CN103765939B - 用于控制来自空白空间单元的干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节点、比如地理位置数据库的用于控制至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的方法。从至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量。该方法包括从至少两个空白空间单元接收（810）对于使用空白空间频率信道的请求，该请求包括至少两个空白空间单元的位置。该方法还包括基于所接收的请求和所述传播信道模型、通过在满足对在至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数来确定（820）针对至少两个空白空间单元的输出功率限制。在概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似。该方法进一步包括向相应的至少两个空白空间单元传输（830）所确定的输出功率限制。

Description

用于控制来自空白空间单元的干扰的方法

技术领域

本公开内容涉及确定对于空白空间设备的输出功率限制的领域。更具体而言，本公开内容涉及一种节点和一种在该节点中用于控制由至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的方法。

背景技术

频谱稀缺是在管制频率分配图表中已经观察到一些时间的问题。已经向服务分配用于移动通信的所有潜在的令人感兴趣的频谱频带。然而，需要用于移动宽带的附加频谱以应对移动宽带流量的指数上升。同时，传统频谱管制方法有时被认为太慢而无法适应有时迅速改变的经济和技术要求，这意味着电磁频谱的大部分被许可了但是未被有效使用。

具体而言，由于TV广播网络已经被部署的方式而不能有效使用TV广播频谱。它们是基于具有高发射功率的高发射塔利用数字或者模拟TV来服务于广大区域的概念。这一类型的部署使频率重用距离很大—100km级—这意味着频率频带的空间稀疏使用。其中TV频率信道不在使用中的地理区域已经被称为针对该信道的TV空白空间。

受例如TV广播频带利用不充分的激发，研究团体已经在过去十年期间进行对所谓次频谱接入的研究。次频谱接入的目标是以如下的方式来使将频谱（例如TV广播频带）的经许可、但未使用的部分用于通信，在这样的方式中，主用户，例如由许可持有人所提供的服务的用户或者具有优先权使用该频谱的用户，不会受到次系统中的传输的负面影响。

因此次系统的次频谱接入背后的中心思想是将已经许可或者分配的频谱用于次目的、即用于在次发送器与次接收器或者两个次收发器之间的通信。作为示例，在TV广播频谱中的TV空白空间可以用于次目的。次系统中的次用户也可以被称为空白空间系统中的空白空间设备（WSD），这些WSD因此是如下单元，这些单元在主用户未使用频谱的时间或者位置在次基础上机会性地使用对主服务许可或者专用的频谱。如以上已经提到的那样，不允许WSD或者空白空间系统引起对主服务的有害干扰。另外，不保护WSD和空白空间系统免于来自任何主服务或者用户的干扰。

近来，美国（US）管制主体联邦通信委员会（FCC）已经开放用于在一组条件之下美国内的TV广播频带的次使用的机会。另外，管制当局Ofcom正在进展对如下规则集进行定稿，该规则集允许英国（UK）内的TV广播频带的次使用。在欧洲内，管制标准化团体欧洲邮政和电信管理委员会（CEPT）SE43最近已经定稿如下报告，该报告概括了针对作为TV空白空间中的次用户的操作的要求。因此，在全球为次使用开放TV空白空间的过程正在适当地进行中。

在美国地方的规则以及在欧洲和英国内的所提出的规则的一个共性在于，一种允许发现用于次使用的频谱机会以获得接入TV空白空间、即在TV频带中执行次传输的方式是接入被称为地理位置数据库的集中管理数据库。一旦有来自次用户或者WSD的查询，地理位置数据库向WSD提供在WSD的位置处可用于次使用的TV信道（也称为TV空白空间信道）的列表。WSD可以在数据库查询中提供关于它的位置的信息并且可能也提供附加信息。另外，在CEPTSE43提议中，WSD在来自数据库的响应中获得与可用于次使用的信道相关联的最大允许发送功率水平。这些发送功率水平基于将在最坏情况下生成多少干扰的估计、包括裕度（margin）以考虑来自使用同一空白空间频谱的多个WSD的聚合干扰。

控制朝着某个点、线、面积或者体积的聚合干扰是一个重要问题，因为管制者对一个系统允许向其它系统引起的干扰实行限制。具体对于频谱、例如TV广播频带的次使用，至关重要的是保证由多个次用户或者次系统对主用户所引起的干扰不超过有害干扰阈值或者至少仅以足够低的概率超过该阈值。

设置任意裕度以考虑来自多个WSD的聚合干扰不是使用空白空间频谱的最有效方式。固定裕度不能考虑具有不同衰落情形的不同数目的次用户所引起的不同类型的干扰。选择过度保护的裕度值具有风险，这将意味着不允许WSD使用实际可能使用的频谱或者未足够保护的频谱，这将意味着WSD将在许多情况下引起有害干扰。

发明内容

因此目的在于解决以上所概括的问题和缺点中的一些问题和缺点，并且在不必要假设最坏情况场景和固定裕度以考虑来自多个WSD的干扰的情况下确定WSD输出功率限制，因为这一解决方案造成用于WSD的次优输出功率限制分配。这可以通过用公式表示如下优化问题来实现，可以有效求解该优化问题以确定输出功率限制。优化问题应当基于最大化合计容量或者某个其它值，该最大化合计容量或者某个其它值测量次用户的效用（utility），这些次用户受到对次用户的允许输出功率的约束和对允许它们对主用户引起的聚合干扰量的约束。

根据实施例的第一方面，提供了一种节点的用于控制至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的方法。从至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量。该方法包括从至少两个空白空间单元接收对于使用空白空间频率信道的请求，请求包括至少两个空白空间单元的位置。该方法还包括基于接收的请求和所述传播信道模型，通过在满足对在至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数，来确定针对至少两个空白空间单元的输出功率限制。在概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似。该方法进一步包括向相应的至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。

根据实施例的第二方面，提供一种被配置用于控制由至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的节点。从至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量。该节点包括通信单元和处理单元。该通信单元被配置用于从至少两个空白空间单元接收对于使用空白空间频率信道的请求，该请求包括至少两个空白空间单元的位置。该处理单元被配置用于基于接收的请求和所述传播信道模型，通过在满足对在至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数来确定针对至少两个空白空间单元的输出功率限制。在概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似。该通信单元进一步被配置用于向相应的至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。

实施例的优点是WSD的输出功率限制适应实际情形并且输出功率的确定不依赖于固定裕度以考虑聚合干扰。这允许更好和更有效的空白空间利用。另外，用来简化优化问题的近似提供了在速度和精确度方面的良好性能。

将在结合附图和权利要求考虑时在以下具体描述中说明实施例的其它目的、优点和新颖特征。

附图说明

图1是图示根据现有技术的主系统和次系统的框图。

图2示意地图示用于次系统的最坏情况位置假设。

图3是示意地图示在DTV系统的保护界线（protection contour）以外具有五个WSD的示例实现的图。

图4是示意地图示沿着保护界线的聚合干扰的中值的图。

图5是示意地图示相较于通过蒙特-卡洛（Monte Carlo）（MC）仿真所获得的接收功率的针对芬顿-威尔金森（Fenton-Wilkinson）（FW）近似的接收功率的图。

图6-7是图示针对两个不同衰落标准偏差的所得有害干扰概率的直方图。

图8a-8b是图示根据实施例的节点的方法的流程图。

图9a-9b是图示根据实施例的节点的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照某些实施例和附图更具体描述不同方面。出于说明而非限制的目的，阐述了具体细节、比如特定场景和技术，以便提供不同实施例的透彻理解。然而，未脱离这些具体细节的其它实施例也可以存在。

另外，本领域技术人员将理解，尽管主要以方法和设备的形式描述实施例，但是也可以在计算机程序产品中以及在包括计算机处理器和耦合到该处理器的存储器的系统中体现它们，其中用可以执行这里所公开的方法步骤的一个或者多个程序对存储器进行编码。

本公开内容描述了一种用于计算和限制、即用于控制对应当保护的点、线、面积或者体积所引起的聚合干扰水平的方法和装置。该方法通常在中央实体或者节点、例如由空白空间数据库运营商所控制的服务器上运行，WSD向该中央实体或者节点发送它们的对于使用频谱的请求。先前所描述的地理位置数据库是这样的中央实体的一个示例。执行该方法的实体对来自WSD的请求做出答复并且提供由WSD可以使用的输出功率上限。这些限制对于有限数量的时间通常是有效的，在该有限数量的时间之后可以进行新的优化。

该技术应用于在WSD在单个无线电信道上操作时的情况以及在WSD在若干信道上操作时的情况。另外，它应用于如下情况，在该情况下，需要被保护的主接收器可以在仅一个频率信道上或者在若干频率信道上存在、即对聚合干扰的约束针对一个或者许多信道是存在的。另外，也处理到邻近信道中的WSD传输泄漏。

公开内容包括优化问题的公式，用于优化所希望的数量、例如次用户的合计容量，这些次用户受到对次用户所允许的输出功率的约束和对它们被允许引起对主用户的聚合干扰量的概率约束。在数值求解器中直接考虑该概率约束并不可行，因此它可以被高度地计算有效的近似所替换，该近似也给予了良好的性能。这允许有效求解优化问题，然后可以借助蒙特卡洛（MC）仿真来校验该优化问题的求解。如果优化问题的求解与MC仿真相比而言是足够好的，则接受它。如果不是足够好的，则可以将优化问题的输出用作用于进一步的可能更复杂的优化的起点，或者可以给予该求解某个简单修改。以下给出了所提出的方法的数值评估以证实它效果良好。

公开内容可以被概括为如下：

发现针对WSD的输出功率限制的问题被描述为数学优化问题。认识到该问题的直接求解由于复杂化的约束而在计算上不可行。因此，复杂化的约束可以被近似所替换，从而造成简化的问题。进一步赋予良好性能的有效近似以芬顿-威尔金森（FW）近似的形式被发现，该FW近似是一个备选实施例。也认识到简化的问题的求解（尽管它显得最可能满足初始约束）可以可选地借助MC仿真来校验。例如以附加约束的形式和以另外考虑邻近信道上的干扰的形式来标识和描述优化问题的多种选项。另外，描述了通信的实体是什么、在它们之间传送什么类型的信息和在什么类型的实体求解被简化的优化问题。

这里通过参照特定示例场景来描述实施例。关于主TV广播系统和TV空白空间使用，在非限制的一般情境中来描述具体方面。然而应当注意，实施例也可以应用于其它类型的主系统、比如演进型LTE、通用移动电信系统（UMTS）、cdma2000、WiFi、用于航空导航目的的距离测量设备和雷达系统。

在图1中图示了非限制示例场景，其中次系统或者空白空间系统20是e-UTRAN，该e-UTRAN包括具有服务覆盖区域110的演进型节点B（eNB）100。UE150a-b是在服务覆盖区域110内的由eNB所控制或者服务的WSD。eNB100通常经由因特网连接到地理位置数据库160。主系统10在这一示例场景中是向在某个服务区域130中的主TV接收器170提供TV广播服务的TV广播系统。然而，在一个备选示例性实施例中，次系统可以是支持空白空间使用的任何其它类型的无线通信系统。相似地，主系统也可以是包括雷达系统和航空导航系统的任何其它类型的系统。

本公开内容所要解决的问题是发现如下无线电发送器的功率上限这样的问题，对于这些无线电发送器必须约束它们对点、线段或者面积所引起的聚合干扰。使用情况的一个示例是次发送器在数字TV（DTV）服务区域附近进行操作这样的示例。控制这些次发送器的输出功率的系统必须能够以充分高的概率保证这些次发送器对TV服务区域所引起的聚合干扰在某个阈值以下；即从而有害地影响DTV接收器的风险是较低的。对于单个发送器、例如次发送器，通常可以根据下式计算功率上限：

受到约束Pr{pG≥τ}]≤ε并且p≥0。τ是主接收器的临界干扰值、即是必须不被超过的值，并且ε是超过τ的可接受的—通常为低的—概率。函数Pr用来表示“的概率”。这里p是发送器的功率水平，并且G描述包括天线增益和其它影响的路径增益。在本文中将假设并且情况经常是由于典型对数正态衰落模型而将G建模为对数正态随机变量。

从此将在描述中使用对主系统引起聚合干扰的次发送器的示例。术语空白空间设备（WSD）也将可互换地用于术语次发送器。应当认识到这仅为用于当前问题和解决方案的一个应用领域。而且，在本文中在从此系统所引起的干扰与从个别次发送器所引起的干扰之间将不会产生技术差异。通常，将会假设对于次系统的最坏情况位置假设，该次系统是与主系统的受保护区域或者接收器尽可能接近的单个发送器。图2示出用于当前技术的相关场景的示例。次服务区域是条纹圆圈S₁、S₂、S₃、S_N。用圆点来图示与角度α对应的在受保护的主系统P1的圆形服务区域的边缘处的点，并且将最坏情况的次发送器位置图示为方形。主服务区域P1具有表示为R的半径。N个次系统具有服务区域S₁-S_N的表示为r1-rN的对应半径。

对于多个次发送器或者系统的情况，问题变得比上式（1）中更复杂化。现在有多个功率限制待判决，并且在如果降低针对一个次发送器或者系统的功率限制、则另一发送器或者系统可以能够增加它的功率限制这样的意义上，发送器为它们被允许引起的总聚合干扰而竞争。假设N个次发送器或者系统，可以根据下式计算功率上限：

受到以下约束：

[max_αPr{p^TG(α)≥τ}]≤ε （3）

p_i≥0,i＝1,...,N （4）

除了在（3）-（5）中所提到的约束之外，可以添加进一步的约束。实施例的优点是关于可以被添加到（3）中的概率约束的对功率限制的约束的选择具有灵活性。

函数f(p)是用于最大化例如合计容量或者某个其它相关测量的数量或者效用函数。下文给出待最大化的测量的一些示例。p＝[p₁ p₂ … p_N]^T是功率矢量，并且是最优功率限制分配。

G(α)＝[G₁(α) G₂(α) … G_N(α)]^T是包括路径损耗、天线增益和其它影响的增益矢量，并且变量α用来表示聚合干扰约束在一个或者多个点、线、面积或者体积处必须被满足。可以是矢量或者标量的α在这一表达式中跨越所有这些可能性。将例如对于主DTV系统考虑图2中所示的示例，其中α表示角度，该角度唯一地描述在圆形保护界线上的点。用于等式（2）的第一约束（3）因此保证在保护界线上没有如下的点，该点具有比ε更大的概率，ε是具有超过值τ的来自N个发送器的聚合干扰的概率。用于等式（2）的第二（4）约束和第三（5）约束将个别次发送器的输出功率约束在可行水平内。可以例如根据次发送器的能力或者根据管制要求来定义最大输出功率值p_i ^max。备选地，WSD可以简单地不使用比这一最大输出功率值更高的功率水平，并且因此向执行优化的实体传输这一信息。

如已经提到的那样，通常对数正态分布G_i、即：

m_Gi,dB是G_i,dB的正态分布的均值并且σ_Gi,dB ²是G_i,dB的正态分布的方差。下标中无dB的参数表示线性比例中的对应数量，其中m_Gi表示对数正态分布的中值。可以用等式（2）添加的更多约束可以例如涉及公平。功率公平约束可以例如由p＝p_eq[1 1 … 1]^T来给定，其中p_eq是对于所有发送器均相等的功率水平。也可以在函数f(p)的成形中并入公平，其中该函数可以在具有当前低容量的WSD增加它们的功率水平时明显地增加，并且在具有已经高容量的WSD进一步增加它们的功率水平时较少地增加。

所谓的目标函数或者效用函数f(p)定义待优化的数量，该数量在这里所给出的示例中是待最大化的数量。待最大化的自然函数将例如是WSD或者次系统的合计容量。在该情况下：

其中B是次系统所使用的带宽或者信道带宽，假设所有次系统希望使用这一带宽。可以将该等式推广到针对不同系统的不同带宽。g_i是系统内增益、即在次系统i内。在另一方面，G_i表示从次发送器i到主系统的系统间增益。n_i是针对次系统i的噪声加上干扰水平。可以考虑来自一个或者多个主系统的干扰，从而在从主服务区域的距离增加时减少n_i。来自其它WSD或者次系统的干扰也可以被包括在n_i中。然后n_i的可能公式表示将是：

其中n_Floor,i是在WSD i处的残留噪声基底（residual noise floor），g_iP是在具有发射功率p_P的主发送器与WSD之间的信道增益，包括天线增益和其它影响。如果有多个主发送器，则它是这样的信道增益之和。g_ij是在WSD或者系统i与j之间的增益，并且β_j≤1是可以代表WSD j正在传输的概率的加权因子。如果这样的概率是低的，则对n_i的影响也应当是低的。

用于根据等式（7）最大化合计容量的备选是最大化次合计功率：

假如适当模型是可用的，进一步的备选是最大化总WSD吞吐量。例如，如果可以将用于第i个WSD的吞吐量模型描绘为f_i(p)，其中函数f_i(p)返回比特每秒，则待最大化的函数变成：

因此实施例的优点是关于待优化的目标函数选择具有灵活性。

近似

在（3）中的概率干扰约束求解起来不是简单直接的。具体而言，在G(α)的分量具有对数正态分布时，这些分量的加权之和具有不存在已知表达式的分布。在这一子章节中推导有效的近似。

存在若干数值近似，其中用另一对数正态变量来近似对数正态分布的变量之和。在本文中，提出使用这些数值近似之一、即芬顿-威尔金森（FW）近似。选择FW近似的原因有两重：

（a）它容易以闭合形式可获得，这使它适合于数值优化；并且

（b）已知的是对于对数正态分布的就当前问题而言高度地相关的右尾（righttail）（即与该分布的中间或者中值比较的大值）提供了良好近似，因为在（3）中的ε通常具有低值。

利用FW近似，来自（3）的总干扰分量可以被改写为指数形式：

其中Y_i～N(m_yi,σ_yi ²)，Z～N(m_z,σ_z ²)而

另外，

而

其中r_ij表示在来自WSDi和j的信号上的衰落之间的相关系数：

通过以dB比例来表达I_i(α,p)、即I_i,dB(α,p)=10log₁₀p_i+10log₁₀G_i(α)，获得下式：

通过使用以上表达式，Z的分布（近似在（11）中的对数求和）被定义并且可以被使用，以有效地近似在（3）中的概率约束。

求解优化问题

利用以上近似并且忽略对等式（2）的任何附加近似，所修改的优化问题变成：

受到以下约束：

[max_αPr{e^Z(α,p)≥τ}]≤ε （13）

p_i≥0,i＝1,...,N （14）

除了在（13）-（15）中提到的约束之外，可以添加进一步的约束。目标函数或者效用函数可以是在以dB比例来表达的所涉及的数量（见（7））时被表达为下式的合计容量：

在许多情形中，知道α的什么值应当用于概率约束、即有害干扰的概率对于哪个α最大并非简单直接的。在这样的情形中并且潜在地也为了受到在（13）-（15）中的约束的（12）的数值求解器的稳定性，可以针对α的足够精细的网格{α_j}，j=1,…,J来求解约束，从而由解析等价式有效地替换（13）中的概率约束：

出于数值原因，在dB域中进行操作是有利的。（12）的数值求解器也可以受益于知道函数f(p)的梯度和关于以dBm为单位的功率矢量的概率约束。这些计算起来尽管冗长但是相当简单直接，并且在下文段落中有所描述。预计用户向该方法提供以下参数：m_Gi,dB、σ_Gi,dB ²、r_ij、ε、τ、g_i,dB、n_i,dBm。WSD间参数g_i,dB、n_i,dBm除非由WSD供应否则未必是已知的。如果它们不是已知的，则可以使用典型值来替代。

一旦已经用数值求解器来求解受到约束（13）-（15）的（12）中的所修改的优化问题，MC仿真可以用来断定满足概率约束。如果违反约束或者如果求解未足够严谨，则可以将该求解用作用于进一步的可能更复杂的数值优化的起始值，或者可以对来自该求解的功率限制给定某个简单修改。作为示例，输出功率限制可以在约束梯度的方向上增加（如果用“太高”裕度来满足约束（13））或者减少（如果未满足约束（13）），直至约束满足令人满意。以这一方式，获得针对次单元的受到对聚合干扰的概率约束的输出功率限制。

备选地，可以用ε或者τ的更低值重新运行优化，或者初始地可以使用比管制者对于ε或者τ所要求的值更低的值以进一步减少引起有害干扰的概率。

扩展成多个信道

在（2）-（5）中和在（12）-（15）中的问题使得有可能将来自空白空间单元的干扰控制为仅在单个信道上。然而，在一个信道上进行操作的WSD发送器通常将向邻近信道中泄漏功率，并且在邻近信道上进行操作的主用户通常将具有不理想接收器，该接收器还在除了操作信道之外的其他信道上接收功率。为此，可能有用的是也控制其它信道上的聚合干扰。

扩展在（2）-（5）中和在（12）-（15）中的问题以考虑其它信道是简单直接的。需要完成的所有操作是将增益矢量G(α)扩展成增益矩阵其中每列表示在分离信道上的增益，还考虑相邻信道抑制。对于邻近信道，这通常将包括来自WSD发送器的路径损耗、天线增益和相邻信道抑制。在（2）-（5）中所扩展的问题将表现为：

受到以下约束：

p_i≥0,i＝1,...,N

其中τ现在是行矢量。除了这里所提到的约束之外，可以添加进一步的约束。可以如以上描述的那样使用FW近似来有效地近似概率约束。在近似问题的这一公式表示中，WSD或者空白空间系统使用的信道是固定的，尽管它们无需都使用相同信道。信道的改变将被建模为在优化中固定的的改变。应当注意，取决于在其它信道上将被保护的区域，可以潜在地不再将α解释为描述在保护界线上的点的角度。沿着保护界线校验约束可能不再充分，因为它可能使得需要保护更大区域或者需要针对每个信道保护不同的区域，每个所考虑的信道一个区域。然后α通常将携带索引，该索引对应于需要针对该索引所指示的信道而保护的区域或者界线。

扩展成包括信道选择

考虑若干信道的对问题及其有效近似的又一可能的扩展是允许次发送器在不同和可能多个信道上进行传输。将把这一点表示为“信道选择”，意味着如果WSD在信道上用非零功率进行传输则选择该信道。M指示信道数目，并且N指示所考虑的WSD数目。通过令p_ij表示第i个WSD在信道j上的传输的功率，并且令表示在针对第i个WSD在信道j上向α所描述的位置进行传输的信道k上的增益，获得下式：

受到以下约束：

p_ij≥0,i＝1,...,N,j＝1,...,M

除了这里提到的约束之外，可以添加进一步的约束。在j≠k时，根据上式的增益还覆盖向另一信道上的泄漏。这里ε_k是针对信道k的干扰的可接受概率。概率可以针对不同信道而不同。通常需要添加与WSD的能力有关的附加约束。例如，第i个WSD可以仅能够在L个信道上同时传输，并且这将通过添加约束来反映，其中S(a)是如果a≤0则为0、否则为1的阶跃函数。又一约束是要求每个WSD具有对它的总传输功率、即在所有信道上求和的上限该上限可以是个别的、即WSD专属的并且可以依赖于WSD硬件。然后这一约束可以、但是未必替换约束数学公式表示推导起来简单直接的其它约束是要求次发送器使用连续信道的约束。

因此以上所提到的实施例的优点在于可以在它开始研究对其它频率信道的干扰时并且在它开始选择针对WSD的适当频率信道时均可以考虑多个信道。对其它信道的干扰可以是在判决空白空间信道可用性时的重要参数。

其它扩展

WSD中的一些WSD可能需要最小功率限制以便想要使用频谱、即它们可能想要具有至少p_i,min的功率，并且如果它们不能获得至少该输出功率，则它们可以同等地使用零功率。这可以通过在以上优化问题中直接引入约束、即用下式替换约束p_i≥0来进行处理：

p_i≥p_i,min或者p_i=0。

备选地并且可能更有效地，可以用以下方式来处理它：

1．用正态p_i≥0约束来求解优化问题。

2．如果所有WSD获得至少它们的最少功率，则已经得到求解并且无需以下步骤。

3．如果至少一个WSD已经获得在它p_i,min以下的功率限制，则从优化问题去除这些至少一个WSD中的至少一个WSD并且回到1。可以任意选择被去除的（多个）WSD、即对于一些时间不会被允许使用频谱的WSD，或者该选择可以基于其它因素，比如更早的频谱使用、设备或者服务类型，与分配功率限制的实体或者p_i,min的值的关系。先前广泛地使用频谱的WSD可能必须暂时中止它的传输，或者可以首先移除不是某个类型或者不属于优选客户的WSD。在没有WSD在WSD移除之后留下的情况下，则WSD的要求太高并且不允许次频谱使用。

方法的执行

在先前章节中所描述的方法通常将由空白空间数据库运营商（WSDO）、例如负责控制次发送器在频谱中的操作的空白空间数据库运营商、比如地理位置数据库运营商来执行。应当认识到WSDO也可以是单个基站—该基站控制来自它控制的多个UE的聚合干扰—或者是蜂窝系统中的节点—该节点控制来自多个小区的聚合干扰—或者是蜂窝系统间节点—该节点控制来自多个蜂窝系统的多个小区的聚合干扰—或者是单元—该单元控制来自接入空白空间的各种类别的多个发送器的聚合干扰。

该方法通常将执行如下：

1．WSD通过发送针对频谱的使用的请求，来向WSDO报告它们有兴趣使用该频谱。它们另外例如与该请求一起向WSDO报告信息、比如WSD位置和输出功率限制。这一信息可以在下一步骤的优化中被使用。

2．WSDO使用来自WSD的输入以如以上所描述的那样计算在优化问题中所使用的数量。例如，使用适当传播模型和WSD位置信息来计算增益矢量G(α)或者增益矩阵一旦判决所有相关的数量，WSDO用（13）-（15）中的约束求解如以上例如在等式（12）中描述的优化问题，以获得WSD的输出功率限制。

3．WSDO向WSD通知它们的相应输出功率限制，这些输出功率限制是在步骤2中对优化的求解。这些输出功率限制可以对于某个定义的时间段有效。当这一时段到期时，有兴趣将该频谱用于下一时间段的WSD可以重复在步骤1中开始的过程。备选地，所确定的输出功率限制有效的时间段不是固定时间段、但是可以根据WSD的移动性并且根据是否有任何新的WSD请求使用该频谱来适配。

数值验证

在这一章节中示出受到在（13）-（15）中的约束的在（12）中的近似的优化问题良好地求解并且提供对受到在（3）-（5）中的约束的在（2）中的初始优化问题的良好近似求解。对于单个信道进行验证。已经用相似地良好的结果运行具有其它参数设置的其它仿真。

针对以下示例来验证该方法，其中五个WSD301被给定在DVT系统的保护界线302以外的随机位置。对于概率约束，使用变量τ=-100dBm和ε=0.5%。在图3中给出它们的位置的示例实现。虚线303指示从随机生成的WSD位置的保护界线的平均距离。

对于这一实现，在图4中示出了沿着保护界线403的聚合干扰的中值、即无衰落的值，并且也示出了在优化之后的来自个别发送器404中的每个个别发送器的干扰贡献。顶部虚线401指示针对有害干扰的阈值τ=-100dBm，并且较低的虚线402指示针对单个干扰方的阈值，包括衰落裕度，使得有害干扰的概率对于所假设的对数正态衰落标准偏差σ=7dB变成确切为ε=0.5%。注意，每个个别干扰方如果它是仅存在的发送器则需要保持它的功率水平在它可以使用的水平以下。也注意中值聚合干扰403可以超过单个干扰方的阈值。这一点的原因是聚合干扰的阴影衰落方差由于平均而比变成低于来自单个干扰方的干扰。对于这一具体实现，FW近似将有害干扰的概率估计为0.499972%，并且从MC仿真所获得的有害干扰的实际概率是0.4262%。

根据相同实现和求解，在图5中描绘了通过MC仿真所获得的基于实际接收功率的随机衰落的分布以及在保护界线上的服从最高中值干扰水平的点处的对应FW近似。如可见的那样，FW近似对于所接收功率的低值是欠佳的、但是对于干扰分布的上尾部是良好的。这与其它方式的发现一致并且对于当前问题是合乎需要的行为。

最后示出一些统计等式。生成发送器位置的一千个实现，并且求解受到在（13）-（15）中的约束的在（12）中的优化问题，并且借助MC仿真来校验每个求解。所使用的优化软件（Matlab r2009b）能够发现非常严密地满足概率约束的求解。这归因于约束和目标函数二者不会表现许多局部最小值的事实。

图6和图7示出如通过MC仿真所计算的针对（12）的求解的有害干扰的实际概率的比例直方图。图6示出对于阴影衰落标准偏差σ=7dB的、针对一千个WSD位置实现的求解的直方图，并且图7示出对于阴影衰落标准偏差σ=12dB的、针对一千个WSD位置实现的求解的直方图。可以注意，在几乎所有情况下，有害干扰的概率被FW近似略微地低估，其估计是0.5%。低估是良好性质，因为在功率限制判决中略微保守是更好的。另外，有害干扰的概率通常在0.4%以上。即接近希望的限制0.5%。这意味着近似的性能对于研究的情况良好。

目标函数和概率约束的梯度

这里推导被供应到受到在（13）-（15）中的约束的在（12）中的优化问题的数值求解器的梯度的表达式。

并且由于e^Z(α,p)是正态分布：

其中erf是误差函数。为了符号表示方便，未表达对α的依赖。关于p_dBm的梯度，给出：

其中：

并且

也有：

其中：

并且

通过组合以上等式，梯度容易可用。

方法和节点

图8a是根据一个实施例的一种节点的方法的流程图，该方法用于控制至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰。空间中的至少一个点在实施例中可以对应于点、线、面积或者体积。至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元可以是WSD或者空白空间系统。在一个实施例中，该节点是地理位置数据库。从至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到至少一个点中的每个点的传播信道的模型包括具有对数正态分布的变量。该方法包括：

-810：从至少两个空白空间单元接收对于使用空白空间频率信道的请求。该请求包括至少两个空白空间单元的位置。在一个实施例中，从两个WSD中的每个WSD接收对于空白空间频率信道的使用的请求，并且每个请求包括请求WSD的位置。在另一示例实施例中，空白空间系统可以确定它的WSD具有什么位置并且在请求中向节点传输该位置。理解这样的位置是涉及空白空间单元的地理位置的信息。这一位置可以是空间中被精确定义点或者包括不确定性的更少的具体信息。可以通过定义在地理区域或者体积上的概率分布、例如如图2中所示的在圆盘上的均匀分布来描述位置不确定性，并且可以通过假设在每个情况下的位置是最坏情况的位置、即与保护界线最近的所允许的位置来对待位置不确定性。

-820：基于所接收的请求和所述传播信道模型，通过在满足对在至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数，来确定用于至少两个空白空间单元的输出功率限制。在概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似。在一个实施例中，FW近似用于如先前在以上章节“近似”中所描述的那样通过单个对数正态变量近似对数正态变量之和。以上也被称为目标函数的效用函数可以在实施例中是以下各项中的一项：合计容量；合计功率；或者至少两个空白空间单元的总吞吐量。概率约束可以对应于至少一个点中的每个点具有超过干扰值阈值的聚合干扰的概率，其中该概率被约束在概率阈值以下。在一个实施例中，概率约束对应于至少一个点中没有一个点具有大于ε的概率，该ε是具有超过干扰值阈值τ的聚合干扰的概率。ε和τ通常可以由管制者设置。在以上约束（3）中给出概率约束。

-830：向相应的至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。响应于空白空间单元的对于空白空间信道的请求，空白空间单元在来自控制干扰的节点的答复中接收输出功率限制。空白空间单元因此可以开始使用它们已经被分配的空白空间，留心不超过它们已经从节点所接收的输出功率限制。

图8b是先前在以上章节“求解优化问题”中所描述的根据另一实施例的方法的流程图。该方法在以上描述的步骤810和820之后还包括：

-825：借助MC仿真来校验所确定的输出功率限制是否满足概率约束。

-830：如果所确定的输出功率限制满足概率约束，则向相应的至少两个空白空间单元发送所确定的输出功率限制。

如以上已经提到的那样，输出功率限制的确定可以在实施例中受到附加约束。在一个实施例中，输出功率限制的确定受到所确定的输出功率限制必须等于或者低于最大输出功率值这样的附加约束。这一约束对应于在以上（5）中的约束。可以在请求中的至少一个请求中接收最大输出功率值。这可以例如是在空白空间单元没有使用高于最大输出功率水平的功率水平、并且因此在它的请求中提供该值时的情况。备选地，它可以被预定义或者它可以基于至少两个空白空间单元的能力而被确定。在一个实施例中，例如通过传输WSD属于什么WSD类的指示来隐含地传输最大输出功率值，该WSD类确定WSD可以使用什么最大输出功率。

在进一步的实施例中，输出功率限制的确定受到所确定的输出功率限制必须对于至少两个空白空间单元中的所有空白空间单元相同这样的附加约束。这一约束对应于先前所描述的功率公平约束。

在可以与先前所描述的实施例中的任何实施例组合的一个实施例中，该方法还包括比较所确定的输出功率限制中的一个或者多个输出功率限制和与对应的空白空间单元有关的最小输出功率值。如果所确定的输出功率限制中的至少一个输出功率限制在最小输出功率值以下，则该方法包括在去除至少两个空白空间单元中的至少一个空白空间单元的情况下再次确定输出功率限制。可以在请求中的至少一个请求中接收最小输出功率值。在以上章节“其它扩展”中进一步描述了这一实施例。

在以上在章节“扩展成多个信道”中进一步描述的又一实施例中，在至少两个频率信道中控制聚合干扰，并且针对至少两个频率信道的传播信道的模型考虑相邻信道抑制。

在以上在章节“扩展成包括信道选择”中进一步描述的一个实施例中，最大化效用函数包括为至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元选择数个频率信道中的至少一个频率信道。输出功率限制的确定在这一第一实施例中可以受到以下约束中的至少一个约束：对用于至少两个空白空间单元的同时使用的频率信道的数目的约束；对通过所有选择的频率信道的用于至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元的总发送功率的约束；对至少两个空白空间单元必须使用连续频率信道的约束。

根据实施例在图9a中示意地图示节点900和空白空间单元950。该节点在一个实施例中是地理位置数据库。节点900被配置用于控制由至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰。从至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量。该节点包括通信单元920和处理单元910，其中通信单元920被配置用于从至少两个空白空间单元接收对于使用空白空间频率信道的请求，该请求包括至少两个空白空间单元的位置。处理单元910被配置用于基于所接收的请求和所述传播信道模型，通过在满足对在至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数来确定针对至少两个空白空间单元的输出功率限制。在概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似。通信单元920进一步被配置用于向相应的至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。

在实施例中，处理单元910进一步被配置用于借助MC仿真来校验所确定的输出功率限制是否满足概率约束，并且通信单元920进一步被配置用于如果所确定的输出功率限制满足概率约束则向相应的至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。

在又一实施例中，处理单元被配置用于通过使用FW近似，用单个对数正态变量近似对数正态变量之和。

在另一实施例中，处理单元被配置用于受到所确定的输出功率限制必须等于或者低于最大输出功率值这样的附加约束来确定输出功率限制。

处理单元可以被配置用于受到所确定的输出功率限制必须对于所有至少两个空白空间单元相同这样的附加约束来确定输出功率限制。

在一个实施例中，处理单元进一步被配置用于比较所确定的输出功率限制中的至少一个输出功率限制和与对应空白空间单元有关的最小输出功率值、并且如果所确定的输出功率限制中的至少一个输出功率限制在最小输出功率值以下则在去除至少两个空白空间单元中的至少一个空白空间单元的情况下再次确定输出功率限制。通信单元可以被配置用于在请求中的至少一个请求中接收最小输出功率值。

在一个实施例中，最大化效用函数包括为至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元选择数个频率信道中的至少一个频率信道。处理单元然后可以可选地被配置用于受到以下约束中的至少一个约束来确定输出功率限制：对用于至少两个空白空间单元的同时使用的频率信道的数目的约束；对通过所有选择的频率信道的用于至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元的总发送功率的约束；对至少两个空白空间单元必须使用连续频率信道的约束。

以上参照图9a所描述的单元可以是逻辑单元或者分离的物理单元或者逻辑和物理单元二者的组合。

图9b示意地图示节点900的一个实施例，这是一种公开图9a中所示的实施例的备选方式。节点900包括可以是单个单元或者多个单元的中央处理单元（CPU）970和以上已经描述的通信单元920。另外，节点900包括形式为非易失性存储器、例如EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、闪存或者盘驱动的至少一个计算机程序产品975。计算机程序产品975包括计算机程序976，该计算机程序包括代码装置，该代码装置在节点900上运行时使节点900上的CPU970执行更早的结合图8a和8b所描述的方法的步骤。

因此，在描述的所述中，在节点900的计算机程序976中的代码装置包括用于确定用于至少两个空白空间单元的输出功率限制的模块976a。它也包括用于借助MC仿真来校验所确定的输出功率限制是否满足概率约束的模块976b。因此可以将代码装置实施为在计算机程序模块中构造的计算机程序代码。模块976a-b实质上执行图8a和8b中的流程的步骤820和825以模仿图9a中所描述的节点。换而言之，当不同模块976a-b在CPU970上运行时，它们对应于图9a的单元910。

虽然在以上结合图9b公开的实施例中的代码装置为计算机程序模块，这些计算机程序模块在节点900上运行时使节点执行以上结合图8a和8b描述的步骤，但是可以在备选实施例中实施代码装置中的一个或者多个代码装置至少部分为硬件电路。

以上所提到和描述的实施例仅作为示例来给出而不应当是限制的。在所附专利权利要求的范围内的其它解决方案、使用、目的和功能可以是可能的。

Claims (22)

1.一种由节点执行的、用于控制由至少两个空白空间单元在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的方法，其中从所述至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到所述至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量，所述方法包括：

-从所述至少两个空白空间单元接收(810)对于使用空白空间频率信道的请求，所述请求包括所述至少两个空白空间单元的位置，-基于所接收的请求和所述传播信道模型，通过在满足对在所述至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数，来确定(820)针对所述至少两个空白空间单元中的每一个的输出功率限制，其中所述概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似，所述概率约束对应于来自所述至少两个空白空间单元的不超过干扰值阈值的所述聚合干扰的概率，其中所述概率在所述至少一个点中的每个点处被约束在概率阈值以下，其中确定所述输出功率限制还包括：

确定针对所述至少两个空白空间单元中的每一个的所确定的输出功率限制等于或者低于可用于所述至少两个空白空间单元的相应的空白空间单元的最大输出功率值；

-向相应的所述至少两个空白空间单元传输(830)所确定的输出功率限制，以及

其中所述至少两个空白空间单元请求同时使用至少两个频率信道；以及

其中所述输出功率限制的确定受到用于所述至少两个频率信道中的每一个的总传输功率的限制。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

-借助蒙特-卡洛MC仿真来校验(825)所确定的输出功率限制是否满足所述概率约束，以及

-如果所确定的输出功率限制满足所述概率约束，则向相应的所述至少两个空白空间单元传输(830)所确定的输出功率限制。

3.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中所述效用函数是以下各项之一：合计容量；合计功率；或者总吞吐量。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中芬顿-威尔金森近似被用于由单个对数正态变量近似所述对数正态变量之和。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述最大输出功率值在所述请求中的至少一个请求中被接收、被预定义或者基于所述至少两个空白空间单元的能力而被确定。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述输出功率限制的确定受到如下的附加约束，所述附加约束是所确定的输出功率限制必须对于所述至少两个空白空间单元中的所有空白空间单元相同。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，进一步包括：

-比较所确定的输出功率限制中的至少一个输出功率限制和与对应的空白空间单元有关的最小输出功率值，并且如果所确定的输出功率限制中的所述至少一个输出功率限制在所述最小输出功率值以下，则：

-在去除所述至少两个空白空间单元中的至少一个空白空间单元的情况下再次确定所述输出功率限制。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述最小输出功率值在所述请求中的至少一个请求中被接收。

9.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述聚合干扰在至少两个频率信道中被控制，并且其中用于所述至少两个频率信道的所述传播信道模型考虑相邻信道抑制。

10.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述最大化所述效用函数包括为所述至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元选择数个频率信道中的至少一个频率信道。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述输出功率限制的确定受到以下约束中的至少一个约束：对用于所述至少两个空白空间单元的同时使用的频率信道的数目的约束；以及对所述至少两个空白空间单元必须使用连续频率信道的约束。

12.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元是空白空间设备或者空白空间系统。

13.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述节点是地理位置数据库。

14.一种被配置用于控制由至少两个空白空间单元(950)在用于至少一个频率信道的空间中的至少一个点中所生成的聚合干扰的节点(900)，其中从所述至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元到所述至少一个点中的每个点的传播信道模型包括具有对数正态分布的变量，所述节点包括通信单元(920)和处理单元(910)，其中：

-所述通信单元(920)被配置用于从所述至少两个空白空间单元接收对于使用空白空间频率信道的请求，所述请求包括所述至少两个空白空间单元的位置，

-所述处理单元(910)被配置用于基于所述接收的请求和所述传播信道模型、通过在满足对在所述至少一个点中的每个点中所生成的聚合干扰量的概率约束的同时最大化效用函数来确定针对所述至少两个空白空间单元中的每一个的输出功率限制，其中所述概率约束中的对数正态变量之和由单个对数正态变量近似，所述概率约束对应于来自所述至少两个空白空间单元的不超过干扰值阈值的所述聚合干扰的概率，其中所述概率在所述至少一个点中的每个点处被约束在概率阈值以下，其中确定所述输出功率限制还包括：

确定针对所述至少两个空白空间单元中的每一个的所确定的输出功率限制等于或者低于可用于所述至少两个空白空间单元的相应的空白空间单元的最大输出功率值；

-所述通信单元(920)进一步被配置用于向相应的所述至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制，以及

其中所述至少两个空白空间单元请求同时使用至少两个频率信道；以及

其中所述输出功率限制的确定受到用于所述至少两个频率信道中的每一个的总传输功率的限制。

15.根据权利要求14所述的节点，其中：

-所述处理单元进一步被配置用于借助蒙特-卡洛MC仿真来校验所确定的输出功率限制是否满足所述概率约束，并且

-所述通信单元进一步被配置用于在所确定的输出功率限制满足所述概率约束时向相应的所述至少两个空白空间单元传输所确定的输出功率限制。

16.根据权利要求14-15中任一项所述的节点，其中所述处理单元被配置用于通过使用芬顿-威尔金森近似来由单个对数正态变量近似所述对数正态变量之和。

17.根据权利要求14-15中任一项所述的节点，其中所述处理单元被配置用于受到所确定的输出功率限制必须对于所述至少两个空白空间单元中的所有空白空间单元相同这样的附加约束来确定所述输出功率限制。

18.根据权利要求14-15中任一项所述的节点，其中所述处理单元进一步被配置用于：

-比较所确定的输出功率限制中的至少一个输出功率限制和与对应的空白空间单元有关的最小输出功率值，并且如果所确定的输出功率限制中的所述至少一个输出功率限制在所述最小输出功率值以下，则：

-在去除所述至少两个空白空间单元中的至少一个空白空间单元的情况下再次确定所述输出功率限制。

19.根据权利要求18所述的节点，其中所述通信单元被配置用于在所述请求中的至少一个请求中接收所述最小输出功率值。

20.根据权利要求14-15中任一项所述的节点，其中所述最大化所述效用函数包括为所述至少两个空白空间单元中的每个空白空间单元选择数个频率信道中的至少一个频率信道。

21.根据权利要求20所述的节点，其中所述处理单元被配置用于受到以下约束中的至少一个约束来确定输出功率限制：对用于所述至少两个空白空间单元的同时使用的频率信道的数目的约束；以及对所述至少两个空白空间单元必须使用连续频率信道的约束。

22.根据权利要求14-15中任一项所述的节点，其中所述节点是地理位置数据库。