控制無線設備中的發(fā)射功率的制作方法
【專利摘要】一方面提供了控制無線設備中的發(fā)射功率的方法，其中期望的發(fā)射功率作為對接收信號參數(shù)的檢測的結果而被確定。方法包括檢測期望的最大發(fā)射功率和生成衰減因數(shù)的序列。序列通過在起始值和最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量而生成。方法進一步包括依次使用每個衰減因數(shù)以：（a）降低所接收信號參數(shù)的所接收值；以及（b）降低發(fā)射功率的所確定的期望值，其中發(fā)射功率隨著變量增加而不斷降低。
【專利說明】控制無線設備中的發(fā)射功率
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求由Robert Buckley等人于2013年4月17日所提交的序列號為13/864，590、標題為 “Controlling Transmit Power In A Wireless Device” 的美國申請和由Robert Buckley等人于2013年2月I日所提交的序列號為61/759，690、標題為“Controlling Transmit Power In A Wireless Device”的美國臨時申請的優(yōu)先權，這兩個申請與本申請共同轉讓，并且通過援引并入本文。
【技術領域】
[0003]本申請涉及控制無線設備中的發(fā)射功率。
【背景技術】
[0004]無線設備設計為控制其發(fā)射無線(RF)射頻(信號)的功率以管理無線通信系統(tǒng)中的無線設備的行為。例如，無線通信系統(tǒng)可依據(jù)要求用于發(fā)射功率的最小值的某些標準來操作以符合標準。此外，無線設備自身設計為采用確保充足但不過大功率的發(fā)射功率來生成無線信號，如果該無線信號被發(fā)射則使得在信號被發(fā)射到的接收無線設備處接收到適當?shù)男盘栙|量。為了達到這一點，在功率控制機制中接收設備將功率控制信息反饋到發(fā)射設備。

【發(fā)明內容】

[0005]一方面提供了控制無線設備中的發(fā)射功率的方法，其中期望的發(fā)射功率作為對接收信號參數(shù)的檢測的結果而被確定。方法包括檢測期望的最大發(fā)射功率和生成衰減因數(shù)的序列。序列通過在起始值和最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量而生成。方法進一步包括依次使用每個衰減因數(shù)以:(a)降低所接收信號參數(shù)的所接收值；以及(b)降低發(fā)射功率的所確定的期望值，其中發(fā)射功率隨著變量增加而不斷降低。
[0006]另一方面提供了無線設備。無線設備包括接口、存儲模塊以及處理器。接口接收無線信號并且采用期望的發(fā)射功率來發(fā)射無線信號，該期望的發(fā)射功率作為對所接收信號的參數(shù)的檢測的結果而被確定。存儲模塊存儲至少一個期望的最大發(fā)射功率。處理器連接到接口和存儲模塊并且被清除以執(zhí)行實行以下步驟的計算機程序:生成衰減因數(shù)的序列和使用每個衰減因數(shù)。序列通過在起始值和最大發(fā)射值之間以受控速率單調增加變量而生成。使用每個衰減因數(shù)以:(a)降低所接收信號參數(shù)的所接收值；和/或(b)降低發(fā)射功率的所確定的期望值，其中發(fā)射功率隨著變量增加而不斷降低。
[0007]另一方面提供了包括在非可傳輸介質上或以非可傳輸信號的形式所記錄的計算機指令的計算機程序產品，該計算機指令在被加載到處理器中時致使處理器實現(xiàn)控制發(fā)射功率的方法。方法包括生成衰減因數(shù)的序列和使用每個衰減因數(shù)。序列通過在起始值和最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量而生成。依次使用每個衰減因數(shù)以:(a)降低所接收信號參數(shù)的所接收值以及；(b)降低發(fā)射功率的所確定的期望值，其中發(fā)射功率隨著變量增加而不斷降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]現(xiàn)在結合附圖參考下面的描述，在附圖中:
[0009]圖1是調制解調器的示意圖；
[0010]圖2A是閉環(huán)功率控制機制的框圖；
[0011]圖2B是開環(huán)功率控制機制的框圖；
[0012]圖2C是其中衰減因數(shù)應用在功率控制機制中的示意性框圖；以及
[0013]圖3是示出生成衰減因數(shù)的變量的改變的曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的調制解調器的示意性框圖。調制解調器配備為限制發(fā)射功率以滿足外部或內部約束。
[0015]要求限制Tx功率的一個好示例是由各監(jiān)察機構所強制的特定吸收比率(SAR)限制以限制對人體的RF暴露。SAR是當身體暴露于RF場時身體吸收能量率的度量。其定義為每質量的組織所吸收的功率，以瓦特/千克(W/kg)為單位。SAR通常在全身或者在小樣本體積(典型地Ig或IOg組織)上進行平均。SAR是“近場”效應，僅在身體部分是物理地足夠靠近發(fā)射天線以吸收其發(fā)射的功率的很大一部分時才相關。對于電力小天線(小于一半波長)，該電力小天線對于便攜式無線設備是典型的，該區(qū)域擴出到大約Lambda/2*PI，其中Lambda是自由空間中的波長。所以對于在700MHz和2500MHz之間進行發(fā)射的移動電話，該區(qū)域從O擴展到距離天線大約2cm (在2500MHz)和7cm (在700MHz)之間。SAR測試過程反映這一點，要求定位測試體或探針物理地靠近發(fā)射天線。
[0016]對于示范性SAR要求，存在其中調制解調器具有用來觸發(fā)降低其最大發(fā)射功率的上限的近距離傳感器的解決方案。除了當設備靠近另一對象時調制解調器的最大功率降低之外，調制解調器照例運轉。這種方案可以是滿足SAR要求的有效方式，并且至少做出某一嘗試以最小化對無線系統(tǒng)的影響，因為僅當設備靠近另一對象時調制解調器行為受影響。然而，SAR要求經常是十分嚴格的，為了滿足它們，最大Tx功率必須被限制到低于支配調制解調器的操作的標準(例如用于蜂窩調制解調器的3GPP)中所指定的最小值。違反這些標準可致使超過范圍中的降低的副作用。發(fā)明人已經注意到副作用包括:迅速下降的連接(甚至超過將由最大Tx功率中的降低所預期的)、當由于受限Tx功率而超出范圍時的反復失敗的連接嘗試、由于不一致行為“混淆”基站的過大信令流量。在下文中所解決的特定問題是如何以簡單實現(xiàn)并且最小化對系統(tǒng)行為的不良影響的方式來暫時限制無線調制解調器的最大所發(fā)射功率，即使這種功率限制低于相關調制解調器標準中所允許的最小功率。
[0017]調制解調器2包括控制調制解調器的操作的處理器4。非易失性存儲器6連接到處理器4。近距離傳感器8也連接到處理器4。雖然本發(fā)明的下面所描述的實施例是在使用近距離傳感器的環(huán)境中進行描述，但是本文所描述的概念具有更寬的適用性。這將從下面的解釋中變得很明顯。
[0018]參考數(shù)字10表示功率回退斜坡發(fā)生器。該部件可以在如所示的連接到處理器的硬件中實現(xiàn)，或者可以在如由部件10周圍的虛線所示意性表示的處理器內的軟件中實現(xiàn)。[0019]調制解調器2可以采取任何無線發(fā)射器的形式。具體來講，其可以采取用于插入主機終端中的電子狗(dongle)的形式，或者其可以在手持移動電話中實現(xiàn)。調制解調器的功能是發(fā)射和接收無線信號用于傳達數(shù)據(jù)，包括但不限于呼叫中的聲音數(shù)據(jù)。
[0020]連接到調制解調器2的天線12發(fā)射(Tx)并且接收(Rx)這種無線信號。
[0021]控制調制解調器2的操作的處理器4實現(xiàn)軟件棧，所述軟件棧包含RF驅動層14、第I層(PHY-物理層)16、第2層(MAC-介質訪問控制)18、第3層20、NAS以及包括TCP (傳輸控制協(xié)議)/IP (因特網(wǎng)協(xié)議)功能性的應用層22。本文將僅在這些層已由本發(fā)明的實施例的操作所修改的程度對它們的操作進行描述。在此方面，它們的操作將從下面的描述中變得很明顯。
[0022]RF驅動14與第I層合作以控制發(fā)射功率，這確保充足但不過大的功率被發(fā)射以達到適當?shù)慕邮招盘栙|量。RF驅動層14中的RF接收器(39，圖2C)接收傳入信號Rx信號并且確定用于信號處理的增益設置?；诖?，其將值即所報告的Rx電平報告到第I層。如隨后所更充分描述的，在下面的實施例中，該所報告的電平由衰減因數(shù)來調節(jié)。
[0023]圖2A是指示在閉環(huán)控制機制中的實現(xiàn)這種TPC機制的3GPP寬帶碼分多址(WCDMA)接收器的主要功能部件的示意性框圖。圖2A示出不使用本文所描述的衰減因數(shù)的上行鏈路閉環(huán)功率控制機制。在發(fā)射端，無線設備具有包括可被控制以修改發(fā)射功率的功率放大器的發(fā)射器24。信號被發(fā)射到接收設備。接收設備在塊26處測量所接收信號功率并且在塊29處生成其發(fā)送到發(fā)射設備的向上/向下功率命令。作為示例，發(fā)射設備可以是包含本文所描述的調制解調器的UE，并且接收設備可以是無線蜂窩通信系統(tǒng)中的基站。向上/向下命令由發(fā)射設備中的、生成用于功率放大器24的控制信號的功率控制模塊28所處置。下行鏈路(DL)閉環(huán)功率控制機制可以在調制解調器處操作，其是圖2A中所示出的閉環(huán)功率控制機制的鏡像。
[0024]圖2B是例如當用戶設備希望接入網(wǎng)絡時進行操作的開環(huán)功率控制機制的示意圖。在塊30處測量接收信號并且在塊32上通過從由基站所發(fā)射的Tx功率電平減去所估計的Rx信號而基于信號測量來確定路徑損耗的指示。由基站將該Tx功率電平報告給用戶設備。在塊34處基于路徑損耗的估計來計算所要求的功率。然后在功率放大器36處從塊34控制發(fā)射功率。
[0025]本文實現(xiàn)功率控制機制以包含模擬衰減函數(shù)40:參見圖2C。這對上行鏈路(UL)和下行鏈路(DL)路徑二者同時應用模擬衰減因數(shù)(本文稱為“Pbackoff ”)。衰減因數(shù)降低所發(fā)射的Tx功率和所報告的Rx電平二者。因為第I層中所計算的所接收信號的電平的所有估計基于所報告的Rx電平，所以其當RF驅動在將電平報告給第I層之前應用衰減因數(shù)時被有效地降低Pbackoff。
[0026]衰減因數(shù)依下列各項生成。當近距離傳感器8被觸發(fā)/釋放時，應用層22發(fā)送信號TX_back0ff_0n/0ff (其是數(shù)字的，優(yōu)選是二進制信號)到回退斜坡發(fā)生器10。這在本文被稱為“觸發(fā)斜坡信號”。當在Pbackoff斜坡發(fā)生器10處接收到觸發(fā)斜坡信號時，斜坡發(fā)生器開始將內部變量Pbackoff以速率R從O增加到最大值Pbackoff_max。這在圖3中示出。如果斜坡R不中斷，那么其將到達并且保持在最大值Pbackoff_max處。然而，斜坡可能被接收到作為觸發(fā)斜坡關閉信號的信號TX_baCkoff_off所中斷。該觸發(fā)斜坡關閉信號致使變量Pbackoff以相同速率R向O傾斜。如果當接收到相反的觸發(fā)信號時它仍以一個方向進行傾斜，那么它反轉其斜坡的方向。斜坡觸發(fā)關閉信號可由近距離傳感器檢測到不再存在足夠靠近的對象以要求經降低的功率被發(fā)射而引起。
[0027]瞬時回退值Pbackoff被發(fā)送到RF驅動，此處它被用作衰減引述。
[0028]最大值Pbackoff_max存儲于非易失性存儲器6中。
[0029]在一個實施例中，最大功率回退值Pbackoff_max的數(shù)組存儲于非易失性存儲器6中。它們可在處理器4的啟動時間被讀取。數(shù)組可被參數(shù)化以保留不同Pbackoff值用于不同環(huán)境，例如通過RF頻段和接入技術(例如2G/3G/LTE)。
[0030]這允許調制解調器通過使用來自存儲器6的恰當Pbackoffjnax值、依據(jù)多個RF頻段和接入技術來操作。當移交或者另外切換到具有不同Pbackoff值的頻段/模式時，內部變量Pbackoff可以以速率R向新Pbackoff_max值傾斜,避免Pbackoff的任何瞬態(tài)躍變，即使用于新頻段/模式的Pbackof f_max短期內被超過。該操作在圖3中示出，此處示出新最大值的檢測的時序，致使該值向新最大值傾斜式降低。當然，如果新最大值超過原始最大值，那么系統(tǒng)的行為不會更改-斜坡將繼續(xù)向上到新值，除非其被斜坡觸發(fā)關閉信號中斷。
[0031]當對相鄰小區(qū)進行測量時，所述相鄰小區(qū)在具有不同于服務小區(qū)的Pbackoff_max值的頻帶/模式中，所報告的信號強度降低了當前的Pbackoff值。不使用調節(jié)來負責服務和相鄰小區(qū)的PbackofTjnax值之間的任何差異。這確保相鄰小區(qū)的任何所報告的測量既與當前服務小區(qū)的測量相一致，又與在任何隨后移交到該相鄰小區(qū)(其然后將變成新服務小區(qū))之后立即將被報告的測量相一致。
[0032]調制解調器操作的另一方面是控制被發(fā)射的最大塊大小的能力。所發(fā)射的塊大小可以取決于可用的所發(fā)射功率。其一般在MAC層即第二層18中被處置。在該實施例中，MAC層即第二層18可以在確定可被發(fā)射的最大塊大小靠近Tx功率限制時考慮Pbackoff。
[0033]對于包括3GPP WCDMA和E-UTRAN (LTE)的一些無線標準，發(fā)射功率可以在其中發(fā)射信號的峰均比高于平常的某些操作模式中被降低。發(fā)射具有更高峰均比的信號需要額外的線性RF功率放大器，其往往會增加當前消耗。該所謂的最大功率降低(MPR)弛豫允許RF功率放大器的功耗通過將最大所發(fā)射功率降低MPR限額而在這些情況下被降低。如果MAC層即第二層18知曉衰減因數(shù)正如本文所描述地被應用，那么它將對其進行考慮并且不必須另外應用MPR，這相比于不是該情況而許可更大的塊大小被發(fā)射。
[0034]上文所描述的實施例具有通過在整個Tx功率范圍內降低Tx功率來模擬上行鏈路衰減的效應。該方法與僅應用變量最大限制的方法不同，該僅應用變量最大限制的方法具有致使調制解調器行為的不一致性的缺點。
[0035]實施例具有通過將表觀Rx信號電平降低與上行鏈路降低相同的量即衰減因數(shù)來模擬下行鏈路衰減的效應。
[0036]斜坡的速率R經控制以反映功率控制環(huán)路的操作。在上文中，描述了回退斜坡發(fā)生器10發(fā)送瞬時回退值到RF驅動。這可以要求限制模擬衰減改變的轉換速率R以允許上行鏈路和下行鏈路功率控制環(huán)路以可接受小誤差對其進行跟蹤。
[0037]如本文所解釋的，系統(tǒng)操作以與模塊(斜坡發(fā)生器10)—起在Tx和Rx路徑中提供附加變量衰減，來響應于二進制輸入信號(觸發(fā)斜坡開啟/關閉)而隨著時間對回退進行傾斜。對于第一層或者實現(xiàn)無線標準的細節(jié)的協(xié)議棧模塊，不要求侵入式的改變。
[0038]回到圖2B，圖2中所示出的并且例如在WCDMA PRACH中所實現(xiàn)的類型的開環(huán)Tx功率計算正確地運轉，其中Tx功率按照所估計的DL路徑損耗的函數(shù)來計算。所估計的DL路徑損耗增加Pbackoff，并且Tx功率降低相同量。實際上，DL和UL路徑損耗這二者增加相同量Pbackoff。例如:
[0039]WCDMA初始PRACH TX功率=P-CPICH TX功率-CPICH RSCP+上行鏈路干擾+常量值[來源 3GPP TS25.3318.5.7]
[0040]另外，當Pbackoff的改變率R被控制到上行鏈路功率控制環(huán)路可以跟隨的電平時，閉環(huán)功率計算(圖2A)正確地運轉。作為示例，對于WCDMA，Tx功率的最大改變率是IdB/每666uS的時隙，所以最大轉換速率被控制到大約IdB/每6.66ms或者更慢?？偟膩碚f，如果改變率比最慢功率控制環(huán)至少慢十倍則是有利的。對于UL閉環(huán)功率控制，將Pbackoff應用到發(fā)射功率，在其已被從基站所接收的向上/向下功率命令所確定之后。對于下行鏈路閉環(huán)功率控制，Pbackoff被應用到所報告的Rx電平，其影響用來生成被發(fā)送到基站的向上/向下功率命令的所接收信號估計。
[0041 ] 假如Pbackoff的改變率被限制到在斜坡期間將可接受小偏置(bias)引入到Rx測量中的一個速率，則對Rx測量的影響被最小化。
[0042]取決于最大UL功率的其他系統(tǒng)行為也是一致的。例如，隨著模擬衰減增加，一些小區(qū)可能由于所降低的最大Tx功率而變?yōu)椴豢蛇_:它們將聽不到調制解調器的RACH嘗試。在所報告的Rx信號強度中的降低與增加閾值的值具有類似的影響，所述閾值確定何時UE應嘗試重新選擇到其他小區(qū)。在小區(qū)選擇閾值中的該有效上升意味著UE將不嘗試接入有可能不能RACH到的、或者由于其有限UL功率而不會保持連接到的基站。隨著小區(qū)重新選擇閾值由于模擬DL衰減而有效地上升，當回退被應用時，已經連接到接近范圍極限的小區(qū)的UE將開始嘗試重新選擇到其他合適小區(qū)(如果有的話)。
[0043]本文所描述的調制解調器有助于滿足重要的監(jiān)察安全要求，所述監(jiān)察安全要求在包括美國的很多行政轄區(qū)中是強制性的。其還適用于限制Tx功率的方案以限制電池電流和/或熱功率耗散，這二者都是用于結合數(shù)個高功率子系統(tǒng)的壓縮無線產品的關鍵參數(shù)。
[0044]本申請相關領域的技術人員將理解的是，可以對所描述的實施例進行其他和進一步的添加、刪除、替換和修改。
【權利要求】
1.一種控制無線設備中的發(fā)射功率的方法，其中期望的發(fā)射功率作為對接收信號參數(shù)的檢測的結果而被確定，所述方法包括: 檢測期望的最大發(fā)射功率； 通過在起始值和所述最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量來生成衰減因數(shù)的序列；以及 依次使用每個衰減因數(shù)以a)降低所接收信號參數(shù)的所接收值；以及b)降低所述發(fā)射功率的所確定的期望值，從而所述發(fā)射功率隨著所述變量增加而不斷降低。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述檢測期望的最大發(fā)射功率的步驟包括接收指示最大發(fā)射功率要被設置的觸發(fā)開啟信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，包括以下步驟:存儲每個與不同環(huán)境相關聯(lián)的多個最大發(fā)射功率，以及基于所述環(huán)境從所述多個最大發(fā)射功率中選擇期望的最大發(fā)射功率。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述環(huán)境由工作頻率和/或操作模式所定義。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述變量根據(jù)斜坡函數(shù)單調增加。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述起始值是零。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，包括以下步驟:檢測新最大發(fā)射功率以及在檢測到所述新最大發(fā)射功率時，將所述變量從其當前值單調地更改到所述新最大發(fā)射功率。
8.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述觸發(fā)開啟信號接收自近距離傳感器、電池電流傳感器、電池電流計算和熱功率傳感器中的一個。
9.一種無線設備，包括: 接口，用于接收無線信號并且采用期望的發(fā)射功率來發(fā)射無線信號，所述期望的發(fā)射功率作為對所接收信號的參數(shù)的檢測的結果而被確定； 存儲模塊，存儲至少一個期望的最大發(fā)射功率；以及 處理器，其連接到所述接口和所述存儲模塊并且被清除以執(zhí)行實行以下步驟的計算機程序: 通過在起始值和所述最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量來生成衰減因數(shù)的序列； 依次使用每個衰減因數(shù)以a)降低所述所接收信號參數(shù)的所接收值；和/或b)降低所述發(fā)射功率的所確定的期望值，從而所述發(fā)射功率隨著所述變量增加而不斷降低。
10.一種計算機程序產品，包括在非可傳輸介質上或以非可傳輸信號的形式所記錄的計算機指令，所述計算機指令在被加載到處理器中時致使所述處理器實現(xiàn)控制發(fā)射功率的方法， 通過在起始值和最大發(fā)射功率之間以受控速率單調增加變量來生成衰減因數(shù)的序列；以及 依次使用每個衰減因數(shù)以a)降低所接收信號參數(shù)的所接收值；以及b)降低所述發(fā)射功率的所確定的期望值，從而所述發(fā)射功率隨著所述變量增加而不斷降低。
【文檔編號】H04W52/08GK103974397SQ201310594346
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權日:2013年2月1日
【發(fā)明者】羅伯特·巴克利, 喬納森·盧卡斯, 愛德華·查爾斯·約翰·安德魯斯, 斯泰韋·奧普雷斯 申請人:輝達公司