用于进行发送功率和传输速率的联合优化的通信方法和设备与流程

文档序号:14685191发布日期:2018-06-12 23:20
用于进行发送功率和传输速率的联合优化的通信方法和设备与流程

本公开的实施例总体上涉及通信技术,更具体地,涉及用于进行保证用户公平性的发送功率和传输速率的联合优化的通信方法以及相应设备。



背景技术:

从无线通信服务提供商的角度来看,公平性是网络运营最为关键的性能指标,因为用户期望拥有相同且一致的服务体验,无论用户在小区中的位置如何。平均吞吐量和频率效率的指标值仅在公平性准则得以满足的情况下才具有意义。不同的无线电资源管理(RMM)调度器和策略表现出不同的公平性行为。

一般而言,公平性指标通过用户传输速率的累积分布函数(CDF)来衡量。CDF的斜率越陡,表明公平性越好。常规的调度器无法直接遵循传输速率的期望归一化CDF。常规的调度器并不按照归一化用户速率的CDF要求直接设计。它们利用其它准则来保证用户公平性,例如根据比例公平准则或最大最小准则来确保公平性,而用户传输速率的CDF的轮廓很少被事先设想、构造和保持。



技术实现要素:

总体上,本公开的实施例提出了一种用于保证用户公平性的进行发送功率和传输速率的联合优化的快速实现方案。

在第一方面,本公开的实施例提供一种通信方法。该方法包括从多个通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的相应归一化功率值以及多个通信链路的发送方的发送功率值。多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。该方法还包括多个链路分别确定与该链路相对应的归一化功率与发送功率的非线性组合的值。该方法还包括将分别对应于多个链路的多个非线性组合的值按照第一顺序排列为第二序列。该方法还包括向多个链路中的每个链路的发送方提供相应非线性组合的值在第二序列中的位置序号。

在一些实施例中,归一化功率与发送功率的非线性组合的值包括对应于同一个链路的归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和。

在第二方面,本公开的实施例提供一种通信方法。该方法包括从多个通信链路中的第一通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的第一归一化功率值。多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。该方法还包括获取与第一通信链路相对应的传输速率目标的值并确定与传输速率目标的值相对应的业务类型,传输速率目标的值是根据第一序列以及第一归一化功率与第一通信链路的发送方的发送功率的非线性组合的值在第二序列中的位置确定的,第二序列是对应于多个通信链路的如下两项的多个非线性组合的值按照第一顺序排列而得到的:多个通信链路的接收方所经历的干扰与噪声之和的归一化功率值、以及多个通信链路的发送方的发送功率值。该方法还包括获取多个针对多个通信链路的最大归一化功率约束值。该方法还包括基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值、第一归一化功率值以及最大归一化功率约束值,更新第一通信链路的发送功率。

在一些实施例中,归一化功率值与发送功率的非线性组合的值包括归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和。

在一些实施例中,更新第一通信链路的发送功率包括:基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值和第一归一化功率值,将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值;以及基于最大归一化功率约束值将第一发送功率值更新为第二发送功率值。

在一些实施例中,将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值包括基于以下表达式将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值:

其中p′n(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第一发送功率值,表示第n通信链路在t时刻的传输速率目标,In(t)表示第n通信链路在t时刻的第一归一化功率值,pn(t)表示第n通信链路在t时刻的发送功率,t为大于或等于0的任意整数,N为大于或等于2的任意整数。

在一些实施例中,基于最大归一化功率约束值和第一发送功率值将第一通信链路的发送功率更新为第二发送功率值包括基于以下表达式将发送功率更新为第二发送功率值:

其中pn(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第二发送功率值,表示最大归一化功率约束值。

在一些实施例中,最大归一化功率约束值基于以下表达式被确定:

其中M表示功率约束的数目并且M≥1,wmn表示功率约束的权重并且wmn≥0,表示第m个功率约束条件相对应的功率上限值。

在第三方面,本公开的实施例提供一种网络设备。该网络设备包括控制器以及耦合至控制器的存储器。存储器包括指令,指令在由控制器执行时使终端设备执行动作,动作包括:从多个通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的相应归一化功率值以及多个通信链路的发送方的发送功率值,多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输,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传输速率目标,多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列;多个链路分别确定与该链路相对应的归一化功率与发送功率的非线性组合的值;将分别对应于多个链路的多个非线性组合的值按照第一顺序排列为第二序列;以及向多个链路中的每个链路的发送方提供相应非线性组合的值在第二序列中的位置序号。

在第四方面,本公开的实施例提供一种终端设备。该终端设备包括控制器以及耦合至控制器的存储器。存储器包括指令,指令在由控制器执行时使终端设备执行动作,动作包括:从多个通信链路中的第一通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的第一归一化功率值,多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输,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传输速率目标,多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列;获取与第一通信链路相对应的传输速率目标的值并确定与传输速率目标的值相对应的业务类型,传输速率目标的值是根据第一序列以及第一归一化功率与第一通信链路的发送方的发送功率的非线性组合的值在第二序列中的位置确定的,第二序列是对应于多个通信链路的如下两项的多个非线性组合的值按照第一顺序排列而得到的:多个通信链路的接收方所经历的干扰与噪声之和的归一化功率值、以及多个通信链路的发送方的发送功率值;获取多个针对多个通信链路的最大归一化功率约束值;以及基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值、第一归一化功率值以及最大归一化功率约束值,更新第一通信链路的发送功率。

应当理解,发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开实施例的关键或重要特征,亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明,本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素,其中:

图1示出了本公开的某些实施例可以在其中实施的示例通信网络;

图2示出了根据本公开的某些实施例的通信方法的流程图;

图3示出了根据本公开的某些实施例的通信方法的流程图;

图4示出了根据本公开的某些实施例的在网络设备处实施的装置的框图;

图5示出了根据本公开的某些实施例的在终端设备处实施的装置的框图;

图6示出了适合用来实现本公开的某些实施例的通信设备的框图;

图7示出了根据本公开的实施例的期望的归一化传输速率CDF的示意图;

图8和图9示出了根据本公开的方法的仿真性能比较的示意图;

图10示出了根据本公开的方法收敛到稳定点的速率分配的演变示意图;以及

图11示出了根据本公开的方法收敛到稳定点的功率更新的演变示意图。

在所有附图中,相同或相似参考数字表示相同或相似元素。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例,然而应当理解的是,本公开可以通过各种形式来实现,而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例,相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是,本公开的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本公开的保护范围。

在此使用的术语“包括”及其变形是开放性包括,即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”;术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

图1示出了本公开的实施例可以在其中实施的示例通信网络100。

通信网络100包括多个通信链路,例如第一通信链路、第二通信链路、……、第N通信链路,其中N是大于或等于2的任意整数。多个通信链路中的每个通信链路包括发送方和接收方。具体地,第一通信链路包括第一通信链路的发送方1101和第一通信链路的接收方1201,第二通信链路包括第二通信链路的发送方1102和第二通信链路的接收方1202,……,第N通信链路包括第N通信链路的发送方110N和第N通信链路的接收方120N。

多个通信链路中的每个通信链路的发送方经由同一个无线信道130向相应的接收方发送数据信号。

在一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N位于相同的终端设备中。终端设备是指能够与网络设备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)、个人数字助理、游戏机、可穿戴设备、车载通信设备、机器到机器通信设备、以及传感器等。该术语终端设备能够和“用户设备”(UE)、移动站、订户站、移动终端、用户终端或无线设备互换使用。在一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N各自位于不同的终端设备中。

在另一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N位于相同的网络设备中。网络设备可以表示节点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)、远端射频头(RRH)、中继器、低功率节点,诸如微微基站、毫微微基站等。在一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N各自位于不同的网络设备中。

每个通信链路的接收方经由各自的反馈信道向相应的发送方反馈信息。具体地,接收方1201、1202、…、120N分别经由第一反馈信道1401、第二反馈信道1402、…、第N反馈信道140N向发送方1101、1102、…、110N反馈信息。

在发送方1101、1102、…、110N位于相同的终端设备中的实施例中,接收方1201、1202、…、120N可以位于相同的网络设备中。在发送方1101、1102、…、110N各自位于不同的终端设备中的实施例中,接收方1201、1202、…、120N可以位于相同的网络设备中,或者可以各自位于不同的网络设备中。

通信网络100进一步包括排序器150(在后文中详述)。在接收方1201、1202、…、120N位于相同的网络设备中的实施例中,排序器150可以与接收方1201、1202、…、120N位于相同的网络设备中。由此,形成排序器150与接收方1201、1202、…、120N的集中式部署,从而便于排序器150与接收方1201、1202、…、120N的进行直接信令交互。替选地,排序器150可以与接收方1201、1202、…、120N位于不同的网络设备中。在此情况下,排序器150可以根据任何适当的通信协议与接收方1201、1202、…、120N以及发送方1101、1102、…、110N进行信令交互。

在接收方1201、1202、…、120N各自位于不同的网络设备中的实施例中,排序器150可以与接收方1201、1202、…、120N中的任一个位于相同的网络设备中。在另一些实施例中,排序器150可以位于与接收方1201、1202、…、120N所处的网络设备均不同的网络设备中。在此情况下,排序器150可以根据任何适当的通信协议与接收方1201、1202、…、120N以及发送方1101、1102、…、110N进行信令交互。

通信网络100进一步包括功率计算器160(在后文中详述)。在发送方1101、1102、…、110N位于相同的终端设备中的实施例中,功率计算器160可以与发送方1101、1102、…、110N位于相同的终端设备中,从而便于与之进行直接信令交互。在发送方1101、1102、…、110N各自位于不同的终端设备中的实施例中,功率计算器160可以与发送方1101、1102、…、110N中的任一个位于相同的终端设备中。在另一些实施例中,功率计算器160可以位于网络设备中。在此情况下,功率计算器160可以根据任何适当的通信协议与发送方1101、1102、…、110N进行信令交互。

目前,许多无线标准化组织选择归一化吞吐量边界(normalized throughput bound)作为公平性准则。该归一化吞吐量边界规定了归一化传输速率的CDF图中的一个区域。该区域由三个点{(0.1,0.1),(0.2,0.2),(0.5,0.5)}的连线来限定。合格的调度器产生的归一化用户速率CDF必须在该连线的右侧。这种评估方法规定了至少有90%的用户所获得的速率在平均速率的十分之一之上。常规的调度器并不按照归一化用户速率的CDF要求直接设计。它们利用其它准则来保证用户公平性,例如根据比例公平准则或最大最小准则来确保公平性,而用户传输速率的CDF的轮廓很少被事先设想、构造和保持。而用户传输速率的CDF的轮廓很少被事先设想、构造和保持。

为了至少部分地解决现有方案中的上述以及其他潜在的缺陷和问题,本公开的实施例提出了一种在满足给定的归一化用户传输速率的CDF的同时进行发送功率和传输速率的联合优化的方案。

具体地,根据给定的归一化用户传输速率CDF,可以确定与多个通信链路相关联的传输速率目标的序列其中序列中的元素的值不不是全部相同。例如,针对第一通信链路、第二通信链路、……、第N通信链路,可以确定传输速率目标的序列Sγ={γ1,γ2,…,γN},其中γ1,γ2,…,γN分别表示第一、第二、……、第N个传输速率目标,并且γ1,γ2,…,γN的值并不是全部相同。一般而言,对于传输速率目标的序列Sγ={γ1,γ2,…,γN}而言,存在N!种传输速率分配方式。每种传输速率分配方式表示一种特定的以一对一的形式针对该N个通信链路的传输速率分配,这里每一个传输速率目标只能分配个一个通信链路。

该分配方式可以通过在多个通信链路的序列与传输速率目标的序列Sγ之间的双射映射来建模。例如,意味着通信链路n被分配有传输速率目标γm。对于传输速率目标的给定分配方式可以进行功率优化使得最小加权的(1+SINR)最大,即求解以下功率优化问题(P1):

其中Gnm表示从第m通信链路的发送方到第n通信链路的接收方的信道增益,pn表示第n通信链路的发送功率,p=[p1 p2 … pN],表示第n通信链路的接收方处的噪声功率。不等式是对一般线性功率约束进行建模,其中可以通过将功率约束的权重wmn设置为大于或等于零的任意值而可以表示所有或某条通信链路的发送方对第m个其它接收方的干扰控制的约束,也可以表示第n通信链路的发送方自身的发送功率受限的约束。

假定针对上述功率优化问题P1进行求解而得到最优解那么对于最优解必然存在:

通过对表达式(2)的等式两侧取以2为底的对数,表达式(2)可以变换为:

从以上表达式(3)可以看到,多个链路的实际工作速率相对于各自的传输速率目标具有相同的增量(或减量)。

表达式(3)表明,在多个通信链路之间交换个体传输速率目标不会改变传输速率的经验CDF的形状(和斜率)。不同的速率分配具有相同归一化用户传输速率CDF,交换个体传输速率目标仅使得CDF曲线进行了水平平移。所获得的归一化传输速率的CDF仅依赖于序列Sγ,而无论序列Sγ中的个体传输速率目标被分配给哪个通信链路。序列Sγ={γ1,γ2,…,γN}可以是给定的归一化CDF(F(γ))的样本,使得F(γn)=n/N。

在实际应用中,期望从从N!种传输速率分配方式中找到最优的分配方式使得最大。由传输速率分配带来的吞吐量增益是可观的。为此,通过将视作新增的优化维度而将上述功率优化问题P1扩展为以下优化问题(P2),其中SN={{1,2,3,…,N},{2,1,3,…,N},…}表示对应于N个项的所有可能的分配方式的序列的集合并且|SN|=N!,其中|·|表示集合的势(即,该集合中序列的数目):

对发送功率和速率分配的联合优化涉及混合整数非线性规划问题。对上述优化问题P2的求解可以通过穷尽搜索所有可能的速率分配方式而得到全局最优解。这种穷尽求解方法需要在N!种给定的速率分配方式下对上述优化问题P1进行求解N!次。例如,当N=8时,需要对上述优化问题P1求解8!=40320次。这意味着枚举法的计算复杂度在实际应用中是不可接受的。因此,需要一种次优的性能和复杂度相平衡的算法。

对上述优化问题P2的求解对应于在满足传输速率的给定的归一化经验CDF的同时使得和速率最大的最优功率控制。通过设定序列Sγ中的元素的值可以预先构造所期望的归一化用户传输速率CDF。本公开的实施例提供了一种以较低的计算开销来逼近上述优化问题P2的全局最优解的解决方案。本公开的解决方案能够满足事先构造的归一化用户速率CDF的要求。

下面将结合图2至10对本公开的实施例进行详细描述。图2示出了根据本公开的某些实施例的通信方法200的流程图。在一些实施例中,方法200例如可以由图1中的排序器150来实施。应当理解的是,方法200还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作。本公开实施例的范围在此方面不受限制。

在210,排序器150从多个通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的相应归一化功率值以及多个通信链路的发送方的发送功率值。例如,在图1所示的实施例中,排序器150从接收方1201、1202、…、120N获取接收方1201、1202、…、120N所经历的干扰与噪声之和的相应归一化功率值和发送方1101、1102、…、110N的发送功率值。

在一些实施例中,接收方1201、1202、…、120N可以根据以下表达式来确定干扰与噪声之和的相应归一化功率值:

其中In(t)表示在t时刻接收方n所经历的干扰与噪声之和的归一化功率值,Gnm表示从第m通信链路的发送方到第n通信链路的接收方的信道增益,pm(t)表示在t时刻第m通信链路的发送方的发送功率,表示第n通信链路的接收方处的噪声功率,Gnn表示从第n通信链路的发送方到第n通信链路的接收方的信道增益,t为大于或等于0的任意整数。

应当理解,接收方根据上述表达式(5)来确定干扰与噪声之和的归一化功率值仅仅是示例性的,无意用于限制本公开的范围。事实上,接收方可以按照任何适当的方式来确定干扰与噪声之和的归一化功率值,本公开的范围在此方面不受限制。

在一些实施例中,在确定了干扰与噪声之和的相应归一化功率值之后,排序器150可以向接收方1201、1202、…、120N提供相应的归一化功率值In(t)。继而,接收方1201、1202、…、120N可以分别经由第一反馈信道1401、第二反馈信道1402、…、第N反馈信道140N向发送方1101、1102、…、110N反馈相应的归一化功率值In(t)。

在本公开的实施例中,多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。

在一些实施例中,第一序列可以被确定为Sγ={γ1,γ2,…,γN},使得归一化传输速率的期望的CDF(F(γ))满足F(γn)=n/N,其中γ1,γ2,…,γN分别表示第一、第二、……、第N个传输速率目标,并且γ1,γ2,…,γN的值并不完全相同。由于归一化用户传输速率的经验CDF(F(γ))满足F(γn)=n/N,因此确定Sγ={γ1,γ2,…,γN}值可以优化设计N个通信链路之间的公平性度量。

在一些实施例中,传输速率目标γ1,γ2,…,γN按照非降序排列为第一序列,即γ1≤γ2≤…≤γN。当然,第一序列Sγ中的传输速率目标也可以按照非升序进行排列,本公开的范围在此方面不受限制。

在确定传输速率目标的第一序列Sγ后,排序器150可以以任何适当的方式向发送方1101、1102、…、110N发送第一序列Sγ。

在220,排序器150针对多个链路分别确定与该链路相对应的归一化功率与发送功率的非线性组合的值。

在一些实施例中,归一化功率与发送功率的非线性组合的值包括对应于同一个链路的归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和,即,当然,归一化功率与发送功率的非线性组合可以具有任何适当的形式,本公开的范围在此方面不受限制。

在230,排序器150将分别对应于多个链路的多个非线性组合的值按照第一顺序排列为第二序列。例如,在第一序列中的传输速率目标按照非降序进行排列的实施例中,排序器150同样以非降序将分别对应于多个链路的多个非线性组合的值排列为第二序列,例如这意味着对于m=1,2,…,N而言,Rt(im)=m表示对应于第im条链路的非线性组合值在第二序列中的位置序号为第m个。

在240,排序器150向多个链路中的每个链路的发送方提供相应非线性组合的值在第二序列中的位置序号。例如,在归一化功率与发送功率的非线性组合的值包括对应于同一个链路的归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和的实施例中,第二序列中的非线性组合的值的位置序号可以表示为Rt(n),排序器150可以向发送方110n(n=1,2,…,N)发送Rt(n)。

由此,在N个通信链路的发送方当前的发送功率下,根据N个通信链路的非线性组合的值的排序,可以容易地获得期望的传输速率分配方式,从而避免了对所有可能的传输速率分配方式的穷尽搜索。

发送方110n在接收到位置序号Rt(n)后,可以根据第一序列Sγ以及位置序号Rt(n)确定与发送方110n相对应的传输速率目标的值。进而,发送方110n可以至少基于所确定的传输速率目标的值来更新发送方110n的发送功率。

在一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N中的仅一部分发送方被允许交换其传输速率目标,而另一部分不被允许交换其传输速率目标。例如,假定发送方1101、1102、…、110N’被允许交换其传输速率目标S'γ={γ1,γ2,…,γN'},而发送方110N’+1、110N’+2、…、110N与固定的传输速率目标{γN'+1,γN'+2,…,γN}相关联。

在这样的实施例中,排序器150可以按照非降序对的值进行排列以形成第三序列这意味着对于m=1,2,…,N'而言,Rt(im)=m。进而,排序器150可以向发送方110n(n=1,2,…,N')发送Rt(n)。

在一些实施例中,方法200中的操作可以迭代地被执行,直至满足预定的收敛条件,例如|pn(t+1)-pn(t)|≤ε,其中ε≥0。

根据本公开的实施例,通过以第一顺序对非线性组合的值进行排列并且分别向发送方提供相应非线性组合的值在第二序列中的位置序号,将传输速率分配的优化整合到了发送方的发送功率更新的过程中。由此,确保了与当前无线通信系统的良好向后兼容性。

由于可以通过向发送方提供相应非线性组合的值的位置序号来指示传输速率目标分配方式的改变,因此节省了信令开销。

此外,根据本公开的实施例,通过在多个通信链路之间交换个体传输速率目标而带来了传输速率的改进。

以上参考图2描述了在排序器150处实施的用于进行发送功率和传输速率的联合优化的通信方法,下面将参考图3来描述在通信链路的发送方处实施的联合优化的通信方法300。

图3示出了根据本公开的某些实施例的通信方法300的流程图。在一些实施例中,方法300例如可以由图1中的发送方1101、1102、…、110N中的任一个来实施。应当理解的是,方法300还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作。本公开实施例的范围在此方面不受限制。为了讨论的目的,下面将主要以发送方1101为例对方法300进行说明。但是应当理解,发送方1102、…、110N可以按照类似于发送方1101的方式进行操作。

在310,发送方1101从多个通信链路中的第一通信链路的接收方1201获取接收方1201所经历的干扰与噪声之和的第一归一化功率值。与以上文参考图2所描述的方法200类似,在一些实施例中,接收方1201可以基于上述表达式(5)来确定干扰与噪声之和的第一归一化功率值I1(t)。

多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。为了讨论的目的,仍然以上文参考图2所描述的第一序列Sγ={γ1,γ2,…,γN}为例。

在320,发送方1101获取与第一通信链路相对应的传输速率目标的值并确定与传输速率目标的值相对应的业务类型。传输速率目标的值是根据第一序列以及第一归一化功率与第一通信链路的发送方的发送功率的非线性组合的值在第二序列中的位置确定的。第二序列是对应于多个通信链路的如下两项的多个非线性组合的值按照第一顺序排列而得到的:多个通信链路的接收方所经历的干扰与噪声之和的归一化功率值、以及多个通信链路的发送方的发送功率值。

在一些实施例中,上述两项的非线性组合的值包括归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和,即,当然,归一化功率与发送功率的非线性组合可以具有任何适当的形式,本公开的范围在此方面不受限制。

在第二序列由排序器150形成的实施例中,发送方1101可以从排序器150获取上述两项的非线性组合的值的值在第二序列中的位置序号。

如前所述,排序器150可以按照非降序对进行排列以形成第二序列这意味着对于m=1,2,…,N而言,Rt(im)=m。就此而言,发送方1101可以从排序器150获取上述两项的非线性组合的值在第二序列中的位置序号Rt(1)。

在330,发送方1101获取多个针对多个通信链路的最大归一化功率约束值。换言之,针对多个通信链路中的每个通信链路,获取一个或多个归一化功率约束值,并比较出其中最大的一个。在一些实施例中,最大归一化功率约束值由图1中的功率计算器160来确定。就此而言,发送方1101可以从功率计算器160获取多个针对多个通信链路的最大归一化功率约束值。

在340,发送方1101基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值、第一归一化功率值以及最大归一化功率约束值,更新第一通信链路的发送功率。

在一些实施例中,发送方1101可以基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值和第一归一化功率值,将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值,进而基于最大归一化功率约束值将发送功率更新为第二发送功率值。

在一些实施例中,发送方1101可以基于以下表达式将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值:

其中p′n(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第一发送功率值,表示第n通信链路在t时刻的传输速率目标,In(t)表示第n通信链路在t时刻的第一归一化功率值,pn(t)表示第n通信链路在t时刻的发送功率,t为大于或等于0的任意整数,N为大于或等于2的任意整数。

在一些实施例中,发送方1101可以根据以下表达式,基于最大归一化功率约束值将发送功率更新为第二发送功率值:

其中pn(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路的发送方在t+1时刻的第二发送功率,p′n(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第一发送功率值,表示最大归一化功率约束值。

在一些实施例中,功率计算器160可以基于以下表达式来确定该最大归一化功率约束值:

其中表示所述最大归一化功率约束值,M表示功率约束的数目并且M≥1,wmn表示功率约束的权重并且wmn≥0,表示第m个功率约束条件相对应的功率上限值。

从上述表达式(8)可以看到,为了确定最大归一化功率约束值,功率计算器160需要从发送方1101、1102、…、110N获取其各自在t+1时刻的第一发送功率值p′n(t+1)。

应当理解,发送方根据上述表达式(6)和(7)来确定其发送功率值仅仅是示例性的,无意用于限制本公开的范围。事实上,发送方可以按照任何适当的方式来确定其发送功率值,本公开的范围在此方面不受限制。

如前所述,在一些实施例中,发送方1101、1102、…、110N中的仅一部分发送方被允许交换其传输速率目标,而另一部分不被允许交换其传输速率目标。例如,假定发送方1101、1102、…、110N’被允许交换其传输速率目标S'γ={γ1,γ2,…,γN'},而发送方110N’+1、110N’+2、…、110N与固定的传输速率目标{γN'+1,γN'+2,…,γN}相关联。在这样的实施例中,发送方1101、1102、…、110N可以基于以下表达式来计算其第一发送功率p′n(t+1):

在确定了第一发送功率值p′n(t+1)后,发送方1101、1102、…、110N进而可以根据上述表达式(7)和(8),基于最大归一化功率约束值将发送功率更新为第二发送功率值。

在一些实施例中,方法300中的操作可以迭代地被执行,直至满足预定的收敛条件,例如|pn(t+1)-pn(t)|≤ε,其中ε≥0。

应当理解,上文参考图2所描述的各个特征同样适用于方法300,因而将不再赘述。

根据本公开实施例的方法避免了对所有可能的速率分配方式的穷尽搜索,因而能够作为求解上述混合整数非线性规划问题(P2)的智能算法。根据本公开的实施例,在迭代过程期间,确保了由速率分配而带来的传输速率增益。在每次迭代中,总是在所有速率分配方式中选择了一种当前最佳的速率分配方式,使得更新后的发送功率代价最小,由此提高功率使用效率而带来传输速率增益。

令人满意的速率分配方式相当于其代价矩阵满足蒙日特性(Monge property)的线性和分配问题(Linear Sum Assignment Problem)的解。因此,仅根据在当前发送功率下所有通信链路的发送方所经历的干扰和噪声的归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和(即)在第二序列中位置序号,便能够容易地选择期望的速率分配方式。发送方仅需从排序器获取相应的倒数总和在第二序列中的位置序号便可跟踪期望的速率分配方式,进而通过跟踪期望的速率分配方式来并行地更新其各自的发送功率。

以上结合图2和图3详细描述了根据本公开的实施例的通信方法。下面将结合图4至6来描述根据本公开的实施例的装置。

图4示出了根据本公开的某些实施例的装置400的框图。可以理解,装置400可以实施在图1所示的排序器150一侧。在排序器150实施在网络设备一侧的实施例中,装置400可以实施在网络设备中。在排序器150实施在终端设备一侧的实施例中,装置400可以实施在终端设备中。

如图4所示,装置400包括:获取单元410、确定单元420、排序单元430和提供单元450。

获取单元410被配置为从多个通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的相应归一化功率值以及多个通信链路的发送方的发送功率值。多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。

确定单元420被配置为针对多个链路分别确定与该链路相对应的归一化功率与发送功率的非线性组合的值。排序单元430被配置为将分别对应于多个链路的多个非线性组合的值按照第一顺序排列为第二序列。提供单元440被配置为向多个链路中的每个链路的发送方提供相应非线性组合的值在第二序列中的位置序号。

在一些实施例中,归一化功率与发送功率的非线性组合的值包括对应于同一个链路的归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和。

图5示出了根据本公开的某些实施例的装置500的框图。可以理解,装置500可以实施在图1所示的发送方1101、1102、…、110N中任一个一侧。在发送方实施在网络设备一侧的实施例中,装置500可以实施在网络设备中。在发送方实施在终端设备一侧的实施例中,装置500可以实施在终端设备中。

如图5所示,装置500包括:第一获取单元510、第二获取单元520、第三获取单元530以及更新单元540。

第一获取单元510被配置为从多个通信链路中的第一通信链路的接收方获取接收方所经历的干扰与噪声之和的第一归一化功率值。多个链路中的每个链路能够支持多种业务类型的传输。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传输速率目标。多个传输速率目标按照第一顺序排序为第一序列。

第二获取单元520被配置为获取与第一通信链路相对应的传输速率目标的值并确定与传输速率目标的值相对应的业务类型。传输速率目标的值是根据第一序列以及第一归一化功率与第一通信链路的发送方的发送功率的非线性组合的值在第二序列中的位置确定的。第二序列是对应于多个通信链路的如下两项的多个非线性组合的值按照第一顺序排列而得到的:多个通信链路的接收方所经历的干扰与噪声之和的归一化功率值、以及多个通信链路的发送方的发送功率值。

第三获取单元530被配置为获取多个针对多个通信链路的最大归一化功率约束值。更新单元540被配置为基于与第一通信链路相对应的传输速率目标的值、第一归一化功率值以及最大归一化功率约束值,更新第一通信链路的发送功率。

在一些实施例中,归一化功率与发送功率的非线性组合的值包括归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和。

在一些实施例中,更新单元540被进一步配置为:基于第一通信链路的传输速率目标和第一归一化功率值,将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值;以及基于最大归一化功率约束值和第一发送功率值,将第一通信链路的发送功率更新为第二发送功率值。

在一些实施例中,更新单元540被进一步配置为基于以下表达式将第一通信链路的发送功率更新为第一发送功率值:

其中p′n(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第一发送功率值,表示第n通信链路在t时刻的传输速率目标,In(t)表示第n通信链路在t时刻的第一归一化功率值,pn(t)表示第n通信链路在t时刻的发送功率,t为大于或等于0的任意整数,N为大于或等于2的任意整数。

在一些实施例中,更新单元540被进一步配置为基于以下表达式将第一发送功率值更新为第二发送功率值:

其中pn(t+1)表示多个通信链路中的第n通信链路在t+1时刻的第二发送功率值,表示最大归一化功率约束值。

在一些实施例中,最大归一化功率约束值基于以下表达式被确定:

其中M表示功率约束的数目并且M≥1,wmn表示功率约束的权重并且wmn≥0,表示第m个功率约束条件相对应的功率上限值。

应当理解,装置400和500中记载的每个单元分别与参考图2至图3描述的方法200和300中的每个动作相对应。因此,上文结合图2至图5描述的操作和特征同样适用于装置400和500及其中包含的单元,并且具有同样的效果,具体细节不再赘述。

注意,装置400和500中所包括的单元可以利用各种方式来实现,包括软件、硬件、固件或其任意组合。在一个实施例中,一个或多个单元可以使用软件和/或固件来实现,例如存储在存储介质上的机器可执行指令。除了机器可执行指令之外或者作为替代,装置400和500中的部分或者全部单元可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来实现。作为示例而非限制,可以使用的示范类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD),等等。

图4和图5中所示的这些单元可以部分或者全部地实现为硬件模块、软件模块、固件模块或者其任意组合。特别地,在某些实施例中,上文描述的流程、方法或过程可以由网络设备或者终端设备中的硬件来实现。例如,网络设备或者终端设备可以利用其发射器、接收器、收发器和/或处理器或控制器来实现方法200和300。

图6示出了适合实现本公开的实施例的设备600的方框图。设备600可以用来实现网络设备或终端设备。

如图所示,设备600包括控制器610。控制器610控制设备600的操作和功能。例如,在某些实施例中,控制器610可以借助于与其耦合的存储器620中所存储的指令630来执行各种操作。存储器620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6中仅仅示出了一个存储器单元,但是在设备600中可以有多个物理不同的存储器单元。

控制器610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600也可以包括多个控制器610。控制器610与收发器640耦合,收发器640可以借助于一个或多个天线650和/或其他部件来实现信息的接收和发送。注意,在公开的上下文中,收发器640可以是能够同时完成发送和接收数据功能的器件;也可以是仅具有发送或者接收数据功能的器件。

当设备600充当网络设备时,控制器610和收发器640可以配合操作,以实现上文参考图2和图3描述的方法200和300。当设备600充当终端设备时,控制器610和收发器640可以配合操作,以实现上文参考图2和3描述的方法200和300。例如,在一些实施例中,上文描述的所有涉及数据/信息收发的动作可由收发器640来执行,而其他动作可由控制器610来执行。上文参考图1-5所描述的所有特征均适用于设备600,在此不再赘述。

图7示出了根据本公开的实施例的期望的归一化用户传输速率CDF的示意图。在吞吐量和收敛速率方面对本公开的方案进行了评估,其中对包含八个通信链路的通信网络进行了仿真。表1示出了信道增益{Gmn}的矩阵。

表1信道增益矩阵(8x8)

针对以下表2所示的速率序列执行联合功率控制和速率分配。

表2

传输速率目标的序列Sγ={γ1,γ2,…,γN'}被选择以构造如图7所示的期望的归一化用户传输速率CDF那样的归一化用户传输速率的经验CDF。

图8和图9示出了根据本公开的方法的仿真性能比较的示意图。在图8中,曲线810表示在8!=40320种速率分配方式中的和速率的实际分布。曲线820表示本方法计算结果的经验CDF,其通过对本公开的方案重复执行1000,000次而生成,每次具有不同的且随机的初始化值。从曲线810可以看到,通过速率分配实现了显著的潜在改进,在和速率方面获得了约8bps/Hz增益。图8证明了本公开的方法的稳定性和收敛,其中本公开的方法以100%的概率收敛到稳定点。

如图8所示,本公开的方法逼近联合功率控制和速率分配的全局最优解,所达到的性能优于95%的速率分配方式。这相当于以穷举法对8!*95%=38304个速率分配方式进行搜索后而达到的性能。图8示出了在传输速率方面的性能比较。从图8可以看到,本公开的方法能够获得和所期望的CDF相同的归一化用户传输速率CDF并且能够获得可观的速率改进。

在图9中,曲线910表示速率分配的最差情况,曲线920表示根据本公开实施例的迭代方法,曲线930表示速率分配的最佳情况。根据本公开实施例的迭代方法能够充当用于混合整数非线性规划问题(P2)的智能算法,其避免了穷尽搜索。从图9可以看到,迭代过程是稳定的,其能够以非常低的计算复杂度快速收敛到接近最优解(如920所示)。

在N个通信链路的发送方当前的发送功率下,仅根据归一化功率值的倒数与发送功率值的倒数的总和的排序,利用非线性和分配问题的蒙日特性能够容易地选择期望的速率分配方式,从而避免了对所有可能的传输速率分配方式的穷尽搜索。

本公开的方法在各个通信链路之间交换个体传输速率目标而带来了速率改进。对于网络侧公共设施而言,其可以保持由预先确定的传输速率目标的序列确定的相同的归一化传输速率CDF。

此外,本公开的方法将排序功能与传统分布式功率控制方法进行整合,确保了与当前无线通信系统的良好向后兼容性。所采用的功率更新过程对和当前无线通信系统中广泛使用的分布式功率标准化控制机制相互兼容。而且,本公开的方法的实际实施可以仅涉及干扰的本地测量,而这是商用通信系统所熟悉的。

图10示出了根据本公开的方法收敛到稳定的速率分配状态的演变示意图。图11示出了根据本公开的方法收敛到稳定的功率更新状态的演变示意图。从图10和图11可以看到,根据本公开的方法能够快速收敛到稳定点。

一般而言,本公开的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑,或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施,而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当本公开的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时,将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备,或其某些组合中实施。

作为示例,本公开的实施例可以在机器可执行指令的上下文中被描述,机器可执行指令诸如包括在目标的真实或者虚拟处理器上的器件中执行的程序模块中。一般而言,程序模块包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等,其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据结构。在各实施例中,程序模块的功能可以在所描述的程序模块之间合并或者分割。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或者分布式设备内执行。在分布式设备中,程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。

用于实现本公开的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言编写。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器,使得程序代码在被计算机或其他可编程的数据处理装置执行的时候,引起在流程图和/或框图中规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在计算机上、部分在计算机上、作为独立的软件包、部分在计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。

在本公开的上下文中,机器可读介质可以是包含或存储用于或有关于指令执行系统、装置或设备的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备,或其任意合适的组合。机器可读存储介质的更详细示例包括带有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存储存取器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光存储设备、磁存储设备,或其任意合适的组合。

另外,尽管操作以特定顺序被描绘,但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成,或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下,多任务或并行处理会是有益的。同样地,尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节,但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围,而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之,在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题,但是应当理解,所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反,上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

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