CN103124426B - 减少无线通信终端中能耗的方法和实现该方法的通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信终端,其包括:在第一频带中操作的N条路径的第一MIMO电路和在第二频带中操作的M条路径的第二MIMO电路,第一MIMO电路和第二MIMO电路中每一个耦接到分别包括N个和M个功率放大器的前端模块,前端模块连接到天线系统;还包括在第一和第二MIMO电路的输入端连接的命令电路,如果M<N,则该命令电路输出控制M个切换电路,或者如果N<M,则该命令电路输出控制N个切换电路,切换电路的输入端连接到第二MIMO电路的M条路径之一,切换电路的一输出端连接到M个功率放大器之一,切换电路的另一输出端经由加法电路连接到N个功率放大器之一,加法电路的另一输入端连接到MIMO电路的N条路径之一。

Description

减少无线通信终端中能耗的方法和实现该方法的通信终端
技术领域
本发明主要涉及减少无线通信终端中的能耗的方法,更具体地涉及一种用于在家庭环境中宽频带传输诸如视频、音频或数据信号之类的信号的终端中的能耗的方法。
本发明更具体地应用在根据标准IEEE 802.11n操作并且同时采用若干频率信道的终端的框架中。
背景技术
根据标准IEEE 802.11a/b/g或者11n的WiFi技术是家庭环境中的宽频带无线传输当前最常用的技术。
标准IEEE 802.11n相对于IEEE 802.11a/b/g标准提供了一些改进。值得注意的,标准IEEE 802.11n授权使用MIMO(多输入多输出)技术,MIMO技术是使得能够在干扰占优势的诸如家庭环境之类的环境中改进传输比特率和传输鲁棒性的多天线技术。
标准IEEE 802.11n在2.4到2.5GHz的频带和在4.9到5.9GHz之间的频带中操作。本说明书的其余部分中这两个频带被称作2.4GHz频带和5GHz频带。当前存在同时在这两个频带中操作的通信终端。例如,在THOMSOMLicensing名义下的法国专利No.2911739中描述了这种类型的终端。
因此,在2.4GHz和5GHz频带中操作的无线通信终端能够同时接收和/或传送2.4GHz频带中的信号和5GHz频带中的信号。通常,5GHz频带用于传输视频,而2.4GHz频带用于传输数据。
为了能够同时在5Hz频带中和在2.4GHz频带中起作用,典型地被保留的通信终端解决方案是由与分离的天线相关联的前端模块(FEM)和经由操作在对应的频带中的RF电路到基带数字电路的接口构成的。
如已知的,前端模块包括放大要传输的信号的功率放大器。
在标准系统中,在每条传输路径中存在一个功率放大器。然而,功率放大器使用大量能量。另外,在使用MIMO技术的系统中实现的调制需要具有非常好的线性度的功率放大器,这解释了差的效率。
然而,用户终端数量的激增需要优化这些终端的能耗。当前,所实现的用于减少用户终端的消耗的主要技术要么是使用待机,要么是通过减少功率放大器的输入端处的射频功率来减少经由天线发射和辐射的能量。然而,对于在A类中起作用的功率放大器,其极点(polarisation point)没有被修改并且无论输入端的信号的功率是怎样的,由组件耗散的功率仍保持很高。为克服这些问题,已经提出了各种解决方案,并且值得注意的是在专利申请US2003/0162513A1中描述的解决方案。
发明内容
因而,本发明的目的是提出一种减少无线通信终端中的能耗的新方法,其使得所述终端消耗的功率根据诸如环境、所需比特率和服务质量之类的终端操作状况而动态地减少。
因此,本发明提出了一种减少无线通信终端中的能耗的方法,所述无线通信终端能够在至少第一和第二频带中同时传送和/或接收视频、音频或者数据信号,所述无线通信终端包括:在第一频带中操作的N(N≥1)条路径的第一电路和在第二频带中操作的M(M≥1)条路径的第二电路,第一电路和第二电路中每一个耦接到分别包括N个和M个功率放大器的前端模块,所述前端模块连接到天线系统,所述方法的特征在于,其包括以下步骤:
-从控制数据中提取传送和/或接收的信号,
-如果不存在冲突,根据所提取的控制数据,将第一频带或者第二频带之一的信号经由另一频带的前端模块的功率放大器传送,并且断开所述信号的频带的前端模块的功率放大器。
根据一实施例,从关于传送功率或者TPC(传输功率控制)的数据和/或关于服务质量QoS(服务质量)的数据中选择控制数据。此外,第一频带是5GHz频带并且第二频带是2.4GHz频带。根据一实施例,接收两个频带的信号的前端模块的放大器中的至少一个是能够覆盖2.4GHz和5GHz两个频带的宽频带放大器。优选地,N或M条路径的电路是具有若干输入端和若干输出端的MIMO电路。
根据本发明的另一特征,如果不存在冲突或者如果功率放大器具有足够的带宽,则第一或者第二频带之一的信号通过另一频带的前端模块的功率放大器并且断开所述信号的频带的前端模块的功率放大器。
根据本发明的另一特征,经由5GHz频带的前端模块的功率放大器中的至少一个传送2.4GHz频带的信号。
本发明还涉及一种能够在第一和第二频带中传送和/或接收视频、音频或者数据信号的无线通信终端,所述无线通信终端包括:在第一频带中操作的N(N≥1)条路径的第一电路和在第二频带中操作的M(M≥1)条路径的第二电路,第一电路和第二电路中每一个耦接到分别包括N个和M个功率放大器的前端模块,所述前端模块连接到天线系统,其特征在于,其包括:
-用于从控制数据中提取发射的和/或接收的信号的部件,
-用于在第一频带的突发脉冲和第二频带的突发脉冲的发射期间比较传送时刻以便检测是否存在冲突的部件,以及
-如果不存在冲突,根据所提取的控制数据,用于将第一频带或者第二频带之一的信号经由另一频带的前端模块的功率放大器传送、并且断开所述信号的频带的前端模块的功率放大器的部件。
根据一实施例,所述部件包括在第一和第二电路的输入端连接的用于接收和处理控制数据的命令电路,如果M<N,则该命令电路输出控制M个切换电路,或者如果N<M,则该命令电路输出控制N个切换电路,切换电路的输入端连接到第二电路的M条路径之一,切换电路的一输出端连接到M个功率放大器之一,切换电路的另一输出端经由加法电路连接到N个功率放大器之一,加法电路的另一输入端连接到第一电路的N条路径之一。
因此,为了限制用户终端的消耗,做出了尝试以便动态地最小化通过使用能够覆盖2.4GHz和5GHz两个频带的宽频带功率放大器实现的放大器的数量,优选地每个频带使用一个放大器。
附图说明
在阅读了以下的详细描述时,本发明的其它特征和优点将变得更清楚,参照附图来实现该描述,其中:
图1是根据本发明的通信终端的框图。
图2是5GHz MIMO电路的更详细的图。
图3根据时间示出了TPC命令的定时和操作模式的选择。
图4是解释根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中,以框图形式示出了能够在2.4GHz频带和在5GHz频带中同时发射和/或接收视频、音频或者数据信号的无线通信终端。
将参照包括具有多输入和多输出的MIMO电路来描述本发明,但是对于本领域技术人员明显的是,本发明可以应用于具有单输入和单输出的SISO电路或者应用于任何等效电路。
更具体地,该终端包括MIMO电路1。MIMO电路1是N×N电路,也就是说,它包括在5GHz频带中接收MIMO信号的N个输入端和传送MIMO信号的N个输出端(N≥1)。
N×N个MIMO信号经由前端模块10传送到天线系统3和/或经由前端模块10从天线系统3接收。在图1中,仅仅示出了前端模块的传送信道。所示的前端模块10的传送信道包括滤波器11,滤波器11的输出端连接到加法器12,将在下文中解释加法器12的作用。加法器的输出端连接到功率放大器13的输入端,在所示的实施例中,功率放大器13是宽频带滤波器。该放大器由来自控制电路4的信号启动,在下文中解释控制电路4的作用。放大器13的输出端连接到切换电路14,切换电路14自身连接到天线系统3,天线系统3可以由宽频带或者双频带多接入、基于全向或者扇区的天线系统构成。此外,切换电路使得天线系统能够在传送模式(TX)或者接收模式(RX)中进行连接。
通信终端还包括用于2.4GHz频带的第二MIMIO电路2,该MIMO电路包括M×M条传送/接收路径或者信道。因此,MIMIO电路2包括接收MIMO信号的M个输入端和传送MIMO信号的M个输出端(M≥1,N和M能够相等或者不同)。
M个端子连接到前端模块20,如图1所示,前端模块20的每个传送/接收放大信道包括切换电路21、功率放大器22和切换电路23,功率放大器22连接到切换电路21的输出端并且经由来自控制电路的信号控制,切换电路23使得能够在传送TX和接收RX路径之间切换。
如图1所示,控制电路4从MIMO电路1和MIMO电路2接收信号,并且分别向切换电路21、5GHz和2.4Hz前端模块的每一个放大信道的功率放大器13和22、以及切换电路14和23传送控制信号。
根据本发明,控制电路从两个MIMO电路1和2动态地接收信息以控制分别对应于5GHz和2.4GHz放大信道的前端模块10和20。
如图1所示,电路4的第一输出端a以启动或者禁止功率放大器13的方式连接到功率放大器13。第二输出端b连接到宽频带前端模块10的Tx/Rx(传送/接收)开关14。第三输出端c连接到2.4GHz传送信道的Tx/Rx开关23。输出端d连接到模块20的功率放大器22以便启动或者禁止它,输出端e连接到切换电路21以便使得能够经由加法器12在与5GHz信号相同的信道中传送2.4GHz信号。
因此,利用控制电路4,管理两种操作模式,即,正常操作模式和功率减少的操作模式,如在下文中以更详细的方式中解释的。
现在将更具体地参照图4来描述根据本发明的减少功耗的方法。
如在描述基本过程的图4的功能流程图中所示的,在所描述的实施例中,该过程通过在100中周期性提取作为TPC(传输功率控制)数据和QoS(服务质量)数据的数据而开始。
从MIMO电路自身获得TPC数据。在图2中,概略性示出了在5GHz频带中操作的MIMO电路1。除了TPC数据分析之外,2.4GHz频带的MIMO电路具有相同的基本结构。因此,MIMO电路1包括信号处理器1a,该信号处理器1a用于向图1的控制电路4发送代表2.4GHz传输的时间信号(temporalsignal)。此外,MIMO电路1包括调制电路1c,调制电路1c之后是模数转换器1d,模数转换器1d使得能够经由前端模块的传送信道(Tx)发送数据。同样,信号处理器1a连接到解调电路1b,解调电路1b自身连接到前端模块以便从前端模块的接收信道(Rx)接收信号。
以本领域技术人员已知的方式,通过经由无线连接将接入点连接到站(STA),根据特定的调制和编码方案,通常被称作MCS(调制编码方案)而获得TPC帧。站周期性地向接入点发送关于传输功率(TPC)的信息。使用该信息,根据接入点和站之间的距离和传播状况,可以计算接入点所需要的输出功率。
此外,根据要传输的数据的类型,即例如数据或者视频,通过接入点定义服务质量(QoS)。因此,经由5GHz MIMO电路以标准方式传送视频信号并且向5GHz信道的处理给予优先权。通过控制电路4执行操作定时的分析。
在根据本发明的减少功耗的方法的第二步骤中,在101中检查以查看是否存在2.4GHz的突发脉冲(burst)的传输,也就是说,是否存在经由2.4GHz前端模块传送的信号。如果响应是否定的,则操作在101中再次开始。如果该响应是肯定的,则在102中研究5GHz突发脉冲传输。如果响应是否定的,则传递到正常操作,如在框106中示出的。如果响应是肯定的,则电路4在103中分析2.4GHz信号和5GHz信号之间的传输定时。在104中,确定是否存在时间冲突,即,是否存在必须要同时传送信号。如果不是要在同时传送信号,则在107中将要从2.4GHz的MIMO电路传送的信号路由到5GHz信号前端模块并且2.4GHz前端模块的功率放大器22被置入非操作状态,该5GHz信号前端模块具有包括能够传送2.4GHz的信号的宽频带放大器的传送信道。
在时间冲突的情况下,根据特定实施例,在105中检验5GHz前端模块10的宽频带功率放大器的线性度以确定其是否足够。在否定的响应的情况下,电路保持正常操作(106)。在肯定的响应的情况下,将2.4GHz传送的信号路由到5GHz前端模块10(107)。对于本领域技术人员明显的是,前端模块10的宽频带功率放大器的该控制步骤是可选的。
因此,控制电路4根据两种可能的操作模式来决定终端(或者接入点(AP))的最佳操作模式:
-正常操作模式(2.4GHz和5GHz),其中同时使用图1的两个前端模块10和20;
-仅仅使用宽频带前端模块10来传送和接收5GHz信号和2.4GHz信号的减少功耗的操作模式,其中进行同时传送(当功率放大器具有足够的带宽时)或者时间共享。
对于同时传送并且对于依赖于功率放大器的类别和效率的给定带宽,如果传送的功率小于在终端级处定义的极限,则在5GHz前端模块的宽频带传送信道的输入端处可以加上2.4GHz传送的信号。结果,2.4GHz的前端模块的功率放大器被禁止,减少了系统的功耗。
对于在5/2.4GHz以共享时间方式进行传送,控制电路4管理操作模式以便限制系统的功耗。图3概略性地示出了根据时间的、执行不同操作来控制前端模块的顺序。因此,在开始处,通过无线连接将接入点(AP)连接到站(STA)并且终端解码从站接收的TPC信息并且因此利用模拟/数字转换器控制5GHz的MIMO电路的输出功率。然后,控制电路计算最佳配置,该最佳配置使得宽频带传送信道能够起作用,并且如果可能,经由宽频带前端模块将2.4GHz信号混合到传送中。
已经参照具有相同数量的输入-输出端的MIMO电路描述了本发明。本发明可以应用到具有不同数量的输入-输出端(N×N’和/或M×M’)的MIMO电路。此外,N和M可以相同或者不同。
如果N=M,在这种情况下,该方案在成本和功耗方面是最佳的,这是由于其仅仅实施了N个功率放大器。
如果N<M,2.4GHz MIMO电路的一些功率放大器可以连接到5GHz信道的前端模块,以便减少功耗。

Claims (10)

1.一种减少无线通信终端的能耗的方法,所述无线通信终端能够在至少第一频带和第二频带中同时传送和/或接收信号,并且所述无线通信终端包括:在第一频带中操作的N条路径的第一电路和在第二频带中操作的M条路径的第二电路,N≥1,M≥1,第一电路和第二电路每一个耦接到相应的前端模块,所述前端模块每一个分别包括N个和M个功率放大器,并且连接到天线系统,所述方法包括:
-从传送和/或接收的信号中提取控制数据,
-对于在第一频带中的信号的第一突发脉冲和在第二频带中的信号的第二突发脉冲的传送,比较第一突发脉冲和第二突发脉冲的传送时刻以便检测在传送时刻之间是否存在时间冲突,
-在不存在时间冲突的情况下,根据所提取的控制数据,将第一频带或者第二频带之一的信号从相应的第一电路或第二电路经由另一频带的另一电路的前端模块的功率放大器路由,并且断开所述信号的频带的电路的前端模块的功率放大器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果不存在冲突或者如果功率放大器具有足够的带宽,则第一频带或者第二频带之一的信号通过另一频带的前端模块的功率放大器,并且断开所述信号的频带的前端模块的功率放大器。
3.根据权利要求1和2之一所述的方法,其特征在于,从关于传送功率或者TPC(传输功率控制)的数据和/或关于服务质量QoS(服务质量)的数据中选择控制数据。
4.根据权利要求1和2之一所述的方法,其特征在于,第一频带是5GHz频带,第二频带是2.4GHz频带。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,经由5GHz频带的前端模块的功率放大器中的至少一个传送2.4GHz频带的信号。
6.根据权利要求1和2任一项所述的方法,其特征在于,第一电路和第二电路是MIMO电路。
7.一种能够在第一频带和第二频带中传送和/或接收视频、音频或者数据信号的无线通信终端,所述无线通信终端包括:在第一频带中操作的N条路径的第一电路和在第二频带中操作的M条路径的第二电路,N≥1,M≥1,第一电路和第二电路每一个耦接到相应的前端模块,所述前端模块每一个分别包括N个和M个功率放大器,所述前端模块连接到天线系统,其中,所述终端包括:
-用于从发射的和/或接收的信号中提取控制数据的部件,
-用于在第一频带中的信号的第一突发脉冲和在第二频带中的信号的突发脉冲的传送期间比较第一突发脉冲和第二突发脉冲的传送时刻以便检测在传送时刻之间是否存在时间冲突的部件,以及
-在不存在时间冲突的情况下,根据所提取的控制数据,用于将第一频带或者第二频带之一的信号从相应的第一电路或第二电路经由另一频带的另一电路的前端模块的功率放大器路由、并且断开所述信号的频带的前端模块的功率放大器的部件。
8.根据权利要求7所述的无线通信终端,其特征在于,所述部件包括在第一和第二MIMO电路的输入端连接的用于接收和处理控制数据的控制电路(4),如果M<N,该控制电路输出控制M个切换电路,或者如果N<M,该控制电路输出控制N个切换电路,切换电路的输入端连接到第二MIMO电路的M条路径之一,切换电路的一输出端连接到M个功率放大器之一,切换电路的另一输出端经由加法电路连接到N个功率放大器之一,加法电路的另一输入端连接到MIMO电路的N条路径之一。
9.根据权利要求7和8之一所述的无线通信终端,其特征在于,接收两个频带的信号的前端模块的放大器中的至少一个是宽频带放大器。
10.根据权利要求7和8之一所述的无线通信终端,用于实现根据权利要求1-6之一的方法。
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