CN1881949B - 通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信系统和相关方法，以及经由至少一个中间设备从源设备向目的地设备发送信号的设备。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

技术领域

本发明涉及无线通信系统以及经由至少一个中间设备从源设备向目的地设备发送信号的相关方法。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，由于在无线通信信号(communication)通过空间传播时无线通信信号的散射或吸收而导致出现传播损耗或“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、地物干扰类型(clutter type)(城市、郊区、乡村)、诸如高度、密度、间距的形态细节、地形类型(丘陵、平原)。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，而绝对路径损耗由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)，而用户设备包括目的地设备(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，而基站包括目的地设备。中继节点是中间设备(I)的示例，并且包括：接收器，可操作用来从源设备接收信号；以及发送器，可操作用来将该信号或其导出信号发送给目的地设备。

下表I给出了在多跳传输系统中，通过以下不同链路传输的信号的计算路径损耗的一些示例：源到目的(SD)、源到中间(SI)以及中间到目的(ID)，其中，假设b和n对于各个链路保持相同。

表I

以上计算的示例表示，间接链路SI+ID上的绝对路径损耗的总和可以小于直接链路SD上的路径损耗。换句话说，对于以下情况是可能的：

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。通过使用方程(A)对路径损耗的简单理论分析，可以理解，如果经由中间设备(例如中继节点)将信号从源设备发送到目的地设备，而不是直接从源设备发送到目的地设备，则将实现总体路径损耗的下降(因此，信号强度提高或增大，由此数据吞吐量增大)。如果实施，则多跳通信系统可以潜在地使得发送器的发送功率下降，这对无线发送有利，并且这将会导致干扰电平的降低以及电磁发射的影响的减小。

很明显，由于路径损耗与距离之间的非线性关系，与源设备和目的地设备之间的直接或单跳传输相比，中间设备相对于源和目的地设备的位置对多跳传输所具有的潜在增益产生了严重的影响。图2A示出了这种情况，图2A中示出了可以通过多跳传输实现的理论增益的图形表示，并相对于中间设备在源设备和目的地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和目的地设备之间的直接链路的直线上的情况(在该情况下，路径扩展因子(s)＝1)，可以看出，随着中继节点从中间位置远离源设备或目的地设备移动，潜在增益减小。同样，随着中间设备的位置远离直接链路的直线移动，由此扩展两个传输段总和的总路径长度(从而将路径扩展因子增大为s＝1.1、s＝1.2等)，可以看出，理论增益的图形区域再次减少。

然而，为了测试多跳通信系统的适用性而执行的仿真揭示了数据吞吐量的出人意料的低增益。的确，所获得的增益确实低于基于路径损耗方程A通过简单分析而提出的潜在增益。结果，阻止了无线系统操作者实现多跳网络，尽管多跳系统在信号范围扩展方面可能表现的潜在优势、在源设备和目的地设备之间传输信号所需的总体发送功率的可能下降、以及其他不可达到节点的连通性。

在预测增益和仿真增益之间存在这种差异的原因之一是，先前的预测基于路径损耗参数b和n对于所有链路都相同的假设。实际上，作为源设备和目的地设备的天线高度与中继节点的高度的比较结果，这些值不同。因此，下表II给出了这些值的更实际的表。标明了3GPP的值是通过对3GPP所采用的模型进行调整以结合以下事实而获得的：中间设备的天线高度通常位于源设备和目的地设备的天线的高度之间。标明了UoB的值是由Bristol大学根据Bristol城中的典型配置进行的仿真而获得的。

表II

图2B中示出了使用表II中列出的路径损耗参数的总路径损耗对于归一化中继节点位置的曲线图。可以看出，当由于对理论中继节点的位置进行调整而使用一组更加实际的路径损耗参数来计算总路径损耗的变化时，没有获得图2A的完美“钟形”曲线。的确，增益的区域减小了，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的改变)将对接收设备处的通信信号的质量产生严重的影响。因此，与源设备和目的地设备之间的直接传输相比，如果要通过多跳通信的发生来实现增益，则中间设备或中继节点的定位非常重要。

然而，即使预测是基于真实世界中可能遇到的路径损耗参数的更加精确的反映，多跳系统的仿真仍然表现出预测增益与仿真增益之间的非预期的较差对应关系。

发明内容

本发明的实施例旨在提供一种包括源设备、目的地设备以及至少一个中间设备的通信系统，其中所述源设备和所述中间设备或各个中间设备分别包括发送器，该发送器可操作用来在朝向所述目的地设备的通信方向上发送通信信号或从其导出的信号，并且其中所述目的地设备和所述中间设备或各个中间设备分别包括接收器，该接收器可操作用来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，该确定装置可操作用来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，这旨在基本上获得或保持以下两者之间的平衡：

i)在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度；和

ii)在所述中间设备或各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度。

当然，应该理解，实际上由目的地设备接收到的通信信号可以是由源设备发送的通信信号，或者可以是从其导出的通信信号。

因此，本发明的优选实施例设法在所述中间设备或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地设备处接收到的通信信号的质量的量度方面保持或达到一种“平衡”。优选地，所述确定装置可操作用来确定一个或更多个设备(其可操作用来在实施本发明的通信系统中发送通信信号)的发送功率的变化，以减少或防止在中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的实际的不平衡(即，实现或保持基本“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在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度与在所述中间设备或者所述多个中间设备之一处接收到的通信信号的质量的量度之间的直接比较而变得明了。另选地，当通过映射函数进行比较时，不平衡变得明了。因此存在下述的情形，其中相等值的量度并不等同于平衡系统，同样，不同值的量度可能等同于平衡系统。

可以想象，在配置多跳系统之前，可以使用本发明的实施例对系统进行优化以及/或者使在所述中间设备或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地设备处接收到的通信信号的质量的量度的基本平衡。还可以想象，本发明的实施例可以在现有的多跳系统中实现，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，本发明可以在多跳通信系统中采用，以在目的地设备处的RSS或SINR的指标与所述中间设备或各个中间设备处的RSS或SINR的指标之间建立基本“平衡”。优选地，针对可操作用来在多跳系统中接收通信信号的这些设备之一，相对于目标接收信号质量对发送功率进行优化。这通常是目的地设备。因此，当根据本发明的实施例对系统进行了优化时，在目的地设备处接收到的通信信号的质量相对于目标接收信号质量的差异的量度的指标(＝“相对于目标的差异”指标)优选地最小化。此后，如果在相对于目标指标的差异中检测到了变化(该变化可以是正或负)，例如，如果通信信号的质量劣化或改善，或者如果该设备的目标设置发生了变化，则相对于目标指标的差异将增大。在这种情况下，使得能够检测相对于目标指标之间的差异相对于期望值的偏差的本发明的实施例将优选地设法使相对于目标指标的差异变成该期望值。

已经发现，实施本发明的多跳通信系统的仿真表现出对于直接将信号发送到目的地设备的系统的显著增益。的确，为了测试本发明的优选实施例而执行的系统级仿真的结果表示，可以认为在本发明的环境下处于“平衡”的通信系统可以实现与多跳传输相关的优点，并提供数据吞吐量的提高。

应该相信，本发明的优选实施例所展示的吞吐量的提高的一个解释是，它们允许多跳系统中所需的绝对发送功率的减小。以下对此进行更详细的讨论。

从上述原理开始，该原理通过将单个直接传输链路分为两个较短的传输链路，可以实现信号的总路径损耗的减小。于是，经由至少一个中间设备将通信信号从源设备传输至目的地设备所需的总发送功率比在源设备和目的地设备之间直接传输通信信号所需的发送功率小。因此，需要较小的发送功率来确保目的地设备(也可能还有中间设备)接收到最小或“目标”信号质量。如果没有对发送功率进行调节，则将导致明显过度的发送功率(即，超过在目的地设备和/或中间设备处获得良好或目标信号质量所需的发送功率)。与在源设备和目的地设备之间进行直接通信相比，该过度的发送功率不会进一步增大由多跳系统获得的增益，而只会增大干扰电平，导致通信链路的质量的劣化。这种劣化倾向于抵消作为先前考虑的多跳通信系统的较差仿真结果的原因的多跳系统的潜在增益。

此外，两跳网络(例如)的总体吞吐量受到以下数量降低的限制：在中间设备处接收到的数据包的数量；以及在目的地设备处接收到的数据包的数量。在接收器处接收到的数据包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)的量度或者信号与干扰及噪声比(SINR)的量度来反映。因此，从效果上来讲，多跳系统中的接收到最低质量的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的能力。发送器处的发送功率增大(这并不足以改善最低质量通信信号)将导致附加的过度发送功率。因此，该系统的性能会进一步降低。图9A和9B中示出了这种情况，图9A和9B绘出了由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，相对于源设备(NB)的发送功率的增益的变化。各个曲线图都包括四条不同的曲线，每条曲线都表示中间设备的不同发送功率。可以看出，当基站的发送功率超过最优点时，即使发射了更大的信号能量，也会出现增益的显著劣化。

因此，可以理解，本发明的优选实施例进行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地设备处接收到的通信信号的质量的量度与在所述中间设备或各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的任意不平衡的方法。因此，不能提高数据包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。

存在以下大量的不同事件，如果发生这些事件，则可以潜在地导致多跳系统中的“不平衡”(即，在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度与在所述中间设备或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。这可能是由于用于该链路的发送器和接收器之一或二者的位置发生变化，或者由于环境条件或发送器和接收器之间的干扰电平的变化而导致的。

ii)对于可操作用来接收通信信号的设备，通常具有目标RSS或目标SINR。这通常由网络供应商来设定，并且可以根据通信系统或接收设备的特性，或者根据要发送的数据的类型而改变。移动电话或其他用户设备的目标RSS/SINR可以改变，并且目标的任意变化都可以通过以下方式来进行适应：调整发送设备的发送功率，从而趋向于使得在目的地设备处接收到的通信信号的质量相对于目标接收信号质量的差异(即，“相对于目标的差异”)的量度最小化。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整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潜在的不平衡进行响应的方法，所述不平衡或潜在的不平衡是作为为了提高在下行链路(DL)上经由一个或更多个中间设备从基站(源)发送至目的用户设备的数据的吞吐量的那些可能事件的结果而导致的。在标准通信系统中，下行链路是NB和UE之间的链路。在多跳的情况下，DL指的是其中通信被直接导向UE的链路(例如，RN至UE、在UE和NB至RN方向上的RN至RN)。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布置(array)，通过该布置，基本上实现了由接收器设定的任意目标质量，并且各个链路上的数据吞吐量都基本上相等。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括基站、目的地设备和至少一个中间设备的通信系统，所述基站可操作用来经由所述中间设备或各个中间设备，将通信信号发送至所述目的地设备，所述目的地设备包括指标导出装置，其可操作用来导出在所述目的地设备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)设置在所述基站中的控制装置；

ii)指标变化偏差装置，其可操作用来检测由所述目的地设备导出的一个所述指标相对于期望值的偏差；

iii)确定装置，其可操作用来在检测到这种偏差之后，确定倾向于使所述指标成为所述期望值的所述中间设备的发送功率的变化，其中该确定装置还包括请求发送装置，其可操作用来向所述控制装置发送改变所述中间设备的发送功率的请求。

本发明第一方面的实施例优选地提供了一种通过确定中间设备的发送功率所需的变化来对由所述目的地设备导出的指标相对于期望值的偏差进行响应的方法，所述偏差可能是由以下原因而导致的：i)中间设备与目的地设备之间的路径损耗的变化；或者ii)目的地设备的目标的变化。优选地，所需的发送功率的变化将与所述指标偏差检测装置检测到的偏差程度相关。

根据本发明第一方面的实施例，由所述目的地设备导出的指标之一可以包括在目的地设备处接收到的通信信号的强度的量度(例如RSS)。另选地或另外地，由所述目的地设备导出的指标之一可以包括在目的地设备处接收到的通信信号的信号与干扰及噪声比(SINR)的量度，或者可以包括在目的地设备处接收到的通信信号的质量相对于针对目的地设备而设定的目标接收信号质量的差异的量度。相对于目标的差异的指标可以是相对于目标RSS的差异、相对于目标SINR的差异，或者相对于基于RSS和SINR的组合的目标的差异。如果相对于由目的地设备导出的目标指标的差异发生了变化，则本发明的第一方面的实施例将设法将该相对于目标指标的差异变为期望值。

优选地，所述控制装置可操作用来在接收到改变中间设备的发送功率的请求之后，向所述中间设备发出命令，来命令改变中间设备的发送功率。所述中间设备优选地包括命令接收装置，其可操作用来从基站的所述控制装置接收这种命令。所述中间设备可操作用来在接收到这种命令之后，根据所述命令来改变其发送功率。

优选地，所述控制装置包括输入接收装置，其可操作用来接收输入信号，该输入信号表示在中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的不平衡。如果控制装置在接收到表示存在这种不平衡的输入信号之后，确定中间设备的发送功率的所需变化将倾向于增大这种不平衡，则控制装置可操作以忽略改变所述中间设备的发送功率的所述请求。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括基站、目的地设备和中间设备的通信系统，所述基站可操作用来经由所述中间设备将通信信号发送至所述目的地设备，其中所述目的地设备和所述中间设备中的每一个都包括：指标导出装置，可操作用来分别导出在目的地设备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，其中所述中间设备和所述目的地设备可操作用来将所述指标发送给基站的指标接收装置，所述通信系统还包括：

i)不平衡检测装置，可操作用来检测由目的地设备导出的一个所述指标与由中间设备导出的一个所述指标之间的不平衡；以及

ii)设置在所述基站中的确定装置，可操作用来在由所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

本发明的第二方面的实施例优选地提供了一种调整基站的发送功率，以基本上恢复或实现在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度与在中间设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的平衡。该不平衡可能是由于基站与中间设备之间的路径损耗的变化而导致的。另选地，不平衡可以导致由实施本发明第一方面的通信系统进行的以下操作，以对目的地设备的目标质量指标的变化进行响应，因为在将相对于目标指标的差异恢复为其原始量度(通过改变中间设备的发送功率)时，中间设备和目的地设备的质量指标将不再平衡。

根据本发明第二方面的实施例，由中间设备和目的地设备中的每一个导出的一个所述指标包括分别在目的地设备或中间设备处接收到的通信信号的强度的量度(例如，RSS)。然而，优选地，由所述中间设备和所述目的地设备中的每一个导出的一个所述指标包括分别在目的地设备或中间设备处接收到的通信信号的信号与干扰及噪声比(SINR)的量度。

中间设备优选地包括：接收器，可操作用来接收由源设备发送的信号；以及发送器，可操作用来将所接收的信号及从其导出的信号发送至目的地设备。用于将由中间设备接收的通信信号与从中间设备发送的通信信号分离的信号双工(duplexing)可以是频分双工(FDD)或时分双工(TDD)。中间设备中的一个或更多个可以优选地包括所谓的中继节点(RN)或中继站(RS)。中继节点具备接收信号(对于该信号，该中继节点不是所期望的最终目的地)然后将该信号发送至另一节点，使得其朝向所期望的目的地前进的能力。中继节点可以是再生型的，其中将所接收的信号解码为位电平，来进行硬判决。如果发现所接收的分组存在错误，则请求重传，因此该RN包含有ARQ或H-ARQ。ARQ或H-ARQ是一种用于对重传信号的重传请求和后续接收进行管理的接收器技术。一旦成功接收到分组，则根据包含在该RN中的任意无线资源管理策略来计划朝向目的地的重传。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站。可以想象，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。

本发明第一和第二方面的实施例旨在通过分别调节基站和中间设备的发送功率而并不明确地计算基站和中间设备的发送功率，来调节中间设备和目的地设备处的质量指标，根据这些实施例，优选地使用再生型中继节点，其中将所接收的信号解码为位电平，来进行硬判决。再生型中继节点可操作用来接收由源设备发送的通信信号，并在将新信号发送给多跳系统的下一站(可以是目的UE或另一中间设备)之前，将该信号解码为位电平。

本发明的期望目的是对各个发送设备处的资源分配进行设置，使得多跳系统中的各个链路的吞吐量相等。因为吞吐量是所接收SINR的函数，所以为了使多跳链路的吞吐量平衡，必须使各个节点处的所接收SINR平衡。在再生中继的情况下，给定设备处的SINR并不是任意其他节点处的SINR的函数。当然，这里假设所有节点处的SINR性能相同。因此，可以确保通过相对于实际和所需SINR之间的差异而简单地调节发送功率来获得所需SINR，该所需SINR确保了该系统基本平衡，并且满足目的地处的目标SINR。此外，如果目标SINR在一个设备处发生了变化，则可以相对于所需的变化来调节所有节点处的发送功率。因此，无需计算实际发送功率，从而本发明的实施例的实施优选地在计算方面非常简单。可以想象，中间设备或中继节点的功能可以由移动电话或其他用户设备来提供。

同时本发明的实施例可以仅在采用再生中继作为中间设备的情况下实际进行操作，它们从发送功率的相对简单的确定中受益，该相对简单的确定无需执行显式的计算。优选地通过相对于由指标偏差检测装置检测到的指标变化的程度来调节相关发送器的发送功率，来确定发送功率，以将发生了变化的指标恢复为其值，由此使所接收的SINR平衡。

此外，本发明的实施例优选地使得能够通过中继站中所需的最小处理来保持对发送功率的设定的集中控制。这使得无线系统的操作员受益，因为其保持位于中央实体内的控制，使得网络的管理更加简单。此外，如果中继开始误操作，则由于控制位于基站(或节点B)中的事实，可以由操作者来执行纠正措施。此外，中间设备中的处理保持最小的事实在减少功耗方面是有利的，因此如果中间设备是移动或远程设备，则可以使电池寿命最大化。

本发明的第一和第二方面分别旨在减小或防止在不同环境下出现的或可能出现的不平衡。结构化多跳系统(即，下述的系统，在该系统中，该中间设备或各个中间设备都是固定的)中最可能出现的事件是，中间设备与目的地设备之间的路径损耗发生变化(这可能是由于目的地设备的位置变化或环境条件的变化而导致的)，或者是目的地设备的目标发生变化。这些事件都会导致由目的地设备导出的指标的变化。优选地，实施本发明第一方面的通信系统将包括指标偏差检测装置，其始终对目的地设备的指标或多个指标之一进行监测。因此，可以迅速地检测到由目的地设备导出的指标相对于期望值的任意变化或偏差。在目的地设备包括指标偏差检测装置的情况下，实施起来更加简单。

对于在中间设备与目的地设备之间的路径损耗发生变化之后恢复多跳系统中的平衡，仅第一方面就足够了。然而，如上所述，如果基站与中间设备之间的路径损耗发生了变化(该变化可能是由于ad-hoc网络内的中间设备的位置变化而导致的，或者是由于该链路的环境条件的变化而导致的)，则必须通过本发明的第二方面的实施例来处理。此外，为了在由目的地设备设定的目标质量发生变化之后使多跳通信网络恢复平衡，必须对中间设备和基站的发送功率都进行调整。因此，为了处理目的地设备的目标质量指标的变化，优选地提供了一种同时实施了本发明第一和第二方面的通信系统。优选地，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，所述中间设备还包括指标导出装置，其可操作用来导出由中间设备接收的通信信号的质量的指标，其中所述中间设备和所述目的地设备可操作用来将所述指标发送给所述控制装置，该通信系统还包括：不平衡检测装置，可操作用来检测目的地设备与中间设备的指标之间的不平衡；其中所述控制装置还可操作用来在所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

在通过基本同时改变中间设备和目的地设备之间的路径损耗来调节目的地设备的目标的变化时可能出现这种情形。因此，在本发明第一方面的指标偏差检测装置设置在目的地设备中，以使得目的地设备可操作用来向控制装置发送改变中间设备的发送功率的请求的情况下，如果没有出现该情形，则目的地设备将不产生改变中间设备的发送功率的请求。

这将导致系统的不平衡，该不平衡不能通过本发明的第一方面进行纠正，因为目的地设备的新目标已(不经意地)满足，但是没有对源设备的发送功率进行对应的改变。这种相对少见的情形可以通过同时实施本发明的第一和第二方面的通信系统来处理，因为中间设备与目的地设备之间的路径损耗的量度的变化也将导致由中间设备和目的地设备导出的信号质量指标之间的不平衡。于是，确定装置可操作用来确定基站的发送功率的所需变化，该变化用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目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的不平衡。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种对一个或更多个设备的发送功率进行控制的方法，所述一个或更多个设备可操作用来在通信系统中发送通信信号，该通信系统包括基站、目的地设备和至少一个中间设备，所述基站可操作用来经由所述中间设备或各个中间设备，向目的地设备发送通信信号，其中所述基站包括控制装置，该方法包括以下步骤：

i)在目的地设备处，导出在目的地设备处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标；

ii)检测由目的地设备导出的所述指标或所述多个指标之一相对于期望值的偏差；

iii)确定中间设备的发送功率的所需变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值；以及

iv)向所述控制装置发出对中间设备的发送功率进行所需变化的请求。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种对一个或更多个设备的发送功率进行控制的方法，所述一个或更多个设备可操作用来在多跳通信系统中发送通信信号，该通信系统包括基站、目的地设备和中间设备，该方法包括以下步骤：

i)在目的地设备和中间设备处，导出分别在目的地设备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；

ii)将所述指标发送至所述基站的指标接收装置；

iii)检测目的地设备与中间设备的指标之间的不平衡；以及

iv)确定基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

根据本发明第一方面的另一实施例，提供了一种基站，其可操作用来经由一个或更多个中间设备向目的地设备发送通信信号，该基站包括：

i)接收装置，可操作用来从目的地设备接收指标；以及指标偏差检测装置，可操作用来检测所述指标相对于期望值的偏差，该指标表示了在目的地设备处接收到的通信信号的质量；或者

ii)接收装置，可操作用来从目的地设备接收改变中间设备的发送功率的请求，该请求表示在目的地设备处接收到的通信信号的质量的指标相对于期望值的变化；以及

iii)确定装置，可操作用来在从所述目的地设备接收到的一个所述指标中检测到变化之后，或者在从所述目的地设备接收到请求之后，作为可能的情况，确定中间设备的发送功率的所需变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值。

根据本发明第一方面的实施例的基站可以包括：i)控制装置；ii)确定装置和控制装置；或者iii)指标偏差检测装置、确定装置以及控制装置。

优选地，实施本发明第一方面的基站还包括：

i)指标接收装置，可操作用来接收由所述目的地设备和所述中间设备中的每一个导出的一个或更多个指标，所述指标表示了分别在目的地设备或中间设备处接收到的通信信号的质量；

ii)不平衡检测装置，可操作用来检测目的地设备与中间设备的指标之间的不平衡；以及

iii)设置在所述基站中的控制装置，可操作用来在由所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

根据本发明第二方面的另一实施例，提供了一种基站，其可操作用来在多跳通信系统中，经由一个或更多个中间设备，向目的地设备发送通信信号，该基站包括：

i)指标接收装置，可操作用来接收由所述目的地设备和所述中间设备中的每一个导出的一个或更多个指标，所述指标表示了分别在目的地设备或中间设备处接收到的通信信号的质量；

ii)不平衡检测装置，可操作用来检测目的地设备与中间设备的指标之间的不平衡；以及

iii)设置在所述基站中的确定装置，可操作用来在由所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

也可以提供一种用于在多跳通信系统中经由中间设备从源设备接收信号的目的地设备，该目的地设备包括：

i)指标导出装置，可操作用来导出在目的地设备处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标；以及

ii)指标偏差检测装置，可操作用来检测一个所述指标相对于期望值的偏差。

也可以提供一种中间设备，包括：

i)接收装置，可操作用来从基站接收通信信号；

ii)发送装置，可操作用来将所述通信信号或者从其导出的信号发送给目的地设备；

iii)请求接收装置，可操作用来从所述目的地设备接收对发送功率进行所需变化的请求；以及

iv)发送装置，可操作用来向基站的控制装置发送所述请求或者从其导出的请求。优选地，该中间设备包括再生中继节点。

还提供了在实施本发明的基站、实施本发明的中间设备或者实施本发明的目的地设备中执行的通信方法。

本发明的实施例特别适用于结构化多跳系统，其采用再生中继，利用TDD或FDD双工，将在中间设备处接收到的通信信号与从中间设备发送的信号分离。

所述期望值可以是由目的地设备导出的通信信号的质量的指标的值，并且当该系统基本上平衡(即，在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度与在中间设备或各个中间设备处接收到的通信信号的质量的量度相平衡)时，该值等于或接近于由目的地设备设定的目标值。因此，本发明的第一方面的实施例可以优选地用于将由目的地设备接收的通信信号的质量保持为或接近于由目的地设备设定的目标值。此后，本发明第二方面的实施例可能需要对该系统进行优化，确保在目的地设备和中间设备或各个中间设备之间达到平衡。

因此，应该理解，指标偏差检测装置可用于已经平衡或已优化的系统中。因此，将检测到相对于期望值的偏差(该偏差可能是由于导致在目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度产生变化的事件而引起的)，并确定分配给前面的中间设备的资源的所需变化。

如果指标偏差是由于路径损耗的变化而导致的，从而由目的地设备接收的通信信号的质量偏离目标，则第一方面的实施例将优选地通过调节前面的中间设备的发送功率来使系统恢复平衡。然而，如果指标偏差是由于由目的地设备设定的目标质量的变化而导致的，同时可以优选地采用第一方面的实施例来调节中间设备的发送功率，以使得可以实现新目标，则需要第二方面的实施例，以通过确定该多跳系统中的其他发送器的发送功率的对应变化来恢复平衡。

本发明的实施例可以在采用任意多址技术的无线通信系统中实现，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(其中，所有发送都发生在相同的频带内，并且每个发送都被分配了唯一的信道化码)情况下，Gp因子表示扩频因子或用于对所发送信号进行扩频的码的长度，或者被称为处理增益。在正交扩频码的情况下，多达Gp个信道可用于同时进行传输。

应该理解，术语“用户设备”涵盖了可在无线通信系统中使用的任意设备。此外，尽管主要参照目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可以优选地应用于下述的任意无线通信系统，这些无线通信系统使得经由中间设备在源设备和目的地设备之间的通信信号的传输便利。

在以上任一方面中，各个特征可以实施为硬件，或者在一个或更多个处理器上运行的软件模块，或者其组合。本发明还提供了用于执行在此描述的任意一种方法的设备程序(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意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，或者其例如可以为信号的形式(例如，从互联网网站提供的可下载数据信号)，或者可以是任意其他形式。

附图说明

为了更好地理解本发明并展示本发明如何产生效果，下面将通过示例的方式参照附图进行说明，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双小区/中继模型；

图2A和2B分别示出了基于路径损耗方程(A)的可以由多跳通信系统获得的理论增益的图形表示；

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5示出了实施本发明第一方面的通信系统的多个部分；

图6示出了实施本发明第二方面的基站的多个部分；

图7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，源发送功率与中间发送功率之间的关系；

图8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，源发送功率与中间发送功率之间的关系；

图9A、9B和9C示出了作为RN发送功率的函数的最佳NB发送功率；

图10示出了多跳系统的用户观察到的吞吐量的平均增益与对于单跳系统观察到的吞吐量的平均增益相比的差异的图像表示；以及

图11示出了作为RN发送功率的函数的最佳NB发送功率，其中假设源设备与目的地设备之间的通信链路与较短的多跳链路相比具有3dB的增益。

具体实施方式

以下将参照图3来说明实现本发明第一方面的实施例的算法的示例，其中源设备包括节点B(NB)，中间设备包括再生型中继节点(RN)，而目的地设备包括用户设备(UE)。目的用户设备连续监测SINR，并导出该SINR的指标以及相对于目标SINR的差异。

如下对该算法的细节进行概述：

下行链路算法2：部分1

触发器：RN从UE接收到改变RN发送功率的请求

算法输入                请求者    原始

改变RN发送功率的请求    NB        在UE中导出的变化，在RN处进行修改并发送

UE处的SINR(见部分2)     NB

RN处的SINR(见部分2)     NB

算法输出            导出        目的地&信号发送要求

RN发送功率的变化    相对变化    在UE处导出，由RN检查，由NB准许并由RN执行

以下序列产生由目的地设备导出的指标的变化相对于期望值(在这种情况下为目的地设备的目标SINR)的以下偏差，以确定中间设备的发送功率的变化，该变化倾向于使由目的地设备导出的指标变回所述期望值。

1、目的地设备检测SINR的指标的变化，或者相对于目标SINR的差异的指标的变化，使得目的地设备处的SINR不满足其目标。

2、目的地设备向RN发送改变RN发送功率的请求。

3、RN确定其是否可以满足该请求。

3a.如果可以满足该请求，则将其传播至NB；或者

3b.如果不能满足该请求，则RN确定一修正请求并将其传播至NB。

4、设置在NB中的控制装置接收改变RN发送功率的请求。

5、NB接收包括UE处的SINR和RN处的SINR指标的输入信号，并确定UE处的SINR与RN处的SINR之间是否存在不平衡。

5a.如果存在不平衡，并且中间设备的发送功率的所请求的变化可以调解UE处的SINR与RN处的SINR之间的这种不平衡，则控制装置忽略所述请求；或者

5b.如果不存在不平衡，或者如果存在不平衡但是中间设备的发送功率的所请求的变化不能调解UE处的SINR与RN处的SINR之间的这种不平衡，则控制装置向RN发出命令，来命令改变RN的发送功率。

6、RN从NB的控制装置接收命令，并根据该命令来调节其发送功率。

上述算法可以处理RN和UE之间的传播损耗发生变化的情况，以及UE改变其目标RSS或SINR的情况。为了处理传播损耗在NB和RN之间变化的情况以及UE中的目标和RN与UE之间的传播损耗都变化的情况，使得不产生用于改变RN发送功率的请求，实现本发明第二方面的实施例的算法如下所述周期性地执行。

如下对该算法的细节进行概述：

下行链路算法2：部分2

触发器：在NB中周期性执行

算法输入                  请求者    原始

UE处的SINR                NB        经由RN从UE发送

RN处的SINR                NB        从RN发送

算法输出            导出        目的&信号发送要求

NB发送功率的变化    相对变化    由NB使用

RN发送功率的变化    相对变化    发送给RN的变化

除了以上参照图4所述的算法以外，周期性地执行该算法。另选地，还可以在无线多跳通信网络中独立地实现该算法。

该算法假设UE和RN处的SINR的指标被报告至NB。

1.NB对来自UE和RN两者的SINR的指标进行监测。如果发现变化而使得它们不平衡，则NB的控制装置确定恢复SINR的平衡所需的发送功率的变化。

2.NB确定其是否可以执行将恢复平衡的发送功率的所需变化。

2a.如果确定NB不能执行所需变化，则NB确定发送功率的修正变化。该控制装置i)向NB发出命令，以命令改变NB的发送功率；并且ii)向RN发出命令，以命令改变RN的发送功率；或者

2b.如果确定NB可以执行所需变化，则NB控制装置向NB发出命令，以命令改变NB的发送功率。

实现执行本发明第一方面的实施例所需的信号发送存在多种方式，图5A、B和C示出了这些方式，图5A、B和C示出了实施本发明第一方面的通信系统的多个部分，其中使用相同标号来指代提供相同功能的部分。

图5A示出了一种通信系统，其中除了指标导出装置(未示出)以外，目的地设备还具有指标变化检测装置(1)，并且该目的地设备可操作用来在检测到由目的地设备导出的指标的变化之后，发送用于确定中间设备的发送功率的变化的请求。基站(NB)包括请求接收装置(4)和确定装置(2)，该确定装置(2)可操作用来确定中间设备的发送功率的变化，该变化倾向于使由目的地设备导出的所述指标趋近所述期望值。因此，改变中间设备的发送功率的所述请求从基站的所述确定装置本地发送给基站的所述控制装置(3)。

图5B示出了一种通信系统，其中除了指标导出装置(未示出)以外，目的地设备还具有指标变化检测装置(1)和确定装置(2)。因此，所述请求从目的地设备的确定装置发送到基站的控制装置(3)。如图5B所示，可以经由中间设备(RN)来发送该请求，该中间设备(RN)可以包括请求修改装置(5)，其可操作用来确定是否可以满足改变中间设备的发送功率的请求，并且如果需要，将该请求修改为可以满足的请求。

图5C示出了一种通信系统，其中基站(NB)包括指标接收装置(6)、指标偏差装检测置(1)、确定装置(2)和控制装置(3)。因此，改变中间设备的发送功率的所述请求从基站的所述确定装置本地发送给基站的所述控制装置(3)。

从图5A、B和C可以看出，根据本发明第一方面的实施例设置的基站可以包括：i)控制装置；ii)确定装置和控制装置；或者ii i)指标偏差检测装置、确定装置和控制装置。类似地，根据本发明第一方面的实施例设置的目的地设备可以包括：指标导出装置；指标导出装置和指标偏差检测装置；或者指标导出装置、指标偏差检测装置和确定装置。

图6示出了实施本发明第二方面的基站的多个部分，该基站包括指标接收装置(7)、不平衡检测装置(8)、变化确定装置(9)以及命令装置(10)。

理论分析

尽管本发明的实施例设法使由目的地设备和中间设备导出的质量指标平衡，而无需对实现该平衡所需的发送功率进行显式计算，但是以下理论分析对于理解本发明是有用的，该理论分析针对多种配置场景，导出了用于显式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。对于每一种配置场景，都通过假设单小区和双小区模型来获得理论解。在双小区模型的情况下，假设两个小区中的配置相同，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以及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。

可以通过考虑多跳系统中的接收节点(即，所述中间设备或各个中间设备(I)和目的地设备(D))的信号与干扰及噪声比(SINR)来推算出理论解。特定节点处的SINR是由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，是否需要考虑噪声和干扰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。

以下方程表示对于所有场景，从中间设备发送至目的地设备的通信信号的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，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所示的双小区模型的情况下，该方程变为：

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

(2)中的括号内的前三项与(1)中的相同。附加的后两项源自分别来自相邻共信道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，则需要对该干扰进行建模的项将会改变。应该理解，为了得到更高的精度级别，可以将这些方程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)与目的用户设备(UE)之间传输的DL传输的情况进一步考虑各种可能的配置场景。

1A.如图1A所示的使用FDD的再生中继-单小区模型

在这种情况下，与中间设备RN相连的目的地设备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处的感兴趣的信道上的发送功率，L_RN-UE是NB至RN链路上的传播损耗，而N是噪声。注意，其假定不存在小区内干扰。

可操作用来从NB接收信号的中间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处的感兴趣的信道上的发送功率，L_NB-RN是RN至UE链路上的传播损耗。仍然假设不存在小区内干扰。

多跳链路上的总体吞吐量会受到两个SINR值中的较低一个的限制，因为这会限制可以将数据发送给该实体的速率。导致SINR不平衡的发送功率的任意增大都不会提高多跳系统的性能；其只会导致能量的浪费，并增大对任何共信道用户的干扰。

因此，假设中间RN处的接收器和目的UE的接收器的执行相同的操作，则随后应该对NB处和RN处的发送功率进行设定，以使得RN处和UE处的SINR相同。使用该标准来设定发送功率的比率，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是针对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。因此，利用方程(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-双小区模型

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，来导出发送功率方程。

在这种情况下，可操作用来从中间RN接收信号的目的UE处的SINR如下：

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

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NB发送功率的情况下得到中间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(源到中间、中间到目的)以相同频率进行工作，并且使用TDD来分离RN的接收和发送操作(即，不再是全双工)。如果假设其中RN进行发送的时隙未被NB使用，则可以使用针对使用FDD双工方案的再生中继情况下的上述方程。

然而，如果源NB使用与中间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，可操作用来从中间RN接收通信信号的目的UE处的SINR由下式给出：

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

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

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，确保相等的SINR的RN处的发送功率由下式给出：

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

比较方程(3)和方程(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，则可以将方程(8)写为：

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

$=\left(\frac{L_{\mathrm{RN}-\mathrm{UE}}}{L_{\mathrm{NB}-\mathrm{RN}}}\right)(P_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}+\frac{G_p{P}_{\mathrm{tx},\mathrm{NB}}^2}{{\mathrm{NL}}_{\mathrm{NB}-\mathrm{UE}}})---\left(9\right)$

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，如果系统被配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)，则可以使用针对使用FDD双工方案的再生中继的情况的上述标准。

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，由此，(10)的根可由下式给出：

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

当发送功率为正数时，仅限定了一个根，因此，NB处的确保在RN和UE处的相等SINR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：

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

2A.使用TDD的再生中继：如图1B所示的双小区模型

除了假设两个小区的配置相同并且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并且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环境。

在这种情况下，可操作用来从中间RN接收信号的目的UE处的SINR如下：

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

通过将(14)和(2)设置为相等可以得到最佳NB发送功率：

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

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

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

通过下式的正根得到最佳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，并且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，通过将UE处的SINR设定为与RN处的相等不再能得到理想的平衡。根据(19)，需要将RN处的SINR设定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，否则将导致额外的干扰和发送功率的浪费。

图7针对两种不同的配置场景，示出了NB和RN发送功率的设定如何影响与RN相连的UE处的SINR。

因此，可以看出，最佳解决方案是选择NB和RN的发送功率，使得系统在图7所示的表面中的对角线折叠部分(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UE处的SINR增大量最小的点，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，使用了用于微分的商法则：

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

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：

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

为了在给定NB的发送功率的情况下找到最佳RN发送功率，下面对P_tx，RN执行(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：

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

3B.使用FDD的非再生中继节点(RN)-如图1B所示的双小区模型

在双小区模型中，对于小区边缘处的目的UE较差的情况，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，两个小区的配置相同，并且P_{tx_tpt，RN}＝G_pP_tx，RN，则(26)的简化形式如下：

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

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

一阶导数如下：

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

因此，可以通过下式找到最佳NB发送功率：

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

通过取(27)对于P_tx，RN的导数来找到最佳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

除了由于来自NB的干扰在与RN相同频率上并且同时发送而必须考虑来自NB的干扰以外，这种情况与上述非再生的情况相似。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8所示，平衡甚至比上述与FDD双工方案相结合采用的非再生中继节点的情况还好。通过找到(32)的一阶导数等于零的点来给出该最佳工作点。为了找到该最佳点，首先将(32)重新整理为以下形式：

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

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

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，通过设定下式来获得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RN相连的UE处的最大SINR的对应NB发送功率。

对于在给定NB发送功率的情况下找到最佳RN发送功率的情况，可以使用与上述与FDD双工方案相结合使用非再生中继节点的情况相似的方法，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)重新整理为如下：

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

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8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，对于大NB发送功率的情况，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，该问题的解，如(40)中所概括的，将是无穷大。

4B.使用TDD的非再生中继-如图1B所示的双小区模型

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发送时。如果假设两个小区大小相等，并具有相同的配置和发送功率，并且P_{tx_tot，RN/NB}＝G_pP_tx，RN/NB，则

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

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

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进行求解而给出该最大值：

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

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

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

为了找到在给定NB发送功率情况下的最佳RN发送功率，将(42)重新整理为：

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

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

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，在大NB发送功率的情况下，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独立的配置场景得到的解，来确定最佳发送功率平衡。在表III中概括了这些配置场景，并且在表IV中概括了(48)中的路径损耗方程的传播参数。

L＝b+10nlogd                (48)

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

表II配置场景

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III传播参数

再生中继

将表III和表IV中给出的值代入针对FDD的方程(3)和(5)和针对TDD的方程(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9A示出了针对这两种配置场景，对于FDD和TDD的作为RN发送功率的函数的最佳NB发送功率。

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配置场景的最佳NB发送功率，如图9B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配置场景的最佳NB发送功率，如图9C所示。

系统级仿真结果

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网络进行了系统仿真，以便根据图9C的结果来验证所预测的最佳发送功率设定，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增益。

下面将给出针对表III中详细列出的两种配置场景的系统级仿真的结果。下表V和表VI中列出了仿真参数。

表V配置参数

表VI仿真参数

对于两种配置场景，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由用户获得的平均分组呼叫吞吐量的增益绘制为NB发送功率的函数。图10A示出了针对配置场景1的增益，而图10B示出了针对场景2的增益。注意，对于NB到UE链路的信道增益比NB到RN和RN到UE链路高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9A、9B和9C的上述链路分析中所使用的两倍。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复制品，当对这些复制品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。作为信道增益对于NB到UE信道较高的结果，这意味着，接收信号功率将比在没有考虑通过多条路径的信道增益的点的分析中所使用的要高3dB(或者是两倍)。

基于链路的预测以及系统仿真的比较

图11示出了对于每种配置场景，对于TDD非再生中继的作为RN发送功率的函数的最佳NB发送功率，其中假设与其他链路相比，NB到UE链路有3dB的增益。在这种情况下，在表VII中与吞吐量增益一起列出了对于在仿真中使用的RN发送功率的NB处的预测发送功率，如果使用了这些设定或者可实现的最大值，则将获得吞吐量增益。

表III预测的最佳NB发送功率和与所观察到的最大增益相比通过该设定而实现的所得到的仿真吞吐量增益

表VII、图9A和图10B给出如下建议，如果使用基于以上得到的方程的技术，根据本发明的优选实施例执行了功率平衡，则所选择的功率平衡通常将位于最佳点的区域中。具体地，对于所使用的发送功率，所示增益始终在可以实现的最大值的10％以内，并且其差别是由于使用双小区模型对多小区系统进行建模的缺点而导致的。

在图10A和图10B中所示的结果中，显然需要进行发送功率平衡，在图中示出了，如果NB发送功率增大为超过最佳点，则尽管发出了更多的信号能量，增益也会明显下降。图中还示出了，如果仔细选择NB发送功率，则可以降低增益对于RN发送功率的敏感度。

Claims (41)

1.一种通信系统，其包括基站、目的地设备和至少一个中间设备，所述基站可操作用来经由所述至少一个中间设备，将通信信号发送至所述目的地设备，所述目的地设备包括指标导出装置，该指标导出装置可操作用来导出在所述目的地设备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)设置在所述基站中的控制装置；

ii)指标偏差检测装置，可操作用来检测由所述目的地设备导出的一个所述指标相对于期望值的偏差；

iii)确定装置，可操作用来在检测到这种偏差后，确定所述中间设备的发送功率的变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值，其中所述确定装置还包括请求发送装置，其可操作用来向所述控制装置发送改变所述中间设备的发送功率的请求。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，由所述目的地设备导出的一个所述指标包括在所述目的地设备处接收到的通信信号的强度的量度。

3.根据权利要求1所述的通信系统，其中，由所述目的地设备导出的一个所述指标包括在所述目的地设备处接收到的通信信号的信号与干扰及噪声比(SINR)的量度。

4.根据权利要求1所述的通信系统，其中，由所述目的地设备导出的一个所述指标包括在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量相对于所述目的地设备的目标接收信号质量的差异的量度。

5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，所述基站包括指标接收装置，其可操作用来接收由所述目的地设备导出的所述指标中的一个或更多个。

6.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述基站包括：i)所述指标偏差检测装置；以及ii)所述确定装置。

7.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述目的地设备具有所述指标偏差检测装置。

8.根据权利要求7所述的通信系统，其中，所述目的地设备还具有所述确定装置，并且其中将改变所述中间设备的发送功率的所述请求本地发送给所述控制装置。

9.根据权利要求7所述的通信系统，其中，所述基站具有所述确定装置，并且其中所述目的地设备可操作用来在检测到这种偏差之后，向所述基站的所述确定装置发送确定所述中间设备的发送功率的变化的请求，所述基站的所述确定装置可操作用来接收所述请求并确定所述中间设备的发送功率的变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值。

10.根据权利要求8所述的通信系统，其中，经由所述中间设备将所述请求从所述目的地设备发送到所述控制装置。

11.根据权利要求10所述的通信系统，其中，所述中间设备包括：i)接收装置，可操作用来从所述目的地设备接收所述请求；以及ii)发送装置，可操作用来将所述请求或者从其导出的请求发送至所述基站的所述控制装置。

12.根据权利要求11所述的通信系统，其中，所述中间设备可操作用来在从所述目的地设备接收到所述请求之后，根据所述中间设备的最大发送功率来确定所述中间设备是否可以满足所述请求。

13.根据权利要求12所述的通信系统，其中，如果确定为不能满足来自所述目的地设备的所述请求，则所述中间设备可操作用来确定所述中间设备可以满足的修正请求，并将所述修正请求发送给所述基站的所述控制装置。

14.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述控制装置可操作用来在接收到改变所述中间设备的发送功率的请求之后，向所述中间设备发出命令，来命令改变所述中间设备的发送功率。

15.根据权利要求14所述的通信系统，其中，所述中间设备还包括命令接收装置，可操作用来从所述基站的所述控制装置接收这种命令。

16.根据权利要求15所述的通信系统，其中，所述中间设备可操作用来在接收到这种命令之后，根据所述命令改变其发送功率。

17.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述控制装置包括输入接收装置，可操作用来接收输入信号，所述输入信号表示了在所述中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的不平衡。

18.根据权利要求17所述的通信系统，其中，如果所述控制装置在接收到表示存在这种不平衡的输入信号之后，确定所请求的所述中间设备的发送功率的变化将倾向于增大任意这种不平衡，则所述控制装置可操作用来忽略改变所述中间设备的发送功率的所述请求。

19.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述中间设备还包括指标导出装置，可操作用来导出由所述中间设备接收的通信信号的质量的指标，其中所述中间设备和所述目的地设备可操作用来将所述指标发送给所述控制装置，所述通信系统还包括：不平衡检测装置，可操作用来检测由所述目的地设备导出的一个所述指标与由所述中间设备导出的一个所述指标之间的不平衡；并且其中，所述确定装置还可操作用来在所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定所述基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

20.根据权利要求19所述的通信系统，其中，所述基站可操作用来在由所述控制装置确定了所述基站的发送功率的所需变化之后，确定其是否可以执行所需变化。

21.根据权利要求20所述的通信系统，其中，如果所述基站确定为其不能执行所述的所需变化，则所述控制装置可操作用来确定发送功率的经修正的所需变化，并根据所述经修正的变化来改变其发送功率，所述经修正的所需变化倾向于减小所述不平衡。

22.根据权利要求21所述的通信系统，其中，所述控制装置可操作用来在确定经修正的所需变化之后，确定所述中间设备的发送功率的所需变化，该变化将导致所述目的地设备和所述中间设备的指标基本平衡。

23.根据权利要求22所述的通信系统，其中，所述控制装置可操作用来在确定了所述中间设备的发送功率的所需变化之后，向所述中间设备发送命令，来命令改变所述中间设备的发送功率。

24.根据权利要求23所述的通信系统，其中，所述中间设备还包括命令接收装置，其可操作用来从所述控制装置接收这种命令。

25.根据权利要求24所述的通信系统，其中，所述中间设备可操作用来在接收到这种命令之后，根据所述命令来改变其发送功率。

26.根据权利要求19所述的通信系统，其中，所述控制装置包括输入接收装置，可操作用来接收输入信号，所述输入信号表示了在所述中间设备处接收到的通信信号的质量的量度与在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量的量度之间的不平衡，并且其中所述输入信号包括由所述不平衡检测装置确定的不平衡的指标。

27.一种通信系统，其包括基站、目的地设备和中间设备，所述基站可操作用来经由所述中间设备将通信信号发送至所述目的地设备，其中所述目的地设备和所述中间设备中的每一个都包括：指标导出装置，可操作用来导出分别在所述目的地设备或所述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，其中所述中间设备和所述目的地设备可操作用来将所述指标发送给所述基站的指标接收装置，所述通信系统还包括：

i)不平衡检测装置，可操作用来检测由所述目的地设备导出的一个所述指标与由所述中间设备导出的一个所述指标之间的不平衡；以及

ii)设置在所述基站中的确定装置，可操作用来在由所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定所述基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

28.根据权利要求27所述的通信系统，其中，由所述中间设备和所述目的地设备中的每一个导出的一个所述指标包括在所述目的地设备或所述中间设备处接收到的通信信号的强度的量度。

29.根据权利要求27所述的通信系统，其中，由所述中间设备和所述目的地设备中的每一个导出的一个所述指标包括在所述目的地设备或所述中间设备处接收到的通信信号的信号与干扰及噪声比(SINR)的量度。

30.根据权利要求27所述的通信系统，其中，所述基站可操作用来在所述控制装置确定了所述基站的发送功率的所需变化之后，确定其是否可以执行该所需变化。

31.根据权利要求30所述的通信系统，其中，如果所述基站确定为其不能执行所述的所需变化，则所述基站可操作用来确定发送功率的经修正的所需变化，并根据所述经修正的变化来改变其发送功率，所述经修正的所需变化倾向于减小所述不平衡。

32.根据权利要求31所述的通信系统，其中，所述控制装置可操作用来在确定了经修正的所需变化之后，确定所述中间设备的发送功率的所需变化，该变化将导致所述目的地设备和所述中间设备的指标基本平衡。

33.根据权利要求32所述的通信系统，其中，所述控制装置可操作用来在确定了所述中间设备的发送功率的所需变化之后，向所述中间设备发送命令，来命令改变所述中间设备的发送功率。

34.根据权利要求33所述的通信系统，其中，所述中间设备还包括命令接收装置，其可操作用来从所述控制装置接收这种命令。

35.根据权利要求34所述的通信系统，其中，所述中间设备可操作用来在接收到这种命令之后，根据所述命令来改变其发送功率。

36.一种对一个或更多个设备的发送功率进行控制的方法，所述一个或更多个设备可操作用来在多跳通信系统中发送通信信号，所述通信系统包括基站、目的地设备和至少一个中间设备，所述基站可操作用来经由所述至少一个中间设备，向所述目的地设备发送通信信号，其中所述基站包括控制装置，所述方法包括以下步骤：

i)在所述目的地设备处，导出在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量的一个或更多个指标；

ii)检测由所述目的地设备导出的所述指标或所述多个指标之一相对于期望值的偏差；

iii)确定所述中间设备的发送功率的所需变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值；以及

iv)向所述控制装置发出对所述中间设备的发送功率进行所需变化的请求。

37.一种对一个或更多个设备的发送功率进行控制的方法，所述一个或更多个设备可操作用来在多跳通信系统中发送通信信号，所述通信系统包括基站、目的地设备和至少一个中间设备，所述方法包括以下步骤：

i)在所述目的地设备和所述中间设备处，导出分别在所述目的地设备或所述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；

ii)将所述指标发送至所述基站的指标接收装置；

iii)检测所述目的地设备与所述中间设备的指标之间的不平衡；以及

iv)确定所述基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

38.一种基站，其可操作用来经由一个或更多个中间设备向目的地设备发送通信信号，所述基站包括：

i)接收装置，可操作用来从目的地设备接收指标；以及指标偏差检测装置，可操作用来检测所述指标相对于期望值的偏差，所述指标表示了在目的地设备处接收到的通信信号的质量；或者

ii)接收装置，可操作用来从目的地设备接收改变所述中间设备的发送功率的请求，所述请求表示在所述目的地设备处接收到的通信信号的质量的指标相对于期望值的变化；以及

iii)确定装置，可操作用来在检测到从所述目的地设备接收到的一个所述指标的变化之后，或者在从所述目的地设备接收到请求之后，确定所述中间设备的发送功率的所需变化，该变化倾向于使所述指标变为所述期望值。

39.根据权利要求38所述的基站，还包括：

i)指标接收装置，可操作用来接收由所述目的地设备和所述中间设备中的每一个导出的一个或更多个指标，所述指标表示了分别在所述目的地设备或所述中间设备处接收到的通信信号的质量；

ii)不平衡检测装置，可操作用来检测由所述目的地设备导出的一个所述指标与由中间设备导出的一个指标之间的不平衡；以及

iii)所述确定装置还可操作用来在由所述不平衡检测装置检测到这种不平衡之后，确定所述基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

40.一种基站，其可操作用来在多跳通信系统中，经由一个或更多个中间设备，向目的地设备发送通信信号，所述基站包括：

i)指标接收装置，可操作用来接收由所述目的地设备和所述中间设备中的每一个导出的一个或更多个指标，所述指标表示了分别在所述目的地设备或所述中间设备处接收到的通信信号的质量；

ii)不平衡检测装置，可操作用来检测所述目的地设备与所述中间设备的指标之间的不平衡；以及

iii)设置在所述基站中的确定装置，可操作用来在所述不平衡检测装置检测到这种非平衡之后，确定所述基站的发送功率的所需变化，该变化倾向于减小这种不平衡。

41.根据权利要求1、19或27中的任意一项所述的通信系统，其中，所述中间设备是再生中继节点的一部分。

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