УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ, ПРОГРАММА И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ
COMMUNICATION CONTROL DEVICE, COMMUNICATION CONTROL METHOD, PROGRAM AND SYSTEM OF COMMUNICATION CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству управления связью, способу управления связью, программе и системе управления связью.
Уровень техники
Как отмечено Федеральной комиссией по связи (FCC), главной причиной «истощения» частотных ресурсов для беспроводной связи является неэффективная политика распределения частот (см. Непатентную литературу 1 ниже). Большинство частотных ресурсов выделяют конкретному провайдеру с эксклюзивной лицензией и накладывают жесткие ограничения на мощность передач на этих частотных ресурсах, чтобы предотвратить взаимные помехи. В таких условиях была разработана система так называемого когнитивного радио, представляющая собой систему беспроводной связи, где устройства беспроводной связи способны адаптивно изменять параметры работы. С появлением когнитивного радио во многих странах была разработана новая политика с целью открыть частотные ресурсы в пределах, не вызывающих недопустимых помех, для пользователей, не имеющих лицензии.
Система связи провайдера, обладающего лицензией на некоторый частотный канал, именуется первичной системой (PS). С другой стороны, система связи, вторично использующая частотный канал, защищенный в пользу первичной системы, именуется вторичной системой (SS). Способы вторичного использования частотного канала разделяются на две группы. Первая группа подходов называется «оппортунистический доступ к спектру» (opportunistic spectrum access) или гибкий доступ к спектру и контролирует частотный ресурс первичной системы, чтобы обнаружить факт отсутствия абонента первичной системы (абонента PS) и позволить абоненту вторичной системы (абоненту SS) использовать найденное так называемое спектральное «окно» (spectrum hole) (см. Непатентную литературу 2 ниже). Вторая группа подходов состоит в распределении и совместном использовании спектра, согласно которому распознают одновременное присутствие абонента PS и абонента SS и управляют параметрами, такими как мощность передачи во вторичной системе связи, чтобы не допустить создание абонентом SS помех, превышающих уровень, допустимый для абонента PS (см. Непатентную литературу 3 ниже). Каждый подход важен с точки зрения эффективного использования частотных ресурсов.
Список литературы
Непатентная литература
Непатентная литература 1: Федеральная комиссия по связи, Технический отчет «Задачи спектральной политики» (Federal Communications Commission, "Spectrum policy task force" ET Docket No. 02-135, Nov. 2002, Technical Report).
Непатентная литература 2: Дж. Митола и Дж.К. Магвайр «Когнитивное радио: повышение степени персонализации программируемого радио» (J. Mitola and G.Q. Maguire, "Cognitive radio: Making software radios more personal" IEEE Personal Communications, vol. 6, no. 4, pp. 13-18, August 1999).
Непатентная литература 3: С.Хайкин «Когнитивное радио: Усиленная разумом радиосвязь» (S. Haykin, "Cognitive radio: Brain-empowered wireless communications" IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol. 23, no. 2, pp. 201-220, February 2005).
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Применительно к указанной выше второй группе подходов, иными словами, совместному использованию спектра, помехи, создаваемые для абонента PS, часто оценивают путем вычитания потерь в тракте (от абонента SS к абоненту PS) из мощности передач абонента SS. Потери в тракте зависят не только от расстояния между абонентами, но и от замираний и изменяются во времени. Поэтому, согласно существующему способу помехи оценивают на основе средней величины или минимальной величины потерь в тракте, определенной за заданный промежуток времени, чтобы определить мощность передач абонента SS. Однако согласно существующему способу, когда потери в тракте увеличиваются на короткое время, абонент SS не может эффективно использовать запас увеличения мощности, обусловленный увеличением потерь в тракте. Поэтому пропускная способность вторичной системы связи не оптимизирована. С другой стороны, обмен сигналами между передающей стороной и приемной стороной необходим для оценки изменяющихся потерь в тракте с высокой точностью. Вследствие этого, когда оценка помех основана на данных о потерях в тракте в коротком цикле, сигнализационные издержки увеличиваются.
Поэтому желательно разработать и реализовать механизм, который делает возможным для вторичной системы связи более эффективное использование частотных ресурсов по сравнению с существующим способом без чрезмерного увеличения сигнализационных издержек.
Решение проблемы
Согласно настоящему изобретению предложено устройство управления связью, содержащее модуль управления мощностью для определения мощности передач и беспроводного сигнала, передаваемого устройством, создающем помехи, с использованием индекса замираний, оцениваемого на основе изменений относительно расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
Далее, согласно настоящему изобретению предложен способ управления связью, реализуемый устройством управления связью, осуществляющим управление мощностью передач устройства, создающего помехи, указанный способ управления связью содержит этап, на котором управляют мощностью передачи беспроводного сигнала от устройства, создающего помехи, с использованием индекса замираний, оцениваемого на основе относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
Далее, согласно настоящему изобретению предложена программа, в соответствии с которой компьютер, осуществляющий управление работой устройства управления связью, выполняет функции модуля управления мощностью, выполненного с возможностью управления мощностью передачи беспроводного сигнала, передаваемого устройством, создающим помехи, с использованием индекса замираний, оцениваемого на основе относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
Далее, согласно настоящему изобретению предложена система управления связью, содержащая устройство беспроводной связи второй системы беспроводной связи, расположенное в соте первой системы беспроводной связи, и устройство управления связью, выполненное с возможностью определения мощности передачи беспроводного сигнала, передаваемого устройством беспроводной связи так, чтобы исключить создание недопустимых помех для первой системы беспроводной связи, с использованием индекса замираний, оцениваемого на основе относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
Преимущества изобретения
Согласно технологии настоящего изобретения пропускная способность связи во вторичной системе связи может быть увеличена по сравнению с результатами, достижимыми при использовании существующих способов, без чрезмерного увеличения сигнализационных издержек.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую схему распределения спектра для совместного использования.
Фиг. 2 представляет диаграмму, иллюстрирующую пример известного способа управления мощностью передач вторичной системы связи.
Фиг. 3 представляет диаграмму, иллюстрирующую новую модель учета помех концептуально.
Фиг. 4 представляет схему, иллюстрирующую пример конфигурации системы управления связью согласно одному из вариантов.
Фиг. 5 представляет схему, иллюстрирующую пример конфигурации устройства управления связью.
Фиг. 6 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример общей последовательности операций процесса управления связью.
Фиг. 7 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример подробной последовательности операций процесса построения формулы для вычисления мощности.
Фиг. 8 представляет логическую схему, иллюстрирующую другой пример подробной последовательности операций процесса построения формулы для вычисления мощности.
Осуществление изобретения
Далее предпочтительные варианты настоящего изобретения будут рассмотрены подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Отметим, что в настоящем описании и на чертежах элементам, имеющим по существу одинаковые функции и структуры, присвоены одни и те же позиционные обозначения, а повторное пояснение опущено.
Кроме того, описание будет дано в следующем порядке.
I. Общий обзор
1-1. Распределение спектра для совместного использования
1-2. Техническая проблема
1-3. Новая модель учета помех
II. Пример конфигурации системы управления связью
2-1. Краткое описание системы
2-2. Пример конфигурации устройства управления связью
2-3. Последовательность операций
III. Заключение
I. Общий обзор
1-1. Распределение спектра для совместного использования
Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую схему распределения спектра для совместного использования в соответствии с технологией согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 показана базовая станция (в дальнейшем именуемая базовой станцией PS) 10 первичной системы связи. Эта первичная система представляет собой систему беспроводной связи провайдера, обладающего лицензией на некоторый частотный канал. Базовая станция PS предоставляет услуги беспроводной связи одному или более терминалам (в дальнейшем именуемым терминалами PS) 14 в первичной системе связи, расположенным в соте 12, в частотном канале, на который имеется лицензия (далее - лицензированный канал). Здесь, когда число активных терминалов PS, расположенных в соте 12, мало, в частотных ресурсах первичной системы образуется излишек (неиспользуемые ресурсы). Если провайдер, не имеющий лицензии, совсем не может использовать частотный канал, защищенный для первичной системы, эффективность использования частотных ресурсов снижается. С другой стороны, если не имеющий лицензии провайдер может свободно оперировать в пределах своих собственных услуг беспроводной связи, возможно создание недопустимых помех для услуг беспроводной связи, которые предоставляет первичная система связи и которые должны быть, естественно, защищены. Таким образом, с точки зрения повышения эффективности использования частотных ресурсов? доказано, что не имеющий лицензии провайдер должен вторично использовать излишние частотные ресурсы первичной системы связи в пределах, не создающих недопустимых помех.
В примере, показанном на фиг. 1, базовая станция (в дальнейшем именуемая базовой станцией SS) 20, являющаяся главным узлом вторичной системы связи, и один или более терминалов (в дальнейшем именуемых терминалами SS) 24 вторичной системы связи расположены в соте 12 первичной системы связи. Базовая станция SS 20 является устройством управления связью, оперирующим во вторичной системе связи посредством вторичного использования частотного канала, защищенного в пользу первичной системы связи. Эта базовая станция SS 20 может быть, например, точкой радио доступа, базовой станцией фемтоячейки, базовой станцией «горячей зоны», удаленным радио блоком (remote radio head (RRH)), либо устройством какого-либо другого типа, обладающим функциями когнитивного радио. Здесь, например, когда передача беспроводного сигнала 26 от терминала SS 24 происходит в одно и то же время с передачей сигнала 16 нисходящей линии от базовой станции PS 10, этот радиосигнал 26 может создавать взаимные помехи с сигналом 16 нисходящей линии в терминале PS 14. Вследствие этого, базовая станция SS 20 управляет мощностью передач терминала SS 24 таким образом, чтобы уровень помех, наблюдаемый в терминале PS14, не превышал допустимого уровня. Кроме того, базовая станция SS 20 управляет мощностью своих собственных передач таким же образом. Соответственно, реализуется безопасное распределение спектра для совместного использования между первичной системой связи и вторичной системой связи. Кроме того, когда вторичная система связи передает радиосигнал в моменты передач в восходящей линии (не в моменты передач в нисходящей линии), базовая станция PS 10 является целью защиты при распределении спектра для совместного использования.
1-2. Техническая проблема
В общем случае, помехи, создаваемые для первичной системы связи, оценивают путем вычитания потерь в тракте между устройством, создающим помехи (например, терминалом SS 24, показанным на фиг. 1) из вторичной системы связи и устройством, для которого создаются помехи, (например, терминалом PS 14, показанным на фиг. 1) в первичной системе связи из мощности передач устройства, создающего помехи. Однако потери в тракте зависят не только от местонахождения терминала, но и от факторов замираний, таких как замирания вследствие многолучевого распространения и замирания вследствие затенения, и изменяются во времени. Поэтому трудно оценить потери в тракте в коротком цикле. Вследствие этого, согласно существующему способу вычисляют среднюю величину или минимальную величину оценки потерь в тракте за каждый период времени заданной продолжительности и управляют мощностью передач во вторичной системе связи на основе индикатора этих потерь.
ave
wrst
0
ave
wrst
Фиг. 2 представляет схему, иллюстрирующую пример существующего способа управления мощностью во вторичной системе связи. На фиг. 2 по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной оси оценка величины потерь в тракте, и построен график изменений оценочной величины потерь в тракте в функции времени. Согласно существующему способу, например, вычисляют среднюю величину L или минимальную величину L оценки потерь в тракте за период времени TL. Затем, используя найденную среднюю величину L или минимальную величину L, определяют мощность передач во вторичной системе связи в пределах, не создающих помех, превышающих допустимый уровень, для первичной системы связи.
00
01
02
03
04
05
ave
ave
wrst
0
Здесь, например, в периоды времени от момента T до момента Т, от момента Т до момента Т, и от момента Т до момента Т, оценочная величина потерь в тракте превышает среднюю величину L. Таким образом, если мощность передач во вторичной системе связи определять с использованием средней величины L, тогда мощность передач, соответствующая заштрихованной на чертеже области RO1, не используется, хотя на самом деле ее использовать можно. Кроме того, если мощность передач во вторичной системе определять согласно минимальной величине L, тогда мощность передач, соответствующая обеим областям - области RO1 и «заштрихованной» на чертеже точками области RO2, не используется, хотя на самом деле ее использовать можно. Эту неэффективность можно разрешить путем укорочения периода TL. Однако недостатком такого решения является увеличение сигнализационных издержек, сопровождающих оценку потерь в тракте и передачу соответствующих сообщений обратной связи в коротком цикле.
1-3. Новая модель учета помех
1. Основные принципы
Таким образом, технология согласно настоящему изобретению предлагает новую модель учета помех для управления мощностью передач с использованием вместо потерь в тракте индекса замираний, оценить который легче, чем потери в тракте. Фиг. 3 представляет диаграмму, иллюстрирующую новую модель учета помех концептуально. В примере, показанном на фиг. 3, график, выполненный штриховой линией, представляет девиацию оценочной величины потерь в тракте. В общем случае, когда вклад замираний изменяется, вариации потерь в тракте изменяются вместе с самими потерями в тракте. Таким образом, оценочная величина потерь в тракте и девиация этой величины коррелированны одна с другой. Поэтому в новой модели учета помех параметр, именуемый «индекс замираний» и относящийся к девиации оценочной величины потерь в тракте, используется для построения формулы для вычисления мощности в функции от индекса замираний. Формула для вычисления мощности построена с использованием так называемого «принципа заполнения водой». В этом случае мгновенное значение индекса замираний оценивают простым способом и подставляют оценку мгновенного значения в формулу для вычисления мощности, чтобы определить мощность передач вторичной системы. Поэтому мощность передач вторичной системы может быть увеличена на величину, соответствующую областям RO1 и RO2, показанным на фиг. 2. Следовательно, можно повысить эффективность использования частотных ресурсов.
2. Построение формулы для вычисления мощности
ss
C
рр
ps
ss
sp
sp
В новой модели учета помех сделаны следующие допущения. Иными словами, в чертеже на фиг. 1 предполагается, что вероятность нахождения терминала PS 14 в любой точке ячейки 12 первичной системы связи одинакова. Кроме того, предполагается, что вероятность нахождения терминала SS 24 в любой точке круглой области с радиусом r вокруг базовой станции SS 20 также одинакова. Здесь радиус ячейки 12 равен R, расстояние между базовой станцией PS 10 и терминалом PS 14 равно r, расстояние между базовой станцией PS 10 и базовой станцией SS 20 равно r, расстояние между базовой станцией SS 20 и терминалом SS 24 равно r, расстояние между терминалом SS 24 и терминалом PS 14 равно r, угол между трактом (лучом) от базовой станции PS 10 к терминалу PS 14 и трактом (лучом) от базовой станции PS 10 к базовой станции SS 20 равен θ и угол между лучом от базовой станции SS 20 к базовой станции PS 10 и лучом от базовой станции SS 20 к терминалу SS 24 равен φ. Кроме того, индекс замираний для сигнала помех от терминала SS 24 к терминалу PS 14 равен ξ. Расстояние между узлами и функция совместной плотности вероятности для узла связаны Формулой (1) ниже.
Математическое выражение
ss
S
ss
SP
SP
Если мощность передач, исходящих от передающей станции (в дальнейшем именуется передающая станция SS; например, терминал SS 24) вторичной системы связи, отстоящей от базовой станции SS 20 на расстояние r, обозначена P (r, ξ) в качестве функции индекса ξ замираний, то, поскольку величины r и ξ независимы, средняя величина потерь отношения сигнала к шумам и помехам (SINR) для приемной станции (в дальнейшем именуется приемная станция; например, терминал PS 14) в первичной системе связи может быть выражена Формулой (2) ниже.
Математическое выражение 2
где
ξsp
UE
p
path
UE, UE
SP
В Формуле (2) функция f (ξ) представляет гауссовское распределение с нулевым средним значением при стандартном отклонении σ [дБ] индекса замираний. В Формуле (3) параметр G обозначает коэффициент усиления антенны терминала, N обозначает мощность шумов в устройстве, для которого создаются помехи. Функция En {G,  (r)} представляет собой ожидаемую величину потерь в тракте, иными словами, вычисленную функцию совместной плотности вероятности для расстояния между узлами, выраженную Формулой (1).
sp
ss
Здесь средняя величина отношения сигнал/шум (SIR) для приемной станции (в дальнейшем именуемой приемная станция SS) во вторичной системе связи представляет собой функцию индекса ξ замираний и расстояния r, как это выражено в следующих формулах.
Математическое выражение 3
где
р
BS
path, UE, UE
ss
path, BS, UE
ps
В формуле (5), Р обозначает мощность передач базовой станции PS 10, G обозначает коэффициент усиления антенны базовой станции PS 10 и G (r) обозначает потери в тракте между передающей станцией SS и приемной станцией SS. Функция En {1/G (r)} представляет собой ожидаемое значение обратной величины потерь в тракте, вычисленной на основе функции совместной плотности вероятности для расстояния между узлами, как в Формуле (1).
На основе неравенства Йенсена верхняя граница эргодической пропускной способности может быть выражена следующей формулой. Кроме того, единицей измерения эргодической пропускной способности является (бит/с)/Гц (bps/Hz).
Математическое выражение 4
В последующем описании суффиксы будут для краткости опущены. Задача оптимизации с заданными ограничениями, как в следующих формулах, была сформулирована с целью максимизации верхней границы пропускной способности вторичной системы связи.
Математическое выражение 5
где
loss, tol
В Формуле (8), SINR обозначает допустимую величину потерь отношения SINR для первичной системы связи. Параметр к является параметром модели учета помех, вычисленный по Формуле (3). Оператор Лагранжа для решения задачи оптимизации с заданными ограничениями согласно Формуле (7) представлен следующей формулой.
Математическое выражение 6
S
В результате дифференцирования оператора Лагранжа по P (ξ), получается следующая формула.
Математическое выражение 7
S
S
0
Когда уравнение для P (ξ) решено при ограничении P(ξ)≥0, решение по принципу заполнения водой, имеющее величину ξ порога отсечки, получают по следующей формуле.
Математическое выражение 8
S
ss
ξsp
SP
0
loss, tol
0
Формула (11) указывает, что мощность P (r, ) равна нулю в период времени, когда индекс ξ замираний между передающей станцией SS (устройство-источник помех) и терминалом PS (устройство, для которого создаются помехи) превосходит величину ξ [дБ] порога отсечки. Следовательно, удовлетворяется ограничение, что потери отношения SINR, наблюдаемые в терминале PS, меньше допустимого уровня SINR. Величину ξ порога отсечки вычисляют посредством следующего уравнения, записанного в замкнутой форме.
Математическое выражение 9
sp
Кроме того, в предположении гауссовского распределения с нулевой средней (нормальное распределение) Формула (12) может быть эквивалентно заменена следующей формулой с использованием заданного стандартного отклонения σ [дБ] для индекса ξ замираний.
Математическое выражение 10
В Формуле (13), Q(⋅) представляет собой функцию Q вероятности больших отклонений для стандартного нормального распределения.
ss
ss
S
ss
sp
0
sp
В новой модели учета помех величина £о порога отсечки может быть рассчитана путем вычисления параметров к (r), χ(r) и у и решения уравнений по Формуле (12) или Формуле (13). Тогда формула вычисления мощности (Формула (11)) для вычисления мощности P (r, ξ) передач может быть построена с использованием вычисленной величины ξ порога отсечки. Аргументов формулы (11) для вычисления мощности является только индекс ξ замираний. Поскольку предполагается, что взаимное расположение первичной системы связи и вторичной системы связи является вероятностным, реально измеренная величина потерь в тракте между передающей станцией SS и терминалом PS не может быть использована при построении формулы для вычисления мощности.
sp
В соответствии с технологией согласно настоящему изобретению после построения формулы для вычисления мощности можно определить мощность передач, излучаемую передающей станцией SS, с использованием индекса ξ замираний, оцениваемого на основе относительного перемещения устройства, создающего помехи.
3. Оценка индекса замираний
Мгновенное значение индекса замираний может быть оценено, например, с использованием способа оценки замираний на основе метода наименьших квадратов, который будет рассмотрен ниже. Этот способ оценки замираний на основе метода наименьших квадратов был описан, например, в статьях «Экспериментальный анализ совместных статистических свойств разброса азимута, разброса задержки и замираний вследствие затенения» ("Experimental analysis of the joint statistical properties of azimuth spread, delay spread, and shadow fading" (A. Algans, К.I. Pedersen, and P.E. Mogensen, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol. 20, no. 3, pp. 523-531, April 2002)) и «Корреляция крупномасштабных параметров между объектами и внутри объекта, полученных путем измерения макроячеек на частоте 1800 МГц» ("Inter - and intrasite correlations of large-scale parameters from macrocellular measurements at 1800 mhz" (N. Jalden, P. Zetterberg, B. Ottersten, and L. Garcia, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2007)).
sh
ch
Когда расстояние между устройством, создающим помехи, и устройством, для которого создаются помехи, равно d, соотношение между индексом h замираний и зависящими от расстояния потерями h (d) в тракте согласно способу оценки замираний на основе метода наименьших квадратов выражено следующей формулой. Математическое выражение 11
0
i
0
0
i
Предполагается, что расстояние d равно сумме опорного расстояния d и приращения (изменения) d относительного расстояния по сравнению с опорным расстоянием d (d=d+d). Тогда Формулу (14) переписывают следующим образом.
Математическое выражение 12
Здесь разложение в ряд Тейлора для х в интервале -1<х≤1 представлено следующим образом.
Математическое выражение 13
10
i
0
i
0
Соответственно, когда разложение в ряд Тейлора осуществляется для функции log(1+d/d) в диапазоне -1<d/d<1, то с упором на третий член Формулы (15) получена следующая приближенная формула. Кроме того, отброшены третий и последующие члены разложения в ряд Тейлора.
Математическое выражение 14
где
Аппроксимирующая формула, полученная в результате дальнейшего обобщения Формулы (17), выглядит следующим образом. Математическое выражение 15
i
0
i
0
i
0
Здесь, при условии, что m задает приращение d относительного расстояния по сравнению с опорным расстоянием d и что подготовлены результаты измерения мощности P приема на расстоянии d=d+d (i=1, 2, …, m), построена следующая система уравнений. Здесь также предполагается, что |di|<d и что m в достаточной степени больше n.
Математическое выражение 16
0
1
n
В результате решения уравнения Формулы (19) методом наименьших квадратов получают вектор а=(а, a, …, a) коэффициентов, выраженный следующей формулой.
Математическое выражение 17
0
1
n
i
В результате, если вектор а=(а, a, …, а) коэффициентов может быть получен заранее путем решения системы уравнений по Формуле (19), мгновенное значение индекса замираний можно оценить на основе расстояния по вертикали между средней мощностью приема и величиной оценки зависящих от расстояния потерь в тракте, полученной на основе полинома (18) для конкретного относительного расстояния d. Затем можно определить мощность передач, исходящих от передающей станции SS, путем подстановки оценки мгновенного значения индекса замираний в формулу (11) для вычисления мощности.
Кроме того, расчет оценки мгновенного значения индекса замираний не ограничивается рассмотренным здесь примером и может быть выполнен другими способами.
II. Пример конфигурации системы управления связью
В этом разделе будет рассмотрен пример варианта системы управления связью, которая управляет мощностью передач во вторичной системе связи с использованием описанной выше модели учета помех.
2-1. Общий обзор системы
На фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая конфигурацию системы 1 управления связью согласно одному из вариантов. Как показано на фиг. 4, система 1 управления связью содержит базовую станцию PS 10, терминал PS 14, базовую станцию SS 20, терминал SS 24 и сервер 30 данных.
Сервер 30 данных представляет собой серверное устройство, имеющее базу данных для управления вторичным использованием частотного канала во вторичной системе связи. Этот сервер данных собирает системную информацию относительно первичной системы связи от базовой станции PS 10. Эта системная информация, собранная от базовой станции PS 10, может содержать, например, местонахождение базовой станции PS 10, радиус ячейки, коэффициент усиления антенны, мощность шумов, мощность передач базовой станции PS 10, допустимые потери отношения SINR и другую подобную информацию. Затем, когда начинает работать вторичная система связи, сервер 30 передает системную информацию относительно первичной системы связи в адрес базовой станции SS 20 в ответ на запрос от этой базовой станции SS 20. Сервер 30 данных может сообщить в адрес базовой станции SS 20 такую информацию, как спектральная маска и частотный канал для использования вторичной системой связи. Связь между базовой станцией SS 20 и сервером 30 данных может осуществляться, например, через какую-нибудь сеть связи, такую как Интернет. Кроме того, базовая станция SS 20 может непосредственно принимать системную информацию относительно первичной системы связи от базовой станции PS 10.
В рассматриваемом варианте базовая станция SS 20 работает в качестве устройства управления связью, которое управляет мощностью передач базовой станции SS 20 и мощностью передач терминала SS 24. Базовая станция SS 20 определяет мощность передач, исходящих от передающей станции SS (например, от базовой станции SS 20 или терминала SS 24), с использованием мгновенного значения индекса замираний согласно рассмотренной выше модели учета помех. После построения формулы для вычисления мощности, использующей принцип заполнения водой, можно периодически обновлять в коротком цикле только индекс замираний, подставляемый в эту построенную формулу для вычисления мощности. Формула вычисления мощности может быть построена заново, когда помехи, наблюдаемые в первичной системе связи, превышают допустимый уровень (иными словами, происходит нарушение допустимых пределов помех). Терминал PS 14 (или базовая станция PS 10) передает отчет о наблюдаемом уровне помех периодически или в случае обнаружения превышения допустимого уровня помех. Базовая станция SS 20 принимает отчет о наблюдаемом уровне помех и может построить заново (иными словами, модифицировать) формулу для вычисления мощности в случае необходимости. Соответственно, защита первичной системы связи оказывается усилена.
Кроме того, функции устройства управления связью, осуществляющего управление мощностью передач во вторичной системе связи, вместо базовой станции SS 20 может выполнять сервер 30 данных или какой-либо другой узел.
2-2. Пример конфигурации устройства управления связью
На фиг. 5 представлена схема, иллюстрирующая пример конфигурации устройства 20 управления связью. Как показано на фиг. 5, устройство 20 управления связью содержит модуль 110 связи с сетью, модуль 120 беспроводной связи, запоминающее устройство 130, и модуль 140 управления. Этот модуль 140 управления содержит модуль 150 сбора данных и модуль 160 управления мощностью.
Модуль 100 связи с сетью представляет собой интерфейс связи для осуществления связи между устройством 20 управления связью и сервером 30 данных. Связь между устройством 20 управления связью и сервером 30 данных может быть реализована посредством проводной связи, беспроводной связи или с использованием сочетания этих видов связи.
Модуль 120 беспроводной связи представляет собой интерфейс беспроводной связи для устройства управления связью с целью предоставления услуг беспроводной связи одному или более терминалам SS 24. Этот модуль 120 беспроводной связи передает радиосигнал в частотном канале, защищенном в пользу первичной системы, с использованием мощности передачи, которая может быть определена в соответствии с рассмотренной выше моделью учета помех.
Запоминающее устройство 130 хранит программу и данные для работы устройства 20 управления связью с использованием носителя записи, такого как жесткий диск или полупроводниковое запоминающее устройство. Например, запоминающее устройство 130 хранит системную информацию относительно первичной системы связи, которая была получена от сервера 30 данных. Кроме того, запоминающее устройство 130 хранит параметр, подготовленный или вычисленный для мощности передач во вторичной системе связи.
Модуль 140 управления соответствует процессору, такому как центральный процессор (CPU) или цифровой процессор сигнала (DSP). Модуль 140 управления активизирует различные функции устройства 20 управления связью путем выполнения программы, хранящейся в запоминающем устройстве 130 или на другом носителе записи.
Модуль 150 сбора данных осуществляет сбор данных, необходимых для управления мощностью передач посредством модуля 160 управления мощностью. Например, когда вторичная система начинает работать, модуль 150 сбора данных получает системную информацию о первичной системе от сервера 30 данных. Кроме того, модуль 150 сбора данных осуществляет сбор такой информации, как местонахождение, коэффициент усиления антенны и максимальная мощность передач, относительно терминала SS 24, присоединившегося к вторичной системе связи.
Модуль 160 управления мощностью определяет мощность передач беспроводного сигнала, передаваемого от устройства, создающего помехи, из вторичной системы связи, таким образом, чтобы не создавать помех, превышающих допустимый уровень, для работы устройства, для которого создаются помехи, в первичной системе связи. Кроме того, если терминал SS 24 передает беспроводной сигнал в моменты, когда происходят передачи сигнала нисходящей линии в первичной системе связи, терминал SS 24 является устройством, создающим помехи, а терминал PS 14 является устройством, для которого создаются помехи. С другой стороны, если терминал SS 24 передает беспроводной сигнал в моменты, когда происходят передачи сигнала восходящей линии в первичной системе связи, базовая станция PS 10 оказывается устройством, для которого создаются помехи. Когда базовая станция SS 20 передает радиосигнал, эта базовая станция SS 20 является устройством, создающим помехи.
0
Более конкретно, модуль 160 управления мощностью определяет мощность передач устройства, создающего помехи, с использованием мгновенного значения индекса замираний, оцениваемого на основе приращения (изменения) относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, для которого создаются помехи, в соответствии с рассмотренной выше моделью учета помех. Мгновенное значение индекса замираний оценивают периодически в коротком цикле и динамически обновляют величину мощности передач с использованием полученной оценки мгновенного значения. Мощность передач определяют путем подстановки мгновенного значения индекса замираний в рассмотренную выше формулу (11) для вычисления мощности, воплощающую принцип заполнения водой, например. Величина ξ порога отсечки в формуле для вычисления мощности зависит от девиации замираний и вычисляется с использованием параметров κ, χ и γ модели учета помех.
i
Мгновенное значение индекса замираний можно оценивать в устройстве 20 управления связью. В альтернативном варианте мгновенное значение индекса замираний можно оценивать в других устройствах (например, в индивидуальном терминале SS 24). В первом случае модуль 160 управления мощностью периодически оценивает мгновенное значение индекса замираний применительно к каждому устройству-источнику помех на основе изменения относительного расстояния до устройства, создающего помехи, иными словами, величины относительного перемещения (отсчитываемого от опорной точки), соответствующего рассмотренному выше параметру d. В последнем случае мгновенное значение индекса замираний оценивают в каком-либо устройстве, после чего оценку мгновенного значения это устройство передает, а модуль 110 связи с сетью принимает указанную оценку.
Модуль 160 управления мощностью передает каждому устройству, создающему помехи, команду использовать динамически обновляемую величину мощности передачи (или меньшую мощность передачи). В результате пропускная способность связи во вторичной системе связи оказывается оптимизирована в таких пределах, где потери отношения SINR, выраженные Формулой (2), не превышают допустимого уровня потерь отношения SINR для первичной системы связи. Однако рассмотренная выше модель помех основана на вероятностном подходе и не может полностью «обнулить» риск возникновения недопустимых помех. Поэтому модуль 160 управления мощностью заново строит формулу вычисления мощности, когда динамически обновляемая мощность передач приводит к созданию помех, превосходящих допустимый уровень помех применительно к устройству, для которого создаются помехи. Возникновение помех, превосходящих допустимый уровень, можно определить после приема отчета о наблюдениях от устройства, для которого создаются помехи (например, от терминала PS 14).
0
0
Например, запоминающее устройство 130 предварительно сохраняет преобразовательную таблицу, отображающую индикатор качества, измеренный в устройстве, для которого создаются помехи, на параметр, входящий в состав формулы для вычисления мощности. Здесь в качестве индикатора качества можно использовать какой-либо индикатор, зависящий от величины помех. Например, таким индикатором качества может быть абсолютная величина помех, относительная величина помех, отсчитываемая от допустимого уровня, абсолютную величину потерь отношения SINR, относительную величину потерь отношения SINR, отсчитываемую от допустимого уровня потерь отношения SINR, или другой подобный параметр. В качестве указанного параметра, входящего в состав формулы для вычисления мощности, можно использовать, например, один или несколько из совокупности рассмотренных выше параметров κ, χ и γ модели учета помех и величины ξ порога отсечки. Тогда, при приеме отчета о наблюдениях помех от устройства, для которого создаются помехи, модуль 160 управления мощностью заново строит формулу для вычисления мощности в соответствии с индикатором качества, входящим в состав отчета о наблюдениях помех, со ссылками на преобразовательную таблицу, сохраняемую в запоминающем устройстве 130. Например, когда при наблюдениях обнаружены недопустимые помехи, уровень которых превышает допустимый уровень на величину ΔI, величину ξ порога отсечки можно уменьшить на величину ΔI.
2-3. Последовательность операций
1/ Общая последовательность
Фиг. 6 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример общей последовательности операций процесса управления связью согласно рассматриваемому варианту.
Как показано на фиг. 6, сначала, когда вторичная система связи начинает работать, модуль 150 сбора данных, получает системную информацию относительно первичной системы связи от сервера 30 данных (этап S110). Кроме того, этот модуль 150 сбора данных, получает системную информацию относительно вторичной системы связи, такую как коэффициент усиления антенны и местонахождение устройства, создающего помехи (этап S120).
i
i
Затем модуль 160 управления мощностью получает вектор коэффициентов для оценки индекса замираний (этап S130). Этот вектор коэффициентов может быть предварительно вычислен посредством решения описанной выше системы уравнений (19) методом наименьших квадратов на стадии инициализации процесса управления (или раньше) на основе множества групп из измеренных значений мощности P приема и соответствующих приращений d (изменений) относительного расстояния до устройства, создающего помехи.
Далее модуль 160 управления мощностью выполняет построение формулы для вычисления мощности в соответствии с описанной выше моделью учета помех с использованием информации, полученной на этапах S110 и S120 (этап S140). Подробная последовательность операций будет дополнительно рассмотрена позднее.
sp
i
Затем модуль 160 управления мощностью оценивает мгновенное значение ξ индекса замираний относительно каждого устройства, создающего помехи, с использованием величины относительного смещения d каждого устройства, создающего помехи, от опорной точки и вектора коэффициентов, полученного на этапе S130 (этап S150). Кроме того, может быть выполнена оценка индивидуального мгновенного значения индекса замираний для каждого устройства, создающего помехи, после чего величина оценки может быть сообщена устройству 20 управления связью.
sp
Далее модуль 160 управления мощностью вычисляет мощность передач для каждого устройства, создающего помехи, путем подстановки оценочной величины мгновенного значения ξ индекса замираний в формулу для вычисления мощности, построенную на этапе S140, согласно новой модели учета помех (этап S160). Здесь устройство 20 управления связью сообщает вычисленную величину мощности передач каждому устройству, создающему помехи.
После этого каждое устройство, создающее помехи, передает беспроводной сигнал с использованием сообщенной ему величины мощности передачи (или меньшей мощности передачи) (этап S170). Здесь передаваемый беспроводной сигнал действует в качестве сигнала помех для первичной системы связи. Однако, поскольку мощностью передачи управляют в соответствии с рассмотренной выше моделью учета помех, потери отношения SINR для первичной системы связи остаются ниже допустимого уровня потерь отношения SINR, если только погрешность управления не окажется слишком большой.
Затем модуль 160 управления мощностью определяет, не наблюдаются ли помехи, превосходящие допустимый уровень, в устройстве, для которого создаются помехи, в результате передачи радиосигнала на этапе S170 (этап S180). Например, если в устройстве, для которого создаются помехи, наблюдаются помехи, превышающие допустимый уровень, соответствующий отчет, сообщающий о появлении недопустимых помех, может быть принят модулем 110 связи с сетью.
Когда помехи, превосходящие допустимый уровень, не наблюдаются, процесс возвращается к этапу S150, после чего периодически повторяют оценку мгновенного значения индекса замираний и вычисление (обновление) величины мощности передач. Если наблюдаются помехи, превосходящие допустимый уровень, процесс возвращается к этапу S140, после чего заново выполняют построение формулы для вычисления мощности на основе индикатора качества, сообщенного в отчете о наблюдении.
2. Построение формулы для вычисления мощности
Фиг. 7 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример подробной последовательности операций процесса построения формулы для вычисления мощности на этапе S140, показанном на фиг. 6.
Как показано на фиг. 7, сначала модуль 160 управления мощностью вычисляет параметр к модели учета помех с использованием коэффициента усиления антенны терминала, мощности шумов в первичной системе связи и ожидаемой величины потерь в тракте (эта величина получена не в результате реальных измерений, а на основе вероятностного анализа) согласно Формуле (3) (этап S141).
Далее модуль 160 управления мощностью вычисляет параметр χ модели учета помех с использованием заданного стандартного отклонения σ для индекса замираний согласно Формуле (5) (этап S142).
Затем модуль 160 управления мощностью вычисляет параметр γ модели учета помех с использованием допустимого уровня потерь отношения SINR и параметра к модели учета помех, вычисленного на этапе S141, согласно Формуле (8) (этап S143).
0
Далее модуль 160 управления мощностью вычисляет величину ξ порога отсечки для принципа заполнения водой посредством решения уравнения по формуле (12) или (13) с использованием параметров χ и γ модели учета помех (этап S144).
0
Затем модуль 160 управления мощностью выполняет построение формулы (11) для вычисления мощности, отражающий принцип заполнения водой, с использованием параметра χ модели учета помех и величины ξ порога отсечки (этап S147).
3. Повторное построение формулы для расчета мощности
Фиг. 8 представляет логическую схему, иллюстрирующую другой пример подробной последовательности операций процесса построения формулы для вычисления мощности на этапе S140, показанном на фиг. 6. Например, процесс, представленный на фиг. 8, может быть осуществлен, когда происходит повторное построение формулы для вычисления мощности на основе индикатора качества, сообщенного в отчете о наблюдениях.
Как показано на фиг. 8, сначала модуль 160 управления мощностью получает индикатор качества, наблюдаемый в устройстве, для которого создаются помехи, из отчета о наблюдениях, принятого модулем 110 связи с сетью (этап S145).
0
Далее модуль 160 управления мощностью получает параметр модели учета помех, соответствующий принятому индикатору качества, посредством обращения к преобразовательной таблице, заранее сохраненной в запоминающем устройстве 130 (этап S146). Здесь, например, предполагается, что получены параметр χ и величина ξ порога отсечки.
0
Затем модуль 160 управления мощностью выполняет повторное построение формулы (11) для вычисления мощности, выражающей принцип заполнения водой, с использованием параметра χ модели учета помех и величины ξ порога отсечки (этап S147).
III. Заключение
До сих пор варианты технологии согласно настоящему изобретению были описаны подробно со ссылками на фиг.1-8. В соответствии с рассмотренными выше вариантами величину мощности передач радиосигнала от устройства, создающего помехи определяют с использованием индекса замираний, который оценивают на основе приращения (изменения) относительного расстояния между устройством, создающим помехи и устройством, для которого создаются помехи. Это позволяет эффективно использовать запас увеличения мощности, создаваемый вариациями потерь в тракте, обусловленными замираниями, в устройстве-источнике помех, не требуя точной оценки потерь в тракте между системами путем интенсивного обмена сигналами. Соответственно пропускная способность связи во вторичной системе связи, использующей частотный канал, защищенный в пользу первичной системы связи, может быть оптимизирована при недопущении увеличения сигнализационных издержек.
Кроме того, согласно описанным выше вариантам мощность передач определяют путем подстановки мгновенного значения индекса замираний в формулу для вычисления мощности, выражающую принцип заполнения водой. Мгновенное значение индекса замираний может обновляться в более коротком цикле, чем при использовании существующего способа. Таким образом, например, пропускная способность связи может быть увеличена посредством динамического увеличения мощности передач от устройства, создающего помехи в моменты, когда потери в тракте превышают среднюю величину за период времени. Кроме того, получена формула для вычисления мощности с использованием величины порога отсечки, зависящей от девиации замираний. Это позволяет предотвратить появление недопустимых помех в устройстве, для которого создаются помехи, путем обнуления выходной мощности устройства, создающего помехи в периоды времени, когда потери в тракте, изменяющиеся вследствие замираний, оказываются невелики.
Кроме того, согласно рассмотренным выше вариантам формулу для вычисления мощности обновляют, когда динамически изменяющаяся мощность передач создает помехи, превосходящие допустимый уровень. Таким образом, поскольку риск появления недопустимых помех, которые могут возникать из-за погрешностей в модели учета помех, уменьшен в результате применения обратной связи от устройства, для которого создаются помехи, можно реализовать более устойчивое и надежное подавление помех. Формулу для вычисления мощности можно обновлять с использованием преобразовательной таблицы, связывающей наблюдаемую величину индикатора качества с параметром модели учета помех. Вследствие этого можно уменьшить объем данных, передаваемых в контуре обратной связи.
С точки зрения «вторичного использования» услуги беспроводной связи в первичной системе связи и услуги беспроводной связи во вторичной системе связи могут представлять собой услуги разного типа или услуги одного и того же типа. Такими услугами беспроводной связи разного типа могут быть, например, два или более вида услуг беспроводной связи разного типа, выбранных из группы - услуги цифрового телевизионного вещания, услуги спутниковой связи, услуги мобильной связи, услуги доступа в локальную сеть беспроводной связи (LAN) и услуги одноранговой (Р2Р) связи. С другой стороны, к услугам беспроводной связи одного и того же типа могут относиться, например, связь между услугами в макросоте, предоставляемыми провайдером, и услугами в фемтосоте, которой оперирует сам абонент или оператор виртуальной сети мобильной связи (mobile virtual network operator (MVNO)), в области услуг мобильной связи. Кроме того, в услуги связи одного и того же типа может входить взаимодействие между услугами, предоставляемыми базовой станцией, и услугами, предоставляемыми ретрансляционной станцией (ретрансляционным узлом), чтобы «закрыть» спектральное окно, в рамках услуг связи на основе технологий WiMAX, LTE (долговременная эволюция (Long Term Evolution)), LTE-A (усовершенствованная LNE (LTE-Advanced)) или другой подобной технологии. В дополнение к этому, вторичная система связи может использовать несколько фрагментарных частотных диапазонов, агрегированных посредством технологии агрегирования спектра. Кроме того, вторичная система связи может представлять собой группу фемтосот, действующих в зоне обслуживания базовой станции, группы ретрансляционных станций или группы базовых станций небольшого или среднего размера, каждая из которых создает зоны обслуживания меньшего размера, чем обычная базовая станция. Рассмотренная в настоящем описании модель учета помех может быть широко применена ко всем таким типам режимов вторичного использования.
Кроме того, модель учета помех, рассмотренная в настоящем описании, не ограничивается целями вторичного использования частотного канала, а может быть применена в разнообразных задачах снижения или устранения помех.
Процесс вычислений, рассмотренный в настоящем описании, может быть реализован с использованием программного обеспечения, аппаратуры или с использованием сочетания программных и аппаратных средств. Программы, составляющие программное обеспечение, сохраняют заранее, например, на носителе записи, расположенном внутри или вне устройства. Затем, например, каждую программу загружают в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ (RAM)) и выполняют в процессоре, таком как центральный процессор (CPU).
Предпочтительные варианты настоящего изобретения были рассмотрены выше со ссылками на прилагаемые чертежи, тогда как настоящее изобретение, безусловно, приведенными выше примерами не ограничивается. Специалист в рассматриваемой области может найти разнообразные изменения и модификации в пределах объема прилагаемой Формулы изобретения, и должно быть понятно, что все они естественным образом попадают в рамки технического объема настоящего изобретения.
Кроме того, предлагаемая технология может быть конфигурирована, как указано ниже.
(1) Устройство управления связью, содержащее:
модуль управления мощностью для определения мощности передачи беспроводного сигнала, передаваемого устройством, создающим помехи, с использованием индекса замираний, оцененного на основе изменения относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
(2) Устройство управления связью по (1), в котором
модуль управления мощностью выполнен с возможностью определения мощности передачи посредством подстановки индекса замираний в вычислительную формулу, выражающую принцип заполнения водой.
(3) Устройство управления связью по (2), в котором
вычислительная формула получена с использованием величины порога отсечки, зависящей от девиации замираний.
(4) Устройство управления связью по (2) или (3), в котором
модуль управления мощностью выполнен с возможностью динамического обновления величины мощности передачи с использованием мгновенного значения индекса замираний.
(5) Устройство управления связью по (4), в котором
модуль управления мощностью выполнен с возможностью обновления вычислительной формулы, при создании динамически обновляемой величиной мощности передачи помех, превосходящих допустимый уровень помех для устройства, которому создаются помехи.
(6) Устройство управления связью по (5), в котором
модуль управления мощностью выполнен с возможностью обновления вычислительной формулы с использованием индикатора качества, наблюдаемого в устройстве, которому создаются помехи, и со ссылками на преобразовательную таблицу, отображающую индикатор качества в параметр, входящий в состав вычислительной формулы.
(7) Устройство управления связью по любому из (1)-(6), в котором
индекс замираний оценивают посредством подстановки величины изменения относительного расстояния в оценочную формулу, коэффициенты которой вычислены предварительно на основе множества относительных расстояний и множества мощностей приема, измеренных для относительных расстояний, соответственно.
(8) Устройство управления связью по любому из (1)-(7), в котором
устройство, которому создаются помехи, представляет собой приемную станцию первичной системы связи, а
устройство, создающее помехи, представляет собой передающую станцию вторичной системы связи, использующую частотный канал, защищенный для первичной системы связи.
(9) Устройство управления связью по (8), в котором
указанное устройство управления связью представляет собой передающую станцию вторичной системы связи.
(10) Устройство управления связью по (8), в котором
указанное устройство управления связью представляет собой сервер, управляющий вторичным использованием частотного канала.
(11) Устройство управления связью по любому из (1)-(10), в котором
модуль управления мощностью выполнен с возможностью оценки индекса замираний на основе изменений относительного расстояния.
(12) Устройство управления связью по любому из (1)-(10), дополнительно содержащее:
модуль связи, выполненный с возможностью приема оценки индекса замираний от устройства, оценившего индекс замираний на основе изменений относительного расстояния.
(13) Способ управления связью, реализуемый устройством управления связью, управляющим мощностью передачи устройства, создающего помехи, содержащий этап, на котором:
определяют мощность передач беспроводного сигнала, излучаемого устройством, создающим помехи, с использованием индекса замираний, полученного путем оценки на основе изменений относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи.
(14) Программа, в соответствии с которой компьютер, управляющий работой устройства управления связью, выполняет функции:
модуля управления мощностью, выполненного с возможностью определения мощности передачи радиосигнала, излучаемого устройством, создающим помехи, с использованием индекса замираний, полученного посредством оценки на основе изменений относительного расстояния между устройством, создающим помехи, и устройством, которому создаются помехи
(15) Система управления связью, содержащая:
устройство беспроводной связи из состава второй системы беспроводной связи, расположенное в соте первой системы беспроводной связи; и
устройство управления связью, конфигурированное для определения мощности радиосигнала, излучаемого устройством беспроводной связи так, чтобы исключить недопустимые помехи для первой системы беспроводной связи, с использованием величины индекса замираний, полученной путем оценки на основе изменений относительного местонахождения устройства беспроводной связи.
Список позиционных обозначений
20 устройство управления связью
110 модуль связи с сетью
120 модуль беспроводной связи
130 запоминающее устройство
140 модуль управления
150 модуль сбора данных
160 модуль управления мощностью