CN102160430B - 传送功率管理方法及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法及通信系统。第一通信装置依据第一预定规则使能第一天线设定。第二通信装置依据第二预定规则启动第二天线设定。在第一通信装置与第二通信装置之间交换第一消息与第二消息。第一消息包含第一通信装置的功率管理配置文件，第二消息包含与第二通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过第二通信装置自己接收的第一消息决定的信号完整性信息。在交换第一消息与第二消息之后，第一通信装置依据第一预定规则使能第三天线设定，第二通信装置依据第二预定规则启动第四天线设定。

Description

传送功率管理方法及通信系统

交叉引用

本申请要求如下优先权：编号为61/257,916，申请日为2009/11/04，名称为“Methodand system for managing transmitting power of communications devices equipped with aplurality of antennas”的美国临时申请。其主题在此一并作为参考。

技术领域

本发明有关于一种用于管理通信装置的传送功率的方法及其系统，且特别有关与一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法及其系统。

背景技术

运作于毫米波(millimeter wave，以下简称为mmWave)频带的通信系统具有许多优点。举例来说，由于存在较少干扰，mmWave频带比常用工业、科学及医疗(Industrial、Scientific and Medical，以下简称为ISM)频带干净。mmWave信道可支持高带宽，至高带宽为几千兆位每秒(gigabit per second)。在mmWave频带传送的信号可通过适当的天线设计实现高定向(highly directional)，因此，由于效率及应用的考虑，运作于毫米波的通信装置通常使用定向天线。由于运作于mmWave频带的通信装置通常装有多个天线，在波束成型(beamforming)训练程序中通过决定适当的天线设定，可获得期望的辐射场型(radiationpattern)，例如点对点辐射场型。

然而，在毫米波频带的通信系统中存在一个弊端，即，功率消耗通常较高，特别地，当运作于mmWave频带的通信装置装有大量天线时。因此，需要一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法及其系统。

发明内容

有鉴于此，特提供以下技术方案：

本发明提供一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法及通信系统。本发明一实施例提供一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法，包含：依据第一预定规则使能多个天线的第一天线设定；将第一消息传送至同级通信装置，其中第一消息至少包含传送第一消息的通信装置的功率管理配置文件；接收第二消息，其中第二消息至少包含与接收第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过同级通信装置自己接收的第一消息决定的信号完整性信息；以及依据第二预定规则利用信号完整性信息启动多个天线的第二天线设定。

本发明实施例另提供一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的方法，包含：依据第一预定规则使能多个天线的第一天线设定；自同级通信装置接收第一消息，其中第一消息至少包含传送第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件；传送第二消息，其中第二消息至少包含与通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过通信装置自己接收的第一消息决定的信号完整性信息；以及启动多个天线的第二天线设定。

本发明实施例又提供一种用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率的通信系统，包含：装有第一多个天线的第一通信装置以及装有第二多个天线的第二通信装置。第一通信装置依据第一预定规则使能第一天线设定。第二通信装置依据第二预定规则启动第二天线设定。在第一通信装置与第二通信装置之间交换第一消息与第二消息。第一消息至少包含传送第一消息的第一通信装置的功率管理配置文件，第二消息至少包含与第二通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过第二通信装置自己接收的第一消息决定的信号完整性信息。在交换第一消息与第二消息之后，第一通信装置依据第一预定规则使能第三天线设定，以及第二通信装置依据第二预定规则启动第四天线设定。

下文实施例中将参考所附图式做出详细描述。

附图说明

本发明可通过阅读后续的详细描述与范例并参考附图得到充分理解，其中：

图1是依本发明实施例的通信装置所利用的扇形天线结构的示意图；

图2是依本发明另一实施例的通信装置的相位阵列天线结构的示意图；

图3是依本发明又一实施例的通信装置的线性天线结构的示意图；

图4是依本发明实施例的通信系统的示意图；

图5是依本发明实施例的自传送机角度而言的管理通信系统中的装有多个天线的通信装置的传送功率的方法流程图；

图6是依本发明另一实施例的自接收机角度而言的管理通信系统中的装有多个天线的通信装置的传送功率的方法流程图；

图7是依本发明实施例的多相位握手协议的消息流的范例；

图8是依本发明另一实施例的多相位握手协议的消息流的范例；

图9是依本发明实施例的TPC请求/调整帧的格式的范例。

具体实施方式

以下描述为实施本发明的较佳预期模式。此描述是用于说明本发明原理的目的，并非作为本发明的限制。本发明的保护范围当视权利要求书所述范围所界定者为准。

如上所述，运作于mmWave频带通信系统中的通信装置可装有多个天线。图1是依本发明实施例的通信装置101所利用的扇形天线(sectorized antenna)结构的示意图。正方形的每一边上的天线覆盖90度扇区。因此，可获得接近360度全定向(omni-directional)辐射场型。图2是依本发明另一实施例的通信装置201的相位阵列(phase array)天线结构的示意图。在此结构中，多个天线形成一个阵列，通过控制活跃天线的布局以及数量、每一天线的传送功率以及权重，可实现不同辐射场型。图3是依本发明又一实施例的通信装置301的线性天线结构的示意图。在此结构中，多个天线形成一条线，通过控制活跃天线的布局以及数量、每一天线的传送功率以及权重，也可实现不同辐射场型。

图4是依本发明实施例的通信系统400的示意图。通信系统400可包含多个通信装置，例如，通信装置401～404。每一通信装置可装有多个天线并具有功率管理配置文件(profile)，上述功率管理配置文件包含活跃天线的数量、天线组件的布局、一对通信装置之间的无线电信道性质、功率放大器增益、当前传送功率电平等等信息中的至少一个。依本发明实施例，通信系统400中的任一通信装置可作为传送机通信装置来启动传送功率控制(Transmitter Power Control，以下简称为TPC)程序。传送信号到达范围内的其它通信装置可为接收机通信装置来合作实现由传送机通信装置启动的TPC程序。请注意，图标通信装置401～404的线性天线结构仅为说明的目的，以便理解本发明概念。通信装置内装有的多个天线也可利用任一其它天线结构以及设定，本发明并非限制于此。

依本发明实施例，装有多个天线的通信装置可通过控制功率放大器的输出功率以及天线设定及/或活跃天线组件的数量来更有效地管理传送功率。在本实施例中，一对通信装置可通过合作控制天线设定、活跃天线组件的数量、及/或功率放大器的增益，从而适应性地管理交换通信装置之间的数据所需的功率消耗。在TPC程序中，通信装置(传送机)可利用TPC请求与调整帧来请求另一通信装置(接收机)报告并建议改变其传送功率、天线设定及/或活跃天线组件的数量。接收机可利用TPC响应帧响应来报告其传送功率、天线设定、活跃天线组件的数量及/或信道条件。请注意，依本发明另一实施例，在TPC程序中，传送机也可改变其传送功率、天线设定及/或活跃天线组件的数量。本发明提供一种包含多相位握手协议(multi-phase handshaking protocol)的方法，上述协议将天线组件作为管理传送与接收机通信装置的功率管理配置文件的关键参数。

图5是依本发明实施例的自传送机角度而言的管理通信系统中的装有多个天线的通信装置的传送功率的方法流程图。首先，装有多个天线的通信装置依据第一预定规则使能多个天线的第一天线设定(步骤S501)。依本发明实施例，第一预定规则是用于通信装置依据一组参数启动天线设定，其中此组参数可包含传送功率电平、预定角度的辐射场型、及/或多个天线的预定布局、或其它。举例来说，通信装置启动具有最小功率、或最大功率、或最广角度的辐射场型、或最小角度的辐射场型、或由波束成型协议决定的其它场型的天线设定。

随后，装有多个天线的通信装置可将第一消息传送至同级通信装置(步骤S502)。第一消息至少包含传送第一消息的通信装置的功率管理配置文件。在一实施例中，第一消息进一步包含请求(例如，下文中将详细介绍的TPC请求帧)用于请求与接收第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件相关的信息。在另一实施例中，第一消息进一步包含一个建议用于调整接收第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件。

如上所述，功率管理配置文件包含天线设定、活跃天线组件的数量、功率放大器增益等等信息中的至少一个。请注意，依本发明另一实施例，装有多个天线的通信装置(即，传送机)的功率管理配置文件可包含第一消息以便于TPC程序，且本发明并非限制于此。

随后，装有多个天线的通信装置可接收第二消息(例如，下文中将详细介绍的TPC报告帧)，其中第二消息至少包含与接收第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过同级通信装置自己接收的第一消息决定的信号完整性(integrity)信息(步骤S503)。依本发明实施例，信号完整性信息可由接收机依据已接收的第一消息决定用于指示接收第一消息所透过的信道的性质。信号完整性信息可通过，举例且并非限制，量测信号噪声比(Signal to Noise Ratio，以下简称为SNR)、比特误码率(Bit Error Rate，以下简称为BER)、或内嵌于第一消息内的其它无线电信号来获得。

最后，装有多个天线的通信装置可依据第二预定规则利用信号完整性信息修改天线设定以及传送功率(步骤S504)。依本发明实施例，第二预定规则可用于装有多个天线的通信装置计算当维持与接收第一消息的同级通信装置的无线电链接时，天线设定所需的最小功率。依本发明另一实施例，第二预定规则可用于装有多个天线的通信装置计算天线设定所需的功率来增大无线电信号的到达范围。

图6是依本发明另一实施例的自接收机角度而言的管理通信系统中的装有多个天线的通信装置的传送功率的方法流程图。首先，装有多个天线的通信装置(即，接收机)可依据第一预定规则使能多个天线的第一天线设定(步骤S601)。依本发明实施例，第一预定规则是用于装有多个天线的通信装置(即，接收机)依据一组参数启动天线设定，其中此组参数可包含传送功率电平、预定角度的辐射场型、及/或多个天线的预定布局、或其它。举例来说，通信装置启动具有最小功率、或最大功率、或最广角度的辐射场型、或最小角度的辐射场型、或由波束成型协议决定的其它场型的天线设定。

随后，装有多个天线的通信装置可接收第一消息(例如，下文中将详细介绍的TPC调整帧)(步骤S602)。第一消息至少包含传送第一消息的同级通信装置的功率管理配置文件。在一实施例中，第一消息进一步包含一个请求，用于请求与接收第一消息的通信装置的功率管理配置文件相关的信息。在另一实施例中，第一消息进一步包含一建议用于调整接收第一消息的通信装置的功率管理配置文件。

随后，装有多个天线的通信装置可传送第二消息(例如，下文中将详细介绍的TPC报告帧)，其中第二消息至少包含与通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及自己接收的第一消息决定的信号完整性信息(步骤S603)。依本发明实施例，信号完整性信息可由通信装置(即，接收机)依据已接收的第一消息决定用于指示接收第一消息所透过的信道的性质。信号完整性信息可通过，举例且并非限制，量测SNR、BER、或内嵌于第一消息内的其它无线电信号来获得。

随后，装有多个天线的通信装置可依据第二预定规则利用功率管理配置文件信息以及信号完整性信息决定待启动的多个天线的第二天线设定(步骤S604)。请注意，第二天线设定可与第一组天线相同或不同。最后，装有多个天线的通信装置可启动多个天线的第二组天线(步骤S605)。

图7是依本发明实施例的多相位握手协议的消息流的范例。如上所述，在本发明实施例中，任一通信装置，例如通信系统400中的通信装置401～404，可作为传送机通信装置来启动TPC程序。如图7所示，第一通信装置(即，传送机)可传送一个消息(即，图标的TPC请求帧)用于请求与同级通信装置(即，接收机)的当前功率管理配置文件相关的信息。在本发明实施例中，当前功率管理配置文件可包含信道信息、传送功率、接收机模块的增益、活跃天线的数量、及/或当前使用的接收机通信装置的天线设定。依本发明另一实施例，如上所述，传送机通信装置也可将与传送机通信装置的当前功率管理配置文件相关的信息传送至接收机通信装置以便于TPC程序，且本发明并非限制于此。

为响应TPC请求帧的消息，接收机通信装置可利用一个消息(即，图标的TPC报告帧)来报告与其自身当前功率管理配置文件相关的信息。请注意，依本发明另一实施例，同级通信装置也可传送一个消息以便于TPC程序，上述消息包含第一请求的接收确认以及包含传送机所需全部相关信息的实际消息的指示，且本发明并非限制于此。

在接收到与同级通信装置的当前功率管理配置文件相关的信息之后，传送机通信装置可进一步决定同级通信装置的建议功率管理配置文件，以及相应地建议接收机通信装置自当前功率管理配置文件改变至建议功率管理配置文件。在本发明实施例中，建议功率管理配置文件至少包含接收机通信装置将采用的传送功率、活跃天线的数量及/或天线设定。

图8是依本发明另一实施例的多相位握手协议的消息流的范例。请注意，在本发明实施例中，在TPC程序中，无论是否接收到接收机通信装置的当前功率管理配置文件，传送机通信装置可决定请求调整接收机通信装置的传送功率。因此，在如图8所示的TPC交握消息之前，无须传送如图7所示的TPC交握消息。

如图8所示，基于调整接收机通信装置的传送功率的决定，传送机通信装置传送一个消息(即，图标的TPC调整帧)用于请求接收机通信装置自当前功率管理配置文件调整至建议功率管理配置文件。如上所述，建议功率管理配置文件可至少包含接收机通信装置将采用(被建议或推荐调整至)的传送功率、活跃天线的数量及/或天线设定。请注意，在本发明实施例中，TPC请求帧消息以及TPC调整帧消息可具有相同字段，但其中一个消息是请求一个信息，另一个消息是请求调整。

在接收到TPC调整帧之后，接收机通信装置进一步决定是否接受调整请求，以及依据已接收的建议功率管理配置文件与自己接收的消息决定的信号完整性信息来决定确定(committed)功率管理配置文件。依本发明实施例，确定功率管理配置文件可至少包含接收机通信装置将调整至的传送功率、活跃天线的数量及/或天线设定。在决定之后，接收机通信装置可进一步传送消息(即，图标的TPC响应帧)来响应TPC调整帧，上述消息包含与确定功率管理配置文件相关的信息。接收机通信装置发送消息来响应TPC调整帧的另一实施例是用于指示接收并接受确定功率管理配置文件的确认。接收机通信装置发送消息来响应TPC调整帧的又一实施例包含调整请求的接收确认以及包含传送机调整所需全部相关信息的实际消息的指示。

图9是依本发明实施例的TPC请求/调整帧的格式的范例。组件ID字段的设置是用于指示帧为TPC请求或调整帧。长度字段应设为TPC请求/调整帧的实际长度。在TPC请求/调整帧中，传送机是指传送TPC调整帧的通信装置而接收机是指接收TPC调整帧的通信装置。请注意，图9仅为实施本发明提出的多相位握手协议的帧格式的范例，且本发明并非限制于此。举凡熟悉本案的人士援依本发明的精神所做的等效变化与修饰，皆应涵盖于权利要求书所述范围内。因此，本发明通过权利要求书所述范围及其等效变化界定。

在请求帧中，传送机传送功率字段可设为当前传送功率；以及在调整帧中，传送机传送功率字段可设为传送机通信装置将使用的建议传送功率。传送机通信装置可通过利用TPC报告帧中接收的链接余量(link margin)信息以及传送TPC请求帧的传送功率决定是否应增大或减小其传送功率。

在请求帧中，接收机传送功率字段可设为零；以及在调整帧中，接收机传送功率字段可设为接收机通信装置将使用的建议传送功率。传送机通信装置可通过量测链接余量以及关于TPC报告帧中接收的传送功率的信息或已接收的第二消息决定是否应增大或减小接收机通信装置的传送功率。

天线组件字段可设为代表传送机通信装置中活跃天线组件的数量或特定设定的数值。在TPC调整帧中，天线组件字段可设为代表为接收机通信装置建议的活跃天线组件的数量或特定设定的数值。依本发明实施例，可依据TPC报告帧中携带的信息而决定待启动的天线数量或传送机通信装置建议的天线设定。

依本发明另一实施例，如图9所示的格式也可适用于TPC报告以及响应帧。同样，组件ID字段的设置是用于指示帧为TPC报告或响应帧。长度字段应设为TPC报告/响应帧的实际长度。当接收TPC请求帧时，接收TPC请求的通信装置可量测链接余量并在报告帧中返回全部相关信息。在报告帧中，传送机传送功率字段可设为当前传送功率；以及在响应帧中，传送机传送功率字段可设为传送机通信装置将使用的建议传送功率。接收机传送功率字段可设为零。在响应帧中，天线组件字段可设为代表传送机通信装置中活跃天线组件的数量或天线设定的数值。

在TPC响应帧中，传送机是指传送对应TPC调整帧的通信装置而接收机是指接收对应TPC调整帧的通信装置。依本发明实施例，若接收机通信装置接受建议的传送机传送功率、活跃天线组件的数量或天线设定，将相同数值复制至对应字段。否则，接收机通信装置可依据调整帧中指示的已接收的建议功率管理配置文件与上述信号完整性信息来决定确定功率管理配置文件。确定功率管理配置文件可至少包含传送功率以及天线设定，例如待启动的天线数量，或接收机通信装置将调整至的天线设定。举例来说，接收机通信装置可决定当维持响应帧中的必要链接余量时，是否应增大或减小传送功率以及活跃天线组件的数量。

虽然本发明是以特定实施例来说明，其并非用于限制本发明的范畴。举凡熟悉本案的人士援依本发明的精神所做的等效变化与修饰，皆应涵盖于权利要求书所述范围内。因此，本发明通过权利要求书所述范围及其等效变化界定。

Claims (21)

1.一种传送功率管理方法，用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率，该传送功率管理方法包含：

依据第一预定规则使能该多个天线的第一天线设定；

将第一消息传送至同级通信装置，其中该第一消息至少包含传送该第一消息的该通信装置的功率管理配置文件；

接收第二消息，其中该第二消息至少包含与接收该第一消息的该同级通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过该同级通信装置自已接收的该第一消息决定的信号完整性信息；以及

依据第二预定规则利用该信号完整性信息启动该多个天线的第二天线设定。

2.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一消息进一步包含一个请求用于请求与接收该第一消息的该同级通信装置的该功率管理配置文件相关的信息。

3.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一消息进一步包含一个建议用于调整接收该第一消息的该同级通信装置的该功率管理配置文件。

4.如权利要求3所述的传送功率管理方法，其特征在于，该建议包含多个活跃天线的数量、天线设定的布局以及该多个活跃天线的传送功率中的至少一个。

5.如权利要求3所述的传送功率管理方法，其特征在于，该建议分别包含多个活跃天线的数量、天线设定的布局以及该多个活跃天线的传送功率。

6.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第二消息为具有指示消息的确认，该指示消息至少包含与接收该第一消息的该同级通信装置的该功率管理配置文件相关的信息以及通过该同级通信装置决定的该信号完整性信息。

7.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一预定规则是用于装有该多个天线的该通信装置依据一组参数启动天线设定，其中该组参数包含传送功率电平、具有预定角度的辐射场型、及/或该多个天线的预定布局。

8.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该信号完整性信息是通过接收该第一消息的该同级通信装置依据已接收的该第一消息决定用于指示接收该第一消息所透过的信道的性质。

9.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第二预定规则是用于装有该多个天线的该通信装置计算当维持与接收该第一消息的该同级通信装置的无线电链接时，天线设定所需的最小功率。

10.如权利要求1所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第二预定规则是用于装有该多个天线的该通信装置计算天线设定所需的功率来增大至接收该第一消息的该同级通信装置的无线电信号的到达范围。

11.一种传送功率管理方法，用于管理装有多个天线的通信装置的传送功率，该传送功率管理方法包含：

依据第一预定规则使能该多个天线的第一天线设定；

自同级通信装置接收第一消息，其中该第一消息至少包含传送该第一消息的该同级通信装置的功率管理配置文件；

传送第二消息，其中该第二消息至少包含与该通信装置的功率管理配置文件相关的信息以及通过该通信装置自已接收的该第一消息决定的信号完整性信息；

依据第二预定规则利用该信号完整性信息决定该多个天线的第二天线设定；以及

启动该多个天线的第二天线设定。

12.如权利要求11所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一消息进一步包含一个请求用于请求与接收该第一消息的该通信装置的该功率管理配置文件相关的信息。

13.如权利要求11所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一消息进一步包含一个建议用于调整接收该第一消息的该通信装置的该功率管理配置文件。

14.如权利要求13所述的传送功率管理方法，其特征在于，该建议分别包含多个活跃天线的数量、天线设定的布局以及该多个活跃天线的传送功率。

15.如权利要求11所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第一预定规则是用于装有该多个天线的该通信装置依据一组参数启动天线设定，其中该组参数包含传送功率电平、具有预定角度的辐射场型、及/或该多个天线的预定布局。

16.如权利要求11所述的传送功率管理方法，其特征在于，该第二预定规则是用于装有该多个天线的该通信装置计算当维持与传送该第一消息的该同级通信装置的无线电链接时，天线设定所需的最小功率。

17.一种通信系统，包含：

装有第一多个天线的第一通信装置，该第一通信装置依据第一预定规则使能第一天线设定；

装有第二多个天线的第二通信装置，该第二通信装置依据第二预定规则启动第二天线设定，

其中在该第一通信装置与该第二通信装置之间交换第一消息与第二消息；

其中该第一消息至少包含传送该第一消息的该第一通信装置的功率管理配置文件；

其中该第二消息至少包含与该第二通信装置的功率管理配置文件相关的信息，以及通过该第二通信装置自已接收的该第一消息决定的信号完整性信息；

其中在交换该第一消息与该第二消息之后，该第一通信装置依据该第一预定规则使能第三天线设定；以及

其中在交换该第一消息与该第二消息之后，该第二通信装置依据该第二预定规则启动第四天线设定。

18.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，该第一消息进一步包含一个请求用于请求与该第一通信装置或该第二通信装置的该功率管理配置文件相关的信息。

19.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，该第一消息进一步包含一个建议用于调整该第一通信装置或该第二通信装置的该功率管理配置文件。

20.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，该第一预定规则是该第一通信装置依据一组参数启动天线设定，其中该组参数包含传送功率电平、具有预定角度的辐射场型、及/或该多个天线的预定布局。

21.如权利要求17所述的通信系统，其特征在于，该第二预定规则是该第二通信装置计算当维持与该第一通信装置的无线电链接时，天线设定所需的最小功率。

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