CN101283525A - 多天线发射信号的平均eirp控制 - Google Patents

多天线发射信号的平均eirp控制 Download PDF

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Abstract

公开了一种控制多天线信号发射的方法。该方法包括调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向波束。其间发射信号受定向的持续时间被控制以使得平均EIRP不超过一预定阈值。

Description

多天线发射信号的平均EIRP控制
发明领域
本发明一般涉及通信系统。尤其地，本发明涉及一种用于通过控制由多个天线所发射的信号来控制辐射信号功率电平的方法和装置。
发明背景
超宽带(UWB)调制使用非常宽的调制带宽来提供用于传递数据的非常低功率、高数据率的无线电通信。图1示出了UWB通信链路用于室内无线通信的一典型应用。诸如收发机110、120、130、140等若干收发机被连网以允许收发机110、120、130、140之间的高带宽通信。收发机110、120、130、140可包括例如与诸如数字录像机(DVR)、数字视频盘(DVD)播放器及计算设备等其它设备连网的高清晰度电视(HDTV)监视器。
联邦通信委员会(FCC)已经批准UWB无线电传输可合法地在3.1GHz到10.6GHz的频率范围内工作。对于UWB通信的发射功率要求为：在任意发射方向上最大平均发射有效各向同性辐射功率(EIRP)为41.25dBm/MHz。另外，在给定的分辨率带宽(RBW)中对于UWB信号有一峰值功率要求。更具体地，对于小于50MHz的RBW，要求峰值功率被限制于10*log10(RBW/50)。
由于对UWB无线电传输要求的发射功率电平较低，因此在不超过FCC制定的规则的情况下使UWB发射信号的发射功率最大化是可取的。一般而言，SNR及相关联的通信传输信号质量参数随着发射信号功率增大而改善。
一种在不超过FCC辐射功率要求的情况下在UWB连网环境内提供高功率发射信号的方法和装置是可取的。
发明概要
本发明的一个实施例包括一种控制多天线信号发射的方法。该方法包括调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向波束。控制其间发射信号受调节的持续时间以使得平均EIRP不超过预定阈值。
本发明的另一实施例包括另一种控制多天线信号发射的方法。该方法包括设置发射占空循环。调节基于所述发射占空循环的信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成具有平均EIRP不超过预定阈值的定向波束。
另一实施例包括一种控制网状网络各收发机之间的发射信号的方法。该方法包括针对每个收发机调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向至另一特定收发机的波束。控制其间发射信号受调节的持续时间以使得平均EIRP不超过预定阈值。
结合通过示例说明了本发明的原理的附图来理解以下具体说明，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图简要说明
图1示出了现有技术的UWB网状网络。
图2示出了多天线发射机和多个目标接收机。
图3A是表示定向到目标接收机的发射信号的平均辐射功率的时间线。
图3B是表示定向到数个目标接收机的发射信号的平均辐射功率的时间线。
图4示出了多天线收发机的网状网络。
图5是描绘了一种发射多个信号的方法的流程图，这些信号加以组合后将一波束定向于目标接收机并使平均辐射功率维持在阈值以下的。
图6示出了另一多天线发射机。
图7是描绘了一种操作图6的多天线发射机的方法的流程图，在该方法中通过选择发射机天线并且控制输入到天线的发射信号来形成波束。
具体说明
本发明包括一种用于控制形成波束的多个发射信号的时间平均EIRP的装置和方法。该波束被形成为具有一占空循环，该占空循环包括期间该波束受特别定向的“启用”持续时间和期间该波束被关掉或定向至其它地方的“停用”持续时间。该波束可被定向至多个接收机或收发机之一。由该波束辐射的时间平均发射EIRP电平可通过该占空循环被限于预定电平。包括多个发射信号的受控时间平均EIRP的多个收发机可被包括在网状网络内。
已经定义了限制UWB发射机的发射功率的规则。这些规则包括对时间平均辐射发射功率和峰值辐射发射功率的限制。然而，平均功率规则是不依赖于占空循环的。例如，如果发射信号在100％的时间上都是开通的且满足平均功率规则，则可以用50％的占空循环来发射同一信号并使其平均功率在“启用”时段期间加倍，从而仍然满足该规则——只要不超过峰值功率规则即可。
另外，必须在发射机的全辐射方向图上满足这些功率规则。EIRP必须在从发射天线起算的所有方位角和仰角上皆保持在规定的功率限制内。
图2示出了多天线发射机和多个目标接收机。发射机210包括多个天线ANT1到ANTN。这些天线各自发射一信号，以使得诸发射信号组合形成波束。在形成一波束时，EIRP根据从该发射机起算的方向而变化。
图2示出了为与若干可能的接收机220、230、240通信而形成的示例性波束215、225、235、更具体地，当发射机210与第一接收机220通信时其形成第一波束215，当发射机210与第二接收机230通信时其形成第二波束225，以及当发射机210与第三接收机240通信时其形成第三波束235。该波束一次以一个接收机为目标。该波束可被定向以增强在接收机220、230、240中任何一个上接收到的信号。图2中波束215、225、235的形状旨在作为波束的视觉描绘。图2中所示的形状可能是不能实现的。
波束成形包括天线方向图对一特定接收机的定向聚焦。由于波束成形的定向本质提高了预期目标接收机处的接收信号功率同时在其它接收机处提供较小的信号功率(干扰)，因此波束成形可能是有利的。
发射机210包括波束方向调节控制。如图2所示的，该波束调节控制可由包括在这多个天线中的一个或多个的发射链内的移相器250来提供。如移相器所控制地调节相位(一类信号参数)导致由这多个天线生成的定向EIRP方向图改变。可调地控制该波束被设于一特定方向的持续时间就可控制时间平均EIRP，包括该波束的主瓣的EIRP。移相器被设于一特定相位的持续时间将可设置其间得到的EIRP在某些方向上较高并且在一个或多个目标接收机上的接收功率较高的持续时间。因此，对于一特定方向，通过设置期间维持波束成形方向图的持续时间就可在保持预定平均EIRP的同时提高一持续时间期间(由占空循环定义)的发射EIRP。波束成形可以用除在天线输入处调节信号的相位之外的其它方式来实现。例如，对发射信号的相位调节可以在该收发机的发射机内的基带信号处理器中始发。另一示例性实施例包括在占空循环的“启用”持续时间期间形成该波束，并在该占空循环的其余时间期间将来自天线的发射信号完全衰减或关掉。
图2的一替换实施例包括在给定发射占空循环的情况下控制信号参数。诸如发射调度或链路通信要求等与维持特定EIRP无关的因素会影响或修改该发射占空循环。给定一固定的占空循环，可通过调节信号参数来控制在该占空循环的“启用”部分期间在特定方向上的发射EIRP以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向波束。作出信号参数选择(相位调节、振幅调节)以使得发射平均EIRP在受该给定的或假定固定的占空循环控制时不超过预定阈值。发射信号是使用该给定占空循环来脉动的。即，在该给定占空循环的“启用”部分期间形成了该定向波束。无线发射通常包括能至少部分地基于时隙来分配发射的发射调度器。通常，这些时隙具有固定的持续时间。该占空循环可用的持续时间可受可用发射调度时隙约束。
另一示例性实施例包括在增加波束成形天线的数目时使进入天线的发射信号的传导功率之和恒定或非增。即，对于一给定收发机，随着用于波束成形的天线的数目根据发射准则而改变，输入到这些天线的传导功率之和保持恒定。可使用N个天线来形成定向波束。然而，例如将用于形成该定向波束的天线的数目加倍不增加输入到天线的总传导功率。将天线数目加倍可包括使输入到每个波束成形天线的总传导功率减半，由此维持(不增加)发射信号的传导功率之和。
图3A是表示在占空循环的开通时段期间定向至一目标接收机的发射信号的平均EIRP的时间线。如图所示，定向于例如第一接收机(R1)的波束的EIRP将脉动。该脉冲的持续时间和占空循环可被设成使得该波束的平均EIRP低于一预定阈值。然而，该波束在占空循环的“启用”时段期间的EIRP可高于该平均EIRP。其结果是该第一接收机R1接收到功率高于该平均EIRP阈值的发射信号。通过减少期间发射峰值功率的持续时间，就可在维持一特定平均EIRP的同时提高一时间间隔(如占空循环所定义的)上的发射EIRP。相反，通过降低该波束的定向增益就可以在维持一特定平均EIRP的同时加大该时间间隔(如占空循环所定义的)。
图3B是表示定向至空间上分隔开的数个目标接收机的发射信号的平均EIRP的时间线。如图所示，每个接收机R1、R2、R3接收脉动的定向波束的信号功率。这些脉冲的持续时间可以被设置成使得该信号的平均EIRP在任何空间方向上都低于一预定阈值。然而，这些定向波束的平均EIRP在该占空循环的发射(“启用”)时段期间可以高得多。其结果是每个接收机R1、R2、R3接收到功率大于与平均发射功率阈值相对应的接收功率的发射信号。注意，不同的波束成形配置会在不同方向上有不同的EIRP。在特定方向上，可以维持比在占空循环的“启用”时段期间低的平均EIRP。任何方向上的平均EIRP依赖于在该方向上发射的经波束成形增强的功率以及在其间在该方向上发射该功率的持续时间和占空循环。
图4示出了多天线收发机的网状网络。每个单独的收发机以与图2的发射机210相类似的方式工作。如图所示，每个收发机410、420、430、440包括多个天线，它们发射形成定向于目标收发机的波束的信号。
来自每个收发机的多个天线的发射信号被控制以防止这些发射信号在给定方向上的EIRP超过一预定阈值。对于每个收发机，调节信号参数以使得来自该收发器的多个天线的发射信号形成定向于另一特定收发机的波束。控制其间发射信号受控产生特定波束成形方向图的持续时间以使得组合所得的发射信号的平均EIRP在任何方向上都不超过该预定阈值。
图5是描绘了一种发射多个信号的方法的流程图，其中这多个信号由多个天线辐射并形成增益方向图且使平均EIRP维持在一阈值以下。第一步骤510包括调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号形成定向于一接收机的波束。第二步骤520包括控制其间发射信号受控产生特定波束成形方向图的持续时间以使得组合所得的发射信号的平均EIRP不超过一预定阈值。第三步骤530包括调节信号参数以使得来自这多个天线的发射信号形成定向于多个接收机中不同的一个的波束。第四步骤540包括控制其间发射信号受定向的持续时间以使得组合所得的发射信号的平均EIRP不超过一预定阈值。
这多个天线中的每一个辐射一发射信号，并且所辐射的发射信号的组合形成一波束。这多个天线通常位于单个发射机上，但天线也可以位于多个发射点上。调节该波束的方向的信号参数可包括这些天线的发射信号之间的相对相位或振幅。发射波束的持续时间可由这些信号参数来控制。例如，输入至该发射机的天线的这多个信号中的至少一个可包括N个相对相位设置。持续时间是通过控制发射信号之间的相对相位设置中的每一个所维持的时间量来控制的。
图6示出了另一多天线发射机(收发机)。该收发机610包括多组天线(例如，第一组天线635，以及第二组天线645)，其中每组可辐射会形成波束(诸如波束615、625)的发射信号。波束615、625中的每一个可被脉冲控制成使平均EIRP维持在低于一预定阈值同时在该脉冲的“启用”部分期间提供比该平均电平高的EIRP。
收发机620落在波束615、625的聚焦方向内，并且可使用一选择准则来确定波束615、625中哪一个提供最佳的发射信号。该选择准则一般是基于相应波束的接收发射信号的质量。该质量可以通过测量若干信号质量因素中的至少一个来确定，这些因素有诸如接收到的信号的SNR、接收到的发射的误比特率(BER)、接收到的发射的误包率、和/或收发机610与收发机620之间的信道估计。收发机610还可假定收发器之间发射方向上有对称性(特别是当两个方向上的发射在同一发射频率时)，并选择天线和相位设置的子集以基于其从收发机620接收到的信号形成一波束。或者，收发机620可向收发机610回报收发机610的天线所形成的哪个波束是优选(最佳质量)波束。
基于一选择准则选择所有可用天线的子集以形成用于数据传输的波束。一旦已选择了一子集，就对所选的天线子集施加发射信号以形成一波束。对波束的控制是通过调节这些发射信号的信号参数来执行的，并且控制发射占空循环以维持该预定的平均EIRP阈值。如先前所建议的，占空循环(“启用”时段和“停用”时段)可通过调节这些发射信号中一个或多个的相位或振幅来控制。
对合需天线子集的选择与发射分集相似。即，有一个以上的传输路径可用。所选的传输路径是具有最佳传输质量的传输路径。传输质量可包括信号质量的各种度量，包括接收到的信号的SNR、信道估计、以及误包率等。
另一示例性实施例包括选择可用天线的第二子集(例如，第二天线子集645)。如果所选的该第二子集相比于其它可用天线子集提供了至一特定第二收发机(诸如位于不同方向上的收发机630)的更佳的传输链路，则可优先于其他天线子集而选择该第二天线子集。基于一选择准则，选择所有可用天线的第二子集以形成用于数据传输的波束(诸如波束655)。一旦已选择了该第二子集，就向所选择的第二天线子集施加传输信号来形成第二定向波束。对第二定向波束655的控制是通过调节第二发射信号的信号参数来执行的，并且控制发射占空循环以维持该预定的平均EIRP阈值。如先前所建议的，占空循环(“启用”时段和“停用”时段)可通过调节这些第二发射信号中一个或多个的相位或振幅来控制。控制其间第二发射信号受调节的持续时间以使得平均EIRP不超过一预定阈值。
图7是描绘了操作图6中的多天线发射机的方法的流程图，其中选择发射机天线，并控制驱动这些天线的发射信号以形成一波束。第一步骤710包括基于与每一可用天线子集所形成的波束相关联的发射信号质量来选择用于发射的天线子集。第二步骤720包括调节信号参数以使得来自所选天线子集的发射信号组合形成定向波束。第三步骤730包括控制其间发射信号受定向的持续时间以使得平均EIRP不超过一预定阈值。
虽然描述和示出了本发明的具体实施例，但本发明并不限于这里所描述和示出的部件的具体形式和编排。本发明仅由所附权利要求来限定。

Claims (28)

1.一种控制多天线信号发射的方法，包括：
调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向波束；
控制其间所述发射信号受调节的持续时间以使得平均EIRP不超过预定阈值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束被定向至一接收机。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
调节信号参数以使得来自所述多个天线的发射信号形成被定向于多个接收机当中不同的一个的波束；
控制其间所述发射信号受定向的持续时间以使得所述波束的平均EIRP不超过所述预定阈值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个天线中的每一个辐射一发射信号，所辐射的发射信号的组合形成一波束。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个天线共同位于单个发射机上。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当增加用于形成所述波束的天线的数目时进入所述天线的所述发射信号的传导功率之和不增加。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号参数是通过调节所述天线的发射信号之间的相对相位来调节的。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号参数是通过调节所述天线的发射信号之间的相对振幅来调节的。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述持续时间是通过控制发射信号之间的相对相位被维持的时间量来控制的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所述发射信号之间的N个相对相位设置，并且所述持续时间是通过控制发射信号之间的所述相对相位设置中每一个被维持的时间量来控制的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，受定向的所述多个天线是可用天线的子集，所述天线子集是由于所选子集对一特定接收机提供比其他可用天线子集更佳的传输链路因而优先于其它天线子集被选择的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所选天线子集是通过发射分集来选择的。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
选择可用天线的第二子集，所述第二天线子集是由于所选第二子集对一特定第二接收机提供比其他可用天线子集更佳的发射链路因而优先于其它天线子集被选择的；
调节信号参数以使得来自第二天线子集的第二发射信号组合形成第二定向波束；
控制其间所述第二发射信号受调节的持续时间以使得平均EIRP不超过一预定阈值。
14.一种控制多天线信号发射的方法，包括：
设置发射占空循环；
基于所述发射占空循环调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成平均EIRP不超过一预定阈值的定向波束。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述信号参数是通过调节所述天线的发射信号之间的相对相位来调节的。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述占空循环是通过控制发射信号之间的相对相位被维持的时间量来控制的。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括所述发射信号之间的N个相对相位设置，并且所述占空循环控制发射信号之间的所述相对相位设置的每一个被维持的时间量。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，调节所述信号参数包括在所述发射占空循环的“启用”部分期间形成定向波束，并且在所述发射占空循环的“停用”部分期间停止发射。
19.一种控制网状网络的各收发机之间的发射信号的方法，所述方法包括：
针对每个收发机，调节信号参数以使得来自多个天线的发射信号组合形成被定向至另一特定收发机的波束；
控制其间所述发射信号受定向的持续时间以使得平均EIRP不超过一预定阈值。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述持续时间是由分配其间每个收发机向其它收发机发射的时隙的发射调度器来控制的，所述持续时间是由被分配用于发射的时隙的数目决定的。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述信号参数是通过调节所述天线的发射信号之间的相对相位来调节的。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述信号参数是通过调节所述天线的发射信号之间的相对振幅来调节的。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述持续时间是通过控制发射信号之间相对相位被维持的时间量来控制的。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括所述发射信号之间的N个相对相位设置，并且所述持续时间是通过控制发射信号之间的所述相对相位设置被维持的时间量来控制的。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述被定向的多个天线是可用天线的子集，所述天线子集被选择用于提供具有比可用天线的其它子集更佳的发射质量特性的波束。
26.一种收发机，包括：
多个天线；
用于通过调节至所述天线的输入信号的信号参数来控制由从所述天线辐射出的信号之和生成的天线方向图以使得来自多个天线的发射信号组合形成定向波束的装置；
用于控制其间所述发射信号受定向的持续时间以使得平均EIRP不超过一预定阈值的装置。
27.如权利要求26所述的收发机，其特征在于，还包括：
用于调节信号参数以使得来自所述多个天线的发射信号形成被定向至多个接收机之一的波束的装置；
用于控制其间所述发射信号受定向的持续时间以使得所述波束的平均EIRP不超过所述预定阈值的装置。
28.如权利要求27所述的收发机，其特征在于，所述持续时间是通过控制发射信号之间的相对相位被维持的时间量来控制的。
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