خلاصه توصيف اختراع: در تكنيك تخصيص توان در شبكه هاي چند حاملي كه در آن كاربران سعي در كمينه كردن توان ارسالي روي زير حامل هاي خود را دارند در حالي كه نرخ ارسالي خود را بالاتر از حد معيني حفظ مي كنند چندين مساله وجود دارد. اول اينكه هنگامي كه شرايط كانال كاربران بد شود هر كاربر به منظور دستيابي به نرخ ارسالي خود توان ارسالي خود را افزايش مي دهد. اين افزايش توان به صورت تداخل بر روي ساير كاربران نمايان مي شود.در نتيجه كاربران ديگر نيز توان ارسالي خود را افزايش مي دهند. نكته ديگري كه وجود دارد مساله وجود جواب است. به عبارتي ممكن است شرايط كانال به گونه اي باشد كه كاربران با هر تواني نتوانند به نرخ ارسالي مورد نظر خود برسند. در اين اختراع تكنيكي براي تخصيص توزيعي و فرصت طلبانه توان در شبكه هاي بي سيم چند حاملي ارائه شده است.هر كاربر تابع بهره اي دارد كه مجموع توان ارسالي روي تمام زير حامل ها است در اين تكنيك هر كاربر سعي در بيشينه كردن توان ارسالي خود روي تمام زير حامل ها را دارد مشروط بر اينكه شرطي كه بر توان آنها گذاشته شده است برآورده شود.اين شرط باعث مي شود كه كاربران به صورت فرصت طلبانه توان خود را اختصاص دهند.به عبارت ديگر كاربراني كه شرايط كانال آنها بد است با توان كمتر و كاربران داراي كانال خوب با توان بيشتري ارسال كنند. اين رفتار باعث افزايش نرخ كلي ارسال در شبكه و كاهش توان كلي ارسال در شبكه مي شود. به طور تحليلي مي توان نشان داد كه تكنيك پيشنهادي همواره داراي يك نقطه تعادل است.علاوه بر اين شرايط كافي براي يكتايي اين نقطه و همگرايي الگوريتم توزيعي به آن نيز ارائه شده است.

خلاصه راه كارهايي كه براي تخصيص فقط يكي از منابع موجود در شبكه ارائه شده است، اگرچه به نوبه خود باعث افزايش بهينگي استفاده از آن منبع مي شوند، با اين حال، اگر منابع موجود در شبكه به طور توام به كاربران تخصيص داده شوند، كارايي و استفاده موثر از منابع بهبود چشمگيري خواهد داشت. در اين اختراع، تكنيكي براي تخصيص توزيعي و توام نرخ ارسال، توان و ايستگاه پايه در شبكه هاي بي سيم CDMA ارائه شده است. براي هر كاربر يك تابع تعريف شده است كه مقدار آن وابسته به ميزان استفاده ازمنابع هر شبكه است. هر كاربر به صورت توزيع شده سعي دارد به گونه اي از منابع شبكه استفاده كند تا تابع بهره خود را بيشينه كند. با توجه به رفتار نامناسب كاربران، جهت كنترل رفتار آنها از مكانيسيم هزينه استفاده شده است. به طور تحليلي مي توان نشان داد كه تابع بهره به همراه مكانيسيم هزينه كه براي تخصيص توام منابع پيشنهاد شده است، همواره داراي يك نقطه ثابت يكتا است كه به آن همگرا مي شود. علاوه بر اين مي توان نشان داد كه با تغيير پارامترهاي هزينه در نقطه ثابت كاربران مي توانند به يك SINR از پيش تعيين شده برسند كه در واقع معني سطح كيفيت سرويس از پيش تعيين شده است.

با توسعه شبكه هاي بيسيم، تعيين موقعيت كاربر از اهميت قابل توجهي برخوردار شده و روش هاي مختلفي براي تعيين موقعيت كاربر در شبكه ارايه كرده اند. در روش هاي مبتني بر زمان، با استفاده از اندازه گيري زمان انتشار سيگنال فاصله بين كاربر و BTS اندازه گيري مي شود. همچنين در روش هاي مبتني بر تضعيف سيگنال، فاصله بين كاربر و BTS بر مبناي مدل تضعيف سيگنال در محيط، بدست مي آيد. پس از به دست آوردن فاصله بين كاربر و هر BTS بر مبناي اين فاصله ها موقعيت كاربر تخمين زده مي شود. اما اين فاصله ها معمولا همراه با خطاي حاصل از نويز اندازه گيري و همچنين خطاي NLOS هستند و باعث خطاي قابل ملاحظه اي در تعيين موقعيت كاربر مي شوند. در حالتي كه خطاي NLOS نداشته باشيم روش هاي بهينه زيادي براي تعيين موقعيت ارايه شده است. اما در حالتي كه خطاي NLOS وجود دارد روش هاي مرسوم به خوبي عمل نمي كنند. بنابراين بايد راهكاري به منظور حل مشكل NLOS ارايه شود. برخي از روش هاي پيشنهادي براي حل اين مشكل فرض كرده اند كه مسير بين كاربر با BTS سرويس دهنده از نوع LOS است كه اين فرض در بسياري از محيط ها به دليل وجود موانع معتبر نيست و برخي ديگر فرض را بر اين گذاشته اند كه تعداد BTS هاي زيادي در تخمين موقعيت شركت مي كنند كه اين فرض هم در بسياري از موارد به دلايل گوناگون از جمله وجود موانع زياد، اثرات تداخل، افت مسير و پديده دور - نزديك برقرار نيست. برخي ديگر از روش هاي ارايه شده براي كاهش اثر NLOS فرض به داشتن آمارگان نويز و NLOS كرده اند تا با استفاده از روش هاي آماري خطاي NLOS را كاهش دهند كه اين هم در بسياري از محيط ها امكان پذير نيست. در اين اختراع ما ابتدا يك تكنيك براي بازسازي مسير LOS با هر BTS از روي اندازه گيري هاي همراه با خطا براي NLOS ارايه كرده ايم كه بر خلاف برخي روش هاي ارايه شده تكنيك پيشنهادي هيچ فرضي مبتني بر LOS بودن مسير بين كاربر و BTS سرويس دهنده نمي كند و براي تخمين موقعيت فقط احتياج به سه BTS دارد. راهكار پيشنهادي، مسير LOS با هر BTS را با كمك اطلاعات زاويه ورودي سيگنال در آن BTS بازسازي مي كند به گونه اي كه همواره باعث كاهش خطاي NLOS شده و در نتيجه باعث افزايش دقت در تعيين موقعيت كاربر مي شود. سپس يك مكانيزم كامل براي تعيين موقعيت در شبكه هاي بيسيم ارايه كرده ايم كه به طور توصيف مشروع آن در شكل ها و متن آورده شده است.

در تكنيك هاي سنتي كنترل توان در شبكه هاي بي سيم، رسيدن كاربران به يك SIR ثابت هدف از پيش تعيين شده (متناظر با يك نرخ هدف براي خطاي بيت) مورد نظر است. تكنيك هاي مبتني بر دريافت يك SIR ثابت هدف، بيشتر براي سرويس صوت مناسب است در حاليكه سرويس داده در مقايسه با سرويس صوت به SIR با مقدار بيشتري نياز دارد زيرا سرويسهاي داده حساسيت قابل توجهي در برابر خطاي بيت دارند. سرويس داده هر چه با SRI بيشتر (و در نتيجه نرخ خطاي بيت كوچكتر) در گيرنده دريافت شود، از كيفيت بهتري برخوردار است. در نتيجه در مورد سرويس داده، رسيدن به يك SIR هدف كه در هر لحظه بايد حفظ شود (مانند آنچه در مورد سرويس صوت صادق است) مدنظر نيست و در واقع به يك SIR هدف ديناميك نياز است. تكنيك هاي سنتي و موجود كنترل توان براي سرويس داده مناسب نيست و با محدوديتهاي جدي از قبيل عدم استفاده كارآمد از منابع و نياز سرويسهاي داده به يك SIR ديناميك مواجه است. مساله ي مورد نظر در اين اختراع اين است كه هنگامي كه كمينه ي SIR هدف براي همه ي كاربران قابل حصول است. چگونه مي توان ضمن رعايت كمينه ي مذكور و استفاده ي موثر از منابع موجود SIR دريافتي براي برخي از كاربران را به صورت پويا به يك مقدار بزرگتري از كمينهي SIR هدف افزايش داد. اين رويكرد باعث افزايش برون دهي سيستم در مقايسه با تكنيكهاي موجود (با هزينه ي افزايش توان مصرفي كاربران) و در عين حال رعايت SIR حداقلي كاربران مي شود. هنگامي كه مقادير كمينه ي SIR هدف كاربران قابل حصول است، مقدار SIR هدف براي برخي از كاربران كه وضعيت كانال بهتري دارند، بايد تا آنجا كه منابع اجازه مي دهند و مججموعه SIR هدف كاربران قابل حصول باقي مي ماند به صورت پويا افزايش يابد. اين كار باعث افزايش قابل توجه برون دهي سيستم و در عين حال تضمين حداقل SIR هدف براي كاربران مي شود اگر چه هزينه آن افزايش مجموع توان مصرفي است. تكنيكهاي موجود قادر به حل مساله ي فوق نيستند. واضح است كه براي افزايش برون دهي سيستم كاربران داراي كانال خوب بايد در مقايسه با ديگر كاربران با توان بيشتري ارسال كنند. از طرف ديگر ، براي كاهش نرخ انفصال ، كاربران داراي كانال ضعيف بايستي تنها با حداقل تواني كه براي رسيدن به SIR حداقلي آنها كافي است ارسال كنند. بر اين اساس در تكنيك پيشنهادي ما، توان ارسالي براي كاربران داراي كانال خوب به روش فرصت طلبانه و براي بقيه كاربران به روش تعقيب SIR هدف كمينه تنظيم مي شود و بر اين اساس تكنيك تعقيب پوياي SIR هدف را به روش زير ارايه مي كنيم. هر كاربر در تكنيك پيشنهادي، SIR هدف خود را تا زماني كه تداخل موثر آن كاربر از يك مقدار آستانه بيشتر است برابر با مقدار كميته ي SIR هدف تنظيم مي كند و در غير اين صورت آن را به صورت فرصت طلبانه (يعني به صورت تابعي نزولي از تداخل موثر) در مقداري بيشتر از مقدار كمينه تنظيم مي كند. با استفاده از تكنيك پيشنهادي هنگامي كه مقادير كمينه ي SIR هدف كاربران قابل حصول است . تعدادي از كاربران كه داراي كانال بهتر هستند SIR بزرگتر از مقدار كمينه دريافت مي كنند و بقيه ي كاربران دقيقا كمينه ي SIR هدف خود را دريافت مي كنند. بنابران برون دهي سيستم افزايش مي يابد در حالي كه دريافت كميته ي SIR هدف براي همه كاربران تضمين مي شود.

مساله تشخيص قابليت حصول مجموعه كيفيت سرويس درخواستي كاربران كه در ادامه شرح مي دهيم مساله ي فني حل شده توسط تكنيك پيشنهاد شده در اين اختراع است. تكنيك كنترل توان براي تعقيب SIR هدف (TPC) شناخته شده ترين و پر كاربردترين تكنيك كنترل توزيعي توان در شبكه هاي بي سيم است. تكنيك TPC در كنار مزيتهاي خود داراي يك ضعف جدي است يعني هنگامي كه بردار SIR هدف كاربران قابل حصول نيست (كه اصطلاحا در اين حالت گفته مي شود سيستم امكان ناپذير است)، هر كاربري كه قادر به دريافت SIR هدف خود نيست، با بيشينه اي توان خود ارسال مي كند كه اين خود باعث افزايش توان مصرفي كاربران افزايش تداخل و در نتيجه باعث افزايش بيش از حد تعداد كاربراني مي شود كه به SIR هدف خود نمي رسند. علاوه بر اين، مي توان نشان داد كه ارسال با توان بيشينه توسط كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند، باعث افزايش تعداد كاربراني مي شود كه به SIR هدف خود نمي رسند. به عبارت ديگر چنانچه بخشي از كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند توان ارسالي خود را كاهش دهند و يا حتي به صفر برسانند (به جاي آنكه با مقدار بيشينه ارسال كنند) تداخل كاهش خواهد يافت كه اين خود مي تواند باعث شود كاربران باقي مانده به SIR هدف خود برسند. اين نوع كنترل توان دو مزيت عمده دارد 1- تمام كاربران به ترتيب زير صرفه جويي مصرف انرژي دارند. كاربران حذف شده كه امكان رسيدن به SIR هدف براي آنها وجود ندارد، با خاموش شدن، در مصرف انرژي صرفه جويي مي كنند و بنابراين به دليل كاهش تداخل براي بقيه كاربران، توان مصرفي كاربراني كه به SIR هدف خود مي رساند نيز كاهش مي يابد 2- هنگامي كه تعدادي از كاربران حذف مي شوند تداخل كاهش مي يابد و مي تواند به افزايش تعداد كاربراني كه به SIR هدف خود مي رسند منجر شود.

استفاده از راهكارهاي موجود كنترل توان ارسالي در شبكه هاي بي سيم با دسترسي چند گانه و تداخل محدود، اگر مجموعه مقادير SIR (نسبت به سيگنال به تداخل) هدف كاربران قابل حصول باشد، تعدادي از كاربران به SIR هدف خود نمي رسند. در اين وضعيت تمام كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند با پيشينه ي توان خود ارسال مي كنند زيرا در راهكارهاي موجود كنترل توان ارسالي، هر كاربر SIR هدف خود را تحت هر شرايطي دنبال مي كند. اين باعث مصرف بي رويه باتري براي كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند و هم چنين افزايش تداخل براي ديگر كاربران مي شود. علاوه بر اين، مي توان نشان داد، ارسال با بيشينه ي توان توسط كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند، باعث افزايش تعداد ان دسته از كاربران نيز مي شود. به عبارت ديگر، چنانچه بخشي از كاربراني كه به SIR هدف خود نمي رسند، توان ارسالي خود را كاهش دهند (به جاي آنكه با مقدار بيشينه ارسال كنند)، تداخل كاهش مي يابد كه اين خود، امكان ارايه سرويس به بقيه اين دسته از كاربران را فراهم مي كند. يعني تعداد كاربراني را كه به SIR هدف خود مي رسند، افزايش مي دهد. در اين اختراع يك راهكار ابتكاري براي كنترل توان ارسالي در شبكه هاي بي سيم با دسترسي چندگانه و تداخل محدود ارايه مي شود. در راهكار ابتكاري ما براي هر كاربر در حال ارسال، اگر توان مورد نياز براي رسيدن به SIR هدف آن كاربر، از بيشينه ي توان ارسالي او بيشترباشد، از راهكار كنترل فرصت طلبانه توان (OPC) استفاده خواهد كرد. چنين كاربراني به جاي ارسال با بيشينه ي توان، توان ارسالي خود را كاهش مي دهند و به عبارت ديگر به طور نرم حذف مي شوند (برعكس آنچه در راهكار كنترل توان براي دنبال كردن SIR هدف (TPC) انجام مي شود كه در آن، هر كاربري كه به SIR هدف خود نمي رسد، با بيشينه ي توان خود ارسال مي كند كه منجر به افزايش تداخل براي ديگران مي شود. اين باعث مي شود كه تداخل در يك سيستمي كه بردار SIR هدف كاربران غير قابل حصول است كمتر شود و تعداد كاربراني كه سرويس مورد نظر خود را با كيفيت مناسب دريافت مي كنند (يعني به SIR هدف خود مي رسند) افزايش مي يابد. بطور تحليلي مي توان نشان داد كه تابع تنظيم توان پيشنهادي براي كنترل توان داراي ك نقطه ي ثابت يكتا است كه به آن همگرا مي شود. هم چنين در سيستمهايي كه بردار SIR هدف كاربران غير قابل حصول است راهكار ابتكاري ما براي كنترل توان ارسالي در مقايسه با راهكار TPC داراي نرخ انفصال و توليد مصرفي كمتري است كه يك مزيت قابل توجه در شبكه هاي بي سيم محسوب مي شود.