CN101730216B - 通信系统 - Google Patents

Abstract

通信系统。本发明涉及用于经由至少一个中间设备从源设备向目的设备发送信号的无线通信系统和相关方法及设备。具体地，本发明涉及设法提高多跳通信系统中的数据吞吐量的技术。

Description

通信系统

本申请是申请号为200610095605.9、申请日为2006年6月19日、发明名称为“通信系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种经由至少一个中间设备将信号从源设备发送到目的设备的无线通信系统和相关方法。更具体地，本发明涉及旨在提高多跳通信系统中的数据吞吐量的技术。

背景技术

已经知道，由于无线电通信在通过空间传播时的散射或吸收而出现的传播损耗或“路径损耗”使得信号的强度减弱。影响发送器与接收器之间的路径损耗的因素包括：发送器天线高度，接收器天线高度，载波频率，地物干扰(clutter)类型(城市、郊区、乡村)，诸如高度、密度、间距、地形类型(丘陵、平原)的地貌细节。发送器和接收器之间的路径损耗L(dB)可以建模为：

L＝b+10nlogd            (A)

其中，d(米)是发送器-接收器间距，b(db)和n是路径损耗参数，绝对路径损耗由l＝10^(L/10)给出。

图1A示出了单小区两跳无线通信系统，其包括基站(在3G通信系统环境中被称作“节点B”(NB))、中继节点(RN)以及用户设备(UE)。在下行链路(DL)上经由中继节点(RN)从基站向目的用户设备(UE)发送信号的情况下，基站包括源设备(S)，用户设备包括目的设备(D)。在上行链路(UL)上经由中继节点从用户设备(UE)向基站发送通信信号的情况下，用户设备包括源设备，而基站包括目的设备。中继节点是中间设备(I)的示例，并且包括：接收器，可以进行操作以从源设备接收信号；以及发送器，可以进行操作以将该信号或其导出信号发送给目的设备。

下表I给出了在其中假设b和n在各个链路上都保持相同的多跳传输系统中在以下的不同链路上传输的信号的计算路径损耗的一些示例：源设备到目的设备(SD)、源设备到中间设备(SI)、以及中间设备到目的设备(ID)。

表I

以上计算的示例表示，间接链路SI+ID上出现的绝对路径损耗的总和可以小于直接链路SD上出现的路径损耗。换句话说，有可能：

L(SI)+L(ID)＜L(SD)                   (B)

因此，将单个传输链路分为两个较短的传输段利用了路径损耗与距离之间的非线性关系。通过使用公式(A)对路径损耗的简单理论分析，可以理解，如果将信号从源设备经由中间设备(例如中继节点)发送到目的设备，而不是直接从源设备发送到目的设备，则应该实现总体路径损耗的下降(因此，信号强度提高或增加，由此数据吞吐量提高或增加)。如果实施，则多跳通信系统可能可以使得发送器的发送功率下降，这对无线发送有利，这将会导致干扰电平的降低并且减小对电磁发射的暴露。

很明显，由于路径损耗与距离之间的非线性关系，中间设备相对于源设备和目的设备的位置对于多跳传输与源设备和目的设备之间的直接或单跳传输相比而可以具有的可能收益有关键性影响。图2A示出了这种情况，图2A中示出了通过多跳传输可以实现的理论收益的图形表示，并相对于中间设备在源设备与目的设备之间的相对归一化位置绘出了总功率损耗(dB)。

首先考虑中间节点位于源设备与目的设备之间的直接链路的线路上的情况(在该情况下，路径扩展因子(s)＝1)，可以看出，随着中继节点离开中间位置朝着源设备或目的设备移动，可能的收益减小。同样，随着中间设备的位置离开直接链路的线路、由此扩展两个传输段的路径长度总和(将路径扩展因子增大为s＝1.1、s＝1.2等)，可以看出，理论收益的图形区域再次减小。

然而，为了测试多跳通信系统的适用性而执行的模拟揭示了数据吞吐量的出人意料的低收益。实际上，所获得的收益远远低于通过基于路径损耗公式A的简单分析而得出的可能收益。结果，尽管多跳系统在以下方面可以展示潜在的优势：扩展了信号范围、可能减小在源设备与目的设备之间传输信号所需要的总发送功率、并且可以连通不这样就不能访问的节点，仍然阻止了无线系统运营商实现多跳网络。

在预测收益和模拟收益之间存在这种差异的原因之一在于：先前的预测基于路径损耗参数b和n在所有链路上都相同的假设。实际上，作为源设备和目的设备的天线高度与中继节点的高度相比较的结果，这些值并不同。因此，以下在表II中给出了这些值的更实际的表。标记了3GPP的值是通过对3GPP所采用的模型进行调节以并入以下事实而获得的：中间设备的天线高度通常大致介于源设备和目的设备的天线的高度之间。标记了UoB的值是根据Bristol大学基于Bristol城中的典型部署进行的建模而获得的。

表II

图2B中示出了使用表II中列出的路径损耗参数得到的总路径损耗相对于归一化中继节点位置的曲线图。可以看出，当使用一组更加实际的路径损耗参数来计算总路径损耗随着理论中继节点的位置被调节而发生的变化时，没有获得图2A的完美“钟形”。实际上，收益的区域减小了，并且很明显，中继节点或用户设备的位置的相对较小的改变(导致通信链路上的绝对路径损耗改变)对于接收设备处的通信信号的质量有显著影响。因此，如果要通过进行多跳传输来实现与源设备和目的设备之间的直接传输相比的收益，则中间设备或中继节点的定位非常重要。

然而，即使基于对真实世界中可能遇到的路径损耗参数的更准确反映来进行预测，对多跳系统的模拟仍然在预测收益与模拟收益之间表现出意想不到的差对应关系。

发明内容

本发明的实施例旨在提供一种包括源设备、目的设备以及至少一个中间设备的通信系统，其中源设备和各个中间设备各自包括发送器，该发送器可以进行操作以沿着朝向所述目的设备的通信方向发送通信信号或从其导出的信号，并且其中，目的设备和各个中间设备各自包括接收器，该接收器可以进行操作以接收所述通信信号或从其导出的信号，其中，所述通信系统包括确定装置，该确定装置可以进行操作以确定分配给所述发送器中的一个或更多个的资源的量度或者量度的变化，这倾向于基本上达到或保持以下两者之间的平衡：

i)在目的设备接收到的通信信号的质量的量度；和

ii)在各个中间设备接收到的通信信号的质量的量度。

当然，应该理解，目的设备实际接收到的通信信号可以是源设备发送的通信信号，或者可以是从源设备发送的通信信号导出的通信信号。

因此，本发明的优选实施例设法在各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度和目的设备处接收到的通信信号的质量的量度中保持或达到“平衡”。优选地，所述确定装置可以进行操作以确定一个或更多个设备(其可以进行操作以在实施本发明的本通信系统中发送通信信号)的发送功率的变化，以减小或防止在中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与目的设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的实质性不平衡(即，实现或保持大体的“平衡”)。

实施本发明的通信系统中出现的不平衡的存在可以通过对目的设备处接收到的通信信号的质量的量度与中间设备或者中间设备之一接收到的通信信号的质量的量度进行直接比较而显而易见。另选地，当通过映射函数进行比较时，不平衡变得显而易见。因此可能存在如下情况：值的量度相等并不等同于系统平衡，同样，值的量度不同可能等同于系统平衡。

可以设想，在部署多跳系统之前，可以使用本发明的实施例来对系统进行优化并且/或者使在各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在目的设备处接收到的通信信号的质量的量度基本平衡。还可以设想，可以在现有的多跳系统中实现本发明的实施例，以设法在所有链路上的通信信号的质量的量度方面达到并保持“平衡”。因此，可以在多跳通信系统中采用本发明，以在目的设备的RSS或SINR的指标与各个中间设备的RSS或SINR的指标之间建立大体的“平衡”。有利地，对于在多跳系统中可以进行操作以接收通信信号的多个设备之一，初始地相对于目标接收信号质量对发送功率进行优化。这通常是目的设备。因此，有利地，当根据本发明的实施例对系统进行了优化时，在目的设备处接收到的通信信号的质量与目标接收信号质量的差异的量度的指标(＝“与目标的差异”指标)为最小。此后，如果在与目标指标的差异中检测到了变化(这可以是正或负)，例如，如果通信信号的质量劣化或改善，或者如果对设备设置的目标发生了变化，则与目标指标的差异将增大。在这种情况下，有利地，本发明的使得能够检测到与目标指标的差异相对于期望值的偏差的实施例将设法使与目标指标的差异成为该期望值。

已经发现，对实施本发明的多跳通信系统的模拟展示出优于其中直接将信号发送到目的设备的系统的显著收益。实际上，为了测试本发明的优选实施例而执行的系统级模拟的结果表示，可以预期在本发明的环境中处于“平衡”的通信系统能够实现与多跳传输相关联的优点、并在数据吞吐量方面提供改进。

认为本发明的优选实施例展示出吞吐量改进的一个解释是，它们使得可以减小多跳系统中所需要的绝对发送功率。以下对此进行更详细的讨论。

从上面已经示出的原理开始，所述原理是：通过将单个直接传输链路分为两个较短的传输链路，可以实现信号经历的总路径损耗的减小。于是，将通信信号经由至少一个中间设备从源设备传输至目的设备所需要的总发送功率比在源设备与目的设备之间直接传输该通信信号所需要的发送功率小。因此，为了确保目的设备(可能还有中间设备)接收到最小或“目标”信号质量而需要的发送功率较小。如果不对发送功率进行调节，则将导致大大过度的发送功率(即，发送功率超过在目的设备和/或中间设备处实现良好的信号质量或目标信号质量所需要的发送功率)。该过度的发送功率并不会有助于进一步增大多跳系统与在源设备和目的设备之间的直接通信相比而获得的收益，而只会增大干扰电平，导致通信链路的质量劣化。这种劣化往往抵消多跳系统的可能收益，这是先前考虑的多跳通信系统的模拟结果较差的原因。

此外，两跳网络(作为示例)的总吞吐量受到以下二者中的较低项的限制：在中间设备接收到的数据分组的数量；以及在目的设备处接收到的数据分组的数量。在接收器处接收到的数据分组的数量取决于在该接收器处终止的通信链路的质量。这例如可以通过吞吐量的量度、接收信号强度(RSS)的量度或者信号-干扰加噪声比(SINR)的量度来反映。因此，实际上，多跳系统中接收到最低质量通信信号的接收器形成了数据分组传输的“瓶颈”，由此浪费了该多跳系统中的其他链路上的数据传输容量。发送器处的发送功率增大(这无助于改善最低质量通信信号)将导致额外的过度发送功率。因此，系统的性能经历进一步劣化。图9A和9B中示出了这种情况，图9A和9B绘出了两跳系统的用户观察到的平均分组吞吐量与对于单跳系统观察到的平均分组吞吐量相比的收益相对于源设备(NB)的发送功率的变化。各个曲线图都包括四条不同的曲线，各自代表中间设备的不同发送功率。可以看出，当基站的发送功率增大到超过最佳点时，于是，即使发射更多的信号能量，也会出现收益的显著劣化。

因此，可以理解，本发明的优选实施例作出的改进可以归功于本发明的各个方面设法确保减小或防止在目的设备处接收到的通信信号的质量的量度与在各个中间设备接收到的通信信号的质量的量度之间的任何不平衡的方式。因此，不能提高数据分组的吞吐量并且只会增大干扰电平的过度发送功率得到了最小化。

存在以下的大量不同事件，这些事件如果发生则可能会导致多跳系统中的“不平衡”(即，在目的设备处接收到的通信信号的质量的量度与在各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的差异)。

i)多条链路之一上的路径损耗发生变化。这可能是由于该链路的发送器和接收器之一或二者的位置发生了变化，或者由于环境状态或发送器与接收器之间的干扰电平发生了变化。

ii)可以进行操作以接收通信信号的设备通常具有目标RSS或目标SINR。这通常是网络供应商设置的，并且可以根据通信系统或接收设备的特性、或者根据待发送数据的类型而改变。移动电话或其他用户设备的目标RSS/SINR可以改变，并且目标的任何变化都可以通过以下方式而得到适应：按趋向于使得在目的设备处接收到的通信信号的质量与目标接收信号质量的差异(即，“与目标的差异”)的量度最小的方式来调节发送设备的发送功率。在多跳系统的情况下，为了适应多个接收设备之一的目标的变化而仅调节一个设备的发送功率将会导致该系统中的不平衡。

本发明的实施例旨在提供一种对不平衡或者可能的不平衡(这是由于这些可能事件中的每一个而出现的)作出响应以提高在上行链路(UL)上从源设备经由一个或更多个中间设备传输到基站的数据的吞吐量的方法。在标准通信系统中，上行链路是UE和NB之间的链路。在多跳的情况下，UL表示将通信导向NB的链路(例如UE到RN、RN到NB方向的RN、以及RN到NB)。此外，本发明的实施例旨在提供一种对多跳系统进行优化的方法，由此基本上实现由一个或更多个接收器设置的任何目标质量、并且各个链路上的数据吞吐量都基本相等。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括源设备、基站和至少一个中间设备的通信系统，源设备可以进行操作以经由各个中间设备将通信信号发送到基站，其中，基站包括指标导出装置，该指标导出装置可以进行操作以导出在该基站处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标，所述通信系统还包括：

i)指标偏差检测装置，可以进行操作以检测由基站导出的指标或这些指标之一的偏差；

ii)设置在基站中的控制装置，其包括第一计算装置，该第一计算装置可以在检测到这种变化之后进行操作以计算中间设备的新发送功率或者中间设备和源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：a)显著减小在中间设备接收的通信信号的质量的量度与在基站接收的通信信号的质量的量度之间的不平衡；或b)基本上防止出现所述不平衡。

有利地，本发明的第一方面的实施例提供了如下方法：i)通过计算中间设备的新发送功率来对由于中间设备与基站之间的路径损耗的变化而导致的与期望值的偏差作出响应的方法；或ii)通过计算中间设备和/或源设备的发送功率来对由于基站设备的目标变化而导致的可能的不平衡作出响应的方法。

根据本发明第一方面的实施例，所述基站导出的指标之一可以包括在目的设备处接收到的通信信号的强度(例如RSS)的量度。另选地或附加地，基站导出的指标之一可以包括在基站处接收到的通信信号的信号-干扰加噪声比(SINR)的量度，或者其可以包括在目的设备处接收到的通信信号的质量与针对目的设备而设置的目标接收信号质量的差异的量度。与目标的差异的指标可以是与目标RSS的差异、与目标SINR的差异、或者与基于RSS与SINR的组合的目标的差异。

优选地，本发明第一方面的实施例试图减小或防止的不平衡包括在基站接收的通信信号的信号-干扰加噪声比的量度与在中间设备或中间设备之一接收的通信信号的信号-干扰加噪声比的量度之间的不同。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括源设备、基站和至少一个中间设备的通信系统，源设备可以进行操作以经由各个中间设备将通信信号发送到基站，所述基站包括控制装置，其中基站和中间设备中的每一个都包括：指标导出装置，可以进行操作以导出分别在基站或中间设备处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标，其中所述控制装置可以进行操作以从所述中间设备和所述基站中的每一个接收一个所述指标，控制装置包括：

i)不平衡检测装置，可以进行操作以检测基站导出的一个所述指标与中间设备导出的一个所述指标之间的不平衡；以及

ii)计算装置，可以在检测到这种不平衡之后进行操作以计算源设备的倾向于显著减小所述不平衡的新发送功率。

有利地，本发明第二方面的实施例提供了一种调节源设备的发送功率的方法，以倾向于达到或保持在基站处接收到的通信信号的质量与中间设备处接收到的通信信号的质量之间的平衡。特别地，本发明第二方面的实施例有利地提供了一种对由于源设备与中间设备之间的路径损耗发生变化而导致的不平衡作出响应的装置。

根据本发明第二方面的实施例，由中间设备和目的设备中的每一个导出的一个所述指标包括分别在目的设备或中间设备处接收到的通信信号的强度(例如，RSS)的量度。另选地或者附加地，由所述中间设备和所述目的设备中的每一个导出的一个所述指标包括分别在目的设备或中间设备处接收到的通信信号的信号-干扰加噪声比(SINR)的量度。

优选地，所述不平衡检测装置包括路径损耗更新装置，该路径损耗更新装置可以在从所述基站和所述中间设备接收到所述指标之后、或在所述指标中的一个或两个发生变化之后进行操作，以确定在源设备与中间设备之间以及在中间设备与基站之间传输的通信信号所经历的路径损耗的量度。优选地，可以根据当发送在源设备与中间设备之间传输的通信信号时源设备的发送功率的量度来确定该通信信号所经历的路径损耗的量度。优选地，可以根据当发送在中间设备与基站之间传输的通信信号时中间设备的发送功率的量度来获得该通信信号所经历的路径损耗的量度。中间设备可以进行操作以向路径损耗更新装置发送表示中间设备的当前发送功率的量度的发送功率指示符，以用于确定中间设备与目的设备之间的路径损耗。另选地，可以根据以下内容来确定中间设备的发送功率的量度：i)在初始时刻的中间设备发送功率的量度，以及ii)中间设备发送功率从所述初始时刻起发生的变化的信息。

优选地，中间设备包括：接收器，可以进行操作以接收源设备发送的信号；以及发送器，可以进行操作以将所接收的信号或者从所接收的信号导出的信号发送到目的设备。用于将中间设备接收的通信信号与中间设备发送的通信信号分离开的信号双工可以是频分双工(FDD)或者时分双工(TDD)。优选地，中间设备中的一个或更多个可以包括所谓的中继节点(RN)或中继站(RS)。中继节点具有如下能力：接收该中继节点并不是其所期望的最终目的地的信号，然后将该信号发送到另一节点以使得该信号朝向所期望的目的地有所前进。中继节点可以是再生型的，其中将接收的信号解码到比特级，进行硬判决。如果发现接收的分组有错误，则请求重新发送，因此该RN包括ARQ或H-ARQ。ARQ或H-ARQ是对重新发送请求和对重新发送信号的后续接收进行管理的接收器技术。一旦成功接收到分组，则基于该RN中包括的所有无线电资源管理策略来对该分组进行规划以向目的地进行重新发送。另选地，中继节点可以是非再生型的，从而在中继节点处对数据进行放大，并将信号转发至下一设备或节点。可以设想，中间设备或中继节点的功能可以由移动电话或者其他用户设备来提供。

优选地，控制装置可以在第一计算装置计算出中间设备的新发送功率之后进行操作，以确定中间设备的新发送功率是否大于中间设备的最大发送功率。参照中间设备的最大发送功率来对此进行确定。优选地，如果控制装置确定了新发送功率大于最大发送功率，则第一计算装置为中间设备计算不超过中间设备最大发送功率的第二新发送功率。

此外，在控制装置接收到用于改变中间设备发送功率的请求的情况下，优选地，控制装置可以进行操作以接收一输入信号，该输入信号让该控制装置对请求是否是由于与基站导出的目标指标的差异的变化而引起的进行确定的输入信号。如果确定了请求是由于与基站导出的目标指标的差异的变化而引起的，则第一计算装置可以进一步进行操作，以根据为中间设备计算的新发送功率来为源设备计算新发送功率，从而倾向于基本上防止在中间设备接收的通信信号的质量的量度与在基站接收的通信信号的质量的量度出现不平衡。在计算出源设备的新发送功率之后，优选地，控制装置可以进行操作，确定源设备的所述新发送功率是否大于源设备的最大发送功率。如果控制装置确定了新发送功率大于源设备的最大发送功率，则第一计算装置为源设备计算不超过所述最大值的第二新发送功率。有利地，第一计算装置可以在计算出源设备的第二新发送功率之后进行操作，以计算中间设备的第二新发送功率，该第二新发送功率倾向于防止在基站接收的通信信号的质量的量度与在中间设备接收的通信信号的质量的量度之间出现不平衡。

应当理解，设法检测基站导出的指标的变化的本发明第一方面的实施例可以设法在该指标与中间设备导出的相同类型的指标之间进行平衡或防止不平衡，也可以不这样做。此外，在由于目标SINR改变(同时目的设备的SINR保持不变)而检测到与基站设置的目标SINR的差异的指标的变化的情况下，在基站和中间设备导出的SINR指标之间不存在平衡(假定在目的设备的目标改变之前系统是平衡的)，并且控制装置倾向于计算中间设备和源设备的发送功率的可以防止出现SINR不平衡所需要的调节。

本发明的第一和第二方面各自旨在减小或防止在不同环境下出现或根据情况可能出现的不平衡。例如，在中间设备与基站之间的路径损耗发生变化、或者基站的目标发生变化的情况下，可能出现该情形。这些事件都导致基站导出的指标发生变化，并且有利地，可以通过本发明第一方面的实施例来处理。有利地，通过由检测到基站导出的指标发生变化而触发的本发明第一方面对这些事件进行处理。优选地，实施本发明第一方面的通信系统包括偏差装置，其始终对目的设备的指标或多个指标之一进行监视。因此，可以快速地检测到目的设备导出的指标的任何偏差。

仅仅第一方面就足以在中间设备与基站之间的路径损耗发生变化之后恢复多跳系统中的平衡。在很多情况下，仅仅第一方面就足以保持多跳系统的平衡。然而，如上所述，如果源设备与中间设备之间的路径损耗发生变化(这可能是由于源设备和/或中间设备的位置变化以及/或者环境状态变化而导致的)，则必须通过本发明第二方面的实施例来处理。因此，优选地，提供了一种既实施本发明第一方面又实施本发明第二方面的通信系统。在这种情况下，周期性地执行本发明第二方面的不平衡检测。因此，根据本发明第一方面的优选实施例，所述中间设备包括指标导出装置，该指标导出装置可以进行操作以导出在基站接收的通信信号的质量的一个或更多个指标，其中，所述中间设备和所述基站可以进行操作以将所述指标发送到所述控制装置，控制装置进一步包括：

i)不平衡检测装置，可以进行操作以检测基站和指标与中间设备的指标之间的不平衡；以及

ii)第二计算装置，可以在检测到这种不平衡之后进行操作以计算源设备的倾向于显著减小所述不平衡的新发送功率。

可能出现如下情形：中间设备与基站之间的路径损耗的变化适应了基站目标的基本同时的变化。因此，在将本发明第一方面的指标偏差检测装置设置在基站中从而使得基站可以进行操作以向控制装置发送用于改变中间设备发送功率的请求的情况下，如果确实出现该情形，则基站不产生用于改变中间设备发送功率的请求。这将导致系统的不平衡，系统未经本发明第一方面纠正地运行，这是因为基站的新目标已经(不经意地)得到满足、但是没有对源设备的发送功率进行对应的改变。可以通过既实施本发明第一方面又实施本发明第二方面的通信系统来处理这种相对少见的情形，这是因为路径损耗更新装置可以检测中间设备与基站之间的经历的路径损耗的量度的变化。于是，第二计算装置可以进行操作以确定源设备的发送功率为了倾向于减小在中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在基站处接收到的通信信号的质量的量度之间的不平衡而需要的变化。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种控制多跳通信系统中的可以进行操作以发送通信信号的一个或更多个设备的发送功率的方法，所述通信系统包括源设备、基站和至少一个中间设备，源设备可以进行操作以经由各个中间设备向基站发送通信信号，所述方法包括以下步骤：

i)导出在基站处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标；

ii)检测所述一个或更多个指标或者这些指标之一的偏差；

iii)在检测到这种变化之后，计算中间设备的新发送功率或者中间设备和源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：a)显著减小在中间设备接收的通信信号的质量的量度与在基站接收的通信信号的质量的量度之间的不平衡；或b)基本上防止出现所述不平衡。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种控制多跳通信系统中的可以进行操作以发送通信信号的一个或更多个设备的发送功率的方法，所述通信系统包括源设备、基站和至少一个中间设备，源设备可以进行操作以经由各个中间设备向基站发送通信信号，所述方法包括以下步骤：

i)在基站和中间设备中的每一个，导出在基站或在中间设备接收的通信信号的质量的一个或更多个指标；

ii)检测基站导出的一个所述指标与中间设备导出的一个所述指标之间的不平衡；以及

iii)在检测到这种不平衡之后，计算源设备的倾向于显著减小所述不平衡的新发送功率。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种基站，其可以进行操作以经由至少一个中间设备接收源设备发送的通信信号，所述基站包括：

i)指标导出装置，可以进行操作以导出在该基站接收的通信信号的质量的一个或更多个指标；或者

ii)指标偏差检测装置，可以进行操作以检测指标导出装置导出的一个所述指标的偏差；以及

iii)控制装置，包括第一计算装置，所述第一计算装置可以在检测到这种变化之后进行操作来计算中间设备的新发送功率或者中间设备和源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：a)显著减小在中间设备接收的通信信号的质量的量度与在基站接收的通信信号的质量的量度之间的不平衡；或b)基本上防止出现所述不平衡。

优选地，基站可以进行操作以接收一输入信号，该输入信号使得控制装置可以确定请求是否是由于与基站导出的目标指标的差异的偏差(这是由于为目的设备设置的目标接收信号质量发生变化而导致)而引起的。此外，控制装置进一步包括命令装置，该命令装置可以进行操作以向所述中间设备和/或所述源设备发出用于命令根据第一计算装置计算出的新发送功率改变中间设备的发送功率和/或源设备的发送功率的命令。

优选地，基站进一步包括指标接收装置，该指标接收装置可以进行操作以从中间设备接收指标，所述指标表示在中间设备接收的通信信号的质量，基站进一步包括不平衡检测装置，该不平衡检测装置可以进行操作以检测基站导出的一个所述指标与从中间设备接收的一个所述指标之间的不平衡；并且其中，控制装置包括第二计算装置，该第二计算装置可以在检测到这种不平衡之后进行操作以计算源设备的倾向于显著减小所述不平衡的新发送功率。优选地，不平衡检测装置包括路径损耗更新装置，该路径损耗更新装置可以进行操作以确定在源设备与中间设备之间以及在中间设备与基站之间传输的通信信号所经历的路径损耗的量度。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种基站，其可以进行操作以通过至少一个中间设备接收从源设备发送的通信信号，所述基站包括：

i)指标导出装置，可以进行操作以导出在该基站接收的通信信号的质量的一个或更多个指标；

ii)接收装置，可以进行操作以从中间设备接收一个或更多个指标，所述一个或更多个指标中的每一个表示在中间设备接收的通信信号的质量；

iii)不平衡检测装置，可以进行操作以检测基站导出的一个所述指标与从中间设备接收的一个所述指标之间的不平衡；以及

iv)控制装置，包括第二计算装置，该第二计算装置可以在检测到这种不平衡之后进行操作以计算源设备的倾向于显著减小所述不平衡的新发送功率。

优选地，不平衡检测装置进一步包括路径损耗更新装置，该路径损耗更新装置可以进行操作以确定在源设备与中间设备之间以及在中间设备与基站之间传输的通信信号所经历的路径损耗的量度。控制装置优选地进一步包括命令装置，该命令装置可以进行操作以向所述源设备发出用于命令根据第二计算装置计算出的新发送功率改变源设备发送功率的命令。

也提供了在实施本发明的基站、实施本发明的中间设备以及实施本发明的目的设备中执行的通信方法。

本发明的实施例是其中中继节点的位置固定的特别有用的多跳系统。此外，本发明实施例的优点在于可以使用再生中继也可以使用非再生中继。此外，有利地，本发明实施例使得在中继站中需要最少的处理就能够保持对发送功率设置的集中控制。因为其将控制保持在中央实体之内，使得网络管理更为简单，因此这对运营商有利。此外，如果中继开始出现故障，则由于控制位于基站(或节点B)内的事实，于是运营商可以进行纠正措施。此外，如果中间设备是移动电话或远程设备，则中间设备中的处理保持为最少的事实在减小功耗因此最大化电池寿命方面是有利的。

期望值可以是目的设备导出的通信信号质量的指标的值，当系统大体平衡(即，在目的设备接收到的通信信号的质量的量度与在各个中间设备接收到的通信信号的质量的量度平衡)时，期望值为目的设备设置的目标值或接近于该目标值。这样，有利地，可以使用本发明第一方面的实施例来将目的设备接收的通信信号的质量保持在目的设备设置的目标值或者接近该目标值。之后，可能有必要让本发明第二方面的实施例对系统进行优化以确保在目的设备与各个中间设备之间获得平衡。

因此，应该理解，可以在已经平衡或已经优化的系统中使用指标偏差检测装置。因此，可以检测到与期望值的偏差(这可能是由于导致目的设备处的通信信号的质量的量度发生变化的事件而引起的)，并确定分配给先前中间设备的资源的所需变化。

通过第一计算装置来计算资源分配的所需改变。如果指标的变化是由于目标的变化，则第一计算装置也可以进行操作以计算源设备的倾向于防止由于满足目的设备的新目标质量而出现不平衡的新发送功率。如果目标没有发生变化，但是路径损耗发生变化从而使得通信信号的质量发生变化，则为保持平衡，计算装置只需要计算中间设备的新发送功率即可。源设备与中间设备之间路径损耗的变化(这导致在中间设备的RSS/SINR发生变化)必须由实施本发明第二方面或者既实施本发明第一又实施本发明第二方面的系统/方法来处理。

本发明的实施例可以在采用任何多址技术的无线通信系统中实施，包括但并不限于：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)以及正交频分多址(OFDMA)。在CDMA系统的情况下(其中，所有的传输都发生在相同频带内，并且各个传输都被分配有唯一的信道化码)，Gp因子表示扩频因子或用于对传输信号进行扩频的码的长度，或者称为处理增益。在正交扩频码的情况下，可以使用多达Gp个信道来进行同时传输。

可以用许多可行的方法来导出第一计算装置和第二计算装置要进行的实际计算。一个可能的导出方法基于对多跳网络中各个接收部件的SINR的考虑，并且可能是专门针对上行链路传输而开发的，其针对各种部署情景来计算多跳网络中包括的发送部件的最佳发送功率。本领域技术人员应该理解，通过考虑在多跳网络的接收器的通信信号的质量的其他类型量度、以及本发明的根本原理：这些量度应该平衡，可以导出另选解决方案。

应该理解，术语“用户设备”涵盖了可以进行操作以在无线通信系统中使用的任何设备。此外，尽管主要参照当前已知技术中采用的术语对本发明进行了描述，但是本发明的实施例旨在可以有利地应用于便于经由中间设备在源设备与目的设备之间传输通信信号的任何无线通信系统。

在以上任一方面中，各种特征可以实现为硬件、或者实现为在一个或更多个处理器上运行的软件模块、或者实现为这二者的组合。本发明还提供了用于执行在此描述的任一种方法的操作程序(计算机程序和计算机程序产品)，以及其上存储有用于执行在此描述的任一种方法的程序的计算机可读介质。实施本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者其例如可以是信号(例如，从因特网网站提供的可下载数据信号)的形式，或者其可以是任何其他形式。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了展示可以如何实际执行本发明，作为示例，现在对附图进行说明，在附图中：

图1A示出了无线通信系统的单小区/中继模型；

图1B示出了无线通信系统的两小区/中继模型；

图2A和2B各自示出了基于路径损耗公式(A)通过多跳通信系统可以获得的理论收益的图形表示；

图3示出了实施本发明第一方面的算法；

图4示出了实施本发明第二方面的算法；

图5A和5B示出了在具有非再生中继节点并使用FDD双工技术的多跳通信系统的情况下源设备发送功率与中间设备发送功率之间的关系，其中，图5A表示了RN位于0.5小区半径处时连接到RN的UE的小区边缘处的SINR(两小区分析)，以及RN位于0.5小区半径处时UE处的SINR作为NB和RN发送功率的函数；图5B表示了RN位于0.75小区半径处时连接到RN的UE的小区边缘处的SINR(两小区分析)，以及RN位于0.75小区半径处时UE处的SINR作为NB和RN发送功率的函数；

图6A和6B示出了在具有非再生中继节点并使用TDD双工技术的多跳通信系统的情况下源设备发送功率与中间设备发送功率之间的关系，其中，图6A表示了连接到RN的UE的小区边缘处的SINR(RN位于1867米的小区半径的0.5处)(使用TDD的AF)，以及RN位于0.5小区半径处时UE处的SINR作为NB和RN发送功率的函数；图6B表示了连接到RN的UE的小区边缘处的SINR(RN位于1867米的小区半径的0.75处)(使用TDD的AF)，以及RN位于0.75小区半径处时UE处的SINR作为NB和RN发送功率的函数；

图7A至7C示出了最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数的情况，其中，图7A表示了针对各种部署情景，对于FDD和TDD的再生中继，最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数；图7B表示了针对各种部署情景，对于FDD的非再生中继，最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数；图7C表示了针对各种部署情景，对于FDD的非再生中继，最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数；

图8A和8B示出了多跳系统的用户观察到的吞吐量平均收益与对于单跳系统观察到的吞吐量平均收益相比较的差异的曲线图示，其中，图8A表示了针对部署情景1的平均分组呼叫吞吐量的收益；图8B表示了针对部署情景2的平均分组呼叫吞吐量的收益；以及

图9示出了在假设源设备与目的设备之间的通信链路与较短的多跳链路相比具有3dB增益的情况下最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数的情况，以及针对各个部署情景，对于TDD的非再生中继，最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数，其中假设NB到UE链路与其他链路相比具有3dB的增益。

具体实施方式

现在，参照图3A来说明实施本发明第一方面的实施例的算法的示例，其中源设备包括用户设备(UE)、中间设备包括再生型中继节点(RN)、基站包括基站(NB)。基站连续监视RSS并导出RSS的指标以及与目标SRS的差异。基站配备有用于检测这些指标中的一个或两个的变化的指标偏差检测装置。基站还配备有具有根据本发明实施例的第一计算装置的控制装置。

为了能够在NB导出的指标发生变化之后显式计算新的RN发送功率，NB中的控制装置需要当前RN发送功率的信息。可以使用两种技术来获得此信息：1)NB具有RN的初始发送功率以及最大值的信息；此信息是固有的或者当RN连接到NB时通过信号传输的。然后，当发出改变RN发送功率的命令时，NB跟踪RN发送功率；或者2)RN将当前发送功率报告给NB，从而在NB中无需进行跟踪。此算法假定使用第一技术，因为第一技术具有信号传输复杂性较低的优点。

对算法的细节概述如下：

上行链路算法1：部分1

触发：在NB中请求改变RN发送功率

算法输入              需要者    来源

请求改变RN发送功率    NB        在NB中导出

RN发送功率            NB        在NB中跟踪/计算

UE发送功率            NB        在NB中跟踪/计算

算法输出              导出      目的地和信号传输要求

新的RN发送功率        显式计算  将RN发送功率的相对变化信号传输到RN

新的UE发送功率        显式计算  经由RN将UE发送功率的相对变化信号传输到UE

为了i)显著减小在中间设备接收的通信信号的质量的量度与在基站(NB)接收的通信信号的质量的量度之间的不平衡；或ii)基本上防止出现所述不平衡，在检测到基站导出的指标的变化之后进行以下序列。

1.NB的控制装置考虑RN的发送功率限制来计算RN的新发送功率；

2a.如果基站的指标偏差检测装置检测到的变化是中间设备与基站之间的路径损耗发生变化(从而SINR的指标发生变化)的结果，则基站的控制装置向RN发送用于命令改变RN发送功率的命令；或

2b.如果基站的指标偏差检测装置检测到的变化是为基站设置的目标质量指标发生变化(从而与目标RSS的差异的指标发生变化)的结果，则：

i)第一计算装置也计算源设备(UE)的与计算出的RN新发送功率对应的新发送功率。在CDMA系统的情况下，第一计算装置修改源设备的新发送功率的计算值，从而最小化所谓的“近-远”效应。这样，UE的发送功率可能从最佳值增大或减小。修改取决于系统运营商的要求，这是因为在多用户情景中，由于所有接收的信号电平不相等，必须相对于接收器的性能下降来权衡不恰当的功率平衡减小对多跳得到的性能收益的影响。

ii)NB考虑UE的最大发送功率来检查UE发送功率的为了满足计算出的新发送功率而需要的调节是否可以得到满足。如果确定了不能满足计算出的UE新发送功率，则第一计算装置为RN和UE二者计算修正的新发送功率。在CDMA系统的情况下，第一计算装置修改源设备的新发送功率的计算值，从而最小化所谓的“近-远”效应；以及

iii)控制装置向RN和UE发出用于命令根据第一计算装置计算出的新发送功率来改变RN和UE发送功率的命令。

上述算法可以处理传播损耗在RN与NB之间发生变化的情况，以及NB改变其目标RSS的情况。为了处理传播损耗在UE与RN之间变化的情况以及NB中的目标和RN与NB之间的传播损耗都发生变化从而上述算法不能工作以确定UE的新发送功率的情况，如下所述，实施本发明第二方面的实施例的算法周期性地执行。

算法细节概述如下：

上行链路算法1：部分2

触发：在NB中周期性地执行

算法输入         需要者      来源

在RN的RSS        NB          从RN信号传输

在NB的RSS        NB          在NB中监视

RN发送功率       NB          在NB中跟踪/计算

UE发送功率       NB          在NB中跟踪/计算

算法输出         导出        目的地和信号传送要求

新的UE发送功率   显式计算    经由RN将UE功率的相对变化信号传输到UE

新的RN发送功率   显式计算    将RN功率的相对变化信号传输到RN

传播损耗         显式计算    从Tx与Rx功率之间的差异导出，在NB中使用

除以上参照图4所述的算法之外，可以有利地执行该算法。另选地，在无线多跳通信系统中，也可以分别地实施参照图4所述的算法或者以下算法。

算法假定将RN导出的通信信号的质量(RSS)的指标报告给NB。NB监测由RN和NB的指标导出装置导出的指标，以便于通过第二计算装置来计算通过两个链路上的传播损耗。NB需要RN发送功率和UE发送功率的信息，该信息可以通过以下两种技术之一来获得：1)NB具有RN/UE的初始发送功率以及最大值的信息；此信息是固有的或者当RN/UE连接到NB时通过信号传输的。然后，当发出改变RN/UE发送功率的命令时，NB跟踪RN/UE发送功率；或者2)RN/UE将当前发送功率报告给NB，从而在NB中无需进行跟踪。此算法假定使用第一技术，因为第一技术具有信号传输复杂性较低的优点。

1.NB监视由NB和RN导出的接收信号强度的指标。与RN和UE发送功率的信息结合地使用所述指标，NB更新UE-RN和RN-NB链路的传播损耗。

2.如果检测到UE-RN和RN-NB传播损耗中的任一个发生变化，则第二计算装置与RN发送功率的信息结合地使用经更新的传播损耗，以计算最佳UE发送功率。在CDMA系统的情况下，第一计算装置修改源设备的新发送功率的计算值，从而最小化所谓的“近-远”效应。如果没有检测到传播损耗的改变，则算法的当前迭代终止；

3.NB检查计算出的最佳发送功率是否与当前UE发送功率不同。

3a.如果其没有不同，则算法的当前迭代终止；或

3b.如果其确实不同，则：

i)如果可以满足计算出的新UE发送功率(即不超过UE最大发送功率)，则NB向UE发送命令，让UE根据第二计算装置计算出的新发送功率来调节其发送功率；或

ii)如果不能满足计算出的UE发送功率，则将UE发送功率修改为可以满足的发送功率。然后，第二计算装置计算确保最佳平衡的新RN发送功率。然后，NB向UE和RN发送用于命令根据第二计算装置计算出的新发送功率调节发送功率的命令。

理论分析

以下的理论分析针对多种部署情景，导出了用于计算包含在多跳网络中的发送单元的最佳发送功率的可能解。尽管公式仅仅是针对形成多跳网络中的下行链路的连接的情况而给出的，但是其直接适应于对上行链路的情况导出的公式。这种适应是通过采用用于给出接收节点处的接收SINR的表达式的相同方法而实现的，其中发送节点现在是UE和RN、接收节点现在是NB和RN。一旦得到了在RN和NB接收的SINR的表达式，就可以对各种部署情景使用相同的方法以确定UE和RN的最佳发送功率设置。对于各种部署情景，都假设单小区模型和两小区模型来获得理论解。在两小区模型的情况下，假设两个小区中的部署相同，并且基站(BS)和中间设备(I)上的发送功率相同。还假设在适当的情况下P_{tx_tot，RN}＝G_pP_tx，RN且P_{tx_tot，NB}＝G_pP_tx，NB，并且对于TDD的情况，两个RN同时进行发送。这实际上对两个小区产生了不良的环境。

可以根据对多跳系统中的接收节点(即，各个中间设备(I)和目的设备(D))经受的信号-干扰加噪声比(SINR)的考虑来推算理论解。特定节点处的SINR是该节点接收到的通信信号的质量的量度，并且是期望信号的接收强度与非期望信号(噪声和干扰)的接收信号强度之比。

如上所述，需要对噪声和干扰进行的考虑取决于用于将在中间设备处接收到的信号与从中间设备发送的信号分离的双工方法、中间设备的特性、以及所考虑的小区间干扰(即，来自相邻小区的干扰)的级别。

以下公式表示对于所有的情景从中间设备发送到目的设备的通信信号的SINR，其中，根据中间设备的类型(例如，非再生或再生)以及双工方法，可以忽略不同的项：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})}$

对于FDD而不是TDD的情况，则去除括号内的第三项，而对于再生而不是非再生的情况，去除括号内的第二项。

在如图1B所示的两小区模型的情况下，该公式变为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}1}}{L_{\mathrm{RN}1-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}1}}{L_{\mathrm{RN}1-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}1-\mathrm{RN}1}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}1}}{L_{\mathrm{NB}1-\mathrm{UE}}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}2}}{L_{\mathrm{NB}2-\mathrm{UE}}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{RN}2}}{L_{\mathrm{RN}2-\mathrm{UE}}})}$

(2)中的括号内的前三项与(1)中的相同。附加的后两项分别源自来自相邻共信道NB和RN的干扰。很明显，如果相邻小区采用不同的频率或使用不同的时隙来进行中继传输，则对该干扰进行建模所需要的项将会改变。应该理解，为了更高的精度级别，可以将这些公式扩展为三小区模型或更多小区模型。

现在对于经由中间中继节点(RN)在基站或节点B(NB)到目的用户设备(UE)之间传输的DL传输的情况依次考虑各种可能的部署情景。

1A.使用FDD的再生中继-如图1A所示的单小区模型

在这种情况下，与中间设备RN相连的目的设备UE处的SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}N}---\left(1\right)$

其中，G_p是处理增益，P_tx，RN是RN处的所关注信道上的发送功率，L_RN-UE是NB至RN链路上的传播损耗，而N是噪声。注意，这假定不存在小区内干扰。

可以进行操作以从NB接收信号的中间设备RN处的SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}N}---\left(2\right)$

其中，P_tx，NB是NB处的所关注信道上的发送功率，L_NB-RN是RN至UE链路上的传播损耗。仍然假定不存在小区内干扰。

多跳链路上的总吞吐量受限于两个SINR值中的较低者，因为这会限制数据可以传输到该实体的速率。任何导致SINR不平衡的发送功率增大都不会提高多跳系统的性能；其只会导致能量的浪费，并增大对全部共信道用户的干扰。

因此，假设中间设备RN处的接收器和目的UE处的接收器的执行相同的操作，则随后应该将NB处和RN处的发送功率设置为使得RN处和UE处的SINR相同。使用该标准来设置发送功率的比率，于是该比率由下式给出：

$\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}=\frac{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}=\frac{b_1{s}_1^{n_1}}{b_2{s}_2^{n_2}}---\left(3\right)$

其中，b₁和n₁是NB至RN链路的路径损耗参数，该NB至RN链路的长度为s₁，而b₂、n₂和s₂与RN至UE链路相关联。因此，利用公式(3)，可以在给出一个发送功率的情况下找到另一发送功率。

1B.如图1B所示的使用FDD的再生中继-两小区模型

在这种情况下，可以通过考虑由在其他小区中进行的发送而导致的干扰，来导出发送功率公式。

在这种情况下，可以进行操作以从中间RN接收信号的目的UE处的SINR现在是：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}---\left(4\right)$

可以通过将(4)和(2)设置为相等来找到最佳NB发送功率。

因此：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\frac{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}{\mathrm{NP}}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}---\left(5\right)$

$=\frac{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{(L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{N})}$

可以对(5)进行重新整理，以在给出源设备NB发送功率的情况下找到中间RN发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{(\frac{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}-\frac{G_p}{N})}---\left(6\right)$

2A.使用TDD的再生中继：单小区模型-图1A

假设两条链路(源设备到中间设备、中间设备到目的设备)在使用TDD来分离RN的接收和发送操作(即，其不再是全双工)的情况下以相同频率进行工作。如果假设其中RN进行发送的时隙未被NB使用，则可以使用以上针对使用FDD双工方案的再生中继情况描述的公式。然而，如果源设备NB使用与中间设备RN相同的时隙来与NB以外的设备或节点进行通信，则会对由RN进行的传输产生干扰。在这种情况下，可以进行操作以从中间设备RN接收通信信号的目的设备UE处的SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+I)}$

$=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})}---\left(7\right)$

其中，P_{tx_tot，NB}是来自NB的总发送功率，L_NB-UE是NB到UE链路上的传播损耗。在这种情况下，RN处的确保SINR相等的发送功率由下式给出：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(1+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})---\left(8\right)$

比较公式(3)和公式(8)，显然，简单的比率不再产生理想的平衡。假定P_{tx_tot，NB}＝G_pP_tx，NB，则可以将公式(8)写为：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(1+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})---\left(9\right)$

$=\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})$

通过(9)可以在给定NB发送功率的情况下确定理想RN发送功率。值得注意的是，如果系统的设置被设置为使得第二括号中的第二项可以忽略(即，P_{tx_tot，NB}/NL_NB-UE＜＜1)，则可以使用以上针对使用FDD双工方案的再生中继的情况描述的标准。

随后，在给定特定RN发送功率的情况下可以通过(9)的根找到理想NB发送功率。将(9)表示为以下简化形式：

$\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\frac{G_p}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2-P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=0---\left(10\right)$

ax²+bx+c＝0

其中，x＝P_tx，NB，

而c＝-P_tx，RN，于是，(10)的根由下式给出：

$x=\frac{-b\±\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}---\left(11\right)$

由于发送功率为正数，所以仅限定了一个根，因此，NB处的确保在RN和UE处的SINR相等的最佳发送功率由下式给出：

$x=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\frac{-b\sqrt{b^2+4a{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}}{2a}---\left(12\right)$

最后，可以使用以上定义按照类似的简化形式对给出最佳RN发送功率的(9)进行重写：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}={\mathrm{bP}}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+{\mathrm{aP}}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2---\left(13\right)$

2A.使用TDD的再生中继：如图1B所示的两小区模型

除了假设两个小区的部署相同并且NB和RN上的发送功率相同以外，还假设在适当情况下P_{tx_tot，RN}＝G_pP_tx，RN且P_{tx_tot，NB}＝G_pP_tx，NB，并且对于TDD的情况，两个RN同时进行发送。这实际上对两个小区产生了较差的情景。

在这种情况下，可以进行操作以从中间设备RN接收信号的目的设备UE处的SINR现在是：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{2G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}---\left(14\right)$

通过将(14)和(2)设置为相等，可以找到最佳NB发送功率：

$\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{2G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}$

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(1+\frac{2P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{RN}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})---\left(15\right)$

$\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)\left(\frac{2G_p}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2+\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(1+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}-P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}$

通过下式的正根找到最佳NB发送功率：

$\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)\left(\frac{2G_p}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2+\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(1+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}-P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=0---\left(16\right)$

该正根由下式给出：

$x=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\frac{-b+\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}---\left(17\right)$

其中，在这种情况下，

而c＝-P_tx，RN，b和c都是RN发送功率的函数。

在给定NB发送功率的情况下，可以对(15)进行重新整理，从而找到RN发送功率。因此，最佳RN发送功率可由下式给出：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{\left(\frac{2G_p}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2+\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{1-\left(\frac{G_p}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}---\left(18\right)$

3A.使用FDD的非再生中继节点(RN)-如图1A所示的单小区模型

这种情况与和FDD双工方案结合使用的再生中继节点的情况之间的差别在于，UE处的SINR是RN处的SINR的函数，其中，连接至RN的目的设备UE处的SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}})}---\left(19\right)$

结果是不再可以通过将UE处的SINR设置为与RN处的SINR相等而导出理想的平衡。根据(19)，需要将RN处的SINR设置为使得其不妨碍获得UE处的该目标SINR。然而，必须对NB功率进行控制以限制RN处的SINR超过实际需要的SINR，否则将导致超额的干扰和发送功率的浪费。

图5针对两种不同的部署情景示出了NB和RN发送功率的设置如何影响与RN相连的UE处的SINR。

因此，可以看出，最佳解决方案是按如下方式选择NB和RN的发送功率：使得系统在图5所示的表面中的对角折叠部分(diagonal fold)上有效地进行工作。可以通过取(19)的一阶导数，并找到增大NB或RN发送功率会导致的UE处SINR的增大最小的点，来实现这种解决方案。

为了确定(19)的一阶导数，将其重写为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}})}---\left(20\right)$

$=\frac{1}{\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{G_p^2{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)}$

定义y＝SINR_RN-UE，

以及

可以将(20)简化为：

$y=\frac{1}{\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{\frac{k_1{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+k_2}---\left(21\right)$

为了找到SINR随P_tx，NB的变化速率，使用微分的商法则：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\right)}=\frac{k_2}{{(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2)}^2}={\▿}_{\mathrm{NB}}---\left(22\right)$

在给定所需梯度和P_tx，RN的情况下对P_tx，NB来求解(22)，可以找到最佳NB发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\frac{P_{\mathrm{tc},\mathrm{RN}}\left(\sqrt{\frac{k_2}{{\▿}_{\mathrm{NB}}}-k_2}\right)}{k_1}---\left(23\right)$

为了在给定NB的发送功率的情况下找到最佳RN发送功率，现在针对P_tx，RN执行对(21)的微分。在这种情况下，一阶导数由下式给出：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}\right)}=\frac{k_1}{{(\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}+k_1)}^2}={\▿}_{\mathrm{RN}}---\left(24\right)$

并且在给定NB的发送功率的情况下，最佳RN发送功率为：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{P_{\mathrm{tc},\mathrm{NB}}\left(\sqrt{\frac{k_1}{{\▿}_{\mathrm{RN}}}-k_1}\right)}{k_2}---\left(25\right)$

3B.使用FDD的非再生中继节点(RN)-如图1B所示的两小区模型

在两小区模型中，对于目的设备UE位于小区边缘处的较差情况，SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}---\left(26\right)$

$=\frac{1}{\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{G_p^2{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+1}$

假设两个RN的发送功率相等，两个小区的部署相同，并且P_{tx_tot，RN}＝G_pP_tx，RN，则(26)的简化形式由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{1}{\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}+1}$

$=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2}---\left(27\right)$

现在一阶导数为：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\right)}=\frac{k_2}{{((\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2)}^2}---\left(28\right)$

因此，可以通过下式找到最佳NB发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}\sqrt{\frac{k_2}{\▿}}-k_2}{k_1+P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}---\left(29\right)$

通过针对P_tx，RN对(27)求导，找到最佳RN发送功率：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}\right)}=\frac{k_1}{{((\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}+k_1)}^2}---\left(30\right)$

因此，可以通过下式找到最佳RN发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\sqrt{\frac{k_1}{\▿}}-k_1}{k_2+P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}---\left(31\right)$

4A.使用TDD的非再生中继-如图1A所示的单小区模型

这种情况与上述非再生的情况相似，除了以下事实：现在必须考虑来自NB的干扰，因为NB与RN在相同频率并且在相同时间进行发送。在这种情况下，正在接收由RN发送的通信信号的UE处的SINR由下式给出：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}+\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})}---\left(32\right)$

如果P_tx，NB/P_tx，RN太大，则UE处的SINR由于RN发送功率不足而受到限制，并且其中到RN的连接的链路性能高于到NB的连接的链路性能的区域有可能减小。相反，如果其太小，则UE处的SINR受到RN处的低SINR的限制。

在这种情况下，如图6所示，平衡甚至比在FDD双工方案相结合采用的非再生中继节点的情况下描述的平衡还好。通过找到(32)的一阶导数等于零的点来给出最佳工作点。为了找到该最佳点，首先将(32)重新整理为以下形式：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}\left(\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)}\frac{P_{\mathrm{tx}\_\mathrm{tot},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})}---\left(33\right)$

$=\frac{1}{\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{G_p^2{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)}$

定义y＝SINR_RN-UE，

以及

利用以上在3A的说明中的定义以及

可以将(33)简化为：

$y=\frac{1}{\left(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+\left(\frac{k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{\left(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\left(\frac{k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2}---\left(34\right)$

下一步是通过求解下式来找到(34)中的抛物线函数的单个最大值：

$\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=0---\left(35\right)$

使用商法则来找到(34)的一阶导数：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\right)}=\frac{\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2-P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}})}{{(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2)}^2}---\left(36\right)$

通过将(36)设置为等于零并对P_tx，NB进行求解来找到y的最大值。然后，通过设置下式来获得UE处的最大SINR：

$\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2)---\left(37\right)$

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\sqrt{\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}{k}_2}{2k_3}}$

因此，在给定RN的发送功率的情况下，可以使用(37)来找到确保与该RN相连的UE处的SINR最大的对应NB发送功率。

对于在给定NB发送功率的情况下寻找最佳RN发送功率的情况，可以使用与以上在与FDD双工方案相结合使用的非再生中继节点的情况下描述的方法相似的方法，因为UE处的SINR不是RN发送功率的抛物线函数。为了找到最佳RN发送功率，将(34)重新整理如下：

$y=\frac{1}{\left(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+\left(\frac{k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{\left(\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}{k}_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_1}---\left(38\right)$

现在，一阶导数为：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}\right)}=\frac{k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_1}{{(\left(\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}{k}_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_1)}^2}=\▿---\left(39\right)$

针对P_tx，RN求解(39)，可以给出在给定NB发送功率的情况下的最佳RN发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}(\sqrt{\frac{k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_1}{\▿}}-(k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_1))}{k_2}---\left(40\right)$

通过观察图6中的表面并根据(34)的形式和(40)中的结果，可以显见，如果NB发送功率很小，则SINR随着RN发送功率的变化速率将随着RN发送功率的增大而减小。然而，对于NB发送功率大的情况，UE处的SINR近似为RN发送功率的线性函数。结果，在这种情况下，如(40)中所概括的，该问题的解将是无穷大。

4B.使用TDD的非再生中继-如图1B所示的两小区模型

从小区边缘处的UE的角度来看，较差的情况是当相邻小区采用TDD方案并且使用相同时隙来进行RN传输时。如果假设两个小区大小相等，并具有相同的部署和发送功率设置，并且P_{tx_tot，RN/NB}＝G_pP_tx，RN/NB，则

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}(N+\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NB}-R1}}+\frac{2G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}})}---\left(41\right)$

$=\frac{1}{\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+\left(\frac{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}{G_p^2{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}\right)+\left(\frac{{2L}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{L_{\mathrm{UB}-\mathrm{UE}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}\right)+1}$

在这种情况下，(4)的简化形式为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}=\frac{1}{\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+1}---\left(42\right)$

$=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2}$

并且一阶导数为：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\right)}=\frac{(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2-P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1+\frac{4k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}})}{{((\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2)}^2}---\left(43\right)$

最后，通过将(43)设置为等于零并对P_tx，NB进行求解而给出最大值：

$(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1)P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2=P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}(\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+1+\frac{4k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}})$

$k_2+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2=\frac{4k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2---\left(44\right)$

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}=\sqrt{\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}{k}_2}{2k_3}}$

为了在给定NB发送功率情况下找到最佳RN发送功率，将(42)重新整理为：

$y=\frac{1}{\frac{k_1}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}+\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}+\frac{2k_3}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+1}---\left(45\right)$

$=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{k_1+\frac{k_2{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}+2k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}}$

现在，一阶导数为：

$\frac{\mathrm{dy}}{d\left(P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}\right)}=\frac{k_1+2k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{{(k_1+2k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}(1+\frac{k_2}{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}))}^2}=\▿---\left(46\right)$

针对P_tx，RN求解(46)，可以给出在给定NB发送功率的情况下的最佳RN发送功率：

$P_{\mathrm{tx},\mathrm{RN}}=\frac{P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}\sqrt{\frac{k_1+2k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}}{\▿}}-(k_1+2k_3{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}})}{(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+k_2)}---\left(47\right)$

此外，在NB发送功率大的情况下，UE处的SINR近似为RN发送功率的线性函数。结果，(47)的解将是无穷大。

现在将基于以上针对不同中继和双工方案并针对两种不同的部署情景得到的解，来确定最佳发送功率平衡。在表III中概括了这些部署情景，(48)中的路径损耗公式的传播参数在表IV中。

L＝b+10nlog d                  (48)

其中，L是以dB为单位的路径损耗，b以dB为单位并且与n一起在表中给出，而d是以米为单位的发送器-接收器间距。

表III部署情景

发送器-接收器间距与小区半径相同(即，UE位于小区半径处)。相对于NB所在小区的中心来提供RN位置。因此，RN位置是从NB到RN的距离。于是，RN-UE是小区半径与NB-RN间距的差。

表IV传播参数

再生中继

将表III和表IV中给出的值代入针对FDD的公式(3)和(5)以及针对TDD的公式(12)和(17)，可以找到在给定RN发送功率的情况下的最佳NB发送功率。图7A示出了针对这两种部署情景、对于FDD和TDD最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数的情况。

使用FDD的非再生中继

将参数代入(23)和(24)中，可以找到针对这两种部署情景的最佳NB发送功率，如图7B所示。

使用TDD的非再生中继

将参数代入(37)和(44)中，可以找到针对这两种部署情景的最佳NB发送功率，如图7C所示。

系统级模拟结果

对采用使用TDD双工的非再生中继并且每第三个发送时间间隔对发送进行中继的多跳HSDPA网络进行了系统模拟，以根据图7C的结果来验证所预测的吞吐量收益最佳发送功率设置，并随着RN和NB的发送功率在最佳点周围的变化来确定平均分组呼叫吞吐量收益。

现在将给出针对以上在表III中详细列出的两种部署情景的系统级模拟的结果。以下在表V和表VI中列出了模拟参数。

表V部署参数

表VI模拟参数

对于两种部署情景，对于四种不同的RN发送功率，将针对NB发送功率为30dBm的单跳系统的情况而观察到的用户获得的平均分组呼叫吞吐量的收益绘制为NB发送功率的函数。图8A示出了针对部署情景1的收益，而图9B示出了针对情景2的收益。

注意，NB到UE链路的信道增益比NB到RN和RN到UE链路的信道增益高3dB。这意味着，连接至RN的UE所受到的来自另一NB的干扰是参照图7A、7B和7C的上述链路分析中所使用的干扰的两倍。该信道增益是由于以下事实而导致的：接收到所发送信号的大量副本，当对所有这些副本上的功率进行相加时，可以发现，对于NB到UE信道的情况，总功率为NB到RN或RN到UE信道的两倍。这是3dB增益的原因，因为3dB相当于两倍。由于对于NB到UE信道的信道增益较高，这意味着，接收信号功率将比在没有考虑通过多路径的信道增益时的分析中所使用的要高3dB(或者是两倍)。

基于预测和系统模拟的链路比较

图9示出了对于各种部署情景、对于TDD非再生中继、最佳NB发送功率作为RN发送功率的函数的情况，其中假设与其他链路相比NB到UE链路有3dB增益。在这种情况下，在表VII中与如果使用这些设置则将获得的吞吐量收益以及可实现的最大值一起列出了对于在模拟中使用的RN发送功率的NB处的预测发送功率。

表VII预测的最佳NB发送功率以及根据该设置而实现的结果模拟吞吐量收益与观察到的最大收益的比较

表VII、图7A和图8B表示，如果使用基于以上得到的公式的技术、根据本发明的优选实施例来执行功率平衡，则所选择的功率平衡通常位于最佳点的区域中。具体地，对于所使用的发送功率，收益表现为始终在可以实现的最大值的10％以内，该差别是由于使用两小区模型对多小区系统进行建模的缺点而导致的。

在图8A和图8B中所示的结果中，显然必须进行发送功率平衡，在图8A和图8B中示出了，如果NB发送功率增大为超过最佳点，则尽管发射更多的信号能量，收益也会明显下降。其还示出了，如果仔细选择NB发送功率，则可以降低收益对于RN发送功率的敏感度。

Claims (4)

1.一种无线通信系统，该无线通信系统包括源设备、中继站和基站，所述源设备进行操作以将信号经由所述中继站发送给所述基站，其中由无线电信号的发送来进行所述源设备和所述中继站之间的通信、以及所述中继站与所述基站之间的通信，其中，所述基站和所述中继站中的每一个都包括指标导出装置，所述指标导出装置进行操作以导出分别在所述基站或所述中继站处接收到的无线电信号的质量的一个或更多个指标，所述基站包括：

接收单元，从所述中继站接收从所述源设备发送到所述中继站的无线电信号的质量的指标；

指标偏差检测装置，所述指标变差检测装置进行操作以检测由所述基站导出的指标或这些指标之一的偏差；

控制单元，所述控制单元包括第一计算单元，该第一计算单元在所述指标偏差检测装置检测到偏差之后进行操作以计算所述中继站的新发送功率或者所述中继站和所述源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：减小在所述基站处导出的指标与在所述中继站处导出的指标之间的不平衡；或防止出现所述不平衡；和/或

不平衡检测装置，所述不平衡检测装置进行操作以检测所述基站导出的一个所述指标与所述中继站导出的一个所述指标之间的不平衡，所述控制单元还包括第二计算单元，可以在所述不平衡检测装置检测到不平衡之后进行操作以计算所述源设备的倾向于减小所述不平衡的新发送功率，

其中，所述控制单元根据针对所述源设备计算出的一个所述新发送功率进行从所述源设备发送到所述中继站的第一无线电信号的第一发送功率控制，以及根据针对所述中继站计算出的一个所述新发送功率进行从所述中继站发送到所述基站的第二无线电信号的第二发送功率控制，其中通过将用于功率控制的指示消息从所述基站经由所述中继站发送给所述源设备来进行所述第一发送功率控制。

2.一种基站，信号从源设备经由中继站被发送给所述基站，其中由无线电信号的发送来进行所述源设备和所述中继站之间的通信、以及所述中继站与所述基站之间的通信，所述基站包括：

指标导出装置，所述指标导出装置进行操作以导出在所述基站处接收到的无线电信号的质量的一个或更多个指标；

接收单元，从所述中继站接收从所述源设备发送到所述中继站的无线电信号的质量的指标；

指标偏差检测装置，所述指标偏差检测装置进行操作以检测由所述基站导出的指标或这些指标之一的偏差；

控制单元，所述控制单元包括第一计算单元，该第一计算单元在所述指标偏差检测装置检测到偏差之后进行操作以计算所述中继站的新发送功率或者所述中继站和所述源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：减小在所述基站处导出的指标与在所述中继站处导出的指标之间的不平衡；或防止出现所述不平衡；和/或

不平衡检测装置，所述不平衡检测装置进行操作以检测所述基站导出的一个所述指标与所述中继站导出的一个所述指标之间的不平衡，所述控制单元还包括第二计算单元，所述第二计算单元在所述不平衡检测装置检测到不平衡之后进行操作以计算所述源设备的倾向于减小所述不平衡的新发送功率，

其中，所述控制单元根据针对所述源设备计算出的一个所述新发送功率进行从所述源设备发送到所述中继站的第一无线电信号的第一发送功率控制，以及根据针对所述中继站计算出的一个所述新发送功率进行从所述中继站发送到所述基站的第二无线电信号的第二发送功率控制，其中通过将用于功率控制的指示消息从所述基站经由所述中继站发送给所述源设备来进行所述第一发送功率控制。

3.一种用于无线通信系统的方法，在所述无线通信系统中，源设备将信号经由中继站发送给基站，其中由无线电信号的发送来进行所述源设备和所述中继站之间的通信、以及所述中继站与所述基站之间的通信，所述方法包括：

在所述基站和所述中继站中的每一个处导出分别在所述基站或所述中继站处接收到的无线电信号的质量的一个或更多个指标；

在所述基站处接收从所述源设备发送到所述中继站的无线电信号的质量的指标；

控制操作，该控制操作包括：

i）检测由所述基站导出的指标或这些指标之一的偏差,并且在检测到偏差之后计算所述中继站的新发送功率或者所述中继站和所述源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：减小在所述基站处导出的指标与在所述中继站处导出的指标之间的不平衡；或防止出现所述不平衡；和/或

ii）检测所述基站导出的一个所述指标与所述中继站导出的一个所述指标之间的不平衡,并且在检测到这种不平衡之后计算所述源设备的倾向于减小所述不平衡的新发送功率，

其中，所述控制操作还包括：根据针对所述源设备计算出的一个所述新发送功率进行从所述源设备发送到所述中继站的第一无线电信号的第一发送功率控制，以及根据针对所述中继站计算出的一个所述新发送功率进行从所述中继站发送到所述基站的第二无线电信号的第二发送功率控制，其中通过将用于功率控制的指示消息从所述基站经由所述中继站发送给所述源设备来进行所述第一发送功率控制。

4.一种用于基站的方法，信号从源设备经由中继站被发送给所述基站，其中由无线电信号的发送来进行所述源设备和所述中继站之间的通信、以及所述中继站与所述基站之间的通信，所述方法包括：

导出在所述基站处接收到的无线电信号的质量的一个或更多个指标；

在所述基站处从所述中继站接收从所述源设备发送到所述中继站的无线电信号的质量的指标；

控制操作，该控制操作包括：

i）检测由所述基站导出的指标或这些指标之一的偏差,并且在检测到偏差之后计算所述中继站的新发送功率或者所述中继站和所述源设备的新发送功率，所述新发送功率倾向于：减小在所述基站处导出的指标与在所述中继站处导出的指标之间的不平衡；或防止出现所述不平衡；和/或

ii）检测所述基站导出的一个所述指标与所述中继站导出的一个所述指标之间的不平衡,并且在检测到这种不平衡之后计算所述源设备的倾向于减小所述不平衡的新发送功率，

其中，所述控制操作还包括：根据针对所述源设备计算出的一个所述新发送功率进行从所述源设备发送到所述中继站的第一无线电信号的第一发送功率控制，以及根据针对所述中继站计算出的一个所述新发送功率进行从所述中继站发送到所述基站的第二无线电信号的第二发送功率控制，其中通过将用于功率控制的指示消息从所述基站经由所述中继站发送给所述源设备来进行所述第一发送功率控制。

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