[发明专利]多跳无线通信系统中分布式功率分配的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在多跳无线通信系统中为链路分配功率的方法，特别是涉及一种分布式的多跳无线通信系统功率分配的方法，属于无线通信领域。

背景技术

传统无线网络都是单跳的，即通信源端产生的数据包只需经过一次空中无线传输就到达了通信宿端。近年来，人们开始关注多跳无线通信，如图1所示，即在通信源端和宿端之间存有多个无线跳。与单跳相比，多跳无线通信降低了对通信基础设施的依赖，扩大了无线通信的覆盖范围，进一步提高无线传输的效率。

在使用单个信道的多跳无线网络中，功率分配技术是一项重要的组成部分。

对于单跳无线通信系统来说，用户就是链路，因此链路级的功率分配就可以满足用户的服务质量(Quality of Service，QoS)要求。但对于多跳无线通信系统来说，用户和链路是两个概念，用户是有多个链路构成的。因此，多跳无线网络中的链路功率分配只是保证用户QoS机制中的一部分。

对于使用单个信道的多跳无线网络，参考文献“M.Chiang，S.H.Low，A.R.Calderbank，and J.C.Doyle，Layering as Optimization Decomposition：AMathematical Theory of Network Architectures，Proceedings of the IEEE，Vol.95，No.l，pp.255-312，Jan.2007”，系统总结了其中的QoS保证问题，并且明确指出，链路功率分配问题是实现用户QoS保证的一个重要的子问题。如果为每条链路都赋予一个大于零的数做为权重，则功率分配的目标，是要使所有链路的吞吐率与相应权重的乘积的和为最大，其中每条链路的权重是由某种上层需要(如路由算法)来决定，而链路吞吐率则以公式log₂(l+SINR)/2来衡量，其中SINR是该链路在接收端的接收信干噪比。

由于SINR是各链路功率分配的复杂函数，导致最优功率分配问题是一个非凸的优化问题，是不容易求解的。

参考文献“M.Chiang，Balancing Transport and Physical Layer in WirelessMultihop Networks：Jointly Optimal Congestion Control and Power Control，IEEE Journal of Selected Areas in Communications，Vol.23，No.1，pp.104-116，Jan.2005”，近似假设SINR的取值是远远大于1的，因而使得最优功率分配问题变为一个凸优化问题。然而，这种技术不适用于当SINR取值为中等或偏小时的情形。

参考文献“M.Johansson and L.Xiao，Cross-Layer Optimization ofWireless Networks Using Nonl inear Column Generation，IEEE Transactions onWireless Communications，Vol.5，No.2，pp.435-445，Feb.2006”，采用非凸优化算法求解最优功率分配问题。然而，这种技术的计算复杂度非常高，不适合要求分布式特点的场合。

发明内容

技术问题：针对现有多跳无线网络链路功率分配方案中的问题，本发明提出了一种计算非常简单的多跳无线通信系统中分布式功率分配的方法。

技术方案：本发明的多跳无线网络是使用单个信道的。该通信系统使用单个信道，而且根据具体需要为每条链路都赋予了一个大于零的数做为权重，以公式log₂(1+SINR)/2来衡量每条链路的吞吐率，其中SINR是链路在接收端的接收信干噪比，对于每个节点i，该方法将使所有从该节点发出的链路的吞吐率与相应权重的乘积的和为最大，

本发明的功率分配方法，包括步骤：

第一步：对于每个节点i，预测除该节点外的其他节点对从该节点发出的每条链路可能造成的干扰；

第二步：对于每个节点i，根据所预测的干扰，以及预先设定的权重，在所有从该节点发出的各条链路中选择一条最适合的作为候选链路；

第三步：对于每个节点i，把该节点的所有功率都分配给该候选链路。

在上述实现步骤中的第一步干扰预测过程包括以下步骤：

1)对于从节点i发出的每一条链路，由该链路的接收节点确定除节点i外有哪些节点会对该链路造成干扰；