在蜂窝无线通信系统中确定多个发射功率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在蜂窝无线通信系统中确定多个发射功率的方法。进一步地，本 发明还设及一种通信设备、计算机程序和其中的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 长期演进化TC)是众所周知的手机和数据终端进行高速数据蜂窝无线通信的通 信标准。LTE基于GSM/邸GE与UMTS/服PA网络技术，通过使用一个不同的无线接口和核屯、 网改进增加了容量与速度。
[0003] LTE标准是由3GPP(第S代合作伙伴计划）研发且在其第8版文件系列中详细说 明，第9版中也描述了少量改进。高级LTE-LTE第10版旨在W经济的方式提供更高的比 特率，同时，完全满足ITU对高级IMT(也称4G)的要求。
[0004] 如图1所示，LTE的高级网络架构由W下S个主要部件构成：用户设备扣巧、演进 型通用陆地无线接入网巧-UTRAN)、演进型分组核屯、网巧PC)，其中，EPC是所述核屯、网：
[00化]?归属用户服务器化SS)部件从UMTS和GSM继承，是包含所有网络运营商用户信 息的中屯、数据库。
[0006] ?分组数据网络（PDN)网关（P-GW)使用SGi接口与外面世界，即分组数据网络PDN 通信。每个分组数据网络由一个接入点名称（APN)识别。所述PDN网关与UMTS和GSM中 的GPRS支撑节点（GGSN)和GPRS业务支撑节点（SGSN)的角色相同。
[0007] ?服务网关（S-GW)充当路由器在基站和PDN网关之间转发数据。
[0008] ?移动性管理实体（MME)通过信令消息W及归属用户服务器化SS)来控制移动设 备的高级运行。
[0009] ?策略控制和计费规则功能（PCRF)是没有在图1中示出的部件，负责策略控制决 策W及控制位于P-GW中的策略和计费执行功能（PCE巧的基于流的计费功能。
[0010] 每个eNB(即基站）通过所谓的Sl接口与EPC连接，所述eNB也可W通过X2接口 连接到附近的基站，主要用于切换时的信号发送和包转发。服务网关和PDN网关之间的接 口称为S5/S8。有两种略微不同的实现方式，即如果两个设备在相同网络中用S5,如果两个 设备在不同网络中用S8。
[0011] 进一步地，高级LTE网络中也考虑将中继用作工具来如改善高数据速率覆盖、组 移动性、临时网络部署、小区边缘吞吐量和/或在新区域中提供覆盖。
[0012] 运类系统中的中继节点（RN)通过所谓的与网络控制节点如基站相关联的施主小 区与无线接入网络进行无线连接。支持中继节点的架构如图2所示。该中继节点终止S1、 X2和化接口。中继技术主要用于增加小区覆盖和小区边缘的用户吞吐量，在运种意义上， RN可W将一个差信道替换为两个好信道，W提高小区边缘用户和基站之间信道的质量。
[0013] 然而，与没有中继节点的传统无线蜂窝网络相比，中继网络消耗更多能量，在运种 意义上，中继节点通常比肥使用更多的能量进行操作。网络容量和覆盖的增加大部分来自 于中继节点额外的能量消耗。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种方案，W减少或解决现有技术方案的缺点和问题。
[0015] 本发明另一目的在于提供一种在蜂窝中继网络中高效节能传输的方案。
[0016] 根据本发明第一方面，上述目标通过一种在蜂窝无线通信系统中确定多个发射功 率的方法实现，所述通信系统包括：至少一个网络控制节点、M个相邻中继节点j= 1，2,…， M和N个用户节点i= 1，2,…，N;所述M个中继节点服务于所述N个用户节点，所述网络 控制节点通过充当所述M个中继节点的施主网络控制节点，与所述M个中继节点合作；所述 方法包括如下步骤：
[0017] 通过将表示所述N个用户节点的信道容量总和与所述N个用户节点和所述M个中 继节点的发射功率总和的比率的效用函数最大化，同时计算每个用户节点和每 个中继节点的发射功率，其中Pf是用户节点i的发射功率，與f是中继节点j的发射功率。 [001引上述方法的不同实施例在附属权利要求中定义。
[0019] 此外，本方法可W包含在计算机程序中，当通过处理方法运行时，可使所述处理方 法执行本方法。一种计算机程序产品可W包括所述计算机程序和计算机可读介质。
[0020] 根据本发明第二方面，上述目标通过一种用于在蜂窝无线通信系统中进行通信的 通信设备实现，所述通信系统包括：至少一个网络控制节点、M个相邻中继节点j= 1，2,…， M和N个用户节点i= 1，2,…，N;所述M个中继节点服务于所述N个用户节点，所述网络 控制节点通过充当所述M个中继节点的施主网络控制节点，与所述M个中继节点合作；所述 通信设备包括：
[0021] 计算单元，用于通过将表示所述N个用户节点的信道容量总和与所述N个用户节 点和所述M个中继节点的发射功率总和的比率的效用函数/(pf，pP最大化，同时计算每 个用户节点和每个中继节点的发射功率，其中靜是用户节点i的发射功率，的是中继节点j的发射功率。
[0022] 所述通信设备可W根据本方法的不同实施例而作出必要的修改。
[0023] 本发明提供在蜂窝中继网络中计算用户节点和中继节点的发射功率的算法，所述 蜂窝中继网络通过新的效用函数来考虑所提到网络中的能效，即，信道容量对发射功率。因 此，通过将表示用W获得发射功率的效能的效用函数最大化，提供发射功率高效算法。从 而，在没有容量丢失情况下，提局中继网络的能效。
[0024] 此外，也为用户节点及其关联的中继节点和施主网络控制节点提供了合作中继方 案，进一步提供相对于现有技术的优势。
[00巧]W下将对本发明的更多应用和优势进行清晰具体的描述。
【附图说明】
[00%] 附图意在阐明和阐释本发明的各项实施例，其中：
[0027] 图1示出了LTE系统架构的概览图；
[0028] 图2示出了支持中继节点（RN)的E-UTRAN架构的概览图；
[0029] 图3示出了传统蜂窝网络（左图）和本发明的中继网络I(右图）的布局；
[0030] 图4示出了传统蜂窝网络（左图）和本发明的中继网络II(右图）的布局；
[0031] 图5示出了本发明实施例的合作中继方案中的不同无线信道和发送/接收流；
[0032] 图6是示出本发明合作方案实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明考虑并解决如何在蜂窝中继网络中实现能量消耗和容量之间的平衡，即定 义为容量除W其中的总能量消耗的容量效率。本发明提供新的方案，通过控制移动节点和 中继节点的发射功率，在没有容量丢失的情况下提高中继网络的能效。更精确地说，此处定 义的能效不必是发明人W前所知的知识。
[0034] 通过解出本发明的具体效用函数，分别决定用户节点扣脚和中继节点（RN)的发 射功率。通常情况下，本方法包括如下步骤：通过将表示所述N个UN的信道容量总和与所 述N个UN和M个RN的发射功率总和的比率的效用函数/.(Pf，pj)最大化，同时计算每个 UN(例如，移动台，如肥）和每个RN的发射功率，其中巧f是UNi的发射功率，Pf是RNj的 发射功率。相应的，所述UN和RN在上行链路中发送通信信号W及所述计算出的各自的发 射功率。
[0035] 本效用函数构造为最大化所述容量与总效能的比率，但是是有限制的，即根据实 施例，每个UN的信道容量都超过给定的信道容量阔值0。。根据本发明另一实施例，所述效 用函数对UN和RN各自的发射功率都有限制，因此所述效用函数可W表示为：
[0037]S.t.0C; 阳0 測巧Un<P^ 巧Un含的含巧mx，1 = 12,…NJ=1，2，...M。
[0039] 其中，0C是最小容量阔值，/端,.!、巧;;!n、償。X、铅。X分别是UN和RN的最小 和最大发射功率的预设阔值，是UNi的信号发射功率，口y化RNj的信号发射功率，N是UN的个数，M是RN的个数，。是UNi的容量。
[0040] 所述信道容量阔值0C可W是固定的（即静止的）或者是随时间变化并取决于一 个或多个其他参数。根据一个实施例，上述参数可W，如设及UN的分布，或网络控制节点 (NCN)为所述UN和所述NCN间的直接通信而设置的容量阔值。
[0041] 本计算发射功率的方法可W在蜂窝系统的任何合适的NCN中执行。根据优选实施 例，该计算在所述NCN中执行，随后通过适合的信道发送给所述UN和RN。因此，UN和RN的 发射功率可W当作快或慢功率控制环路中的功率控制来执