基于感知通信融合的AP功率分配方法、系统及其应用

本发明属于无线通信，更具体地，涉及基于感知通信融合的ap功率分配方法、系统及其应用。

背景技术：

1、随着无线通信的发展，对高质量数据连接和信号传输速率追求使得通信向着更高频段和更大带宽方向发展。由于社会的快速发展和技术的不断创新，层出不穷的新设备、新应用越来越多地走进人们的日常生活中，无线网络所连接的设备爆发式的增长。因此，为了满足更多的设备连接需求，也为了实现更快更稳定的网络服务，新一代无线网络基站的部署将会更加密集。

2、按照基站密集部署的发展趋势，网络中基站之间的距离越近，单个基站的覆盖范围就更小，用户与基站之间的距离更短。因此，信号传输的能耗更小，所需要的发射功率更低。但是，较小的发射功率带来了新的问题，即更易受到环境干扰的影响，在相同的干扰水平下，信号功率越小，其传输会受到更大的影响。换言之，相同的干扰水平会对较小功率的信号传输产生更大的影响，这是不利于网络的性能提升的。

3、无线接入点的密集部署使得在现有网络的基础上利用网络设备进行环境或目标感知的可能性大幅提升。通过一些算法或方案，无线网络将会拥有更强的感知能力，越来越多的人开始研究利用现有通信波形和设备实现感知的可能性，这引起了一个新的技术领域的讨论，即感知通信融合(integrated sensing and communications，isac)，特别是对于下一代无线网络。事实上，无线电感知技术和通信技术都在朝着更高频段、更大天线阵列和小型化方向发展，从而在硬件架构、信道特性和信号处理方面变得越来越相似，这为利用无线基础设施实现传感提供了机会。传感功能不必局限于雷达基础设施，无线基础设施和设备也可以通过无线电发射和信号进行传感，这构成了isac的基础和基本原理。isac系统为减小干扰源对无线通信系统的通信速率、通信质量等的影响提供了一种可行的方案。

4、在isac系统中，以一种怎样的方式同时实现感知和通信两个功能是核心问题，更具体地说，设计一种怎样的信号是isac系统的重点和难点，这直接关系这isac系统的性能表现，也是其与独立的通信(或感知)系统的重要区别。isac系统主要是通过共享使用公共资源(频段、带宽、时间、基础设施等)利用一种双功能的信号实现通信和感知功能，现有的isac的优化目的往往在系统整体通信速率的提升，但是忽略了干扰源对于不同用户的影响差异，其结果是，受干扰最严重的用户的通信性能往往得不到保证，最终导致整个通信系统的通知质量较差，影响用户的上网体验。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了基于感知通信融合的ap功率分配方法、系统及其应用，其目的在于，其目的在于，提高网络的抗干扰能力，保证最差用户的通信性能，使用户有更好的上网体验。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于感知通信融合的ap功率分配方法，包括：

3、(s1)建立目标函数求解使得该目标函数取最小值的点p的位置，得到给各ap平均分配功率时的费马点，记为初始费马点p0；n表示ap总数，ai表示第i个ap的位置；

4、(s2)确定各干扰源的位置后，求解给各ap分配功率的权重，使得按照该组权重计算的费马点距离初始费马点p0最近；

5、对于任意一组权重，计算相应费马点的方式包括：

6、建立目标函数在预设约束条件下求解使得该目标函数取最小值的点p的位置，得到按照权重ωi给各ap分配功率时的费马点；m为干扰源总数，bj为第j个干扰源的位置；

7、(s3)按照步骤(s2)所求解的权重给各ap分配功率。

8、进一步地，步骤(s2)中，对于任意一个干扰源i，其位置确定方式包括：

9、(s21)任取三个不同的ap，分别测量干扰源i到这三个ap处的接收信号强度，并分别计算每两个ap对应的阿氏圆的圆心及半径，共得到三个阿氏圆的圆心及半径；

10、对于任意两个ap，以(xa1,ya1)和(xa2,ya2)分别表示这两个ap的位置，以rssi1和rssi2分别表示干扰源i到这两个ap出的接收信号强度，则这两个ap对应的阿氏圆的圆心(x0,y0)及半径r的计算方式如下：

11、

12、其中，μ表示路径损耗指数；

13、(s22)若步骤(s21)所计算的三个阿氏圆相交于一点，则将该交点作为干扰源i的位置；若三个阿氏圆重叠于一个区域，则将该区域的中心点作为干扰源i的位置；

14、(s23)对于每一个由三个ap组成的ap组合，通过步骤(s21)～(s22)计算干扰源i的位置，将所计算的位置的平均坐标作为最终计算的干扰源i的位置。

15、进一步地，步骤(s1)中，通过cvx求解使得目标函数取最小值的点p的位置。

16、进一步地，步骤(s2)中的预设约束条件包括：

17、给各ap分配功率的权重之和不超过n；

18、每个ap分配功率的权重不小于最小功率与基本功率的比值，且不大于最大功率与基本功率的比值。

19、进一步地，步骤(s2)中，确定各干扰源的位置后，采用迭代搜索算法求解给各ap分配功率的权重。

20、按照本发明的又一个方面，提供了上述基于感知通信融合的ap功率分配方法在fttr系统中的应用。

21、按照本发明的又一个方面，提供了一种基于感知通信融合的ap功率分配控制器，包括：

22、初始定位模块，用于建立目标函数求解使得该目标函数取最小值的点p的位置，得到给各ap平均分配功率时的费马点，记为初始费马点p0；n表示ap总数，ai表示第i个ap的位置；

23、干扰识别模块，用于确定各干扰源的位置；

24、功率优化模块，用于解给各ap分配功率的权重，使得按照该组权重计算的费马点距离初始费马点p0最近；对于任意一组权重，计算相应费马点的方式包括：建立目标函数在预设约束条件下求解使得该目标函数取最小值的点p的位置，得到按照权重ωi给各ap分配功率时的费马点；m为干扰源总数，bj为第j个干扰源的位置；

25、以及功率分配模块，用于按照功率优化模块计算的权重给各ap分配功率。

26、按照本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括：存储的计算机程序；计算机程序被处理器执行时，控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明提供的基于感知通信融合的ap功率分配方法。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

28、(1)本发明提供的基于感知通信融合的ap功率分配方法，在考虑干扰源和不考虑干扰源的情况下，分别建立费马问题模型，并求解得到两种情况下的费马点，进一步通过优化求解干扰源存在情况下给各ap分配功率的权重，使得两种情况下的费马点距离最小化，最终将按照所求解的权重给各ap进行功率分配。由于所求解的费马点可视作网络的“中心点”，本发明按照这种方式求解功率分配权重并进行功率分配后，能够使得在干扰源存在的情况下，网络的中心点相比于无干扰时的网络中心点变化最小，最大程度上减小了干扰源对于网络整体的影响，实验表明，按照本发明所提供的方法，距离干扰源越近的ap其功率分配权重越大，由此保证了受干扰影响严重的用户得到更多的资源倾向，提高其通信质量，保证了信道条件较差的用户的通信体验，从而提升网络服务的公平性，提高了网络的稳定性和整体服务质量。总的来说，本发明能够提高网络的抗干扰能力，保证最差用户的通信性能，使用户有更好的上网体验。

29、(2)本发明基于接收信号强度(rssi)完成干扰源的识别和定位，在该方案中，会对每三个ap计算一个干扰源位置，并将计算的所有干扰源位置的平均结果作为最终所计算的干扰源位置，该方式能够准确、高效地完成干扰源定位，为后续的功率分配权重的优化计算提供了可靠的依据。

30、(3)本发明在建立优化模型求解ap的功率分配权重时，考虑了总功率限制以及每个用户功率变化的限制，建立相应的约束条件，由此从系统整体以及各个用户的角度综合确定了出现干扰后各ap的功率分配权重。

31、(4)本发明所提供的基于感知通信融合的ap功率分配方法，不受干扰源的实际位置、强度、类型、数量等的影响，对干扰的不同情况均具有很强的适应性，同时，本发明所建立优化模型的目标函数均为凸函数，利用cvx软件工具、迭代搜索算法等常规工具或算法即可快速、准确地完成求解，因此，本发明计算高效、准确度高。