CN200956585Y - 最小化无线通信系统中功率消耗的无线传送/接收单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于CDMA类型或以OFDM/OFDMA为基础的多天线系统中的装置首先选择一组初始天线权重，并将传送信号拷贝乘上所选择的天线权重，以产生一加权传送信号。在一个以OFDM/OFDMA为基础的实施方式中，即以所述信号拷贝调整所选择的一组次载波，并接着利用所述天线权重来加权所述次载波。利用一初始整体传送功率来传送经加权的传送信号，如果在一预定时间间隔内没有接收确认，则调整所述天线权重，且/或重新选择次载波，并重新传送一个经调整的加权传送信号。在调整所述天线权重及/或所选择的次载波时，所述整体传送功率是维持为一固定值；只有在调整权重及/或重新选择次载波达一预定次数、却仍未接收确认时，才增加所述整体传送功率。

Description

最小化无线通信系统中功率消耗的无线传送/接收单元
技术领域
本实用新型是关于无线通信系统中的功率控制；特别是，本实用新型是关于一种最小化无线通信系统中功率消耗的无线传送/接收单元。
背景技术
在无线通信系统中，特别是在分码多重存取(CDMA)类型的系统与在以正交频分多任务(OFDM)/OFDMA为基础的系统中，皆经由限制接收器干扰与经由将功率消耗最小化而利用功率控制来增进蜂巢(cellular)容量与信号品质；举例而言，在一移动式通信装置中，利用开放循环功率控制(OLPC)来将其初始传送功率设定为一个适合接收器接收的等级，当与所述接收器建立了通信连结，便利用封闭循环功率控制(CLPC)方式来使通信连结维持在一个所需要的服务品质(QoS)等级。
在传统的OLPC方式中，移动式装置是利用一预定初始传送功率来传送信号至所欲基地站，在所欲基地台测量传送信号的品质，以决定是否可以与所述移动式装置建立一通信连结。在此情形中，传送信号的品质一般是指路径损失、干扰、或是信号干扰比(SIR)的测量值。如果传送信号的品质适合建立通信连结，所述基地台便传送一响应信号至所述移动式装置，而指示传送信号的品质适合建立通信连结；然而，如果传送信号被认为是不适当的，且/或如果所述移动式装置没有接收到响应信号，则所述移动式装置会增加其传送功率，重新传送其信号，并等待所述基地台的响应信号。所述移动式装置会在预定的时间间隔、以一预定量来持续增加其传送功率，直到所述移动式装置确实接收到所述响应信号为止。图1说明了此一传统OLPC方式。
请参阅图1，其以图解方式说明了上述的传统OLPC方式。所述的方式100代表单一天线移动式通信装置(图中未示)中的OLPC功能，其中所述单一天线移动式通信装置是配置以操作于CDMA、CDMA2000、UMTS(通用行动电信系统)、或任何其它的无线通信系统中。
为了建立通信连结，所述OLPC方式100首先要求一移动式装置以一初始、预定的传输功率级PT1传送一初始传送信号T1；在经过一预定时间间隔Δt后，如果所述移动式装置还没有接收到一响应信号，便使所述传送功率P增加一第一功率增加量Δ1P，然后以经调整的一传送功率PT2重新传送信号T2，其中PT2是定义为初始传送功率PT1与预定功率增加量Δ1P的总和，如下式1所示：
PT2＝PT1+Δ1P                                   式1
同样的，连续传送信号Tn的传送功率PTn一般以下式2定义为：
PTn＝PTn-1+∑ΔiP                               式2
其中Δ1P(即传输功率增加量)可为固定值或是一变化值。
如所述OLPC方式100所示，移动式装置必须以递增的传输功率PT3、PT4、...、PTn来持续重新传送时传送信号T3、T4、...、Tn，直到接收到一响应信号为止，亦即直到建立了一通信连结为止。一旦建立了通信连结，便结束所述OPLC功能100，且一CLPC功能(图中未示)便开始接管已建立的通信连结的功率控制。根据此类型的传统OLPC方式100，移动式装置会因为例如较长的衰退时间与较多的多重路径而必须以较大的平均功率等级传送通信信号；除此之外，传统OLPC方式仅可应用于单一天线移动式通信装置，而目前仍没有任何OLPC方式可以适用于多天线装置中，以使一初始传送功率最佳化。
因此，目前亟需一种可用于多天线装置中执行开放循环功率控制的方法与装置，以使无线通信系统中的功率消耗最小化。
实用新型内容
本实用新型是一种用于多天线装置中执行开放循环功率控制(OLPC)的装置，其可将无线通信系统的功率消耗最小化。选择一组初始天线权重并乘上一传送信号拷贝，以产生一加权传送信号；在一个以正交频分多任务(OFDM)/OFDMA为基础的实施方式中，所述信号拷贝是调整于所选择的一组次载波，且所述次载波是利用所选择的天线权重进行加权。接着利用一初始整体传输功率来传送经加权的传送信号。如果在一预定时间间隔内没有接收到来自一接收器的良好信号强度确认，便调整所述天线权重，且/或重新选择、调整并加权所述次载波，然后重新传送最新加权的传送信号。在调整所述天线权重及/或所选择的次载波时，所述整体传送功率是维持为一固定值；只有在调整权重及/或重新选择次载波达一预定次数、却仍未接收确认时，才增加所述整体传送功率。
一种最小化无线通信系统中功率消耗的无线传送/接收单元，其中，所述无线传送/接收单元包含：一信号产生器，用于产生一初始传送信号；一串行至并行转换器，其耦接至所述信号产生器，以提供一初始传送信号拷贝；一乘法器，其耦接至所述串行至并行转换器，以加权所述初始传送信号拷贝；一加权处理器，其耦接至所述乘法器，以提供、获取并调整天线权重；以及多个传送/接收天线，其耦接至所述加权处理器。
本实用新型的优点在于，利用天线权重产生一加权传送信号并利用调整天线权重有效地使传送功率最小化。
附图说明
经由下列图式与较佳实施方式说明，可获得对本实用新型的进一步了解，其中：
图1是一传统开放循环功率控制(OLPC)方式的图解说明；
图2是根据本实用新型而说明一OLPC方式的流程图；
图3说明了用于执行本实用新型OLPC方式的无线传送/接收单元(WTRU)；以及
图4是根据本实用新型之OLPC方式的图解说明。
具体实施方式
在以下说明中，无线传送/接收单元(WTRU)包含、但不限于使用者设备、移动式站台、固定或移动式用户单元、呼叫器、或是任何可以在无线环境中进行操作的其它类型装置；且在以下说明中，基地站包含、但不限于节点B、地址控制器、接入点、或是任何在无线环境中的其它类型接口装置。
本实用新型提供了一种开放循环功率控制(OLPC)方式以及用于多天线无线通信系统中的WTRU。相较于传统用于单一天线类型装置的OLPC方式，本实用新型方式所涵盖的不只是在接收器成功接收信号前仅增加所述信号的传送功率；如以下进一步说明者，本实用新型的OLPC方式涉及了在维持一整体传送功率的情形下，调整一传送信号的不同天线权重。如果在经过一定次数的权重调整之后，仍未成功确认接收所述传送信号，只有在此时才增加整体传送功率。利用此一方式来控制传送功率可使建立通信连结时所消耗的功率最小化，并在建立连结时确保一个初始较低的平均传送功率。
经由背景技术的说明即可了解，多天线系统一般指的是一种无线通信系统，其中至少有一个传送器及/或接收器使用一个以上的天线；这类系统的实例包括了CDMA、宽频(W)-CDMA、CDMA-one、CDMA-2000、IS95A、IS95B、IS95C、UTMS以及其它之相关系统，而以OFDM/OFDMA为基础的系统，例如长程进展(LTE)3GPP、IEEE 802.16c(Wi-Max)、IEEE 802.11n等，也是多天线系统的实例。使用多天线装置的两项基本优势在于空间多样性与经由空间多任务性而产生了较佳的系统总处理能力。
空间多样性是指经由较多的传送天线所产生的提升成功传送品质信号的可能性，换言之，当天线数量增加时，成功传送一品质信号的机会也会增加。空间多任务性则是指于相同频谱中同时从多个天线传送与接收数据流，空间多任务性的特性使系统可以达到更高的尖峰数据率，并可提升频谱效能。在与本实用新型的OLPC方式结合使用时，空间多样性与空间多任务性可用以最小化功率消耗，而由此进一步提升系统容量、性能与总处理能力。
请参阅图2，其为一流程图200，说明了根据本实用新型而实施OLPC的方法。在产生一个用于建立通信连结的信号时，便起始开放循环功率控制(步骤202)；接着，以例如一个串行至并行(S/P)转换器来产生此一信号的拷贝(步骤203)。在以OFDM/OFDMA为基础的系统中，包括单一载波FDMA(S-FDMA)，这些信号拷贝会被调整至所选择的多个次载波上(步骤203a)。接着选择一组初始天线权重(步骤204)，以应用至所述信号拷贝及/或所调整的次载波。然后，将所述信号拷贝及/或次载波乘上所选择的天线权重，以产生一个加权信号(步骤206)。
应用天线权重、或是″加权″代表的是在多个传送天线之间传送特定信号及/或次载波前，修改这些特定信号及/或次载波的特定传送参数(例如：相位、振幅等)的过程；加权处理会产生一个结合信号，其于传送时会在所需接收器的方向中发射出最高的信号强度。在本说明中，天线权重是用于初始传送信号(步骤204)，以确保所欲接收器接收到所述信号，并维持一个所需要的传送功率级。
初始天线权重的选择(步骤204)可以由任何适当的装置完成；纯粹就举例而言，可以从储存在所述WTRU中的″编码手册″中选择初始权重，此一编码手册可包含例如用于特定WTRU的预定加权变换；或者是，也可以根据一空间-时间编码方式来选择所述天线权重，其中传送WTRU是利用不同天线的衰退相关性来决定最佳的天线权重；也可以根据先前所接收的信道品质指示符(CQIs)来选择天线权重；另外还有一种决定天线权重的方式是包含了多重输入多重输出(MIMO)″盲波束成形″，盲波束成形试图从多重天线在先前所接收的信号中撷取出未知的信道脉冲响应，然后便根据这些脉冲估计来决定天线权重。
请再参阅图2，一旦选择出天线权重(步骤204)，并将其应用至所述传送信号的拷贝(步骤206)时，所述传送信号便经由所述多重天线，而以一初始整体传送功率加以传送。此处所使用的″整体传送功率″是指在经由多重传送天线传送一传送信号时所消耗的总传送功率，且可知个别天线所消耗的传送功率是不同的。
如果能够在一预定时间间隔中接收到一响应信号(步骤210)，则建立一通信连结(步骤216)，并终止所述方法200。响应信号可包含任何型式的指示，例如一CQI，其通知所述WTRU已经成功接收到所述加权信号。
如果未能接收到一响应信号(步骤210)，便调整所述初始天线权重(步骤212)，并且重新加权(步骤206)及重新传送(步骤208)所述传送信号。另外，在一个以OFDM为基础的实施方式中，可以选择一组不同的次载波来与信号拷贝进行调整(步骤203a)，而不是只调整所述初始天线权重(步骤212)；或是在调整所述初始天线权重(步骤212)外，另选择一组不同的次载波来与信号拷贝进行调整(步骤203a)。然而，应注意的是，在调整所述天线权重、以及/或在选择次载波(步骤212)时，所述整体传送功率仍维持不变，也就是说，尽管调整天线权重且/或重新选择次载波可能会使特定次载波及/或特定天线的传送功率增加，所有天线的所述整体传送功率仍然维持相同。在调整权重及/或重新选择次载波(步骤212)、重新应用所述天线权重(步骤206)、以及重新传送一加权信号(步骤208)之后，所述OLPC方式(200)决定在预定时间周期内是否接收到一响应信号(步骤210)，如果所调整的天线权重以及/或重新选择的次载波仍无法产生响应信号则重新调整所述天线权重，且/或选择一组新的次载波(步骤212)、应用所述天线权重(步骤206)、并重新传送所述加权信号(步骤210)；持续这个调整/重新传送循环(即在步骤212后执行步骤206、208与210)，直到成功接收一响应信号为止。
如果在进行一预定次数的加权及或次载波调整/重新传送循环之后，还是没有成功接收到一响应信号，便增加所述整体传送功率分派(步骤214)；根据此一较高的功率分派，重新调整所务天线权重，且/或重新选择所述次载波(步骤212)，并重复剩下的OLPC方法200，直到建立一通信连结为止(步骤216)、或是直到所述OLPC方法终止为止。需注意的是，后续的功率增加值(步骤214)可以是固定的、或是一变化量。
请参阅图3，其说明了本实用新型中用以执行OLPC的WTRU 300。在所述WTRU 300中包含了用于产生信号的信号产生器302、用于提供初始传送信号拷贝的串行至并行(S/P)转换器304、用于获得并调整天线权重(包括整体传送功率调整)的加权处理器306、用于加权所述加权处理器306利用天线权重而提供的所述信号拷贝(或是在OFDM/OFDMA的情形中，用于加权经调整的次载波)的乘法器308、以及用于传送加权信号即接收响应信号的多个传送/接收天线310a、310b、310c、...、310n；在所述WTRU 300中也可以包含了一编码储存处理器312，以储存预定的天线权重及/或先前使用的天线权重。
在所述WTRU 300中，所述信号产生器302产生一初始传送信号，以建立与例如一基地站(图中未示)之间的的通信连结；接着，此一传送信号于所述S/P转换器304中进行处理，而产生多个处理信号拷贝，每一拷贝对应至每一个所述传送/接收天线310a、310b、310c、...、310n；然后经由所述加权处理器306获得一组初始天线权重，以应用至所述多个处理信号拷贝。在此情形中，所述加权处理器306可经由任何适当的装置来获得所述初始天线权重，包括从一编码储存处理器312，其储存并维持预定的天线权重及/或先前所使用的天线权重。
纯粹就举例而言，可以根据一空间-时间方案来选择此组初始天线权重，其中所述加权处理器306是配置以使用其对于所述多个传送/接收天线310a、310b、310c、...、310n的衰退相关性的察觉来决定最佳天线权重；或者是，所述加权处理器306也可以配置以根据MIMO盲波束成形算法来估计最佳天线权重。在一较佳实施方式中，所述加权处理器306选择先前已经产生、并储存在编码手册处理器312中的权重来作为所述初始天线权重。
一旦选择了所述天线权重，所述乘法器308便将信号拷贝乘上所选择的天线权重，以产生一加权传送信号。在以OFDM/OFDMA为基础的传送器的情形中，也可以视所需而包括一个次载波产生器(图中未示)，以产生及选择一预定数量的次载波；在此一实施方式中，是以所述信号拷贝来调整所述次载波，然后由所述乘法器308利用所选择的天线权重来加权所述次载波，接着，经加权的信号拷贝及/或次载波是经由所述多个传送/接收天线310a、310b、310c、...、310n，而以一预定整体传送功率传送至一个预定的基地站(图中未示)作为一加权传送信号。如果在一预定时间间隔内，所述基地站(图中未示)确认侦测到所述加权传送信号，则所述WTRU 300中会接收到一响应信号，且建立通信连结。
然而，如果未确认接收到所述加权传送信号，则所述加权处理器306对所述初始天线权重(即相位、振福与任何其它预定的传送参数)执行第一次调整，并将调整结果传送至所述乘法器308，而应用至所述信号拷贝及/或次载波；另外，次载波产生器(图中未示)也可重新选择传送所需使用的次载波。接着经由所述多个传送/接收天线310a、310b、310c、...、310n而将新加权信号重新传送至所述基地站(图中未示)。应注意的是，在调整所述天线权重及/或重新选择的次载波时，所述整体初始传送功率是维持不变的。
如果在第一次调整所述天线权重及/或次载波之后还是没有确认接收到所述加权传送信号，则所述天线权重会被重新调整、重新应用，且经加权的传送信号也会被重新传送；另外，可重新选择一组次载波，且经由目前或经调整的天线权重对其加权。这个调整/重新传送循环会持续进行，直到所述基地站(图中未示)成功接收到所述加权传送信号、且所述WTRU 300也接收到一个反应这个情形的确认为止。如上述说明，所述天线权重的调整以及所述次载波的重新选择是以将所述整体传送功率维持在初始、预定的功率级的方式进行；换言之，所述整体传送功率是经正规化(normalized)，较佳为根据任何可行的标准而行，包括：CDMA-2000、CDMA-one、UTMS、WCDMA、GSM、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e、LTE 3GPP等，只有在完成一定次数的调整循环之后，才可增加所述整体传送功率，如以下说明。
在一预定次数的权重及/或次载波调整变换之后，如果仍无法确认接收到所述加权传送信号，则所述加权处理器306便增加所述整体传送功率分派；根据这个较高的功率分派，所述天线权重及/或所选择的次载波会被重新调整，信号拷贝及/或次载波会被重新加权，且经加权的信号会被重新传送，如前述说明。这个新整体传送功率分派变成未来天线权重及/或次载波调整/选择的临界值，直到建立通信连结为止、或是直到认为需要下一个整体功率增加为止。需注意的是任何后续的增加值可以是与第一次增加时相同的固定值，也可以是一变化值。
一旦建立了通信连结，亦即一旦所述基地站(图中未示)确认接收到所述传送信号，较佳为，将产生响应所使用的对应的这组天线权重及/或对应的这组次载波储存起来，或许是储存在编码储存产生器312中，以用于建立未来的通信连结。在智能型天线组态的WTRUs中，可使用这些天线权重及/或次载波组合来作为用于波束成形及/或各种其它MIMO算法的初始组态。
请参阅图4，其用于说明根据本实用新型之OLPC方式的图解方式400。所述图解方式400代表在一多天线WTRU(图中未示)中的OLPC功能，所述多天线WTRU(图中未示)则是配置以操作于CDMA、CDMA-2000、CDMA-one、UTMS、OFDM/OFDMA、S-FDMA、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e、LTE 3GPP、或是其它多天线无线通信系统中。
为了建立通信连结，WTRU(图中未示)以一初始、预定的传送功率级PTi来传送一个初始传送信号T1，所述初始传送信号T1经选择的一组天线权重加权；在以OFDM为基础的一个实施方式中，所述权重会被应用至所选择的一组初始载波。如果在一预定时间间隔Δt内，WTRU(图中未示)未能接收到一个确认接收加权传送信号T1的确认，则以一种将所述初始、预定的传送功率正规化或维持为常数的方式来调整所述天线权重且/或重新选择次载波。新调整的天线权重接着被应用至所述传送信号T1，并重新传送经调整的传送信号T2。另外，也会选择一组新的次载波，并以所述初始天线权重或新调整的天线权重加权这组新的次载波。
如果在这个天线权重及/或次载波调整之后，未确认接收到经调整的传送信号T2，则所述天线权重及/或所选择的次载波会再次被调整、重新加权，且经重新调整的传送信号T3会被重新传送。这个调整/重新传送的循环会持续进行到建立通信连结为止，或是直到传送了一预定次数n的调整信号Tn却仍无法成功确认为止。如图解方式400所示，虽然信号传送T1、T2、...、Tn均被各自以不同的权重/次载波组合传送，但他们仍以相同的整体初始传送功率级PTi进行传送。
在n个传送之后，如果还是没有建立通信连结，则所述整体初始传送功率级PTi会增加一第一增加量Δ1P，然后再以新调整的整体初始传送功率级PT1来重新传送这个具有一组经调整的天线权重及/或新选择的次载波的传送信号Tn+1；其中，PT1是定义为整体初始传送功率级PTi与预定增加量Δ1P的总和，如下列式3所示：
PT1＝PTi+Δ1P                                      式3
接下来的传送Tn+1、...、Tn+n会继续由权重及/或次载波调整，并已经增加的功率级PT1传送，直到建立通信连结为止，或是直到另外n个信号未被成功接收为止，此时再将所述整体初始传送功率级PT1增加一第二增加量Δ2P。一旦建立了通信连结，所述OLPC功能便会终止，且一CLPC功能(图中未示)便开始接管已建立的通信连结的功率控制。
需注意的是，在本实用新型的较佳实施方式中，可视信道条件、传送天线数量、以及其它因子的变化而得到一个在3分贝至7分贝之间的信杂比(SNR)。需要注意的是，在例如一WTRU中实施本实用新型并不需要任何一般不同于WTRU中的其它硬件。
本实用新型的特征也可以并入一集成电路(IC)中、或是配置在一个包含许多互相连接的组件的电路中使用。
虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种最小化无线通信系统中功率消耗的无线传送/接收单元，其特征在于，所述无线传送/接收单元包含：
一信号产生器(302)，用于产生一初始传送信号；
一串行至并行转换器(304)，其耦接至所述信号产生器(302)，以提供一初始传送信号拷贝；
一乘法器(308)，其耦接至所述串行至并行转换器(304)，以加权所述初始传送信号拷贝；
一加权处理器(306)，其耦接至所述乘法器(308)，以提供、获取并调整天线权重；以及
多个传送/接收天线(310a、310b、310c、…、310n)，其耦接至所述加权处理器(306)。
2.如权利要求1所述的无线传送/接收单元，其特征在于所述信号产生器(302)包含：
一初始传送信号产生器，其相连至所述串行至并行转换器(304)以建立一通信连结，
其中，所述串行至并行转换器(304)包含：
一传送信号处理器，以处理与所述多个传送/接收天线(310a、310b、310c、…、310n)中的每一个对应的多个处理信号拷贝；以及
一传送信号产生器，将从所述加权处理器(306)获得的天线权重应用至所述多个处理信号拷贝中的每一个，以产生一传送信号。
3.如权利要求1所述的无线传送/接收单元，其特征在于还包含：一编码储存处理器(312)，其耦接至所述加权处理器(306)，以储存天线权重。
4.如权利要求3所述的无线传送/接收单元，其特征在于所储存的天线权重中的至少一部分天线权重是预定的。
5.如权利要求3所述的无线传送/接收单元，其特征在于所储存的天线权重中的至少一部分天线权重是先前所使用的天线权重。
6.如权利要求3所述的无线传送/接收单元，其特征在于所述加权处理器(306)可从所述编码储存处理器获得一组初始天线权重。
7.如权利要求1所述的无线传送/接收单元，其特征在于天线权重包括整体传送功率调整。
8.如权利要求1所述的无线传送/接收单元，其特征在于所述加权处理器(306)包括一修正器，利用所述多个传送/接收天线(310a、310b、310c、…、310n)的衰退相关性而获得最佳天线权重。
9.如权利要求1所述的无线传送/接收单元，其特征在于所述加权处理器(306)包括一多重输入多重输出盲波束成形算法处理器，基于一多重输入多重输出盲波束成形算法而获得最佳天线权重。
10.如权利要求3所述的无线传送/接收单元，其特征在于所述加权处理器(306)是配置以从先前所产生的权重中选择初始天线权重，所述先前所产生的权重是储存在所述编码储存处理器(312)。
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