CN103974397A - 控制无线设备中的发射功率 - Google Patents

Abstract

一方面提供了控制无线设备中的发射功率的方法，其中期望的发射功率作为对接收信号参数的检测的结果而被确定。方法包括检测期望的最大发射功率和生成衰减因数的序列。序列通过在起始值和最大发射功率之间以受控速率单调增加变量而生成。方法进一步包括依次使用每个衰减因数以：（a）降低所接收信号参数的所接收值；以及（b）降低发射功率的所确定的期望值，其中发射功率随着变量增加而不断降低。

Description

控制无线设备中的发射功率

相关申请的交叉引用

本申请要求由Robert Buckley等人于2013年4月17日所提交的序列号为13/864,590、标题为“Controlling Transmit Power In A Wireless Device”的美国申请和由Robert Buckley等人于2013年2月1日所提交的序列号为61/759,690、标题为“Controlling Transmit Power In A Wireless Device”的美国临时申请的优先权，这两个申请与本申请共同转让，并且通过援引并入本文。

技术领域

本申请涉及控制无线设备中的发射功率。

背景技术

无线设备设计为控制其发射无线（RF）射频（信号）的功率以管理无线通信系统中的无线设备的行为。例如，无线通信系统可依据要求用于发射功率的最小值的某些标准来操作以符合标准。此外，无线设备自身设计为采用确保充足但不过大功率的发射功率来生成无线信号，如果该无线信号被发射则使得在信号被发射到的接收无线设备处接收到适当的信号质量。为了达到这一点，在功率控制机制中接收设备将功率控制信息反馈到发射设备。

发明内容

一方面提供了控制无线设备中的发射功率的方法，其中期望的发射功率作为对接收信号参数的检测的结果而被确定。方法包括检测期望的最大发射功率和生成衰减因数的序列。序列通过在起始值和最大发射功率之间以受控速率单调增加变量而生成。方法进一步包括依次使用每个衰减因数以：（a）降低所接收信号参数的所接收值；以及（b）降低发射功率的所确定的期望值，其中发射功率随着变量增加而不断降低。

另一方面提供了无线设备。无线设备包括接口、存储模块以及处理器。接口接收无线信号并且采用期望的发射功率来发射无线信号，该期望的发射功率作为对所接收信号的参数的检测的结果而被确定。存储模块存储至少一个期望的最大发射功率。处理器连接到接口和存储模块并且被清除以执行实行以下步骤的计算机程序：生成衰减因数的序列和使用每个衰减因数。序列通过在起始值和最大发射值之间以受控速率单调增加变量而生成。使用每个衰减因数以：（a）降低所接收信号参数的所接收值；和/或（b）降低发射功率的所确定的期望值，其中发射功率随着变量增加而不断降低。

另一方面提供了包括在非可传输介质上或以非可传输信号的形式所记录的计算机指令的计算机程序产品，该计算机指令在被加载到处理器中时致使处理器实现控制发射功率的方法。方法包括生成衰减因数的序列和使用每个衰减因数。序列通过在起始值和最大发射功率之间以受控速率单调增加变量而生成。依次使用每个衰减因数以：（a）降低所接收信号参数的所接收值以及；（b）降低发射功率的所确定的期望值，其中发射功率随着变量增加而不断降低。

附图说明

现在结合附图参考下面的描述，在附图中：

图1是调制解调器的示意图；

图2A是闭环功率控制机制的框图；

图2B是开环功率控制机制的框图；

图2C是其中衰减因数应用在功率控制机制中的示意性框图；以及

图3是示出生成衰减因数的变量的改变的曲线图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的调制解调器的示意性框图。调制解调器配备为限制发射功率以满足外部或内部约束。

要求限制Tx功率的一个好示例是由各监察机构所强制的特定吸收比率（SAR）限制以限制对人体的RF暴露。SAR是当身体暴露于RF场时身体吸收能量率的度量。其定义为每质量的组织所吸收的功率，以瓦特/千克（W/kg）为单位。SAR通常在全身或者在小样本体积（典型地1g或10g组织）上进行平均。SAR是“近场”效应，仅在身体部分是物理地足够靠近发射天线以吸收其发射的功率的很大一部分时才相关。对于电力小天线（小于一半波长），该电力小天线对于便携式无线设备是典型的，该区域扩出到大约Lambda/2*PI，其中Lambda是自由空间中的波长。所以对于在700MHz和2500MHz之间进行发射的移动电话，该区域从0扩展到距离天线大约2cm（在2500MHz）和7cm（在700MHz）之间。SAR测试过程反映这一点，要求定位测试体或探针物理地靠近发射天线。

对于示范性SAR要求，存在其中调制解调器具有用来触发降低其最大发射功率的上限的近距离传感器的解决方案。除了当设备靠近另一对象时调制解调器的最大功率降低之外，调制解调器照例运转。这种方案可以是满足SAR要求的有效方式，并且至少做出某一尝试以最小化对无线系统的影响，因为仅当设备靠近另一对象时调制解调器行为受影响。然而，SAR要求经常是十分严格的，为了满足它们，最大Tx功率必须被限制到低于支配调制解调器的操作的标准（例如用于蜂窝调制解调器的3GPP）中所指定的最小值。违反这些标准可致使超过范围中的降低的副作用。发明人已经注意到副作用包括：迅速下降的连接（甚至超过将由最大Tx功率中的降低所预期的）、当由于受限Tx功率而超出范围时的反复失败的连接尝试、由于不一致行为“混淆”基站的过大信令流量。在下文中所解决的特定问题是如何以简单实现并且最小化对系统行为的不良影响的方式来暂时限制无线调制解调器的最大所发射功率，即使这种功率限制低于相关调制解调器标准中所允许的最小功率。

调制解调器2包括控制调制解调器的操作的处理器4。非易失性存储器6连接到处理器4。近距离传感器8也连接到处理器4。虽然本发明的下面所描述的实施例是在使用近距离传感器的环境中进行描述，但是本文所描述的概念具有更宽的适用性。这将从下面的解释中变得很明显。

参考数字10表示功率回退斜坡发生器。该部件可以在如所示的连接到处理器的硬件中实现，或者可以在如由部件10周围的虚线所示意性表示的处理器内的软件中实现。

调制解调器2可以采取任何无线发射器的形式。具体来讲，其可以采取用于插入主机终端中的电子狗（dongle）的形式，或者其可以在手持移动电话中实现。调制解调器的功能是发射和接收无线信号用于传达数据，包括但不限于呼叫中的声音数据。

连接到调制解调器2的天线12发射（Tx）并且接收（Rx）这种无线信号。

控制调制解调器2的操作的处理器4实现软件栈，所述软件栈包含RF驱动层14、第1层（PHY-物理层）16、第2层（MAC-介质访问控制）18、第3层20、NAS以及包括TCP（传输控制协议）/IP（因特网协议）功能性的应用层22。本文将仅在这些层已由本发明的实施例的操作所修改的程度对它们的操作进行描述。在此方面，它们的操作将从下面的描述中变得很明显。

RF驱动14与第1层合作以控制发射功率，这确保充足但不过大的功率被发射以达到适当的接收信号质量。RF驱动层14中的RF接收器（39，图2C）接收传入信号Rx信号并且确定用于信号处理的增益设置。基于此，其将值即所报告的Rx电平报告到第1层。如随后所更充分描述的，在下面的实施例中，该所报告的电平由衰减因数来调节。

图2A是指示在闭环控制机制中的实现这种TPC机制的3GPP宽带码分多址（WCDMA）接收器的主要功能部件的示意性框图。图2A示出不使用本文所描述的衰减因数的上行链路闭环功率控制机制。在发射端，无线设备具有包括可被控制以修改发射功率的功率放大器的发射器24。信号被发射到接收设备。接收设备在块26处测量所接收信号功率并且在块29处生成其发送到发射设备的向上/向下功率命令。作为示例，发射设备可以是包含本文所描述的调制解调器的UE，并且接收设备可以是无线蜂窝通信系统中的基站。向上/向下命令由发射设备中的、生成用于功率放大器24的控制信号的功率控制模块28所处置。下行链路（DL）闭环功率控制机制可以在调制解调器处操作，其是图2A中所示出的闭环功率控制机制的镜像。

图2B是例如当用户设备希望接入网络时进行操作的开环功率控制机制的示意图。在块30处测量接收信号并且在块32上通过从由基站所发射的Tx功率电平减去所估计的Rx信号而基于信号测量来确定路径损耗的指示。由基站将该Tx功率电平报告给用户设备。在块34处基于路径损耗的估计来计算所要求的功率。然后在功率放大器36处从块34控制发射功率。

本文实现功率控制机制以包含模拟衰减函数40：参见图2C。这对上行链路（UL）和下行链路（DL）路径二者同时应用模拟衰减因数（本文称为“Pbackoff”）。衰减因数降低所发射的Tx功率和所报告的Rx电平二者。因为第1层中所计算的所接收信号的电平的所有估计基于所报告的Rx电平，所以其当RF驱动在将电平报告给第1层之前应用衰减因数时被有效地降低Pbackoff。

衰减因数依下列各项生成。当近距离传感器8被触发/释放时，应用层22发送信号Tx_backoff_on/off（其是数字的，优选是二进制信号）到回退斜坡发生器10。这在本文被称为“触发斜坡信号”。当在Pbackoff斜坡发生器10处接收到触发斜坡信号时，斜坡发生器开始将内部变量Pbackoff以速率R从0增加到最大值Pbackoff_max。这在图3中示出。如果斜坡R不中断，那么其将到达并且保持在最大值Pbackoff_max处。然而，斜坡可能被接收到作为触发斜坡关闭信号的信号Tx_backoff_off所中断。该触发斜坡关闭信号致使变量Pbackoff以相同速率R向0倾斜。如果当接收到相反的触发信号时它仍以一个方向进行倾斜，那么它反转其斜坡的方向。斜坡触发关闭信号可由近距离传感器检测到不再存在足够靠近的对象以要求经降低的功率被发射而引起。

瞬时回退值Pbackoff被发送到RF驱动，此处它被用作衰减引述。

最大值Pbackoff_max存储于非易失性存储器6中。

在一个实施例中，最大功率回退值Pbackoff_max的数组存储于非易失性存储器6中。它们可在处理器4的启动时间被读取。数组可被参数化以保留不同Pbackoff值用于不同环境，例如通过RF频段和接入技术（例如2G/3G/LTE）。

这允许调制解调器通过使用来自存储器6的恰当Pbackoff_max值、依据多个RF频段和接入技术来操作。当移交或者另外切换到具有不同Pbackoff值的频段/模式时，内部变量Pbackoff可以以速率R向新Pbackoff_max值倾斜，避免Pbackoff的任何瞬态跃变，即使用于新频段/模式的Pbackoff_max短期内被超过。该操作在图3中示出，此处示出新最大值的检测的时序，致使该值向新最大值倾斜式降低。当然，如果新最大值超过原始最大值，那么系统的行为不会更改-斜坡将继续向上到新值，除非其被斜坡触发关闭信号中断。

当对相邻小区进行测量时，所述相邻小区在具有不同于服务小区的Pbackoff_max值的频带/模式中，所报告的信号强度降低了当前的Pbackoff值。不使用调节来负责服务和相邻小区的Pbackoff_max值之间的任何差异。这确保相邻小区的任何所报告的测量既与当前服务小区的测量相一致，又与在任何随后移交到该相邻小区（其然后将变成新服务小区）之后立即将被报告的测量相一致。

调制解调器操作的另一方面是控制被发射的最大块大小的能力。所发射的块大小可以取决于可用的所发射功率。其一般在MAC层即第二层18中被处置。在该实施例中，MAC层即第二层18可以在确定可被发射的最大块大小靠近Tx功率限制时考虑Pbackoff。

对于包括3GPP WCDMA和E-UTRAN（LTE）的一些无线标准，发射功率可以在其中发射信号的峰均比高于平常的某些操作模式中被降低。发射具有更高峰均比的信号需要额外的线性RF功率放大器，其往往会增加当前消耗。该所谓的最大功率降低（MPR）弛豫允许RF功率放大器的功耗通过将最大所发射功率降低MPR限额而在这些情况下被降低。如果MAC层即第二层18知晓衰减因数正如本文所描述地被应用，那么它将对其进行考虑并且不必须另外应用MPR，这相比于不是该情况而许可更大的块大小被发射。

上文所描述的实施例具有通过在整个Tx功率范围内降低Tx功率来模拟上行链路衰减的效应。该方法与仅应用变量最大限制的方法不同，该仅应用变量最大限制的方法具有致使调制解调器行为的不一致性的缺点。

实施例具有通过将表观Rx信号电平降低与上行链路降低相同的量即衰减因数来模拟下行链路衰减的效应。

斜坡的速率R经控制以反映功率控制环路的操作。在上文中，描述了回退斜坡发生器10发送瞬时回退值到RF驱动。这可以要求限制模拟衰减改变的转换速率R以允许上行链路和下行链路功率控制环路以可接受小误差对其进行跟踪。

如本文所解释的，系统操作以与模块（斜坡发生器10）一起在Tx和Rx路径中提供附加变量衰减，来响应于二进制输入信号（触发斜坡开启/关闭）而随着时间对回退进行倾斜。对于第一层或者实现无线标准的细节的协议栈模块，不要求侵入式的改变。

回到图2B，图2中所示出的并且例如在WCDMA PRACH中所实现的类型的开环Tx功率计算正确地运转，其中Tx功率按照所估计的DL路径损耗的函数来计算。所估计的DL路径损耗增加Pbackoff，并且Tx功率降低相同量。实际上，DL和UL路径损耗这二者增加相同量Pbackoff。例如：

WCDMA初始PRACH TX功率=P-CPICH TX功率–CPICH RSCP+上行链路干扰+常量值[来源3GPP TS25.3318.5.7]

另外，当Pbackoff的改变率R被控制到上行链路功率控制环路可以跟随的电平时，闭环功率计算（图2A）正确地运转。作为示例，对于WCDMA，Tx功率的最大改变率是1dB/每666uS的时隙，所以最大转换速率被控制到大约1dB/每6.66ms或者更慢。总的来说，如果改变率比最慢功率控制环至少慢十倍则是有利的。对于UL闭环功率控制，将Pbackoff应用到发射功率，在其已被从基站所接收的向上/向下功率命令所确定之后。对于下行链路闭环功率控制，Pbackoff被应用到所报告的Rx电平，其影响用来生成被发送到基站的向上/向下功率命令的所接收信号估计。

假如Pbackoff的改变率被限制到在斜坡期间将可接受小偏置（bias）引入到Rx测量中的一个速率，则对Rx测量的影响被最小化。

取决于最大UL功率的其他系统行为也是一致的。例如，随着模拟衰减增加，一些小区可能由于所降低的最大Tx功率而变为不可达：它们将听不到调制解调器的RACH尝试。在所报告的Rx信号强度中的降低与增加阈值的值具有类似的影响，所述阈值确定何时UE应尝试重新选择到其他小区。在小区选择阈值中的该有效上升意味着UE将不尝试接入有可能不能RACH到的、或者由于其有限UL功率而不会保持连接到的基站。随着小区重新选择阈值由于模拟DL衰减而有效地上升，当回退被应用时，已经连接到接近范围极限的小区的UE将开始尝试重新选择到其他合适小区（如果有的话）。

本文所描述的调制解调器有助于满足重要的监察安全要求，所述监察安全要求在包括美国的很多行政辖区中是强制性的。其还适用于限制Tx功率的方案以限制电池电流和/或热功率耗散，这二者都是用于结合数个高功率子系统的压缩无线产品的关键参数。

本申请相关领域的技术人员将理解的是，可以对所描述的实施例进行其他和进一步的添加、删除、替换和修改。

Claims (10)

1.一种控制无线设备中的发射功率的方法，其中期望的发射功率作为对接收信号参数的检测的结果而被确定，所述方法包括：

检测期望的最大发射功率；

通过在起始值和所述最大发射功率之间以受控速率单调增加变量来生成衰减因数的序列；以及

依次使用每个衰减因数以a）降低所接收信号参数的所接收值；以及b）降低所述发射功率的所确定的期望值，从而所述发射功率随着所述变量增加而不断降低。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测期望的最大发射功率的步骤包括接收指示最大发射功率要被设置的触发开启信号。

3.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：存储每个与不同环境相关联的多个最大发射功率，以及基于所述环境从所述多个最大发射功率中选择期望的最大发射功率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述环境由工作频率和/或操作模式所定义。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述变量根据斜坡函数单调增加。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述起始值是零。

7.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：检测新最大发射功率以及在检测到所述新最大发射功率时，将所述变量从其当前值单调地更改到所述新最大发射功率。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述触发开启信号接收自近距离传感器、电池电流传感器、电池电流计算和热功率传感器中的一个。

9.一种无线设备，包括：

接口，用于接收无线信号并且采用期望的发射功率来发射无线信号，所述期望的发射功率作为对所接收信号的参数的检测的结果而被确定；

存储模块，存储至少一个期望的最大发射功率；以及

处理器，其连接到所述接口和所述存储模块并且被清除以执行实行以下步骤的计算机程序：

通过在起始值和所述最大发射功率之间以受控速率单调增加变量来生成衰减因数的序列；

依次使用每个衰减因数以a）降低所述所接收信号参数的所接收值；和/或b）降低所述发射功率的所确定的期望值，从而所述发射功率随着所述变量增加而不断降低。

10.一种计算机程序产品，包括在非可传输介质上或以非可传输信号的形式所记录的计算机指令，所述计算机指令在被加载到处理器中时致使所述处理器实现控制发射功率的方法，

通过在起始值和最大发射功率之间以受控速率单调增加变量来生成衰减因数的序列；以及

依次使用每个衰减因数以a）降低所接收信号参数的所接收值；以及b）降低所述发射功率的所确定的期望值，从而所述发射功率随着所述变量增加而不断降低。