CN101790853A - 平均发射信号功率的发送调度控制 - Google Patents

Abstract

披露一种发射信息的方法和装置。该方法包括分析要发射的信息。发射持续时间基于要发射的信息设定。发射信号功率电平基于发射持续时间以及每个预定时间段的平均发射信号功率门限来确定。

Description

平均发射信号功率的发送调度控制

发明领域

本发明总地涉及通信系统。更具体地，本发明涉及用于平均发射信号功率的发送调度控制的方法和装置。

发明背景

超宽带(UWB)调制提供非常低功率、高数据速率的无线电通信，用于以非常宽的调制带宽传递数据。图1示出了用于室内无线通信的UWB通信链路的典型应用。例如收发机110、120、130、140的若干收发机被组网以允许在收发机110、120、130、140之间实现高宽带通信。收发机110、120、130、140可包括例如与例如数字视频记录器(DVR)、数字视频盘(DVD)播放机和计算设备的其它设备组网的高清晰度电视(HDTV)监视器。最常见类型的UWB基于由WiMedia工业联盟创建的标准。

联邦通信委员会(FCC)已授权UWB无线电发送可合法地工作在频率范围3.1GHz-10.6GHz下。因此，UWB通信的发射功率要求是最大平均有效各向同性辐射功率(EIPP)在任何发射方向在1ms间隔内求平均为-41.3dBm/MHz。

由于UWB无线电发送需要较低的功率电平，因此希望使UWB发送信号的发射功率最大化但不超过FCC颁布的规定。一般来说，SNR和相关联通信发送信号质量参数随着发送信号功率增加而提高。

希望有一种方法和装置能够在UWB组网环境中提供高功率发送信号但不会超过FCC辐射功率要求。

发明概述

一个实施例包括发射信息的方法。该方法包括分析要发射的信息。基于要发射的信息设定发射持续时间。基于发射持续时间以及每一预定时间周期内的预定平均发射信号功率门限确定发射信号功率电平。

本发明的另一实施例包括调度WiMedia超帧中信息分组的发送的方法。该方法包括分析所要发射的信息分组。基于要发射的信息选择有限数量的可用发射占空周期中的一个。发射信号功率电平基于发射占空周期和每一预定时间周期内的预定平均发射信号功率门限。

参照以示例方式示出所述实施例原理的附图，从下面的详细说明中所述实施例的其它方面和优点将变得显而易见。

附图简述

图1示出用于室内无线通信的UWB通信链路的典型应用。

图2A示出在时域中的高占空周期信号(相对于图2B所示信号较高)的一个例子。

图2B示出在时域中的低占空周期信号(相对于图2A所示信号较低)的一个例子。

图3是调度发送方法的一个实施例中所包含的步骤的一个例子的流程图。

图4示出WiMedia超帧的一个例子。

图5是示出调度WiMedia超帧中信息分组的发送的方法的一个实施例中的步骤的一个例子的流程图。

图6示出调度以供发送的分组的时间线的一个例子。

详细说明

所描述的实施例包括调度分组的发送的各种方法。该方法提供对发射机的发送信号功率电平的控制。更具体地，所描述的实施例可用来控制发射机(例如UWB发射机)的平均输出功率。

RMS功率

信号的平均功率可定义为：

$p_{\mathrm{ave}}=\frac{1}{\mathrm{\τ}}\underset{t_0}{\overset{t_0+\mathrm{\τ}}{\∫}}p\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中p(t)是瞬时功率，τ是求平均的预定持续时间而t₀是测量的任意开始时间。

图2A示出时域中的高占空周期信号的一个例子(相对于图2B所示信号较高)。如图所示，示例性发送信号包括“on(开)”时间周期(指定为“分组”)和“off(关)”时间周期(指定为“分组间间隔”)。发送信号的占空周期一般可估算为“on”周期与预定时间段τ内“on”周期和“off”周期之和的比。对于UWB发射机来说，占空周期越大，满足UWB信号的EiRP发射功率调整所必须的目标功率电平越低。目标功率电平可被定义为在远短于τ的时间段内求平均的电平p(t)，确保p_平均满足该调整。即，假设p(t)(从统计角度)大致不变，则调整瞬时功率p(t)以使其等于或小于目标功率保证了满足该功率调整。

图2B示出时域中的低占空周期信号的一个例子(相对于图2A所示信号较低)。如图所示，示例性发送信号包括“on”时间周期(指定为“分组”)和“off”时间周期(指定为“分组间间隔”)。发送信号的占空周期一般可估算为“on”周期与预定时间段τ内“on”周期和“off”周期之和的比。对于UWB发射机来说，占空周期越小，满足UWB信号的EiRP发射功率约束所必须的目标功率电平越高。

如图2A和2B所示，UWB信号是脉冲式的。这意味着信号能量由持续时间不同且其间分隔有不同时间量的分组构成。可以推导出p_平均不仅取决于所发射分组的瞬时发送功率，而且取决于不发射任何内容的持续时间内的分组间间距。实际上，发射信号与分组间间距的占空周期g衡量平均功率。换句话说，在τ秒的任何间隔内，P_平均＝gP_分组其中p_分组是当发送实际发生时在“on”时间段内进行的信号平均功率测量，并对应于瞬时发射的功率。如果在τ秒内，信号占用75％的时间，并在剩下的τ秒内不发送任何内容，则g＝0.75且平均功率仅为分组功率的3/4。平均发射功率p_平均通过调整而固定。因此，一旦确定了g，则通过下式给出允许的瞬时发射功率：P_分组＝P_平均/g。

图3是包含在发送信息方法的一个实施例中的步骤的一个例子的流程图。第一步骤310包括分析所要发送的信息。第二步骤320包括基于要发送的信息设定发送持续时间。第三步骤330包括基于发送持续时间确定发射信号功率电平以及每个预定时间段的预定平均发射信号功率门限。

一般来说，发射至少两类信息。第一类信息包括信标和确认，而第二类信息包括数据。信标典型地具有相对较短的持续时间并根据周期性调度方案而发送。对于WiMedia来说，信标的持续时间限制在64us，而周期为65ms。相应地可计算出发射功率。可提供信标的发送时间。由于它们相对较短的持续时间，信标一般在接近最大功率时发射。确认和信标的相似点在于它们都占据非常短的持续时间，因此能以相对较高的发射功率电平发送。

发射信号功率保持在每个预定时间段τ的预定平均发射信号功率门限p_分组下。因此，信标和确认的发射功率还应当计入在时间τ发射的其它信号。如果在预定时间段内没有其它信号(例如数据信息)发射，信标和确认的功率电平一般由于它们较短的发射持续时间而增高。信标的发射功率电平应当设定为确保不超过预定的平均发射信号功率门限。更一般地说，以已知占空周期发射的信号可增高与已知占空周期成反比的一个量。一个实施例包括增加与正在发射的信号的先验占空周期成反比的发射功率。

在操控数据信息的时序和功率电平方面一般比信标或确认信息更为灵活。实际数据吞吐量与数据速率和占空周期相关，其中数据速率是在占空周期的“on”部分内发送数据时的速率。如果针对给定数据速率的占空周期减小，则吞吐量下降。然而，减小占空周期使发射功率增加。较高的发射功率提高了无线链路的质量，从而允许发射较高数据速率的信号。这有效地平衡补偿由于占空周期的减小造成的吞吐量下降。

对数据发送来说，调整占空周期一般存在两个原因。第一个原因是通过增加发射功率和降低占空周期获得所需的吞吐量而促成的，这导致频谱效率提高和总网络容量增大。第二个原因包括通过增加发射功率而减小占空周期以提高无线链路的质量。

因此，另一实施例包括确定所需的发送数据吞吐量并选择最小占空周期以提供所需的发送数据吞吐量，其中确定占空周期包括将预定周期内的发射持续时间除以τ。一般来说，链路质量决定了经过链路的发送信号的信号质量。信号质量一般设定发送信号的调制顺序和编码电平。增加发射功率提高了链路质量并允许提高发射信号的比特率。即，数据速率可通过增加发射功率而增加。占空周期和数据速率通过发射功率的调整而共同选择以获得所需的数据吞吐量。

另一实施例包括：确定所需的传输数据吞吐量；选择发射信号功率电平以最小化占空周期，并选择每τ秒的发射持续时间以提供所需的发送数据吞吐量。

如果链路质量很差，一个实施例包括：确定维持所需发送链路质量的发射功率要求；并设定每预定τ秒的发射持续时间以维持所要求的发射功率并使其在τ秒不超过预定的平均发射信号功率门限。

用于设定发射持续时间和发射信号功率电平的所述方法可通过使用发射调度来实现和控制。发射调度可控制无线网络中收发机的占空周期、发射持续时间和发射功率电平。

发送调度可通过包含例如WiMedia MAC超帧的一连串超帧的MAC(媒体接入控制)调度器来实现。超帧可包括分配给各种设备以用于网络内调度发送的多个时隙。如将要描述的那样，超帧的结构更容易使它们自己控制发射持续时间以使其符合超帧的时隙的持续时间(通常是它的几倍)。将超帧的时隙的持续时间与前面提到的预定时间段τ秒进行比较可得出自然周期，该自然周期可用来确定发射时间占空周期。例如，UWB FCC规则将τ设定为1ms。另外，WiMedia MAC超帧包括持续时间为0.256ms的时隙。因此，可相对简单地设定25％占空周期、50％占空周期、75％占空周期和100％占空周期。

图4示出WiMedia超帧的一个例子。该超帧包括256个媒体接入时隙(MAS)。每个MAS具有256us的持续时间。由超帧发射控制的收发机的发送遵循如时间轴所定义的顺序。

一个实施例包括调度发送以使其在选定的MAS中进行，这提供了所要求的占空周期。自然占空周期可以0.256/τ＝0.256/1.00的比例形成，或者是将近25％的占空因数。更具体地，自然占空周期选择包括25％、50％、75％和100％。

可调度发射机，例如使其在如图所示带阴影的MAS(430)内发射数据分组。更具体地，在每四个MAS发送数据分组。结果为25％的占空周期，使发射机功率比在100％占空周期下大出将近四倍。如图所示，通过调度附加时隙的周期性时序可轻易地获得50％、75％和100％占空周期。

图5是示出调度WiMedia超帧中信息分组的发送的方法的一个实施例中的步骤的一个例子的流程图。第一步骤510包括分析要发送的信息分组。第二步骤520包括基于要发送的信息选择有限数量的可用发射占空周期中的一个。第三步骤530包括基于发射占空周期确定发射信号功率电平以及每个预定时间段的预定平均发射信号功率门限。

如前所述，可选择发射时间或发射信号占空周期以获得所需的数据吞吐量或允许在低质量链路上发送的发射信号功率。一个实施例包括确定所需的发送数据吞吐量并选择发射占空周期以提供所需的发送数据吞吐量。另一实施例包括：确定维持所需发送链路质量的发射功率要求，并选择发射占空周期以维持所要求的发射功率、并使其不超过每个预定时间段的平均发射信号功率门限。如前所述，FCC驱动的预定时段τ为1ms。有限数量的可用发射占空周期可包括25％占空周期、50％占空周期、75％占空周期和100％占空周期。

图6示出调度以供发送的分组的时间线的一个例子。例如，图中示出25％、50％和75％的占空周期。在选择用于发送的每个时隙中，可发送一个或多个数据分组。如果请求对数据分组的确认，则存在附加的待机时间。当计算最大的允许发射功率时，也可计入这些附加的待机时间。图6详细示出50％占空周期的信号，以示出多个数据分组、确认和待机时间(在数据和确认之间)。

尽管已描述和示出了本发明的一些特定实施例，然而本发明不局限于所描述和图示的特定形式或部件配置。本发明仅由所附权利要求书限定。

Claims (21)

1.一种发射方法，包括：

分析要发射的信息；

基于所述要发送的信息设定发射持续时间；

基于所述发射持续时间确定发射信号功率电平以及每个预定时间段的预定平均发射信号功率门限。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述要发送的信息包括信标，并提供所述信标的发射持续时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述信标的发射信号功率电平还包括：考虑在预定时间段内发射的所有其它信号；确保不超过预定平均发射信号功率门限。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述要发射的信息包括确认，并提供所述确认的发射持续时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述确认的发射信号功率电平还包括：考虑在预定时间段内发射的所有其它信号；确保不超过预定平均发射信号功率门限。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述要发射的信息包括数据。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

确定所需的发送数据吞吐量；

选择提供所需的发送数据吞吐量的最小占空周期，其中确定所述占空周期包括将预定时间段内的发射持续时间除以预定时间段。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

确定所需的发送数据吞吐量；

选择发射信号功率以使占空周期最小化；

选择每个预定时间段的发射持续时间以提供所需的发送数据吞吐量。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

确定维持所需的发送链路质量的发射功率要求；

设定每个预定时间段的发射持续时间，以维持所要求的发射功率并且不超过每个预定时间段的预定平均发射信号功率门限。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据预定的发送调度超帧调度发射持续时间。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括从有限集的可用发射持续时间中选择发射持续时间。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述有限集的可用发射持续时间根据所述预定时间段和预定发送调度超帧的自然时间周期确定。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述预定时间段为1ms，而所述超帧是Wimedia MAC超帧。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述有限集的可用发射持续时间包括25％占空周期、50％占空周期、75％占空周期和100％占空周期。

15.一种调度WiMedia超帧中信息分组的发送的方法，包括：

分析要发送的信息分组；

基于所述要发送的信息选择有限数量的可用发射占空周期中的一个；

基于所述发射占空周期和每个预定时间周期的预定平均发射信号功率门限来确定发射信号功率电平。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：

确定所需的发送数据吞吐量；

选择所述发射占空周期以提供所需的发送数据吞吐量。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：

确定维持所需发送链路质量的发射功率要求；

选择发射占空周期以维持所要求的发射功率并使其不超过每个预定时间段的预定平均发射信号功率门限。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定时间段为1ms。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述有限数量的可用发射占空周期包括25％占空周期、50％占空周期、75％占空周期和100％占空周期。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述要发射的信息包括信标，并提供所述信标的发射持续时间。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述有限集的可用发射持续时间根据所述预定时间段和预定发送调度超帧的自然时间周期确定。

Images