CN103299688B - 用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法和设备。该方法可以包括步骤：从在辅发射机传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息；以及基于该信道质量信息确定用于所述辅发射机的传输功率，其中所述传输功率与所述信道质量信息指示的信道质量匹配。根据本发明的实施方式，基于关于主链路的信道质量信息来向辅发射机应用功率控制方案。以此方式，可以在针对主接收机的可控速率损失的情况下改进辅发射机的吞吐量，并且因此可以进一步提升整个系统的频谱效率。

Description

用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法 和设备

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及移动通信技术领域，以及更具体地，涉及用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法和设备。

背景技术

分层频谱共享是依据频谱使用特权将分层频谱共享系统中的无线用户分类为主用户和次级用户的技术。在这种分层频谱共享系统中，主用户和次级用户可以共享相同频带，但是主用户具有使用频带的特权且未察觉共存的次级用户，并且因此主用户可以在任意时刻使用该频带。相反，次级用户仅可以在适当机会使用该频带，诸如，在主用户以较低信号质量传输信号的情况下，低信号质量对于主用户是可接受的情况下，以及其他情况下。分层频谱共享技术可以应用至各种场景，例如，公知的认知无线电，异构网络(诸如，宏/毫微微网，宏/微微网，宏/微网等等)，等。而且，其带来很多优势，诸如改进频谱效率的能力和灵活性，并且因此此其对于下一代网络而言是至关重要的。

然而，对于分层频谱共享系统，主要问题在于层间(cross-tier)干扰，尤其是次级用户对其周边主用户的干扰，因为主用户并未察觉共存的次级用户，并因此不知道来自次级用户的干扰，这使得处理这种干扰非常困难。因此，通常需要将来自次级用户的干扰限制到一定水平，以使得对于主用户的影响是可容忍的。

宏/毫微微异构网络是典型分层频谱共享系统其中之一，并且最近受到了相当的关注。FAP(毫微微小区接入点)可以卸载来自宏小区的负担，并且改进蜂窝网络的覆盖。而且，毫微微小区可以有助于堵上室内覆盖洞，尤其是在来自宏小区的信号由于艰难的无线电传播条件而难以穿透住宅时。

已知的是，FAP具有有限的传输范围，尤其是在家庭或办公区域中，但是归因于更频繁重用频带的这一能力，其可以提供对网络的巨大容量改进。然而，未授权的宏用户设备(MUE)仅可以连接至其宏eNodeB(MeNB)，并且即使其位于毫微微小区传输范围(FTR)中，也不允许其连接至FAP。因此，MUE可能受到严重的层间干扰，而这是目前亟待解决的问题。

S.-M Cheng等人的文章“On exploiting cognitive radio to mitigateinterference in macro/femto heterogeneous networks”(IEEE无线通信，vol.18，no.3，pp..40-47，2011年6月)已经提出解决层间干扰有关问题的可能解决方案。在此文章中，MUE将采用HARQ(混合自动重复请求)机制，其中一个分组可以在之前传输尝试失败时于接着的若干时隙中重复传输。出于说明的目的，将参考图1和图2来描述该文章中公开的方案。

参考图1，其示意性地示出了上述文章中公开的、用于在宏/毫微微异构网络中进行毫微微小区干扰缓解的方案的简化架构图示。如图1所示，该系统包括MeNB，MUE，FAP和FUE(毫微微用户设备)。发送至MUE的消息将由MUE和FUE二者接收，以及类似地，从MUE反馈回MeNB的信息将由MeNB和FAP二者接收；以及针对FUE的消息也将由MUE接收并干扰MUE。根据图2所示的流程图，FAP将在MeNB的第一次传输尝试期间保持沉默(步骤S201)，并观察来自MUE的ARQ反馈(步骤S202)，换言之，来自MUE的ARQ反馈将由MeNB和FAP二者接收(如图1中的长划线箭头所示)，而不是仅由MeNB接收。另一方面，如果ARQ反馈是ACK，这意味着分组在MUE处被成功接收，FAP什么都不做只是保持观察来自MUE的后续ARQ反馈；另一方面，如果ARQ反馈是NACK，这意味着MUE未能成功解码该分组且需要重传，FAP将在MeNB的重传期间发送其自己的分组给FUE(步骤S203)。FAP可以在重传期间传输其分组的原因在于：由于HARQ机制在此期间在MUE处针对解码来自MeNB的分组的SINR要求不像第一次传输尝试时那么高，并且由此MUE可以容忍来自FAP的适度干扰。

在前述方案中，已经缓和了层间干扰并且已经改善了频谱效率。然而，随着针对更高数据速率和更低功耗这些要求的爆发性增长，在现有技术中仍存在改进频谱效率的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方案，其可以提供改进的频谱效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法。该方法可以包括：从在所述辅发射机的传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息；以及基于所述信道质量信息确定用于所述辅发射机的传输功率，其中所述传输功率与所述信道质量信息指示的所述信道质量匹配。

在本发明的一个实施方式中，基于所述信道质量信息确定用于所述辅发射机的传输功率可以包括：基于所述信道质量信息确定所述传输功率，以使得所述辅发射机的吞吐量在所述主接收机的可容忍速率损失(rate loss)的情况下被优化。

在本发明的另一个实施方式中，基于所述信道质量信息确定用于所述辅发射机的传输功率可以包括：从预定功率控制码本选择与所述信道质量信息指示的信道质量指示符索引对应的所述传输功率，在所述预定功率控制码本中，与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率能够确保所述辅发射机的吞吐量在针对所述主接收机的可容忍速率损失的情况下被最大化。

在本发明的另一个实施方式中，其中所述预定功率控制码本通过下述操作离线确定：获取针对所述主链路和层间链路的信道分布信息；基于所述信道分布信息，求解在所述主接收机的可容忍速率损失和所述辅发射机处的功率约束下使所述辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，以便获取与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率；以及将指示每个传输功率和每个信道质量指示符索引之间的对应关系的码本记录为所述预定功率控制码本。

在本发明的另一个实施方式中，所述预定功率控制码本针对下述情形其中任一个确定：关于主用户的调度信息在所述辅发射机处可用，以及仅当所述主接收机被调度时才对所述主接收机进行保护；关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及基于所述主接收机将被调度的概率来保护所述主接收机；以及关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及始终保护所述主接收机。

在本发明的另一个实施方式中，由所述信道质量信息指示的信道质量中的最高信道质量被视为用于确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

在本发明的另一个实施方式中，位于所述辅发射机传输范围内的被调度主接收机的信道质量或可能的最低信道质量被视为用于确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

在本发明的另一个实施方式中，该方法可以进一步包括：根据所述确定的传输功率确定用于所述辅发射机的传输速率。

在本发明的另一个实施方式中，其中从所述至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息包括：监听用于所述主链路的控制/反馈信道。

在本发明的另一个实施方式中，所述分层频谱共享系统包括宏/毫微微异构网络，以及其中所述主接收机是宏小区用户设备，而所述辅发射机是毫微微接入点。

在本发明的另一方面中，还提供了一种用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的设备。该设备可以包括：信息获取单元，用于从在所述辅发射机的传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息；以及功率确定单元，用于基于所述信道质量信息确定用于所述辅发射机的传输功率，其中所述传输功率与所述信道质量信息指示的所述信道质量匹配。

根据本发明的实施方式，基于关于主链路的信道质量信息来向辅发射机应用功率控制方案。以此方式，可以在针对主接收机的可控速率损失的情况下改进辅发射机的吞吐量，并因此可以进一步提升整个系统的频谱效率。具体地，在本发明的某些优选实施方式中，可以在针对主接收机的可控速率损失的情况下，使辅发射机的吞吐量最大化。

附图说明

通过参考附图对在实施方式部分中所示对实施方式的详细解释，本发明的上述和其他特征将变得更显然。贯穿本发明的附图，相同的附图标记代表相同或类似的部件，其中：

图1示意性地示出了现有技术中用于在宏/毫微微异构网络中进行毫微微小区干扰缓解的方案的简化架构图示；

图2示意性地示出了现有技术中用于在宏/毫微微异构网络中进行毫微微小区干扰缓解的方案的流程图；

图3示意性地示出了根据本发明一个实施方式用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机传输功率的方法流程图；

图4示意性地示出了根据本发明一个实施方式用于确定预定功率控制码本的方法流程图；

图5示意性地示出了与多用户宏小区系统共存的典型毫微微小区及其对MUE的干扰的图示；

图6A和图6B示出了用于说明对根据本发明的三种不同情况进行仿真的结果的图示；

图7示出了根据本发明一个实施方式用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机传输功率的设备的框图；以及

图8示出了根据本发明一个实施方式用于预定功率控制码本的离线单元的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图、通过实施方式来详细描述本发明中提供的用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机传输功率的方法和设备。应当理解，给出这些实施方式仅是为了使本领域技术人员更好地理解并实现本发明，而不意在以任何方式限制本发明的范围。

首先应当注意，以用于执行本方法步骤的特定顺序示出了本发明。然而，这些方法并非必须严格根据所示顺序执行，而是它们可以基于各个方法步骤的本质而以相反顺序或同时执行。此外，此处使用的不定冠词“一/一个”不排除复数个这些步骤、单元、设备和对象等。

在下文中，将参考附图来详细描述本发明的实施方式。

首先，将参考图3来描述本发明提供的、用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法。

如图3所示，在步骤S301，从在辅发射机传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息。

通常，主发射机将根据从主接收机反馈的信道质量信息来服务于主接收机。为此，主接收机将通过信道测试来测量信道状态，并且基于此生成关于主链路的信道质量信息(诸如SINR索引)。随后，主接收机将经由控制/反馈信道向主发射机发送这种信息。例如，在LTE系统中，关于下行链路的信道质量信息将经由公共上行链路控制信道(PUCCH)从MUE反馈回MeNB。因此，在本发明的实施方式中，可以通过监听主链路的控制/反馈信道来获取关于主链路的信道质量信息。信道质量信息可以是例如来自MUE侧的信道质量指示符(CQI)反馈(诸如CQI索引)，并且也可以是指示信道质量的其他形式。

然后，在步骤S302，基于信道质量信息来确定用于辅发射机的传输功率，其中该传输功率与信道质量信息指示的信道质量匹配。

在获取了关于信道质量的信息之后，可以在辅发射机处审慎地选择传输功率以便与信道质量信息所指示的信道质量匹配，即，应当选择传输功率以使得在辅发射机处的频谱效率可以得到改善并且同时针对主接收机的速率损失(即，对主接收机的干扰)低于某个/可容忍水平。

在本发明的一个实施方式中，基于信道质量信息来确定传输功率，以使得辅发射机的吞吐量在针对主接收机的可容忍速率损失的情况下进行优化。这样，辅发射机可以以改进吞吐量共享子频带，同时其对主接收机的干扰仍然低于可容忍的水平。

在本发明的另一实施方式中，可以从预定功率控制码本选择与信道质量信息所指示的CQI索引对应的传输功率。这种码本指示了CQI索引与传输功率之间的对应关系，并且对应于每个信道质量指示符索引的每个传输功率可以确保辅发射机的吞吐量在针对主接收机的可容忍速率损失的情况下最大化。功率控制码本可以是通过经验、实验、系统仿真等预先确定的码本。然而，在本发明的优选实施方式中，通过求解在辅发射机处的功率约束和主接收机的可容忍速率损失下使辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，来离线确定功率控制码本。

接下来，将参考图4来描述用于确定功率控制码本的示例性方法，其中图4示出了根据本发明一个实施方式用于确定预定功率控制码本的方法的流程图。

如图4所示，在步骤S401处，获取针对主链路和层间链路的信道分布信息。例如，如果无线信道经历瑞利衰落，则需要分布的均值。对于下行链路传输，主链路意味着从主发射机至主接收机的下行链路。层间链路是指干扰链路，其包括从主发射机至辅接收机的层间链路和从辅发射机至主接收机的层间链路。由于难以实时获取信道分布信息，所以可以获取关于信道分布的统计信息以作为替代方式。可以由主用户收集统计信息，以及继而将其发送至例如辅助用户。此任务可以通过回程通信和导频符号来完成。

继而，在步骤S402，基于信道分布信息求，求解在主接收机的可容忍速率损失和辅发射机处的功率约束下使辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，以便获得与每个信道质量索引对应的每个传输功率。

基于信道分布信息，可以获得辅发射机吞吐量、针对主接收机的速率损失和辅发射机处的功率的数学表达式。利用这些数学表达式，可以容易地构建目标函数、速率损失约束和功率限制约束，以便建立优化模型/问题，其在主接收机的可容忍速率损失和辅发射机处的功率约束下，使辅发射机的吞吐量最大化。

通过求解优化问题，可以获得与每个信道质量索引对应的每个传输功率。

接着，在步骤S403，将指示每个传输功率与每个信道质量指示符索引之间对应关系的码本记录为预定功率控制码本。

基于与相应信道质量索引对应的已确定传输功率，可以形成指示其间对应关系的码本，即前述预定功率控制码本。在该码本中，对应于每个信道质量指示符索引的每个传输功率可以确保在针对主接收机的可容忍速率损失的情况下使辅发射机的吞吐量最大化。

附加地，关于主用户的调度信息可能在辅发射机处可用也可能不可用，因此可以针对不同状况采用不同机制，以及这些数学表达式也会随着机制不同而发生改变。例如，对于调度信息在辅发射机处可用的场景，可以仅在辅发射机传输范围内的主接收机被调度时对其进行保护；而对于调度信息在辅发射机处不可用的场景，可以基于主接收机被调度的概率来保护主接收机，或者备选地，可以始终保护主接收机，只要其位于辅发射机的传输范围内。

因此，对于不同机制，可以获得不同数学表达式集合，即，对于不同机制，可以构建不同优化模型以及由此获得不同功率控制码本。对于关于优化问题的细节，可以参见将在下文中描述的构建优化问题的特定示例。

附加地，当辅发射机已获取了不止一个信道质量时，用于确定辅发射机传输功率的基本参考信道质量可以针对不同机制发生变化。例如，对于调度信息在辅发射机处可用的场景，如果已知调度了位于辅发射机传输范围内的主接收机，则可以将被调度主接收机的信道质量用作基本参考信道质量，或者，例如将可能的最低信道质量视为基本参考信道质量(即，认为CQI为0)。关于调度信息在辅发射机处不可用的情况，当在主发射机处使用最大C/I调度器时，将信道质量信息指示的信道质量中最高信道质量视为基本参考信道质量。

返回参考图3，优选地，在步骤S303，可以进一步根据确定的传输功率确定辅助发射机的传输速率。

已知的是，对于优化的传输功率，经常存在对应的适当传输速率，其与传输功率具有预定关系。如果可以进一步确定针对辅发射机的适当传输速率，这将是有利的，因为这将进一步确保将辅发射机的吞吐量最大化。本领域技术人员将会理解，也可以以其他方式选择传输速率，但是其将损失相应的益处。

从本发明的前述描述可见，在本发明的实施方式中，基于关于主链路的信道质量信息来将功率控制机制应用至辅发射机。以此方式，可以在针对主接收机的可控制速率损失的情况下，改进辅发射机的吞吐量，并且因此可以进一步提升整个系统的频谱效率。特别地，在本发明的某些优选实施方式中，可以在针对主接收机的可控制速率损失的情况下使辅发射机的吞吐量最大化。

在下文中，出于说明目的，将典型下行链路毫微微小区与多用户宏小区系统共存(即，宏/毫微微异构系统)作为特定应用场景以进一步描述本发明。然而，应当注意，本应用不限于此，而是可以应用至任何其他分层频谱共享系统，诸如其他异构系统，认知系统等，并且其可以应用至上行链路传输。

在进一步描述本发明之前，将首先参考图5来描述典型下行链路毫微微小区与多用户宏小区系统共存的系统模型。

在图5的系统中，在毫微微小区和宏小区之间共享相同子频带，即，普遍频率复用，并且出于简化目的，考虑单个子频带场景。如图5所示，在宏小区中，存在一个MeNB和M个MUE，其中N个MUE位于FTR中(N＜＝M)。MeNB负责根据来自MUE侧的CQI反馈来服务宏小区内的所有已连接的MUE。而且，假设MeNB采用最大C/I调度器，其中具有最高CQI索引的MUE被选作活跃用户。此外，除了CQI＝0外，MeNB针对此子频带采用恒定传输功率P_M，在CQI＝0时，MeNB抑制其自身以避免进行传输并使用自适应调制和编码(AMC)机制来将信道与适当传输速率相匹配。MeNB与MUE之间的信道传播增益由g_m代表，其中m＝1；2；…；M。

在毫微微小区中，存在FAP和FUE，以及FAP将服务于其FTR中的FAP。由此，当FAP向FUE传输消息时，FAP将干扰位于FTR中的已调度MUE。因此，此系统的根本问题在于处理FAP对MUE的干扰，如图5中的短虚线箭头所示。此外，由虚线方框示出的那些MUE被认为是位于FTR之外，并且不会受到FAP传输的干扰。另外，FAP和MUE之间、FAP和FUE之间、MeNB和FUE之间的信道增益可以分别由指示。如果难以获得针对这些参数的准确值，则作为备选，可以通过监测参考信号来得知这些参数的统计(均值和分布)。

在针对该系统构建优化问题之前，可能已知在MeNB处的CQI域的划分，即，载波干扰噪声比(CINR)的量化区域[T₀，T₁)，[T₁，T₂)，…，[T_L-1，T_L])(其中T₀＝0，T_L＝+∞)。T₀到T_L的值可以称作量化阈值，以及每个量化区域由范围在从0(这意味着在范围之外，在下文称作OOR)到L-1的CQI反馈索引l指示。为了获取最大频谱效率，针对宏小区的吞吐量也可以最大化，并且可以通过使宏小区的吞吐量最大化的最大化问题来确定CINR域的划分。

首先，定义 $\tilde{m}={\arg \max }_m\{g_1,g_2,...,g_M\},$ 则根据的分布(而不是单个g_m)来推导出CQI量化阈值。在处CNR的累积分布函数(即，MUE处的SINR为其中N₀是均值σ²)为的背景高斯噪音。此外，如上文所述，传输功率是恒定的，并且由此量化区域1至L-1中每个区域中的传输功率等于P_M；然而，如果从发回了OOR，则MeNB将通过把下行链路传输功率设置为0来停止进行传输。基于上述信息，可以将最大化问题构建如下：

$\underset{T}{\max }{\stackrel{\‾}{R}}_M=\underset{l=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+T_l{P}_M)F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{m}}}(T_l,T_{l+1})$

$s.t.0=T_0\≤...T_l\≤T_{l+1}...\≤T_L=+\∞---\left(1\right)$

其中代表宏小区的预期平均吞吐量，且注意，是从量化区域1开始而不是从区域0开始进行求和，因为MeNB并未对区域0中的总吞吐量做出贡献(OOR)。通过求解该问题，将获得CINR域的最优划分[T₁，T₂)，…，[T_L-1，T_L]，以及因此还确定用于MeNB的码本。

在下文中，将描述针对毫微微小区的优化问题的构建。但是在此之前，将首先讨论次级用户传输其自己分组的机会。显然的是，最明显的机会在所有可接收CQI为0(即，OOR)时到来，这意味着FTR内没有MUE作为活跃用户而被调度，并且由此毫微微下行链路传输根本不会干扰任何MUE。此外，当CQI＞0且仅在来自FAP的干扰针对MUE可容忍时(即，MUE的已接收CINR仍大于较低的量化阈值Tl(假设，l(＞0)从MUE侧被发送)，存在针对毫微微小区的另一传输机会。如上文所描述的，可以针对两种类型的传输机会制定优化问题，这两种类型的传输机会可以进一步划分为三种情况。在下文中，将针对每种情况的优化问题将详细描述。

情况1：调度信息在FAP处可用

在此情况下，FAP将知道FTR内的MUE是否被激活，并且因此当被FTR内的MUE激活时(即，被调度)可以保护该MUE。然而，归因于回程连接中的长延迟，FAP准确具有此知识是不现实的，但是该结果可以用作比较的基准。

为了将宏小区的速率损失量化，最初可以计算(即，具有最高CINR的MUE位于FTR中)的概率。通过假设在每个宏小区下行链路信道上的i.i.d.瑞利衰落(指示平均功率增益)，具有最高CINR的MUE位于FTR内的概率简单地通过对称假设由N/M给出。因此，FAP的传输不会影响MUE(因为活跃的MUE位于FTR之外)的概率是1-N/M。另一方面，当时，FAP应当小心选择适当传输功率，使得对于宏小区用户的速率损失位于预定阈值R_lo之下，即，应当符合下述等式：

$\frac{N}{M}\left(\underset{l=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+T_l{P}_M)(F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}-F_{{\widetilde{\mathrm{\Γ}}}_{\tilde{n}},l})\right)\≤R_{\mathrm{lo}}---\left(2\right)$

其中， $F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}=F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}}}(T_l,T_{l+1}),$ $F_{{\widetilde{\mathrm{\Γ}}}_{\tilde{n}},l}{=F}_{{\widetilde{\mathrm{\Γ}}}_{\tilde{n}}}(T_l,T_{l+1}),$ 新的随机变量代表当来自FAP的干扰被包括进来时、在处的CINR。和之间的差值指示干扰下的中断(outage)概率，即， 可以由下述等式表示：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}_{\tilde{n},l}=\frac{g_{\tilde{n}}}{N_0+h_{\tilde{n}}{P}_{F,l}}=\frac{{\mathrm{\γ}}_{\tilde{n}}}{1+\frac{h_{\tilde{n}}{P}_{F,l}}{N_0}}---\left(3\right)$

因此，针对FAP的对应长期功率限制约束可以由下述代表：

$(1-\frac{N}{M})P_{F,0}+\frac{N}{M}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}{P}_{F,l}\≤P_{F,\mathrm{th}}---\left(4\right)$

其中，第一项代表没有活跃MUE位于FTR内的情况。

情况2：调度信息在FAP处不可用，以及MUE基于被调度的概率进行保护

在此情况下，因为缺乏MeNB与FAP之间的可靠接口，FAP不易知道FTR内的MUE活跃与否。然而，宏下行链路信道的i.i.d.分布使得最大C/I调度器公平地选择FTR内部和外外部的MUE。因此，在每个衰落时隙中，的平均速率损失可以通过假设其以概率N/M被选作活跃用户而进行估计。以此方式，在此情况下的对应速率损失约束和功率限制约束可以分别由下述等式(5)和(6)给出：

$\frac{N}{M}\left(\underset{l=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+T_l{P}_M)(F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}-F_{{\widetilde{\mathrm{\Γ}}}_{\tilde{n}},l})\right)\≤R_{\mathrm{lo}}---\left(5\right)$

$\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}{P}_{F,l}\≤P_{F,\mathrm{th}}---\left(6\right)$

其中速率损失约束类似于等式(2)中所示的约束，但是平均功率限制的功率限制约束不同于等式(4)，因为在此情况下，FAP不知道活跃的MUE是在FTR内还是在FTR外。换言之，在没有调度信息可用时(4)中的第一项和N/M的对应概率被移除。FAP可以仅以一定概率保护FTR内的MUE，以使得长期速率损失仍处于控制之下。

情况3：调度信息在FAP处不可用，以及MUE一直受到保护

为了更多地保护活跃MUE，可以假设识别出活跃MUE一直在FTR内，这导致子频带的持续使用。在这种情况下，对应的速率损失约束和功率限制约束可以由下述等式(7)和(8)给出：

$\underset{l=1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+T_l{P}_M)(F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}-F_{{\widetilde{\mathrm{\Γ}}}_{\tilde{n}},l})\≤R_{\mathrm{lo}}---\left(7\right)$

$\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}{P}_{F,l}\≤P_{F,\mathrm{th}}---\left(8\right)$

至此，已经建立了针对不同情况的速率损失约束和功率限制约束，接下来将描述目标函数。如前所述，此优化问题的目标是通过审慎的功率选择来使毫微微小区吞吐量最大化。在慢速块衰落信道中，较好地是应用中断而不是应用遍历容量，并且因此当理想的信道状态信息(CSI)在FAP处不可用时，可以引入小中断概率阈值ε，以使得可以推导出满足中断阈值的传输速率。以此方式，在调度信息在FAP处可用的情况下的平均有效吞吐量可以给出如下：

${\stackrel{\‾}{R}}_F=(1-\frac{N}{M})(1-\mathrm{\ϵ})\log (1+{\mathrm{\γ}}_{F,0})$

$+\frac{N}{M}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\ϵ})\log (1+{\mathrm{\γ}}_{F,l})F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}---\left(9\right)$

类似地，在调度信息在FAP处不可用的情况下的平均有效吞吐量可以由等式(10)给出：

${\stackrel{\‾}{R}}_F=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\ϵ})\log (1+{\mathrm{\γ}}_{F,l})F_{{\mathrm{\Γ}}_{\tilde{n}},l}---\left(10\right)$

此外，预先设计的SINRγ_F，l应当满足下述等式(11)：

$\mathrm{Pr}\{\frac{g_F{P}_{F,l}}{h_F{P}_M+N_0}<{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}\}\&le;\mathrm{\&epsiv;}---\left(11\right)$

因此，如果允许传输速率为log(1+γ_F，l)，则对应的中断概率应该小于或等于阈值ε。另外，等式(9)和(10)可以进一步基于从等式(11)的下述推导减小。

首先，假设无线信道将经历均值为和的瑞利衰落。继而，等式(11)可以进一步推导为：

$\mathrm{Pr}\{\frac{g_F{P}_{F,l}}{h_F{P}_M+N_0}<{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}\}$

$=\mathrm{Pr}\{g_F{P}_{F,l}<{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}(h_F{P}_M+N_0)\}$

$=1-e^{-\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F{P}_{F,l}}}/(1+\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}{\stackrel{\&OverBar;}{h}}_F{P}_{M,l}}{{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F{P}_{F,l}})=\mathrm{\&epsiv;}---\left(12\right)$

即，可以选择适当的SINR阈值γ_F，l，使得相同的中断概率约束针对任何l＝0，1，…，L-1都能满足。该适当的SINR阈值γ_F，l可以通过求解从等式(12)推导的下述等式来得出：

$e^{-\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F{P}_{F,l}}}=(1-\mathrm{\&epsiv;})(1+\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}{\stackrel{\&OverBar;}{h}}_F{P}_{M,l}}{{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F{P}_{F,l}})---\left(13\right)$

其中就γ_F，l而言，左侧是单调减函数，右侧是增加的，这意味着针对此SINR阈值γ_F，l仅有一个解，并且可以在数值上推导出该解。

此外，可以进一步通过利用(0，1)与之间的直线来近似指数函数，而进一步简化搜索过程，因而等式左侧和右侧这两个直线的交叉点即为γ_F，l的解。因此，在简单代数运算之后，将得到

${\mathrm{\&gamma;}}_{F,l}=\frac{\mathrm{\&epsiv;}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F{P}_{F,l}}{(1-\mathrm{\&epsiv;}){\stackrel{\&OverBar;}{h}}_F{P}_M-\mathrm{\&epsiv;}{\mathrm{\&sigma;}}^2/\log (1-\mathrm{\&epsiv;})}=\mathrm{\&kappa;}{P}_{F,l}---\left(14\right)$

因此，对应的传输速率阈值由log(1+γ_F，l)给出，其中参数 $\mathrm{\&kappa;}=\frac{\mathrm{\&epsiv;}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_F}{(1-\mathrm{\&epsiv;})P_M{\stackrel{\&OverBar;}{h}}_F-\mathrm{\&epsiv;}{\mathrm{\&sigma;}}^2/\log (1-\mathrm{\&epsiv;})},$ 以及代表当在FUE处的已接收信号包括宏小区干扰时的调谐因子。以此方式，在确定了传输功率之后，也可以确定对应的传输速率。

此外，基于等式(14)，等式(9)和等式(10)可以利用下述近似来简化和替代：

${\stackrel{\&OverBar;}{R}}_F\&ap;(1-\frac{N}{M})(1-\mathrm{\&epsiv;})\log (1+\mathrm{\&kappa;}{P}_{F,0})$

$+\frac{N}{M}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(1-\mathrm{\&epsiv;})\log (1+\mathrm{\&kappa;}{P}_{F,l})F_{{\mathrm{\&Gamma;}}_{\tilde{n}},l}---\left(15\right)$

${\stackrel{\&OverBar;}{R}}_F\&ap;\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(1-\mathrm{\&epsiv;})\log (1+\mathrm{\&kappa;}{P}_{F,l})F_{{\mathrm{\&Gamma;}}_{\tilde{n}},l}---\left(16\right)$

已经通过仿真证实，当中断概率小于20％时，此近似尤其适当。基于上述速率损失约束和功率限制约束以及平均有效吞吐量可以将优化问题构建如下：

$\underset{P_F}{\max }{\stackrel{\&OverBar;}{R}}_F$

$s.t.\left(2\right)\left(4\right),\left(5\right)\left(6\right),\mathrm{or}\left(7\right)\left(8\right)$

$P_{F,l}\&GreaterEqual;0l=\mathrm{0,1},...,L-1.---\left(17\right)$

当调度信息在FAP处可用时，目标函数依照等式(15)，以及当信息不可用时，依照等式(16)。该问题旨在在传输功率为正、如前所讨论的速率损失约束和功率限制约束的这三个集合之一其中的条件下，使得毫微微小区的有效平均吞吐量最大化。

等式(17)是非线性的非凸优化问题，其通常情况下难以在多项式时间内找到解。然而，在简单的变量替换之后，速率损失约束和功率限制约束均呈现为凸约束，并且该目标就新变量而言是凸函数，因为参数k恒定。因此，上述速率最大化是典型的微分凸问题。通过应用S.P.Boyd在“Sequential convex programming”中描述的顺序凸编程(SCP)，可以在Q_F，l的新集合可用的任何时候，使目标函数线性化，“Sequential convexprogramming”可以例如在下述网址http://www.stanford.edu/class/ee364b/lectures/seq_slides.pdf找到。该算法将直到实现收敛时停止。

以此方式，可以求解该优化问题，并最终将确定P_F，l，其中l＝0，1，…，L-1。以此方式，可以基于P_F，l确定用于FAP的码本。

因此，FAP可以监听PUCCH，以获得来自位于FTR内的MUE的CQI索引，并根据所选取的机制(情况1，情况2，情况3)来将适当CQI索引选作基本参考CQI索引，以确定传输功率。如上文所述，针对调度信息在FAP处可用的场景，可以将位于辅发射机传输范围内的被调度主接收机的CQI索引用作基本参考信道质量；或者，可以将CQI索引视为0(OOR)。此外，对于调度信息不可用的场景，所接收CQI索引中的最高索引可以被视为基本参考信道质量。此后，可以从对应码本中选择与所选基本参考CQI索引对应的传输功率。

附加地，本发明人已经根据针对本发明的特定应用实施了一些仿真。在仿真中，假设，所有信道链路遵从均值为 的指数分布(瑞利衰减)。在整个宏小区内一共存在10个MUE(即，M＝10)，且4个MUE(即，N＝4)位于FTR内。此外，使用来自FTR内每个MUE的4比特CQI反馈，这意味着CINR的域被划分为16个量化区域，这些区域由索引1＝0到15指示。此外，接收机侧的传输功率和高斯噪声等于1。在宏小区处的速率损失容差假设为10％，其与针对毫微微链路的中断阈值ε＝10％相同，除非以其他方式指出。

图6A示出了在仿真中FAP处的功率限制增大情况下的吞吐量的示意图，其中假设从FAP到FTR内MUE的干扰信道相对较弱，即，在图6A中，针对上述三种情况(即，情况1，情况2，情况3)的仿真结果分别由带圆圈实线、带十字标点划线，以及带三角虚线指示。从图6A可见，情况1实现了最佳吞吐量，情况2较之于情况3总是实现更高的吞吐量，但是他们的差别较小。附加地，与情况2相比，情况3在缓解干扰方面更具竞争力，但是针对毫微微小区实现基本上相当的吞吐量。

图6B示出了在仿真中毫微微小区吞吐量对比FTR内MUE总数量的图示，其中假设从FAP到MUE的干扰链路较强，即，从图6B观察到，随着MUE总数的增长，毫微微小区吞吐量减小，因为毫微微小区将牺牲更多以便将对FTR内的MUE的干扰保持在可容忍水平之下。此外，与图6A类似，情况1实现最佳结果；情况3实现与情况2基本相当的结果，只是除FTR内仅存在一个或两个MUE以外；并且所有这三种情况在所有MUE都位于FTR内时会得到相同结果。

在上文中，已经结合示例性系统的下行链路传输详述了本发明。本领域技术人员将会理解，本发明也可以应用于上行链路传输。对于上行链路传输，关于主链路的信道质量信息可以通过从位于FUE(在此情况下，其是辅发射机)传输范围内的MeNB(在此情况下，其是主接收机)请求该信息而由FAP(在此情况下，是辅接收机)获得；并且FAP可以确定用于FUE的传输功率和可选传输速率，以及继而向FUE传输所确定的传输功率和传输速率，以使得FUE可以在所确定速率以所确定的传输功率进行传输。

此外，出于说明目的，参考宏/毫微微异构系统来描述本发明。然而，应当注意，本发明不限于此，本发明而是可以用于在各种分层频谱共享系统中，诸如，宏/毫微微网，宏/微微网，宏/微网，认知无线电等。通过根据各种系统的特征稍微修改特定详细操作，本发明可以应用于除宏/毫微微异质系统外的其他系统，其能够有本领域技术人员根据此处的教导并基于其已有知识容易地实现，并且因而此处为了简化而省略了对其他系统的描述。

接着，将参考图7来描述本发明提供的用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的设备，其中图7示出了根据本发明一个实施方式用于确定传输功率的设备700框图。

如图7所示，设备700可以包括信息获取单元701和功率确定单元702，其中信息获取单元701被配置用于从辅发射机传输范围内至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量信息；功率确定单元702被配置用于基于信道质量信息来确定用于辅发射机的传输功率，其中该传输功率与由信道质量信息指示的信道质量匹配。

在本发明的实施方式中，功率确定单元702可以被进一步配置用于基于信道质量信息来确定所述传输功率，以使得辅发射机的吞吐量在针对主接收机的可容忍速率损失的情况下被优化。在本发明的另一实施方式中，功率确定单元702可以被进一步配置用于从预定功率控制码本中选择与由信道质量信息指示的信道质量指示符索引对应的传输功率，在该预定功率控制码本中，对应于每个信道质量指示符索引的每个传输功率能够确保辅发射机的吞吐量在针对主接收机的可容忍速率损失的情况下被最大化。

在本发明的另一实施方式中，可以针对以下情形其中任一个确定预定功率控制码本：关于主用户的调度信息在辅发射机处可用，以及主接收机仅在主接收机被调度时受到保护；关于主用户的调度信息在辅发射机处不可用，以及基于主接收机将被调度的概率来保护主接收机；以及关于主用户的调度信息在辅发射机处不可用，以及主发射机始终受到保护。

在本发明的又一实施方式中，可以将由信道质量信息指示的信道质量中最高信道质量视为用于确定用于辅发射机的传输功率的基本参考信道质量。在本发明的又一实施方式中，位于辅发射机传输范围内的被调度主接收机的信道质量或者可能的最低信道质量可被视为用于确定用于辅发射机的传输功率的基本参考信道质量。

在本发明的另一实施方式中，设备700可以进一步包括速率确定单元703，用于根据确定的传输功率确定用于辅发射机的传输速率。

在本发明的另一实施方式中，信息获取单元701进一步配置用于监听用于主链路的控制/反馈信道。

在本发明的又一实施方式中，分层频谱共享系统可以包括宏/毫微微异构网络，以及其中主接收机可以是宏小区用户设备以及辅发射机可以是毫微微接入点。

在本发明的另一实施方式中，可以离线单元确定预定功率控制码本，将参考图8对该离线单元进行描述。

如图8所示，其示出了根据本发明一个实施方式的离线单元的框图，离线单元800可以包括信息获取单元801，用于获取针对主链路和跨层链路的信道分布信息；问题求解单元803，用于基于信道分布信息，在主接收机的可容忍速率损失以及辅发射机处功率约束下，求解使辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，以便获取与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率；以及码本记录单元803，用于将指示每个传输功率和每个信道质量指示符索引之间对应关系的码本记录为预定功率控制码本。

本领域技术人员可以理解，离线单元800可以是设备700的集成部分，并且其也可以是能够提供由设备使用的码本的单独部件。

同时，应当注意，包括在设备700中相应单元的操作和单元800的操作基本上对应于前述相应方法步骤。因此，关于在设备700和单元800中相应单元的详细操作，请参见之前参考图3至图6B对本发明方法的描述。

至此，已参考附图、通过特定优选实施方式描述了本发明。然而，应当注意，本发明不限于示出和提供的特定实施方式，而是可以在本发明的范围内做各种改进。

此外，本发明的实施方式可以以软件、硬件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解，上述方法和系统可以利用计算机可执行指令和/或包含在处理器中的控制代码(例如，在诸如磁盘、CD或DVD-ROM或诸如只读存储器的可编程存储器(固件)或诸如光或电信号承载的数据承载的承载介质上提供的这种代码)来实现。本实施方式中的设备及其部件可以利用硬件电路来实现，例如，超大规模集成电路或门阵列，诸如逻辑芯片或晶体管的半导体，或诸如现场可编程门阵列或可编程逻辑器件的可编程硬件器件，或者利用由各种类型处理器执行的软件实现，或者利用上述硬件电路和例如固件的软件的组合来实现。

虽然已经参考目前考虑到的实施方式描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。以下权利要求的范围符合最广泛解释，以便包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (18)

1.一种用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的方法，包括：

从在所述辅发射机的传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量指示符CQI；以及

基于所述CQI确定用于所述辅发射机的所述传输功率，其中所述传输功率与所述CQI所指示的所述信道质量匹配；

基于所述CQI确定所述传输功率以使得所述辅发射机的吞吐量在所述主接收机的可容忍速率损失的情况下被优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述CQI确定所述传输功率包括：

从预定功率控制码本选择与所述CQI指示的信道质量指示符索引对应的所述传输功率，在所述预定功率控制码本中，与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率能够确保所述辅发射机的吞吐量在所述主接收机的可容忍速率损失的情况下被最大化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定功率控制码本是通过下述操作离线确定的：

获取针对所述主链路和层间链路的信道分布信息；

基于所述信道分布信息，求解在所述主接收机的所述可容忍速率损失和所述辅发射机处的功率约束下使所述辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，以便获取与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率；以及

将指示每个传输功率和每个信道质量指示符索引之间的对应关系的码本记录为所述预定功率控制码本。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定功率控制码本是针对下述任一情形确定的：

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处可用，以及仅当所述主接收机被调度时才对所述主接收机进行保护；

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及基于所述主接收机将被调度的概率来保护所述主接收机；以及

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及始终保护所述主接收机。

5.根据权利要求1所述的方法，其中由所述CQI指示的信道质量中的最高信道质量被视为用以确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中位于所述辅发射机的所述传输范围内的被调度主接收机的所述信道质量或可能的最低信道质量被视为用以确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

根据所述确定的传输功率，确定用于所述辅发射机的传输速率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中从所述至少一个主接收机获取关于所述主链路的所述CQI包括：

监听用于所述主链路的控制/反馈信道。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述分层频谱共享系统包括宏/毫微微异构网络，以及其中所述主接收机是宏小区用户设备，所述辅发射机是毫微微小区接入点。

10.一种用于在分层频谱共享系统中确定辅发射机的传输功率的设备，包括：

信息获取单元，用于从在所述辅发射机的传输范围内的至少一个主接收机获取关于主链路的信道质量指示符CQI；以及

功率确定单元，用于基于所述CQI确定用于所述辅发射机的传输功率，其中所述传输功率与所述CQI所指示的所述信道质量匹配；

其中所述功率确定单元进一步用于：

基于所述CQI确定所述传输功率以使得所述辅发射机的吞吐量在所述主接收机的可容忍速率损失的情况下被优化。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述功率确定单元进一步用于：

从预定功率控制码本选择与所述CQI所指示的信道质量指示符索引对应的所述传输功率，在所述预定功率控制码本中，与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率能够确保所述辅发射机的吞吐量在所述主接收机的可容忍速率损失的情况下被最大化。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述预定功率控制码本通过离线单元确定，所述离线单元包括：

信息获取单元，用于获取针对所述主链路和层间链路的信道分布信息；

问题求解单元，用于基于所述信道分布信息，求解在所述主接收机的所述可容忍速率损失和所述辅发射机处的功率约束下使所述辅发射机的吞吐量最大化的优化问题，以便获取与每个信道质量指示符索引对应的每个传输功率；以及

码本记录单元，用于将指示每个传输功率和每个信道质量指示符索引之间的对应关系的码本记录为所述预定功率控制码本。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述预定功率控制码本是针对下述任一情形确定的：

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处可用，以及仅当所述主接收机被调度时才对所述主接收机进行保护；

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及基于所述主接收机将被调度的概率来保护所述主接收机；以及

关于主用户的调度信息在所述辅发射机处不可用，以及始终保护所述主接收机。

14.根据权利要求10所述的设备，其中由所述CQI指示的信道质量中的最高信道质量被视为用以确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

15.根据权利要求10所述的设备，其中位于所述辅发射机的所述传输范围内的被调度主接收机的所述信道质量或可能的最低信道质量被视为用以确定用于所述辅发射机的所述传输功率的基本参考信道质量。

16.根据权利要求10所述的设备，进一步包括：

速率确定单元，用于根据所述确定的传输功率，确定用于所述辅发射机的传输速率。

17.根据权利要求10所述的设备，其中所述信息获取单元进一步用于：

监听用于所述主链路的控制/反馈信道。

18.根据权利要求10所述的设备，其中所述分层频谱共享系统包括宏/毫微微异构网络，以及其中所述主接收机是宏小区用户设备，所述辅发射机是毫微微小区接入点。