CN1874178A - 调整无线通信设备的发射功率 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种调整一个无线通信设备的发射功率的方法。这种方法首先确定在所述无线通信设备与一个接收无线通信设备之间的无线通信的要求，然后确定在不调整无线通信的要求的情况下是否可以降低无线通信的当前发射功率电平。当在不调整无线通信的要求的情况下可以降低无线通信的当前发射功率电平时，就将当前发射功率电平调整到一个低于当前发射功率电平的第二发射功率电平。

Description

调整无线通信设备的发射功率

技术领域

本发明与无线通信技术有关，具体地说，与调整发射功率以节约功率和/或减少干扰的技术有关。

背景技术

如所知道的那样，在一个无线通信系统内一个无线通信设备与另一个无线通信设备的无线通信可以采取许多形式，取决于系统所遵从的标准和系统内的工作状况。例如，无线通信系统可以基于IEEE802.11标准，这个标准为无线通信提供了多种数据速率和调制方案。例如，IEEE 802.11a标准提供了6Mbps(每秒6兆比特)、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps和54Mbps的数据速率以及二进制移相键控(BPSK)、四相移相键控(QPSK)、16QAM(正交调幅)和64QAM的调制方案。

也如所知道的那样，随着数据速率的增大，无线通信的信噪比(SNR)也必须增大。这是因为数据速率高的通信比数据速率低的通信每个时间间隔要发送更多的数据而且在各数据值之间具有较小的相位-振幅差别。这样，对于要正确恢复高数据速率通信的发送数据的接收机来说，承载数据的信号的信息必须清晰得可容易与噪声相区别。

为了进一步提高接收机正确恢复发送数据的能力，发射机可以用一个编码率进一步对数据编码。例如，IEEE 802.11a标准所给出的表示未编码比特数与编码比特数之比的编码率为1/2、2/3和3/4。例如，码率1/2表示对于输入编码器的每一个比特，编码器要产生两个比特的编码输出。在一定情况下，将低编码率(例如，1/2)用于高数据速率，而将高编码率(例如，3/4)用于低数据速率。这样，所发送的比特的数量与数据速率就不是一个线性关系。

再如所知道的那样，在建立无线通信时，发射机和/或接收机在某种程度上根据SNR确定数据速率。因此，发射机和/或接收机选择信道可以支持的最高数据速率，从而可以用最小的信道带宽来实现通信。

为了使无线通信达到可接受的SNR，发射机通常以一个设置为接近发射机的最大功率能力的功率电平发射。注意，遵从IEEE 802.11h的发射机用发射功率控制(TPC)将发射功率限制到能满足与最远的接收机通信的最低电平。此外，遵从IEEE 802.11h标准的发射机用动态频率选择(DFS)选择可以使对其他系统的干扰达到最小的信道。

基于上述情况，发射机以一个可以可靠地将数据传送给接收机的功率电平发送数据，使得在信道可以支持的情况下数据速率最高、使用的信道带宽最小。因此，在发送数据时使用峰值功率电平。虽然这提供了有效利用支持一个或多个无线通信的信道，但峰值功率电平可以处在干扰相邻信道的通信的电平，由于功率放大器工作在它的压缩点附近的非线性，产生比所要求的高的平均功率和/或对于多个通信来说可能超出发射机的发射功率能力。

因此，有必要开发一种调整无线通信设备的发射功率的方法和设备来控制发射功率电平，以降低功率消耗、降低峰值和/或平均功率电平和/或降低相邻信道干扰。

发明内容

本发明所揭示的调整无线通信设备的发射功率的技术基本上满足了这些及其他一些需要。在一个实施例中，调整无线通信设备的发射功率的方法首先是确定无线通信设备与一个接收无线通信设备之间的无线通信的要求。然后，确定在不调整无线通信的要求的情况下是否可以降低无线通信的当前发射功率电平。如果在不调整无线通信的要求的情况下可以降低无线通信的当前发射功率电平，就将当前发射功率电平调整到一个低于当前发射功率电平的第二发射功率电平。

附图说明

图1为按照本发明设计的无线通信系统的原理方框图；

图2为按照本发明设计的多信道通信的原理方框图；

图3为示出信噪比与数据速率的关系的曲线图；

图4为按照本发明设计的编码的原理方框图；

图5为示出按照本发明设计的功率放大器的输入功率与输出功率的关系的曲线图；

图6为示出按照本发明设计的无线通信帧的示意图；

图7为示出带宽与数据速率的关系的曲线图；

图8为示出信噪比与发射功率的关系的曲线图；

图9为按照本发明设计的调整无线通信设备的发射功率的方法的逻辑图；

图10为扩展图9的步骤74的方法的逻辑图；

图11为扩展图9的步骤72的方法的逻辑图；

图12为可以与图9这个逻辑图配合使用的附加步骤的逻辑图；以及

图13为按照本发明设计的可以与图9所示的方法配合使用的附加步骤的逻辑图。

具体实施方式

图1为一个包括多个无线通信设备12-16的无线通信系统的原理方框图。这些无线通信设备可以是一个无线局域网内的站和/或接入点、一个无线局域视频分配网内的站和/或服务器、蜂窝电话机、移动台、和/或任何其他通过无线通信信道收发信息的设备。

无线通信设备12-18各包括处理模块20、存储器22、发射部24、接收部26、发送/接收开关28和天线30。处理模块20可以是单个处理器件或多个处理器件。这样的处理器件可以是一个微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程序逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何根据操作指令处理信号(模拟和/或数字信号)的器件。存储器22可以是单个存储器件或多个存储器件。这样的存储器件可以是一个只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓存器和/或任何存储数字信息的器件。注意，在处理模块20通过一个状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现它的一个或多个功能时，存储相应操作指令的存储器可以嵌入包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路内或在这电路外。存储器22存储与图2-13中所示的步骤和/或功能中的至少一些相应的操作指令，并且处理模块20执行这些指令。

在这个图中，无线通信设备12通过信道A与无线通信设备14进行无线通信32。图中也示出了无线通信设备16通过信道B与无线通信设备18进行无线通信34。从图中还可以看到在信道A上的无线通信32可能会干扰在信道B上的无线通信34，反之亦然。为了尽量减小相邻信道干扰的有害影响，无线通信设备12-18按照功率调整信号36调整它们的发射功率，从而减小相邻信道干扰的有害影响。此外，无线通信设备12-18各可以按照功率调整信号降低它的发射功率，以降低峰值功率、降低平均功率和/或改善各自的发射部24内的功率放大器的性能。

如熟悉该技术领域的人员所看到的，无线通信设备16和无线通信设备12可以是单个设备，诸如一个无线局域网内的接入点或服务器之类。这样，设备包括两个或更多个收发机(即，发射机和接收机)和天线30(例如，一个或多个天线)，以支持通过多个信道的两个或更多个无线通信。如熟悉该技术领域的人员还可以看到的，信道相应于在一个为一个给定类型的无线通信分配的频带内的特定载波频率和带宽。例如，IEEE 802.11a标准给出了多个在用于无线局域网通信的频带5.25-5.35的频带内的20MHz信道。

图2例示了一个包括无线通信设备12-16的无线通信系统。在这个图中，无线通信设备12通过单个天线结构30经独立的信道(例如，信道A和信道B)与无线通信设备14和无线通信设备16通信。如图所示，无线通信设备12包括处理模块20、存储器22、接收部26、发射部24和收发开关28。还将发射部示为包括一个或多个中频(IF)级42和一个功率放大器(PA)40。可以是超外差或直接变频结构的一个或多个IF级42可操作地耦合以将从处理模块20接收到的出站(outbound)信号变换成射频信号。功率放大器40可操作地耦合以将出站RF信号放大后通过天线30发射出去。为了调整功率放大器40的发射功率电平，处理模块20将功率调整信号提供给功率放大器40。

在这个实施例中，一个通信设备支持通过多个信道的多个通信，因此所希望的是控制发射部的总发射功率，特别是控制功率放大器40的发射功率电平。按照本发明，如将结合图3所说明的那样，根据一个或多个因素调整分别通过信道A和信道B通信的发射功率电平，以达到一个所希望的总发射功率电平，从而通过降低峰值功率、降低平均功率、降低相邻信道干扰和/或使功率放大器40工作在它的较为线性的区域来改善无线通信设备12的总效率。

图3为示出信噪比与数据速率的关系的曲线图。在这个图中，数据速率随信噪比非线性增大，这通常意味着为了达到较高的数据速率，必须非线性地增大发射功率以相对一个噪声电平产生较大的信号强度。例如，对于一个给定的无线通信，为了达到可以由一个使用2/3码率编码的4比特符号表示的每秒42兆比特的数据速率，最小信噪比可以是17dB左右。此外，为了达到可以由一个使用1/2的码率编码的每符号6比特的符号表示的每秒48兆比特的数据速率，最小信噪比可以是20dB左右。按照这个例子，每秒42兆比特的情况与每秒48兆比特的情况之间在信噪比上的差大于数据速率之间的差。这样，如果一个特定的无线通信可以用42Mbps(每秒42兆比特)的数据速率支持的话，与用48Mbps的数据速率的相比，可以使用较低的信噪比，从而可以减小发射功率。例如，如果一个无线通信设备最初确定一个特定的无线通信建立成数据速率为每秒48兆比特，设备然后确定在保持服务质量在一个可接受的程度和/或满足通信的其他要求的情况下是否可以通过使用较低的数据速率(例如，42Mbps)因而较低信噪比来降低发射功率电平。如果可以这样，设备就调整数据速率，降低它用于这个通信的发射功率电平。

图4为在处理模块20内进行编码的示意图。如图所示，前向纠错(FEC)编码器50将一个数据流变换成编码数据。对于输入的每个比特，FEC编码器按照编码率逐比特产生较多的输出比特。例如，如图中的表所示，每秒42兆比特的数据速率可以使用2/3的FEC编码率，意味着每输入FEC编码器50两个比特，就有三个比特的输出。也如所示，对于每秒48兆比特的数据速率的情况，FEC编码率为1/2，意味着每输入FEC编码器50两个比特，就要输出四个比特。这样，平均来说，产生48Mbps的数据速率比产生42Mbps的数据速率要生成更多的比特。

符号编码器52从FEC编码器50接收编码信息，据此产生M比特编码符号。参考图4的表，为了为每秒42兆比特的数据速率产生4比特符号，FEC编码器使用对于每M比特输出平均有8/3比特输入的2/3编码率。比较起来，对于每秒48兆比特数据速率的每符号6比特的输出，FEC编码率为1/2，平均起来，为了产生6个输出比特需要3个输入比特。

图5为示出一个功率放大器的功率输入与功率输出的关系的曲线图。如图所示，功率放大器在中间范围内(例如在最低发射功率到典型发射功率之间)在功率输入与功率输出之间具有线性关系，然而随着它接近它的压缩点失去了线性。理想的是，功率放大器工作在线性范围内。在一些现有技术的实施例中，功率放大器通常工作在典型发射功率电平或接近典型发射功率电平。按照本发明，将最低发射功率设置为基本上消除相邻信道干扰、降低峰值功率和平均功率的电平，而再减小功率放大器的输出在相邻信道干扰、平均功率和/或峰值功率上得到的改善可以忽略。

图6为一个帧60，它包括一个头标部和一个包括分配带宽、可用带宽和保留带宽部的数据部。如所知道的那样，在每个用于无线通信的信道上发送一个帧。也如所知道的那样，一个帧可以支持多个从一个发射机到多个接收机的通信。在这个例子中，通过对这个帧的分析可以确定相对分配带宽的可用带宽的数值。如所知道的那样，较高的数据速率比较低的数据速率消耗较少的带宽。因此，在为了如前面结合图3所说明的那样减小发射功率从一个较高的数据速率切换成一个较低的数据速率前，无线通信设备确定帧60是否具有足够的可用带宽来适应数据速率的改变。

图7为示出带宽与数据速率的关系的曲线图。如图所示，随着数据速率的降低，所需的带宽增大。这样的关系基本上可以是线性的，如图所示。

图8为示出信号噪声比与发射功率的关系的曲线图。如图所示，曲线是非线性的，渐近于一条取决于发射机内组件特性的垂直渐近线。如图所示，用大的发射功率可获得大的信噪比。

利用图3-8所示的各个特性，执行图9所示的方法的无线通信设备可以调整它的发射功率，以改善总效率、降低相邻信道干扰、降低峰值功率和/或降低平均功率。过程开始于步骤70，确定一个无线通信的要求。这些要求包括(但并不局限于)一帧的分配带宽、一帧的可用带宽、最初确定的数据速率、可接受的较低数据速率、信噪比和/或所要求的相邻信道干扰的电平。然后，过程进至步骤72，确定在不调整要求的情况下是否可以降低发射功率电平。例如，确定信噪比在不必须改变数据速率和/或分配带宽的情况下降低发射功率上是否有足够的自由空间。如果是这样，过程就进至步骤74，将发射功率电平调整到比当前发射功率电平小的第二电平。

然而，如果在不调整要求的情况下不能降低发射功率，过程就进至步骤76。在步骤76，确定是否可以调整至少其中一个要求。例如，确定是否可以降低数据速率以用足够的带宽来适应数据速率的降低，是否可以调整相邻信道干扰电平和/或是否可以相对于所要求的平均和/或峰值功率电平进行调整。如果可以，过程就进至步骤78，保持当前发射功率电平。

然而，如果可以改变至少其中一个要求，过程就进至步骤80，根据可调整的要求确定是否可以降低发射功率电平。例如，如果可以降低数据速率和有足够的带宽可用，就可以降低发射功率而用较低的数据速率和增大的带宽指配来达到所要求的通信服务质量。如果不可以，过程就返回步骤78。

如果可以降低功率，过程进至步骤82和84，将功率电平调整到一个比当前发射功率电平低的第三发射功率电平，而且调整无线通信的至少一个要求。

图10为进一步说明图9中的步骤74的调整发射功率电平的逻辑图。处理开始于步骤90，确定在不调整要求的情况下是否可以将功率电平调整到一个最低功率电平(例如，将PA功率电平调整到如图5所示的最低电平)。如果可以，过程就进至步骤92，将发射功率电平调整到最低电平。

然而，如果在不调整通信要求的情况下不能将功率调整到最低电平，过程就进至步骤94，确定在不调整要求的情况下发射功率可以调整到的电平。过程然后进至步骤96，确定发射功率可以调整到的电平是否提供所要求的服务质量，其中服务质量包括可接受的信噪比、受到的相邻信道干扰的电平、可接受的数据吞吐率和/或可接受的带宽指配。如果是，过程就进至步骤98，将功率调整到这个电平。

然而，如果不能达到所要求的服务质量，过程就进至步骤100，调整无线通信的至少一个要求。然后，过程进至步骤102，确定伴随着要求调整是否可以将发射功率电平调整到最低电平。如果可以，过程就进至步骤104，将发射功率调整到最低发射功率电平。

然而，如果伴随着要求调整，功率不能调整到最低发射功率电平，过程就进至步骤106，根据所调整的要求确定功率电平可以调整到的第二发射功率电平。然后，过程进至步骤108，确定是否可以达到所要求的服务质量。如果可以，过程就进至步骤110，将发射功率调整到第二发射功率电平。如果不能达到所要求的服务质量，过程就返回步骤100，直到达到能满足所要求的服务质量的一个功率电平和一些对通信要求的调整。

图11为进一步说明图9的确定在不调整通信要求的情况下是否可以调整功率电平的步骤72的逻辑图。过程开始于步骤120，确定最低的所要求的服务质量，其中服务质量包括信噪比、相邻信道干扰、数据吞吐率和/或带宽指配。然后，过程进至步骤122，根据当前发射功率电平确定当前服务质量。然后，过程进至步骤124，将最低的所要求的服务质量与当前的服务质量相比较。然后，过程进至步骤126，确定比较结果是否有利。如果不是，过程进至步骤130，提供一个指出在不调整要求的情况下不能降低当前发射功率的指示。然而，如果在步骤126的比较结果是有利的，过程就进至步骤128，提供一个指出在不调整要求的情况下可以降低当前发射功率电平的指示。

图12例示了用图9的处理步骤可以实现的附加处理步骤。这样的附加处理开始于步骤140，确定一个功率放大器用于第一信道上的第一无线通信和第二信道上的第二无线通信的总发射功率电平。然后，过程进至步骤142，确定用于多个通信的总功率是否为不能接受的。如果否，过程就进至步骤144，保持当前总发射功率电平。

然而，如果总发射功率电平是不能接受的，过程就进至步骤146，确定在不调整这两个通信的要求的情况下是否可以降低总发射功率电平。然后，过程进至步骤148，确定是否可以调整功率电平。如果不是，过程进至步骤150，调整至少其中一个无线通信的一个或多个要求。这可以按照图9的步骤76-84执行。如果在步骤148在不调整要求的情况下可以调整功率，过程就进至步骤152，降低总功率电平。

图13为按照本发明设计的可以与图9所示的方法配合执行的附加步骤的逻辑图。这样的附加处理开始于步骤160，确定第一信道上的无线通信的第一当前发射功率电平和第二信道上的无线通信的第二当前发射功率电平是否产生不能接受的相邻信道干扰电平和/或不能接受的总发射功率电平。然后，过程进至步骤162，如果干扰和/或总功率电平是可接受的，过程就进至步骤164，保持功率电平。

然而，如果这电平是不能接受的，就进至步骤166，确定在不调整第二无线通信的要求的情况下是否可以降低第二当前发射功率电平。在步骤168，确定在不改变要求的情况下是否可以调整功率。如果不是，过程进至步骤170，按照图9的步骤76-84调整第一和/或第二无线通信的要求。然而，如果在不调整要求的情况下可以调整功率，过程就进至步骤172，将第二通信的功率电平调整到一个较低的发射功率电平。

如熟悉该技术领域的人员可以看到的那样，所谓“基本上”或“近似”在这里可以是指它相应项的工业容差和/或项之间的相对关系。这样的工业容差范围从小于百分之一到百分之二十，相应但不局限于元件值、集成电路加工偏差、温度变化、起伏次数和/或热噪声。这样的项之间的相对关系范围从百分之几到大的差。如熟悉该技术领域的人员还可以看到的那样，所谓“可操作地耦合”在这里可以是指直接耦合和通过另一个组件、元件、电路或模块的间接耦合，对于间接耦合来说，介入的组件、元件、电路或模块不改变一个信号的信息但可以调整它的电流电平、电压电平和/或功率电平。如熟悉该技术领域的人员还可以看到的那样，推断耦合(即，其中一个元件推断上与另一个元件耦合)包括以与“可操作地耦合”相同的方式在两个元件之间的直接和间接耦合。如熟悉该技术领域的人员还可以看到的那样，所谓“比较结果有利”在这里可以是指两个或更多个元件、项、信号等之间的比较结果提供了一个所希望的关系。例如，在所希望的关系是信号1具有比信号2大的幅度时，在信号1的幅度大于信号2的幅度时或者在信号2的幅度小于信号1的幅度时就可以获得有利的比较结果。

以上说明给出了一种根据可接受的数据速率、可得到的带宽、所要求的相邻信道干扰、所要求的峰值功率电平和/或所要求的平均功率电平调整无线通信设备的发射功率电平的方法和设备。如熟悉该技术领域的人员可以看到的那样，可以根据本发明的精神得出其他一些实现方式，所有这些实现方式都应包括在权利要求书所给定的本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调整无线通信设备的发射功率的方法，所述方法包括下列步骤：

确定所述无线通信设备与一个接收无线通信设备之间的无线通信的要求；

确定在不调整无线通信的要求的情况下是否可以降低无线通信的当前发射功率电平；以及

当在不调整无线通信的要求的情况下可以降低无线通信的当前发射功率电平时，将当前发射功率电平调整到一个小于当前发射功率电平的第二发射功率电平。

2.根据权利要求1的方法，所述方法还包括下列步骤：

当在不调整无线通信的要求的情况下不能降低无线通信的当前发射功率电平时，确定是否可以调整无线通信的要求中至少一个要求，以产生无线通信的可调整的要求；

在可以调整无线通信的要求中至少一个要求时，根据无线通信的可调整的要求确定是否可以降低无线通信的当前发射功率电平；以及

在根据无线通信的可调整的要求可以降低无线通信的当前发射功率电平时

将当前发射功率电平调整到一个低于当前发射功率电平的第三发射功率电平，以及

调整无线通信的要求中至少一个要求，以产生无线通信的经调整的要求。

3.根据权利要求1的方法，其中所述调整当前发射功率电平的步骤包括下列步骤：

确定在不调整无线通信的要求的情况下是否可以将发射功率调整到一个最低发射功率电平；以及

当在不调整无线通信的要求的情况下可以将发射功率调整到最低发射功率电平时，将当前发射功率电平调整到作为第二发射功率电平的最低发射功率电平。

4.根据权利要求3的方法，还包括下列步骤：

当在不调整无线通信的要求的情况下不能将发射功率调整到最低发射功率电平时，确定在不调整无线通信的要求的情况下可以将当前发射功率调整到的发射功率电平；

确定发射功率电平是否提供所要求的无线通信的服务质量；以及

当发射功率电平提供所要求的无线通信的服务质量时，将当前发射功率调整到所述发射功率电平。

5.根据权利要求4的方法，还包括下列步骤：

当所述发射功率电平不能提供所要求的无线通信的服务质量时，调整无线通信的要求中至少一个要求，以产生一个经调整的无线通信；

确定在不调整经调整的无线通信的要求的情况下是否可以将发射功率调整到最低发射功率电平；

当在不调整经调整的无线通信的要求的情况下可以将发射功率调整到最低发射功率电平时，将当前发射功率电平调整到作为第二发射功率电平的最低发射功率电平；

当在不调整经调整的无线通信的要求的情况下不能将发射功率调整到最低发射功率电平时，确定在不调整经调整的无线通信的要求的情况下可以将当前发射功率调整到的第二发射功率电平；

确定第二发射功率电平是否提供所要求的经调整的无线通信的服务质量；以及

当第二发射功率电平提供所要求的经调整的无线通信的服务质量时，将当前发射功率调整到第二发射功率电平。

6.根据以上任何一个权利要求的方法，其中所述无线通信的要求包括至少下列之一：

带宽；

数据速率；

信噪比；以及

相邻信道干扰。

7.根据以上任何一个权利要求的方法，其中所述确定在不调整所述无线通信的要求的情况下是否可以降低无线通信的当前发射功率电平的步骤包括下列步骤：

确定最低的所要求的无线通信的服务质量，其中最低的所要求的服务质量包括信噪比、相邻信道干扰、数据吞吐率和带宽指配至少其中之一；

根据当前发射功率电平确定当前的无线通信的服务质量；

将最低的所要求的服务质量与当前的服务质量相比较；以及

当最低的所要求的服务质量与当前的服务质量的比较结果为有利时，指出在不调整无线通信要求的情况下可以降低无线通信的当前发射功率电平。

8.根据以上任何一个权利要求的方法，包括下列步骤：

确定一个功率放大器的用于第一信道上的第一无线通信和第二信道上的第二无线通信的总发射功率电平是否为不能接受的；

当总发射功率为不能接受时，确定在不调整第一和第二无线通信的要求的情况下是否可以降低总发射功率电平；以及

当不调整第一和第二无线通信的要求的情况下可以降低无线通信的总发射功率电平时，降低总发射功率电平。

9.根据以上任何一个权利要求的方法，包括下列步骤：

确定第一信道上的第一无线通信的第一当前发射功率电平和第二信道上的第二无线通信的第二当前发射功率电平是否引起不能接受的相邻信道干扰电平或不能接受的总发射功率电平；

当确定总发射功率电平不能接受或相邻信道干扰电平不能接受时，确定在不调整第二无线通信的要求的情况下是否可以降低无线通信的第二当前发射功率电平；以及

当在不调整第二无线通信的要求的情况下可以降低无线通信的第二当前发射功率电平时，将第二当前发射功率电平调整到一个小于当前发射功率电平的第三发射功率电平。

10.一个无线发射机，所述无线发射机包括：

可操作地耦合以将出站数据变换成出站基带信号的处理模块；以及

可操作地耦合以将出站基带信号变换成出站射频(RF)信号的发射部，

其中，所述处理模块还可操作地耦合以执行按照以上任何一个权利要求所述的方法。

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