TWI475912B - 控制無線裝置內的傳輸功率 - Google Patents

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Description

控制無線裝置內的傳輸功率 【交互參照】
本發明之專利申請案主張以Robert Buckley等發明人於2013年4月17日提出之美國專利第13/864,590號的申請案作為優先權，其發明名稱為「控制無線裝置內的傳輸功率」以及同樣以Robert Buckley等發明人於2013年2月1日提出之美國專利第61/759,690號的臨時案作為優先權，其發明名稱亦為「控制無線裝置內的傳輸功率」；以上兩相關申請案完整內容於此合併提出作為參考。
本發明係有關控制無線裝置內的傳輸功率。
無線裝置係用來控制其傳輸無線射頻(radio frequency，RF)(信號)之功率以利管理無線裝置在一無線通訊系統之行為。例如，無線通訊系統可依照特定標準來操作，其需要最小傳輸功率值，以符合該標準。此外，無線裝置本身係用來產生一具有傳輸功率之無線信號以確保其所傳輸之功率充足而不超過，而使得接收端之無線裝置接收到其所傳輸信號係 有足夠之信號品質。為了達到此目標，接收端裝置則以功率控制機制而將功率控制資訊回饋至傳輸端裝置。
本發明一態樣提供一種控制無線裝置內的傳輸功率的方法，其中本方法係決定一期望之傳輸功率據以偵測一所接收信號之參數。本方法包括偵測一期望最大傳輸功率及產生一序列之衰減因子。此序列係藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數而產生者。本方法進一步包括使用上述各衰減因子以據此：(a)降低該接收信號參數之接收值；及(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，其中隨該變數遞增時而連續降低該傳輸功率。
本發明另一態樣提供一無線裝置，該無線裝置包括一介面、一儲存模組，及一處理器。該介面係接收一無線信號並傳輸一具有期望傳輸功率之無線信號據此以偵測該接收信號之參數。該儲存模組係儲存至少一期望最大傳輸功率。該處理器係連接該介面與該儲存模組及清除以執行一電腦程式，而該電腦程式進行下述步驟：產生一序列之衰減因子，及使用該序列之各衰減因子。該序列係藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數而產生者。該各衰減因子係用以：(a)降低該接收信號參數之接收值；及/或(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，其中隨該變數遞增時而連續降低該傳輸功率。
本發明另一態樣提供一種電腦程式產品，包括有記錄在一非傳輸媒介或非傳輸信號形式之電腦指令，其中當該些電腦指令被載入一處 理器，使得該處理器進行一種控制傳輸功率之方法。該方法包括產生一序列之衰減因子及使用該序列之各衰減因子。該序列係藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數而產生者。該各衰減因子係用以：(a)降低該接收信號參數之接收值；及(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，其中隨該變數遞增時而連續降低該傳輸功率。
2‧‧‧數據機
4‧‧‧處理器
6‧‧‧非揮發性記憶體
8‧‧‧鄰近感應器
10‧‧‧功率退減斜坡產生器
12‧‧‧天線
14‧‧‧RF驅動器層
16‧‧‧第一層(PHY實體層)
18‧‧‧第二層(MAC媒體存取控制層)
20‧‧‧第三層NAS(網路儲存系統)
22‧‧‧應用層
24‧‧‧發送器
26‧‧‧方塊
28‧‧‧功率控制模組
29‧‧‧方塊
30‧‧‧方塊
32‧‧‧方塊
34‧‧‧方塊
39‧‧‧RF接收器
40‧‧‧模擬衰減函數
參考以下說明連同隨附圖式，其中：圖1為一數據機之示意圖；圖2A為一封閉式迴路功率控制機制之方塊圖；圖2B為一開放式迴路功率控制機制之方塊圖；圖2C為一衰減因子用在功率控制機制之示意方塊圖；及圖3為一說明產生衰減因子之變數變化圖例。
圖1係根據本發明之一具體實施例所揭示的一數據機之示意方塊圖。該數據機設有傳輸功率之限制以符合其外部或內部環境的約制。
由各監管機構所規範之特定吸收比率(Specific Absorption Rate，簡稱SAR)限制就是一種要求對傳輸端功率限制的一較佳例子，即是對人體曝露在無線射頻RF之限制。SAR係一種量測當人體曝露在無線射頻電磁場時被人體所吸收之電磁能量的比率，定義為每一人體組織質量所吸收的功率，單位為每公斤瓦(W/kg)。SAR經常係以整體或小樣本量(常以 1公克或10公克之人體組織)來平均表示。SAR是一種「近場」(near field)效應，當人體實際上足夠靠近該傳輸天線而吸收到其所發射大量的功率時才有關係。對電氣小型天線而言(小於半個電磁波長)，其常用在手持式無線裝置，其影響區域延伸至大約是Lambda/2*PI，其中Lambda為電磁波在自由空間中行進的波長。因此對發射頻率在700MHz至2500MHz之間的行動電話而言，此影響區域為從該天線算起到大約2公分(頻率2500MHz)與7公分(頻率700MHz)之間。從SAR試驗程序即反映此現象，即要求測試體或探針要實體地位於靠近該傳輸天線。
針對SAR所規範條件之實例中，得知解決方案可以是藉由數據機具有一鄰近感應器，可用其來觸發在最大傳輸功率上限的降低。當此裝置在靠近另一物件時，除非降低此數據機之最大傳輸功率，否則該數據機將如往常般運作。這樣方案可作為符合SAR所規範條件的一種有效方式，且至少曾努力最小化對無線系統的效應，也就是當此裝置在靠近另一物件時僅有該數據機運作受影響而已。然而，為了符合SAR規範之嚴苛條件，常常必須將最大傳輸功率限制在數據機(如3GPP所規範之蜂巢式數據機)操作標準所規範之最小功率以下。違反標準可能形成之邊際效應將超過對實施範圍之降低。本發明之發明人在此所指之邊際效應包含：被中斷的傳輸連結(即使超過最大傳輸功率降低所設想情況下)、當因傳輸功率受限而超出傳輸範圍時所做之重複失敗連結、由於基地台「受混淆」之矛盾行為導致的過多信號流量。本發明即針對此問題而提出以下的解決方案，即是以一種可簡易實施且可將對系統行為有害的效應最小化之方式以暫時性限制無線數據機之最大傳輸功率，即使這樣的傳輸功率限制係低於相關的數 據機標準所規範可允許之最小傳輸功率。
此數據機2包括有一控制該數據機操作之處理器4。一非揮發性記憶體6係連接至該處理器4。一鄰近感應器8亦係連接至該處理器4。雖然以下所述之本發明具體實施例係說明該鄰近感應器使用之工作背景，但所闡述之概念在此具有更寬廣之應用性。以下解釋說明將使其變得顯而易見。
元件符號10係指一功率退減斜坡產生器(power back-off ramp generator)。此元件可以所示之硬體施行以連接該處理器，或者以內建該處理器之軟體施行並以圍繞該元件10之虛線示意表示。
該數據機2可以採用任何形式之無線傳送器。特別是該數據機可以採用視訊棒(dongle)形式插入一主機終端，或者實施在一行動電話機。該數據機之功用係傳輸及接收無線信號以傳輸資料，其包含但不應限制在通話中的語音資料。一天線12連接該數據機2以傳輸(Tx)及接收(Rx)上述無線信號。
該處理器4控制該數據機2之操作以施行一軟體堆疊，該軟體堆疊整合一RF驅動器層14、第一層16(PHY-實體層(physical layer))、第二層18(MAC-媒體存取控制層(media access control))、第三層20 NAS(網路儲存系統)及應用層22，包含TCP(傳輸控制協定(Transport Control Protocol))/IP(網際網路協定(Internet Protocol))功能。這些階層之操作在此僅用來說明，並且延伸為已經過本發明具體實施例操作之修改。以下解釋說明將使其操作變得顯而易見。
該RF驅動器14係與第一層合作以控制傳輸功率以確保其 所傳輸之功率充足而不過度而使接收之信號達到足夠品質。在該RF驅動器層14的一RF接收器39(如圖2C所示)接收一進入信號Rx信號及決定該信號處理之增益設定。根據以上機制，將一回報Rx準位值回報至第一層。爾後將在以下具體實施例中更詳盡說明此回報準位係由一衰減因子所調整。
圖2A為一示意方塊圖，用以表示3GPP寬頻分碼多重存取(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)接收器的主要功能元件，該接收器係在一封閉式迴路控制機制下所執行如TPC之機制。圖2A係顯示一上行鏈路之封閉式迴路功率控制機制而在此沒使用所述之衰減因子。在傳輸端上的一無線裝置具有一發送器24，其包含一功率放大器，可用以控制該傳輸功率之修正。一信號係傳送至一接收裝置。該接收裝置係在方塊26量測所接收之信號功率以及在方塊29產生功率上增/下減命令(up/down power commands)並將其送達至該傳輸裝置。例如，該傳輸裝置可以是一本文所述整合數據機之用戶端(UE)，而該接收裝置可以是一在無線蜂巢式通訊系統中的基地台。該上增/下減命令係由該傳輸裝置之一功率控制模組28所處理以產生一控制信號給該功率放大器24。一下行鏈路(downlink，DL)之封閉式迴路功率控制機制可操作在該數據機上，以作為圖2A所示之上行鏈路的一反射鏡。
圖2B為一開放式迴路功率控制機制之示意圖，譬如該機制可操作在當用戶設備想要存取網路時。在方塊30量測一接收信號以及在方塊32根據藉由該基地台所傳輸之Tx功率準位減掉該估測Rx信號後之信號量測以決定一路徑損失之指示。此Tx功率準位係由該基地台回報給該用戶設備。在方塊34根據該路徑損失之估測以計算出所需功率。該傳輸功率接 著由功率放大器36上的方塊34所控制。
請參閱圖2C，在此功率控制機制係施行以整合一模擬衰減函數40。將一模擬衰減因子(在此稱作Pbackoff)同時用在上行鏈路(uplink，UL)與下行鏈路(DL)。該衰減因子係降低兩者傳輸之Tx功率與回報之Rx準位。由於係根據該回報之Rx準位而在第一層計算出該接收信號準位的所有估測，所以當該衰減因子回報該準位至第一層之前而被該RF驅動器所運用，則Pbackoff可有效降低這些估測。
以下將說明如何產生該衰減因子。當鄰近感應器8係被觸發/釋放後，應用層22將一信號Tx_backoff_on/off(其為數位，較佳為二進位信號)送達至該退減斜坡產生器10。在此稱作「觸發斜坡信號」(trigger ramp signal)。當Pbackoff斜坡產生器10接收到此觸發斜坡信號時，該斜坡產生器開始以速率R將一內部變數Pbackoff自0遞增至一最大值Pbackoff_max，請參照圖3。倘若斜坡R不被中斷，則將到達且保持在該最大值Pbackoff_max。然而，當接收到信號Tx_backoff_off時，則該斜坡會被中斷，其中該信號Tx_backoff_off係為一觸發斜坡截止信號(trigger ramp off signal)。此觸發斜坡截止信號造成該變數Pbackoff以相同速率R朝0往下斜進。持續依同一方向往下斜進，直到接收到相反的觸發信號後，則逆轉其斜坡的方向。當該鄰近感應器偵測到不再有過於靠近的物件時，則會致動該觸發斜坡截止信號以降低所需傳輸之功率。
瞬間退減值Pbackoff係送達至該RF驅動器以作為該衰減因子。該最大值Pbackoff_max係儲存在該非揮發性記憶體6。
在本發明的一具體實施例中，一陣列之最大功率退減值 Pbackoff_max係儲存在該非揮發性記憶體6。這些值可在該處理器4之啟動時間被讀取。該陣列可被參數化以在不同的上下文情境(context)而保持不同參數值Pbackoff，例如是，RF頻帶及存取技術(如2G/3G/LTE)。
根據多RF頻帶及存取技術以允許該數據機操作於使用來自該記憶體6之適當Pbackoff_max值。當以不同Pbackoff_max值處理或在其它頻帶/模式間切換時，可將該內部變數Pbackoff以速率R朝向新的Pbackoff_max值斜進以避免Pbackoff發生任一瞬間躍動，即使對Pbackoff_max在新的頻帶/模式而言是暫時性超越。在圖3所示之操作中，係說明新最大值之偵測時間導致該新最大值往該新最大值而斜向遞減。當然，倘若新最大值超過原最大值，則系統的行為將不變動-除非被一觸發斜坡截止信號所中斷否則此斜坡將向上延續到最新值。
當在頻帶/模式中進行鄰近通訊單元(neighbor cell)與其具有不同Pbackoff_max值之服務通訊單元(serving cell)間的量測時，目前Pbackoff值會降低回報之信號強度。不做任何調整係用以表示該服務通訊單元與鄰近通訊單元之間的Pbackoff_max值存有任一差異。這樣確保該鄰近通訊單元之回報量測值係與該目前服務通訊單元之量測值及對該鄰近通訊單元換手後之下一個服務通訊單元(新服務通訊單元)之立即回報量測值間是彼此相容一致。
另一種數據機之操作係有能力控制所傳輸最大區塊之大小。傳輸區塊之大小取決於可用之傳輸功率。第二層18 MAC通常係處理這樣事物。在本具體實施例中，當決定所傳輸的最大區塊大小接近該傳輸功率之極限時，則第二層18 MAC可考慮Pbackoff。
對某些包含3GPP WCDMA與E-UTRAN(LTE)之無線通訊標準而言，可在傳輸信號的峰值均值比率高於一般情況之下，在特定操作模式中降低傳輸功率。傳輸具有較高峰值均值比率的信號需要一更具線性化之RF功率放大器，如此增加了電流的消耗。這種稱作最大功率遞減(Maximum Power Reduction，MPR)之弛緩方式允許RF功率放大器之功率消耗減低至由MPR容許量所降低之最大傳輸功率的情況。倘若第二層18 MAC察覺出上述衰減因子被運用，則會將其納入考量且無需使用MPR情況下並同意以較大之區塊傳輸。
上述具體實施例具有藉由降低所有Tx傳輸功率範圍之Tx傳輸功率而模擬上行鏈路衰減之功效。本方法係不同於一般僅使用可變最大限制的方法而導致數據機行為不一致之不利處。
本具體實施例具有降低與上行鏈路相同遞減量(即衰減因子)之表面Rx信號準位而模擬下行鏈路衰減之功效。
可控制該斜坡速率R以反映該功率控制迴路之操作。上述說明中，所述之退減斜坡產生器10係將該瞬間退減值送達至該RF驅動器。這樣作法僅需要求對該模擬衰減改變之轉換速率(slew rate)R予以限制而允許上行鏈路與下行鏈路之功率控制迴路以可接受微小誤差去追蹤。如本文所述，該系統可操作以供Tx傳輸路徑與Rx接收路徑之額外可變之衰減，搭配一模組(斜坡產生器10)隨時間變化而斜向該退減以回應二進位輸入信號(觸發斜坡信號1/0)。無須對施行無線通訊標準之第一層或協定堆疊模組做外在改變。
請回到圖2B，圖2所示之開放式迴路Tx傳輸功率計算可施 行在如WCDMA PRACH而正確運作，其中Tx傳輸功率係計算而得為一估測DL路徑損失之函數。藉由將Pbackoff與Tx功率遞減相同量以遞增該估測DL路徑損失。實務上，藉由遞增相同量Pbackoff以遞增DL與UL兩者之路徑損失。例如：WCDMA初始PRACH TX功率=P-CPICH TX功率-CPICH RSCP+上行鏈路干擾+常數值[來源3GPP TS 25.331 8.5.7]
此外，當控制Pbackoff的變化率R至一準位則該封閉式迴路功率計算(圖2A)可正確運作，其中該準位係指上行鏈路之功率控制迴路可依循之準位。譬如，對WCDMA而言，Tx傳輸功率之最大變化率係單位時槽666微秒之1dB(1dB per slot of 666uS)，因此該最大轉換速率(slew rate)係控制在每單位6.66毫秒1dB(1dB per 6.66ms)之位階或者更慢。大體而言，該變化率若比該最慢功率控制迴路至少慢10倍則處於有利的情況。對上行鏈路之封閉式迴路功率控制而言，當自基地台接收之功率上增/下減命令決定了Pbackoff之後則將其用於該傳輸功率。對下行鏈路之封閉式迴路功率控制而言，Pbackoff係用於該回報之Rx接收準位，而該Rx接收準位影響了該接收信號估測進而用以產生送達至該基地台之功率上增/下減命令。
所提供之Pbackoff之變化率係限制在當斜坡發生期間而將Rx接收端可接受之小偏差量引入其量測值，則對Rx接收端量測值的影響係將最小化。
取決於最大UL功率的其他系統行為亦維持相容一致性。譬如，當該模擬衰減遞增時，則某些通訊單元由於該降低最大Tx傳輸功率而變得無法通達：它們無法聽到數據機努力獲取隨機存取通道(RACH)的嘗 試。所回報之Rx接收信號強度的降低以及決定UE何時應再嘗試重選連接其他通訊單元(cell)而遞增之臨界值兩者具有相似功效。有效提升通訊單元的選擇門檻意指UE將不再嘗試連接存取該基地台，而該基地台可能無法去存取RACH，或者因其有限的UL功率無法持有通訊連結。當因模擬DL衰減導致有效提升通訊單元的重選門檻時，則因使用退減接近其極限範圍而已連接通訊單元的UE，將開始嘗試重選其他(倘若存有任何合適者)適合連接的通訊單元。
在此所述之數據機有助於符合包含美國在內所管轄而強制要求之重要安全規範。亦適用於限制傳輸功率之方案以限制電池電流及/或熱功率發散，以上兩者對於可結合數個高功率子系統之小型化無線產品而言皆為不可或缺之參數。
熟悉本項領域之技術人士將可理解，可以對所述之具體實施例做出其他與進一步之增減、替換及修飾。
10‧‧‧功率退減斜坡產生器
24‧‧‧發送器
39‧‧‧RF接收器
40‧‧‧模擬衰減函數

Claims (10)

  1. 一種控制無線裝置內的傳輸功率的方法，其中決定一期望之傳輸功率據以偵測一所接收信號之參數，該方法包括：偵測一期望最大傳輸功率；產生一序列之衰減因子，而該序列之衰減因子藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數；以及使用該各衰減因子據此以：(a)降低該接收信號參數之接收值；及(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，藉由該變數遞增而連續降低該傳輸功率。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該偵測一期望最大傳輸功率之步驟包括接收一信號之觸發以指示一所要設定之最大傳輸功率。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，包括儲存複數個最大傳輸功率之步驟，而該各最大傳輸功率分別與其不同的上下文情境(context)相關，及根據該上下文情境而自該複數個最大傳輸功率選出一期望最大傳輸功率。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該上下文情境係由操作頻率及/或操作模式所定義者。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該變數係根據一斜坡函數而單調地遞增。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該起始值為零。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，包括以下步驟：偵測一新最大傳輸功率及單調地變動該變數，而該變數可變範圍自該新最大傳輸功率之偵測時間所在目前值到該新最大傳輸功率。
  8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該信號之觸發係接收來自鄰近感應器、電池電流感應器、電池電流計算與熱功率感應器等其中之一者。
  9. 一種無線裝置，包括：一介面，用以接收一無線信號並傳輸一具有所決定之期望傳輸功率之無線信號據此以偵測該接收信號之參數；一儲存模組，用以儲存至少一期望最大傳輸功率；及一處理器，用以連接該介面與該儲存模組及清除以執行一電腦程式，而該電腦程式執行以下步驟：產生一序列之衰減因子，而該序列之衰減因子藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數；使用該各衰減因子據此以：(a)降低該接收信號參數之接收值；及/或(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，藉由該變數遞增而連續降低該傳輸功率。
  10. 一種電腦程式產品，包括有記錄在一非傳輸媒介或非傳輸信號形式之電腦指令，其中當該些電腦指令被載入一處理器而使該處理器進行一種控制傳輸功率之方法，該方法包括：產生一序列之衰減因子，而該序列之衰減因子藉由一控制率而單調地遞增一起始值與該最大傳輸功率之間的一變數；及使用該各衰減因子據此以：(a)降低該接收信號參數之接收值；及(b)降低該傳輸功率之一已決定的期望值，藉由該變數遞增而連續降低該傳輸功率。
TW102133160A 2013-02-01 2013-09-13 控制無線裝置內的傳輸功率 TWI475912B (zh)

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