CN1111976C

CN1111976C - 限制天线发送功率的时分换发送分集发射机及其方法

Info

Publication number: CN1111976C
Application number: CN99801239A
Authority: CN
Inventors: 廉再兴; 尹淳暎; 安宰民
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: EP1044516A2; KR100326314B1; WO2000008866A3; KR20000012968A; WO2000008866A2; DE69934393D1; BR9906664A; CN1274489A; RU2174286C1; RU2000108452A; US6529496B1; EP1044516B1; DE69934393T2

Abstract

提供了一种用于限制移动通信系统基站的TSTD(时分交换发送分集)发射机中通过任何天线发送的信号发送功率至天线的最大发送功率的装置和方法。TSTD发射机包括至少两个天线、以及用于存储最大发送功率限值和待通过天线发送的多个用户数据的切换模式的模式存储器。在TSTD发射机中，当接收到新的用户数据时，测量指定给天线的发送功率。切换模式这样确定，使通过将发送功率其中之一加到新用户数据的发送功率得到的值不超出最大发送功率限值。

Description

限制天线发送功率的时分交换发送分集发射机及其方法

技术领域

本发明一般地涉及一种码分多址(CDMA)移动通信系统中时分交换发送分集(TSTD)发射机及其控制方法，特别涉及一种用于限制通过任何天线发送的信号功率至天线的最大发送功率的发射机及其控制方法。

背景技术

在移动通信系统中，与射频信号发送有关的接收信号电平迅速地变化。接收信号电平的迅速变化被称为衰落。为减小衰落，使用一种改变单天线移动终端的天线数量或配置的接收分集方案，以将接收灵敏度提高到比具有单个天线的移动终端的更高。尽管接收分集方案提高了接收性能，但由于需增加移动终端的复杂性而造成成本的提高，所以很少被应用。

减小衰落的另一个选择是应用第三代的移动通信系统，如IMT-2000系统，该系统利用发送分集获得接收分集的效果。发送分集中，将多个天线安装在基站而不是安装在移动终端。如果移动台移动缓慢(即多普勒频率低)，并且如果多路径的数目少(即几乎没有延迟扩展)，则发送分集可获得高至4-7dB的分集效果。发送分集典型地被分类为正交发送分集(OTD)、时分交换发送分集(TSTD)和选择发送分集(STD)。

图1是一个常规的OTD发射机。数据被数据分离器101相等地分离开，然后经多路复用器(MUX)102、串行/并行(S/P)转换器103、混频器104和105、复数PN(伪随机噪声)扩频器107、低通滤波器(LPF)109、混频器110和111、以及加法器112等，通过第一和第二天线被发送。图1所示的OTD发射机由于数据被相等地分离开，因此，所需放大器的功率是常规功率放大器的一半。

图2是一个常规的TSTD发射机。 MUX 113将逻辑信号“0”和“1”转换为实际发送信号的“+1”和“-1”。S/P转换器114分离输出偶码元和奇码元。在混频器115中，偶码元与一个正交码相乘，然后提供给复数PN扩频器117，在混频器116中，奇码元与一个正交码相乘，然后提供给复数PN扩频器117。复数PN扩频器117将I-信道和Q-信道的数据PN I和PN Q与混频器115和116的输出复数相乘。切换电路125将复数PN扩频器117分离输出的对应于天线数的数据切换到两对相应的LPF 119和120其中之一。控制器121以时隙为单位控制切换电路125切换用户数据，如图3中所示。LPF 119的输出在混频器122中与一个载频信号相乘，然后提供给加法器124。LPF 120的输出在混频器123中与一个90°相移载频信号相乘，然后被提供给加法器124。加法器124将混频器122和混频器123的输出彼此相加，并通过相应的天线发送相加的结果。

当常规的TSTD系统中数据是以时隙为单位切换时，在当前周期指定给第一天线的功率P_o与在当前周期指定给第二天线的功率P_e不是相等指定的，如图4B所示。图4A是非TSTD方式的发送功率。图1的非TSTD方式需要一个发送放大器，但是图4B的TSTD方式在最坏的情况下，需要与天线数目相等的发送放大器。

如上所述，一个TSTD基站比一个非TSTD基站需要更多的发送放大器，而且还要求其发送放大器的功率比用于OTD基站的发送放大器的功率高。与非TSTD基站或OTD基站比较，这一TSTD基站的缺点造成了成本和复杂性的增加。

TSTD方式中，即使发送放大器是根据每一个天线提供的，通过任何天线发送的信号功率会超过天线的最大发送功率。这种情况下，信号会丢失。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供这样一种装置和方法，用于限制通过任何天线发送的信号发送功率至TSTD发射机天线的最大发送功率。

本发明的另一个目的是提供这样一种装置和方法，用于每当通过任何天线发送的信号功率超过天线的最大发送功率时，通过将用户数据改变为不超过最大发送功率的另一天线切换模式，来限制天线的发送功率。

根据本发明的一个方面，提供这样一种装置，用于限制移动通信系统基站TSTD发射机天线的发送功率，该发射机包含至少两个天线、多个用户信道、和连接到用户信道的切换控制器并用于将通过用户信道接收的用户数据切换至天线。该装置包括：连接到用户信道的数据状态检测器，用于测量用户信道上用户数据的功率；发送功率检测器，用于测量通过天线发送的信号的发送功率；以及天线模式处理器，用于存储天线的最大发送功率和预先指定给用户数据的切换模式信息，确定用于指定新的用户数据给其加到新用户数据的功率的发送功率不超出最大发送功率的特定天线的切换模式，并根据确定的切换模式控制切换控制器和更新切换模式信息。

本发明的另一个方面，提供这样一种方法，用于限制移动通信系统基站TSTD发射机天线的发送功率，该移动通信系统包含至少两个天线和一个模式存储器，用于存储最大发送功率限值和待通过天线发送的多个用户数据的切换模式。该方法包含下列步骤：当接收到新的用户数据时，测量指定给各天线的发送功率；并确定一个切换模式，使得通过将发送功率其中之一加到新用户数据的功率后得到的值不超出最大发送功率限值。

附图说明

通过结合附图对本发明进行详细描述，本发明的上述及其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是现有技术OTD发射机的框图；

图2是现有技术TSTD发射机的框图；

图3是以非TSTD方式和TSTD方式发送用户数据的例子；

图4A和4B是非TSTD方式和TSTD方式下的发送功率；

图5是依照本发明的TSTD发射机的框图；

图6是依照本发明限制天线发送功率处理过程的流程图；

图7A是指定给天线的发送功率的一个例子；

图7B表示依照本发明新用户数据功率的指定；

图8A是指定给天线的发送功率的另一个例子；以及

图8B表示依照本发明新用户数据的指定和切换模式的改变。

具体实施方式

本发明的优选实施例将在以下参照附图详细描述。在下面的描述中，将不对所熟知的结构和功能进行详细描述，以不使本发明变得难懂。

本发明中使用的符号和定义说明如下。假设在超前当前周期的一周期中第一和第二天线的功率分别为P_A(n-1)和P_B(n-1)，而当前周期中第一和第二天线的功率分别为P_o和P_e，这些功率可被定义为：

公式1：

P_{A} (n - 1) = Σ_{i = 0}^{N_{A}} P_{i}^{A} (n - 1) + offset

公式2：

P_{B} (n - 1) = Σ_{i = 0}^{N_{B}} P_{i}^{B} (n - 1) + offset

公式3：P_o＝P_B(n-1)-α公式4P_e＝P_A(n-1)-β其中P_i ^A通过是从第一天线发送的群中第i用户信道的功率，P_i ^B是通过第二天线发送的群中第i用户信道的功率，N_A是通过第一天线发送的群中用户的数量，N_B是通过第二天线发送的群中用户的数量，“offset”是基本的发送功率，α是当前周期中通过第一天线发送的群中的熄灭功率(extinguished power)(由于用户停止呼叫)，β是当前周期中通过第二天线发送的群中的熄灭功率。

一个天线的最大发送功率定义为P_max，新指定的用户信道的功率为P_new。

图5表示依照本发明的TSTD发射机。TSTD发射机包含至少两个天线，图5中的TSTD发射机有两个天线。

参见图5，TSTD发射机包括切换控制器139、第一发送功率检测器140、第二发送功率检测器141、天线模式处理器130、以及数据状态检测器133。切换控制器139有多个切换电路131及控制器132。第一发送功率检测器140有功率检测器134和缓存器135。第二发送功率检测器141有功率检测器137和缓存器136。切换电路131连接到各自的用户信道，并在对应控制器132的命令下，将经对应的信道输入的用户数据切换至第一和第二天线ANT 1和ANT 2。控制器132连接到切换电路131，在天线模式处理器130的命令下，确定两天线的其中之一被首先切换至切换电路131。

数据状态检测器133被连接至用户信道。若经用户信道接收到新的用户数据，则数据状态检测器133检测接收数据的功率，并将检测结果提供给天线模式处理器130。数据状态检测器133还可以检测数据速率和服务质量(QoS)。第一发送功率检测器140连接至第一天线ANT 1，并检测通过第一天线ANT 1发送的信号的功率。检测到的发送功率典型地以预定的时间间隔、即一个周期内为单位被刷新。连接至第二天线ANT 2的第二发送功率检测器141有着与第一发送功率检测器140相同的结构。第一发送功率检测器140的功率检测器134测量发送功率放大器(未画出)前级的发送信号的功率，该放大器用于放大待通过第一天线ANT1发送的信号功率；第二发送功率检测器141的功率检测器137测量发送功率放大器(未画出)前级发送信号的功率，该放大器用于放大待通过第二天线ANT 2发送的信号功率。

功率检测器134测量的功率值被存储在缓存器135，功率检测器137测量的功率值被存储在缓存器136。这些缓存器135和136存储在一个周期内测量到的功率值。在下面的描述中，假定指定给每一天线的发送功率就是每一发送功率放大器前级的功率。天线模式处理器130包括模式存储器138，用于存储天线的最大发送功率P_max的值和所指定信道的切换模式信息。天线模式处理器130通过分析从数据状态检测器133输出的信息及存储在缓存器135和136中的功率信息，来确定每一用户的切换模式。天线模式处理器130还控制控制器132，并按照所确定的切换模式来更新模式存储器138中的模式信息。当接收到数据状态检测器133的信息例如数据速率或QoS时，天线模式处理器130会根据数据速率或QoS按优先级确定切换模式。

图6是本发明限制天线最大输出功率处理过程的流程图。图6所示的处理过程是由图5中的天线模式处理器130执行的。

参见图6，在步骤801，天线模式处理器130通过数据状态检测器133进行检查，以确定是否从任何用户信道有新的用户数据被产生。假如有新的用户数据产生，则天线模式处理器130接收新用户数据的功率P_new、来自数据状态检测器133的数据速率和QoS、以及有关随着每一控制器132的切换结果以前产生的用户数据的功率信息。在步骤802，天线模式处理器130分别从缓存器135和136读取指定给第一和第二天线ANT 1和ANT 2的功率P_o和P_e，并从模式存储器138读取最大发送功率。在步骤803，天线模式处理器130检查以下公式是否被满足：公式5

P_max＞MIN(P_o，P_e)+P_new其中“MIN(P_o，P_e)”是P_o或P_e的较低功率值。若以上公式5满足，则在步骤805，新用户数据被指定给一个MIN(P_o，P_e)的切换模式，并将指定的结果发送给相应的移动台。

若公式5不满足，则在步骤807，天线模式处理器130根据MIN(P_o，P_e)搜索功率接近MIN(P_o，P_e)+P_new-P_max的用户数据。这里，通过将搜索到的用户数据的功率与MAX(P_o，P_e)相加而得到的值不应超过最大发送功率P_max。这可由下面公式表达：公式6

P_max＞MIN(P_o，P_e)+P_new-P_max+MAX(P_o，P_e)

若没有用户数据满足公式6，则天线模式处理器130在步骤814延迟指定新用户数据信道，并回到步骤801。若有用户数据满足公式6，则在步骤809将新用户数据功率P_new指定给MIN(P_o，P_e)的切换模式。在步骤811，搜索到的功率接近MIN(P_o，P_e)+P_new-P_max的用户数据被改变为MAX(P_o，P_e)的切换模式。亦即，搜索到的曾指定给第二天线切换模式的用户数据被改变为MAX(P_o，P_e)的切换模式。

图7A和图7B是步骤803和805的一个例子。图7A显示出的情况是，即使新用户功率P_new被指定给MIN(P_o，P_e)，全部的功率仍不超出最大发送功率P_max。图7A中，因为在当前周期指定给第一天线ANT 1的功率P_o高于在当前周期指定给第二天线ANT 2的功率P_e，所以，有P_o＝MAX(P_o，P_e)和P_e＝MIN(P_o，P_e)。更具体地讲，因为在当前周期第二天线ANT 2有较低的功率，因此，通过使对应的控制器132将新用户数据切换到第二天线ANT 2，天线模式处理器130将具有功率P_new的用户模式的切换模式指定给第二天线ANT2，如图7B所示。若MIN(P_o，P_e)+P_new不大于P_max，步骤805就结束。

这里，将参照图8A和图8B详细地描述步骤807至813。天线模式处理器130在当前周期将功率P_new指定给有着比第一天线ANT 1低的发送功率的第二天线ANT 2，如图8A所示。然而，由于MIN(P_o，P_e)+P_new大于P_max，天线模式处理器130搜索其发送功率大于和接近MIN(P_o，P_e)+P_new-P_max的用户数据。选择有着低QoS和较小模式变化的用户数据。假定该用户数据的功率为“A”，那么天线模式处理器130检查通过将用户数据“A”与MAX(P_o，P_e)(＝P_o)相加而得到的值是否小于P_max。如果是，则将新用户数据功率P_new在步骤809指定为第二天线ANT 2的发送功率P_e，而将用户数据功率“A”在步骤811指定为第一天线ANT 1的发送功率P_o，如图8B所示。回到图6，在步骤813，天线模式处理器130将指定给新用户数据的模式和变换的模式存储在模式存储器138中。

依照本发明，通过限制通过天线发送的信号功率至天线的最大发送功率，TSTD发射机应用功耗低的发送放大器，并因此降低了基站的复杂性和成本。

尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims

1.一种用于限制移动通信系统基站时分交换发送分集发射机中天线发送功率的装置，其中该发射机包括至少两个天线、多个用户信道和连接到用户信道并用于将从用户信道接收的用户数据切换到天线的切换控制器，其特征在于所述装置包含：

连接到用户信道的数据状态检测器，用于测量用户信道上新用户数据的功率；

发送功率检测器，用于测量通过天线发送信号的发送功率；以及

天线模式处理器，用于存储天线的最大发送功率和预先指定的用户数据的切换模式信息，确定以指定新用户数据至其加到新用户数据功率的发送功率不超出最大发送功率的特定天线的切换模式，以及按照确定的切换模式控制切换控制器并更新切换模式信息。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述发送功率检测器包含：

功率检测器，用于测量天线的发送功率；和

缓存器，用于储存在预定的时间间隔内测量的发送功率值。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述发送功率检测器包括对应于每个天线各自的功率检测器和缓存器。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述天线模式处理器包括模式存储器，用于存储每个天线的最大发送功率，并存储切换模式信息，以控制切换控制器将用户数据切换至天线。

5.如权利要求1所述的装置，其中，当通过将新用户数据的功率加到天线的各发送功率上所得的全部值不超出最大发送功率时，所述天线模式处理器通过将新用户数据的功率指定给有最小发送功率的天线来确定切换模式。

6.一种用于限制移动通信系统基站时分交换发送分集发射机中天线发送功率的方法，该发射机包括至少两个天线和模式存储器，用于存储最大发送功率限值和待通过天线发送的多个用户数据的切换模式，所述方法包含下列步骤：

当接收到新用户数据时，测量指定给各天线的发送功率；

检查通过将发送到各天线的发送功率和发送新用户数据所需的发送功率相加得到的各天线的发送功率值是否超出最大发送功率限值；和

确定切换模式，使得发送功率值不超出最大发送功率限值。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述确定切换模式的步骤包含下列步骤：

通过将新用户数据功率与多个发送功率中的最小发送功率相加，来计算第一功率值，所述功率值是用户数据确定的最小发送功率；

检查所述第一功率值是否小于最大发送功率限值；

当所述第一功率值大于最大发送功率限值时，搜索接近第二功率值的模式变化数据，所述第二功率值是通过从所述第一功率值中减去最大发送功率限值而得到的；

检查第三功率值是否小于最大发送功率限值，所述第三功率值是通过将模式变化数据的功率与多个发送功率中最大的发送功率相加而得到的；以及

当所述第三功率值小于最大发送功率限值时，将新用户数据指定给具有最小发送功率的天线，并改变模式变换数据的切换模式。

8.如权利要求7所述的方法，还包含如下步骤：当所述第一功率值小于最大发送功率限值时，将新用户数据功率指定为最小发送功率。

9.如权利要求7所述的方法，还包含如下步骤：当所述第三功率值大于最大发送功率限值时，延迟指定新用户数据的信道。