义。不失一般性地，权重因子％被设归一化为 以证明，WRSM问题是一个关于传输功率ρ的非凸优化问题。因此即使在集中化的方式中， 也很难有效地找出一个全局优化方案。
[0067] 特别的，由于ωτΓ(ρ)是关于ri(p)的单调递增函数，可以证明r(p〇必须位于可 行速率区域(；的上边界。然而(；是一个非凸集合，并且缺少闭合式或显式描述，这使得很 难计算出所期望的r(p〇的。一些传统的方法例如切线逼近并不适用于本案。
[0068] 为了解决上述问题，本发明提供了一种在通信系统中用于实现内部链路的加权速 率之和最大化的分布式全局功率优化的方法。该推荐的方法通过算法一和算法二融合了非 线性Perron-Frobenius理论和现有单调优化方法，通过分布式方式解决了长期悬而未决 的非凸功率优化的问题。
[0069] 首先我们来介绍一下本发明的系统架构和装置模块。图2示出了根据本发明所公 开的分布式全局功率优化系统的信道配置示意图。其中，单元11表示用于传输业务负载的 公共无线电信道，其被由多个内部链路组成的内部网络和由多个外部链路组成的外部网络 以重叠的方式共享，并因此导致两者之间的相互干扰。单元12-1表示从第1条内部链路的 内部接收机到第1条内部链路的内部发射机的反馈信道，该反馈信道专属于第1条内部链 路并用于反馈本地的信干噪比（SINR)，其中，1 = 1，2,…，匕单元13表示专用辅助信道， 该信道中具有用于实现加权速率之和最大化的功率优化辅助装置1300。
[0070] 图3示出了根据本发明所公开的分布式全局功率优化系统的装置模组图。为了实 施本发明所公开的方案，该系统配有以下基本模组：
[0071] 每条内部链路包括一个内部发射机100和一个内部接收机200。每条外部链路包 括一个外部发射机300和一个外部接收机400。专用辅助信道中包括一个功率优化辅助装 置1300,其与所述各条内部链路的发射机，以及各条外部链路的接收机相互通信。
[0072] 功率优化辅助装置1300包括归一化值接收模块1301，最大归一化值选择模块 1302,初始集合设定模块1303以及发送模块1304。
[0073] 归一化值接收模块1301用于从各个外部链路的外部接收机400中接收干扰归一 化值，以及从各个内部链路的内部发射机100中接收发射功率归一化值；最大归一化值选 择模块1302用于从所述干扰归一化值和所述发射功率归一化值中选出最大的归一化值； 初始集合设定模块1303用于设定包含初始速率分配矢量z。的初始集合T。；发送模块1304 用于向所述各个内部链路的发射机广播所述最大的归一化值和所述初始集合T。。
[0074] 每个所述内部发射机100都包括功率放大模块105,功率更新模块106,速率分配 矢量管理模块107和电源管理模块108。
[0075] 功率放大模块105被配置为根据来自功率更新模块106的输入值，调节内部发射 机的功率值。
[0076] 功率更新模块106被配置为根据从功率优化辅助装置1300获得的最大的归一化 值，速率分配矢量管理模块107的输出和内部接收机上测得的本地SINR，计算发射机的发 射功率。其输出的发送功率值被输入至功率放大模块105和电源管理模块108中。
[0077] 速率分配矢量管理模块107被配置为其用于确定并更新速率分配矢量zk，计算所 述速率分配矢量&在可行速率区域(；上的投影因子λ (Zk)和投影λ (Zk)Zk，根据所述投影 因子λ (Zk)和所述速率分配矢量Zk生成L个新的速率分配矢量，用所述L个新的速率分配 矢量代替当前速率分配矢量集合T k中的所述速率分配矢量zk由此生成一个新的速率分配 矢量集合Tk+1，从所述新的集合T k+1中删除非适合速率分配矢量以及判断所述速率分配矢量 zk与所述投影λ (Zk)Zk间的归一化距离值（l-λ (Zk))是否大于允许误差值δ。
[0078] 电源管理模块108被配置为其用于根据所述功率更新模块106输出的更新结果计 算当前发射功率与最大发射功率的比值。其中，所述最大发射功率是指发射机因电源的功 率约束而所能提供的最大发射功率值。
[0079] 每个所述内部链路的内部接收机200都包括本地信干噪比测量模块209,其用于 基于接收到的信号估算本地信干噪比。
[0080] 每个所述外部链路的外部接收机400都包括干扰归一化值测量模块410,其用于 测量该外部接收机400上所受到的所有干扰功率值并把其换算成干扰归一化值。
[0081] 以下本文将结合图3和图4,具体介绍根据本发明所公开的一种在通信系统中用 于实现内部链路的加权速率之和最大化的分布式全局功率优化的方法。
[0082] 本方法主要通过分布式的外多元矩形区域（polyblock)逼近法（算法一）来解决 WRSM问题。在该方法中，不断收缩的外多元矩形区域的序列是以迭代方式生成的，并最终 收敛逼近速率可行区域(；，并求解全局最佳的r (p〇。我们首先构建多元矩形区域Sk，其包 含可行速率集合(；，即：? ^本质上，多元矩形区域S k可以以其适合的顶点即速率分 配矢量集合Tk来表征。具体而言，Sk是速率分配矢量集合Tk所构建的速率分配多元矩形 区域可以表述为以下这些矩形区域的并集：{[0，z] |z e Tk}。WRSM的目标函数ωτΓ(其中， r e Sk)在多元矩形区域Sk上的最大值必然对应于目标函数在Sk关联的速率分配矢量集合
。如果该速率分配矢量zk正好位于 可行速率集合(；上，那么可以得到WRSM的问题的解即rV) =zk。如果该速率分配矢量& 并不在可行速率集合(；上，我们需要生成更小的多元矩形区域4^+] c.,使得sk+1仍然包 含(；并排除了速率分配矢量zk，即：通过用L个新的速率分配矢来替代原 有Tk中的z k来构建新的速率分配矢量集合Tk+1。
[0083] 具体的，新的速率分配矢量可以表述为公式 中，zk, i表示zk的第1个分量％表示仅第1个分量非零的单位矢量；λ (zk)是zk在Cr上 的投影因子，即：λ (zk) =maX{a | azk e CR}。也就是说λ (21>14是~在(；上的投影，即： 该投影点是从原点射向zk的射线与(；的上边界的相交点。另外，在新的速率分配矢量集合 T k+1中的非合适速率分配矢量应该被去除以加快算法的计算速度。
[0084] 通过迭代的方式不断重复上述过程直至可以找出一个最优解。该迭代过程生成一 个不断收缩的并包含(；的多元矩形区域序列，即尽3 …3 ?_ ，因此，可 以证明：ωτΖ??> ωτΖ??+1> ωτΖ??+2>…> coW)。zk是优化速率分配矢量,该速率分配矢 量使得ωτΓ在r e Tk条件下最大。Sk是逼近的外多元矩形区域，并且当k-c?时其收敛到
，其意味着λ (z〇J = 1并且Zco是(；上的点， 作为本发明核心的算法二被用于以分布式的方式来计算和获得满足r(p(Zk)) = λ (Zk)Zk 的 P (zk) 〇
[0085] 在实际的实施过程中，我们设定一个允许误差值δ，并当l-λ (Zk)彡S时，认为 ZkeCR，其中δ是一个很小的正数。从算法的复杂度来说，当允许误差值δ =〇时，算法 一的收敛时间是无限的，然而可以证明当S >〇时，算法一会在有限的步骤中收敛，并可以
[0086] 以下我们通过示例以更详细的介绍算法一和算法二。参见图4,算法一通过以下步 骤来实现：
[0087] 在步骤410中，功率优化辅助装置中的初始集合设定模块为各个内部链路的内部 发射机确定包含初始速率分配矢量ζ。的初始速率分配矢量集合Τ。，各个内部链路的发射机 的迭代次数k被设为0,并设定允许误差值δ。其中，由所述初始速率分配矢量ζ。所构建 的速率分配多元矩形区域[0, Ζ(]]包含所述可行速率区域(；。
[0088] 在一个优选的实施例中，各个内部链路的内部发射机中的电源管理模块108向初 始集合设定模块发送各自内部发射机的最大发射功率值各个外部链路的外部接收机
>其中，1 = 1，2,…，匕然后该初始集合设定模块根据以 下公式计算初始速率分配矢量集合T。。
[0090]其中，T。= {b}，z。= b = [b! b2 …bj。
[0091] 然后功率优化辅助装置中的发送模块通过广播的方式向各个内部发射机发送该 初始速率分配矢量集合T。，各个内部发射机把该包含初始速率分配矢量z。的初始速率分配 矢量集合T。输入至速率分配矢量管理模块107中。
[0092] 在步骤420中，各个内部链路的内部发射机中的速率分配矢量管理模块107以分 布式的方式分别根据算法二来计算出λ (Zk)和p(Zk)的值。在初始状态下，速率分配矢量 Zk 是 ζ。，λ (zk)和 p (zk)分另|J为 λ (Z。）和 p (Z。）。
[0093] 在步骤430中，所述速率分配矢量管理模块107会判断所述速率分配矢量zk与所 述投影λ (zk)zk间的归一化距离值（l-λ (Zk))是否大于所述允许误差值δ :当归一化距离 值（1-λ (zk))小于等于所述允许误差值δ时，则实施步骤440 :把所述速率分配矢量^所 对应的功率分配矢量P(zk)作为全局最佳功率分配方式；当归一化距离值（1-λ (zk))大于 所述允许误差值S时，则实施步骤431-433以获得下一个（新的）速率分配矢量z k+1，然后 使得k = k+Ι，即：更新迭代次数，并再次实施步骤420和430,以确认对应于下一个（新的） 速率分配矢量zk&