而另一方面，大量消息頻繁傳遞，其造成的系統開銷很可能抵消甚至超出其為系統帶來的性能增益。另外，眾多的消息傳遞在實際的系統中也難于實現。

發明內容

為了解決上面提到的問題，本發明的實施例提供了一種簡單且有效的信令傳輸機制，基于此可以進行有效的信道分配和功率控制，從而在分布式無線網絡中實現良好的系統性能，獲得最佳的系統吞吐量。

本發明的實施例提供一種用于分布式無線網絡的方法，該方法包括在一個用戶處接收來自于所述無線網絡內其他用戶發送的定制信號，以便獲得所述其他用戶的信道增益。該方法還包括利用所述信道增益來對和速率最大化問題建立模型。該方法進一步包括基于對所述和速率最大化問題的求解來實現最優的或次優的信道分配和功率控制。

根據本發明的一個實施例，其中接收其他用戶發送的定制信號包括接收其他用戶中的每個用戶以一個傳輸功率在每個信道中發送的信號，接收所述每個用戶以所述一個傳輸功率與以所述信道增益為參數的函數相乘的積作為另一個傳輸功率在每個信道中發送的信號，以及基于所述一個傳輸功率和所述另一個傳輸功率來求解所述信道增益。

根據本發明的另外實施例，其中所述和速率最大化問題模型表達為下式：

其中