一种基于分布式搜索的功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于分布式搜索的功率分配方法和装置，其的目的在于为即插即用的无线接入设备构成网络提供一种基于分布式搜索的下行功率分配方法和装置，以克服现有功率分配方法存在的不足。本发明专利技术中，各小区采用分布式方法维护测量功率矩阵和发射功率矩阵，并利用测量功率矩阵和发射功率矩阵通过罚函数法迭代求得功率极值点，异步调整各小区下行功率分配。本发明专利技术能够有效提高整体的频谱效率，并降低无线小区之间的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式搜索的功率分配方法
本专利技术属于无线通信领域，特别是一种基于分布式搜索的下行功率分配方法。
技术介绍
蜂窝组网是无线通信系统广泛采用的组网方式。网络运营商在网络建设之前，一般需要通过网络规划为基站确定设置站址和通信参数，以降低不同小区之间的干扰，保证网络覆盖和通信容量能够满足用户的需求。随着无线接入设备的小型化，越来越多的无线接入点已经不需要网络运营商来部署。基于自配置和自优化技术，出现了即插即用、由用户安装的无线接入设备，如：WiFi接入点，家庭基站，以及军用的战术通信系统等。由于这些接入设备的安装没有经过网络规划，安装的位置由用户自行确定，因此，这些接入设备必须能够自动配置无线资源以避免和相邻接入设备之间的干扰。功率分配是无线资源配置重要的组成部分，对于即插即用的无线接入设备来说，功率分配必须能够适应分布式无中心的要求，使得没有专业知识的用户不需要经过复杂的参数设置，就能够部署无线接入设备。现有研究中，下行功率分配方法主要包括两种：基于注水的方法和基于博弈的方法。基于注水的方法能够在单个小区内实现吞吐量的最优，但是没有综合考虑多个小区的综合性能，因此容易在小区之间造成干扰；基于博弈的方法中，每个小区根据自身收益函数进行决策，通过分布式博弈难以达到全局最优。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于分布式搜索的功率分配方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于分布式搜索的功率分配方法，各小区采用分布式方法维护测量功率矩阵和发射功率矩阵，并利用测量功率矩阵和发射功率矩阵通过罚函数法迭代求得功率极值点，异步调整各小区下行功率分配，优化整体的频谱效率，并有效降低小区之间的干扰。本专利技术技术方案包括三部分：1)测量功率矩阵和发射功率矩阵的维护方法；2)测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化；3)小区下行信道发射功率分配方法。各无线接入设备通过支撑网络相互连接，支撑网络能够为无线接入设备提供数据交换功能，其物理形态可以是运营商的核心网或骨干网，也可以小是范围部署的局域网，或其他任何能够支持无线接入设备间数据交换的网络。无线接入设备间采用分布式处理方式维护一致的测量功率矩阵和发射功率矩阵包括：测量功率矩阵表示为[PRi,j,k]M×M×N，1≤i≤M，1≤k≤N，1≤j≤M，其中M为无线接入设备的数量即小区数量，N为工作频段内的下行信道数，PRi,j,k表示小区i的终端在信道k上测量到的来自小区j的信号功率；所有的PRi,j,k构成了一个M×M×N维的测量功率矩阵；发射功率矩阵表示为[Pj,k]M×N，其中Pj,k表示小区j在信道k上的发射功率，所有的Pj,k构成了一个M×N维的发射功率矩阵；测量功率矩阵和发射功率矩阵的维护方法实施步骤如下：步骤101：改变下行信道发射功率的小区(以下简称“触发小区”)调整发射功率后，触发小区重新测量本小区下行信号接收功率，并更新测量功率矩阵和发射功率矩阵。步骤102：触发小区将测量功率矩阵和发射功率矩阵的更新信息，通过支撑网络向其他小区广播，其他小区接收到更新信息后，对各自的测量功率矩阵和发射功率矩阵进行更新。步骤103：其他小区重新测量触发小区的下行信号接收功率，并更新各自的测量功率矩阵。步骤104：其他小区通过支撑网络，广播各自的测量功率矩阵更新信息。各小区(包括触发小区)受到更新信息后，对各自的测量功率矩阵进行更新。无线接入设备开机自动建立小区，完成测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化，包括以下步骤：步骤201：网络中无线接入设备开机并建立新小区时(以下简称初始化小区)，初始化小区建立测量功率矩阵和发射功率矩阵。步骤202：初始化小区设置下行信道发射功率，并测量本小区及已有小区的下行信号接收功率，将发射功率和测量结果填入测量功率矩阵和发射功率矩阵。初始化小区通过支撑网络向已有小区通告小区初始化，已有小区在各自的测量功率矩阵和发射功率矩阵中新增初始化小区数据存储空间。步骤203：已有小区测量初始化小区下行信号功率，并将根据测量结果存储在测量功率矩阵中。步骤204：已有小区与初始化小区通过支撑网络同步数据，保持测量功率矩阵和发射功率矩阵的一致性。基于测量功率矩阵和发射功率矩阵，利用罚函数法迭代求得功率极值点，调整小区各信道下行功率分配，包括以下步骤：步骤301：根据测量功率矩阵和发射功率矩阵，计算信道增益，Gi,j,k为小区j在信道k上发送的信号到达小区i时的增益；步骤302：以小区i*在各信道上的发射功率Pi*,k即[Pi*,k]N为变量构造罚函数；罚函数T表示为：其中，n取值1～N，Pi*,max为小区i*允许的最大发射功率；ml是罚函数的罚因子，取值在搜索过程中迭代更新；u(x)为单位阶跃函数，即：C(·)是各小区在所有信道上的吞吐量，表示为：其中，N0为噪声功率；步骤303：对最优功率搜索过程进行初始化：，初始化参数包括：迭代次数l＝1；罚因子ml＝0；搜索方向d＝1；搜索步长控制p＝1；第l迭代求得的发射功率用于存储每次迭代求得的极值点，令发射功率步骤304：用罚函数法对最优发射功率进行曲面搜索，并根据搜索结果调整各信道发射功率，包括以下步骤：步骤304a，对罚函数对Pi*,k求偏导数得：令罚函数所有对Pi*,k的偏导数导数等于0，求得罚函数的极值，并更新[Pi*,k]N；步骤304b，判断是否满足Pi*,max为小区i*允许的下行最大发射功率，若满足，则缩短搜索步长p＝-1，否则保持搜索步长不变；步骤304c，若满足且不满足或不满足且满足则改变搜索方向，令d＝-d，否则，保持搜索方向不变；步骤304d，生成下一次迭代的罚因子ml+1＝ml+d2plml；步骤304e，迭代次数加1，令l＝l+1；步骤304f，判断是否满足循环终止条件ε：若满足循环终止条件ε，则按照设置下行信道发射功率，并触发测量功率矩阵和发射功率矩阵的维护，若不满足循环终止条件，则返回步骤304a继续迭代过程。终止条件ε决定了功率调整的精度，ε取值范围大于0的实数，即ε越接近于0，取得的结果越接近最优功率分配，但是所需的迭代次数也越多，收敛所需的时间也越长；ε越大，取得的结果相对于最优功率分配偏离越大，但是迭代次数越少，收敛快。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本专利技术网络部署场景示意图。图2为本专利技术测量功率矩阵和发射功率矩阵的维护示意图。图3为本专利技术测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化示意图。具体实施方式结合图1，在本专利技术中，每个无线接入设备覆盖一定范围内的用户终端，构成一个小区。各无线接入设备由用户采用即插即用的方式进行部署，位置不经过网络规划，小区间可能存在相互重叠。各无线接入设备间由信息支撑网络连接，该信息支撑网络可以是由互联网构成的公共网络，也可以是专门建设的信息专网，信息支撑网络的物理形态并不影响本专利技术的实施。上述网络部署方式的典型是WiFi和移动家庭基站(Femtocell)。在网络覆盖区域内共有M个无线接入设备，无线接入设备的下行工作频段进一步被划分为N个下行信道。用户终端通过导频信号或参考信号等信号图案区分不同小区的下行信号。用户终端测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式搜索的功率分配方法，其特征在于：包括以下部分，采用分布式处理方式，在各小区无线接入设备中维护一致的测量功率矩阵和发射功率矩阵；无线接入设备开机自动建立小区，完成测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化；基于测量功率矩阵和发射功率矩阵，利用罚函数法迭代求得功率极值点，调整小区各信道下行功率分配。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式搜索的功率分配方法，其特征在于：包括以下部分，采用分布式处理方式，在各小区无线接入设备中维护一致的测量功率矩阵和发射功率矩阵；无线接入设备开机自动建立小区，完成测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化；基于测量功率矩阵和发射功率矩阵，利用罚函数法迭代求得功率极值点，调整小区各信道下行功率分配；各无线接入设备通过支撑网络相互连接，支撑网络为无线接入设备提供数据交换功能，各小区无线接入设备之间采用分布式处理方式，维护一致的测量功率矩阵和发射功率矩阵包括：测量功率矩阵表示为[PRi,j,k]M×M×N，1≤i≤M，1≤k≤N，1≤j≤M，其中M为无线接入设备的数量即小区数量，N为工作频段内的下行信道数，PRi,j,k表示小区i的终端在信道k上测量到的来自小区j的信号功率；所有的PRi,j,k构成了一个M×M×N维的测量功率矩阵；发射功率矩阵表示为[Pj,k]M×N，其中Pj,k表示小区j在信道k上的发射功率，所有的Pj,k构成了一个M×N维的发射功率矩阵；维护测量功率矩阵和发射功率矩阵步骤包括：步骤101：改变下行信道发射功率的小区即触发小区调整发射功率后，触发小区重新测量本小区下行信号接收功率，并将测量结果和调整后的发射功率分别存入测量功率矩阵和发射功率矩阵；步骤102：触发小区将测量功率矩阵和发射功率矩阵的更新信息，通过支撑网络向其他小区广播，其他小区接收到更新信息后，对各自的测量功率矩阵和发射功率矩阵进行更新；步骤103：其他小区重新测量触发小区的下行信号接收功率，并更新各自的测量功率矩阵；步骤104：其他小区通过支撑网络，广播各自的测量功率矩阵更新信息，所有小区收到更新信息后，对自己的测量功率矩阵进行更新。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式搜索的功率分配方法，其特征在于，无线接入设备开机自动建立小区，完成测量功率矩阵和发射功率矩阵的初始化，包括以下步骤：步骤201：网络中无线接入设备开机并建立新小区时即初始化小区，初始化小区建立测量功率矩阵和发射功率矩阵；步骤202：初始化小区设置下行信道发射功率，并测量本小区及已有小区的下行信号接收功率，将发射功率和测量结果填入测量功率矩阵和发射功率矩阵；初始化小区通过支撑网络向已有小区通告小区初始化，已有小区在各自的测量功率矩阵和发射功率矩阵中新增初始化小区数据存储空间；步骤203：已有小区测量初始化小区下行信号功率，并将根据测量结果存储在测量功率矩阵中；步骤204：已有小区与初始化小区通过支撑网络同步数据，保持测量功率矩阵和发射功率矩阵一致。3.根据权利要求1所述的一种基于分布式搜索的功率分配方法，其特征在于，基于测量功率矩阵和发射功率矩阵，利用罚函数法迭代求得功率极值点，调整小区各信道下行功率分配，包括以下步骤：步骤301：根据测量功率矩阵和发射功率矩阵，计算信道增益Gi,j,k，Gi,j,k为小区j在信道k上发送的信号到达小区i时的增益；步骤302：以小区i*在各信道上的发射功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王犇，徐琳，冯程，吉祥，杨博，王芳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32