AD－HOC无线网络中的功率控制

摘要

公开了关于无线通信的系统和技术。该系统和方法涉及如下情形的无线通信，其中将模块和通信设备配置为：响应于检测到宽带干扰源而启用闭环功率控制，以及响应于未检测到宽带干扰源而禁用所述闭环功率控制。

说明书

技术领域

本公开文件一般涉及无线通信，更具体地，涉及用于在ad-hoc无线网络中进行功率控制的多种系统和技术。

背景技术

在传统无线通信中，通常采用接入网络支持多个移动设备的通信。通常利用遍布于地理区域的多个固定站点基站实现接入网络。地理区域通常被细分为更小的区域，称为小区。可将每个基站配置成服务于其自身小区中的移动设备。当在不同小区区域上存在变化的业务要求时，则可能难以很容易地对接入网络进行重新配置。

与传统接入网络相比，ad-hoc网络是动态的。当多个无线通信设备(通常称为终端)连接在一起形成网络时，就可形成ad-hoc网络。ad-hoc网络中的终端可运行为主机或路由器。从而，可以很容易地对ad-hoc网络进行重新配置，以更有效的方式满足现有业务要求。此外，ad-hoc网络不需要传统接入网络所需的基础设施，这使得ad-hoc网络成为未来极具吸引力的选择。

超宽带(UWB)是可通过ad-hoc网络实现的通信技术实例。UWB在较宽的带宽上提供高速通信。同时，UWB信号以很短的脉冲发射，所述脉冲消耗很少的功率。UWB信号的输出功率非常低，以致其相对其它RF技术而言很像是噪声，这使其干扰性很小。

存在多种支持在ad-hoc网络中同时进行通信的多址技术。作为实例，频分多址(FDMA)方案是非常普遍的技术。FDMA通常涉及将全部带宽的不同部分分配给在ad-hoc网络中两个终端之间的单独通信。虽然该方案对于不间断通信而言是有效的，当无需这种持续的、不间断的通信时，则可以更好地利用全部带宽。

其它多址方案包括时分多址(TDMA)。当在无需不间断通信的多个终端间分配有限带宽时，这些TDMA方案特别有效。TDMA方案通常在指定时间间隔将全部带宽提供给两个终端之间的各通信信道。

码分多址(CDMA)技术可结合TDMA一起使用，以支持在每个时间间隔期间的多个通信。这可通过如下方式实现，即，在指定时间间隔内，利用对载波加以调制从而扩展信号频谱的不同编码来发射各通信信息或信号。在接收机终端中，利用解调器将发射信号分离，该解调器使用相应的编码对预期信号解扩(de-spread)。编码不匹配的非预期信号在带宽方面不会被解扩而仅被视为噪声。

在ad-hoc网络中，动态地添加终端。添加的终端越多，每个通信终端就会对除了与之通信的终端之外的终端产生更多的干扰。从而，希望控制终端的发射功率，以避免对其它终端通信的有害干扰。

发明内容

在本发明的一个方案中，功率控制方法包括：响应于检测到宽带干扰高于阈值，启用闭环功率控制；响应于确定所述宽带干扰低于阈值，禁用闭环功率控制；以及如果启用了所述闭环功率控制，则发送指示功率发射级别的功率反馈信号。

在本发明的另一方案中，无线终端包括：响应于检测到宽带干扰高于阈值而启用闭环功率控制的装置；响应于确定所述宽带干扰低于阈值而禁用闭环功率控制的装置；以及如果建立起所述闭环功率控制则发送指示功率发射级别的功率反馈信号的装置。

在本发明的另一方案中，无线终端包括：接收机，用于检测高于阈值的宽带干扰；基带处理器，用于响应于检测到所述宽带干扰而启用闭环功率控制，所述基带处理器连接到所述接收机；发射机，用于如果启用了所述闭环功率控制，则发送指示功率发射级别的功率反馈信号，所述发射机连接到所述基带处理器。

在本发明的另一方案中，包含可由计算机程序执行的指令程序的计算机可读介质可用于：响应于检测到宽带干扰高于阈值而启用闭环功率控制；响应于确定所述宽带干扰低于阈值而禁用闭环功率控制；以及如果建立起所述闭环功率控制则发送指示功率发射级别的功率反馈信号。

应该理解，本领域技术人员通过阅读后面的详细描述，会易于想到本发明的其它实施例，本文中示意性地示出和描述了本发明的多个实施例。在不偏离本发明精神和范围的情况下，本发明可实现为其它不同的实施例，在各种其它方案中可对本发明的若干细节进行修改。因此，实质上应将附图和详细描述视为是示意性的而非限定性的。

附图说明

以实例方式而非限定性方式描述本发明的方案，在附图中：

图1是示出微微网(piconet)实例的示意图；

图2是示出用于控制微微网内通信的介质访问控制(MAC)帧实例的示意图；

图3是示出能够在微微网内运作的终端实例的功能框图；

图4是示出运行为微微网主终端的终端实例的示意性框图；

图5是示出运行为微微网成员终端的终端实例的示意性框图；

图6是示出当在两个成员终端之间建立通信时的功率控制操作实例的流程图；以及

图7是示出当在两个成员终端之间建立通信时的开环功率控制操作实例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出的详细描述旨在说明本发明的多种实施例，并非旨在表示仅这些实施例能实现本发明。本公开文件所描述的每个实施例仅仅作为本发明的实例或示意，不应将其视为优选于或优于其它实施例。详细描述包括用于提供对对本发明的全面理解的具体细节。然而，本领域技术人员应当清楚，可在不具备这些具体细节的情况下实现本发明。在某些实例中，在框图中示出了公知的结构和设备，以避免对本发明的概念模糊理解。首字母缩写及其它描述性术语仅是为了方便和清楚，并非旨在限制本发明的范围。

词语“示例性”在本文中专门用于指“作为实例、例子或示例”。不必将本文描述为“示例性”的任何实施例视为优选于或优于其它

实施例。

在以下详细描述中，可以UWB无线通信系统为背景描述本发明的多个方案。尽管这些发明方案可能非常适于该应用，但本领域技术人员应该认识到，这些发明方案同样可应用于许多其它通信环境。因此，关于UWB通信系统的任何描述仅旨在说明发明方案，应该理解这些发明方案具有广泛的应用范围。

图1示出在无线通信系统中用于微微网的网络拓扑实例。“微微网”表示使用无线技术以ad-hoc方式连接的通信设备或终端的集合体。终端可以是静止的或移动的，例如终端可由用户随身携带或位于车辆、飞机或船只中。术语“终端”旨在包括各种类型的通信设备，包括蜂窝、PCS、无线或陆线(landline)电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、外部或内部调制解调器、PC卡及其它类似设备。

在无线通信系统的至少一个实施例中，每个微微网都具有一个主终端和从属于该主终端的许多成员终端。在图1中，示出微微网102具有支持若干成员终端106之间通信的主终端104。主终端104可与微微网中的每个成员终端106进行通信。在主终端104的控制下，成员终端106还可直接与另一成员终端通信。如后面更详细的描述中所说明的，微微网102中的每个成员终端106还可直接与微微网外部的终端进行通信。

主终端104可使用任何多址方案，例如TDMA、FDMA、CDMA或任何其它多址方案，与成员终端106进行通信。为说明本发明的多个方案，将在采用TDMA和CDMA技术的混合多址方案的背景下，描述图1所示的无线通信系统。本领域技术人员将易于理解，本发明并非限制于这些多址方案。

微微网可采用多种方式形成。作为实例，当终端最初上电时，其可从微微网主终端搜索导频信号。由每个微微网主终端广播的导频信号可为未调制扩频信号或某些其它参考信号。在扩频配置中，可使用对每个微微网主终端而言为唯一的伪随机噪声(PN)码将导频信号扩频。使用相关处理，终端可仔细搜索可能的PN码，以识别具有最强导频信号的主终端。如果以足以支持最小数据速率的信号强度接收到最强导频信号，则该终端可尝试通过向该主终端注册而加入微微网。

终端可能会由于不存在主终端而无法发现导频信号。在某些情况下，终端可能无法发现具有足以支持最小数据速率的信号强度的导频信号。这可归咎于多种原因。例如，终端可能离主终端太远。或者，传播环境可能不足以支持所需数据速率。在任一种情况下，终端都可能无法加入到现有微微网，因此，该终端可能通过发射其自身的导频信号而开始运行为孤立终端。孤立终端可成为新微微网的主终端。能够以足够强度接收到孤立终端广播的导频信号的其它终端可能常试获取该导频信号，并加入该孤立终端的微微网。

主终端104可使用周期帧结构协调微微网内通信。在本领域中通常将该帧称为介质访问控制(MAC)帧，这是由于其向多个终端提供对通信介质的访问。本领域技术人员应当清楚，根据具体应用和总体设计要求，帧可为任何持续时间。

出于讨论的目的，将使用接近5ms的帧持续时间。接近5ms的帧适合于提供接近650Mcps的高码片速率，并有望支持低到接近19.2kbps的数据速率。

图2中示出具有数量为n个的帧202的MAC帧结构实例。可将每个帧分为160个或任何其它数量的时隙204。时隙持续时间可接近31.25μs，其对应于在接近650Mcps下的约20,312.5个码片。帧可将其某些时隙专用于开销。作为实例，帧202中的第一时隙206可用于向成员终端广播扩频导频信号。导频信号可占用整个时隙206，或者可选地，与控制信道进行时间共享。占用第一时隙206末端的控制信道可以是以与导频信号相同的功率级别向所有成员终端广播的扩频信号。主终端可使用该控制信道限定MAC帧的组成。

主终端可负责调度微微网内通信。这可通过使用一个或多个附加扩频控制信道来实现，所述附加扩频控制信道占用帧内的多个时隙，例如，图2中的时隙208和210。这些附加控制信道可由主终端向所有成员终端广播，并包含多种调度信息。调度信息可包括对于在微微网内的终端之间的通信的时隙分配。如图2所示，这些时隙可从帧202的数据时隙部分212中选出。此外，还可包括附加信息，例如，终端间各个通信的功率级别和数据速率。主终端还可将任意给定时隙内的发射机会给予使用CDMA方案的任意数量的终端对。在这种情况下，调度信息还可分配扩频码以用于终端间的各个通信。

主终端可周期性地留出一部分时间用于对等发射。在此期间内，主终端104可分配一个成员终端106与一个或多个孤立终端和/或相邻微微网进行通信。这些发射可能需要较高发射功率，在某些情况下，仅能以较低数据速率维持。如果需要较高功率发射以便与孤立终端和/或相邻微微网进行通信，则主终端可能决定不同时调度任何微微网内通信。

图3是示出一种可能的终端配置的示意性框图。本领域技术人员应当认识到，终端的准确配置可根据具体应用和总体设计要求而变化。

可利用连接到天线304的前端收发机302实现终端。基带处理器306可连接到收发机302。可利用基于软件的架构或任何其它类型的架构实现基带处理器306。微处理器可用作运行软件程序的平台，其中软件程序提供执行控制和总体系统管理功能，以便允许终端运行为微微网中的主终端或成员终端。可利用嵌入式通信软件层来实现数字信号处理(DSP)，所述嵌入式通信软件层可运行专用算法以减少对微处理器的处理要求。DSP可用于提供多种信号处理功能，诸如导频信号获取、时间同步、频率跟踪、扩频处理、调制与解调功能以及前向纠错。

终端还可包括连接到基带处理器306的多个用户接口308。用户接口可包括键盘、鼠标、触摸屏、显示器、振铃器、振动器、扬声器、麦克风、摄像机和/或其它输入/输出设备。

图4是示出运行为主终端的终端实例的示意性框图。所示基带处理器306具有收发机302。收发机302可包括接收机402。接收机402提供在有噪声和干扰情况下的对预期信号的检测。接收机402可用于提取预期信号，并将其放大到使接收信号中包含的信息能够由基带处理器306进行处理的级别。

收发机302还可包括发射机404。发射机404可用于将来自基带处理器306的信息调制到载波频率上。可将调制的载波上变频到RF频率，并放大到足以通过天线辐射到自由空间的功率级别。

当运行为主终端时，基带处理器306可启用调度器406。在基带处理器306的基于软件的实现方式中，调度器406可以是在微处理器上运行的软件程序。然而，本领域技术人员应当认识到，调度器406并非受限于该实施例，而是可通过本领域中公知的任何方式实现，包括任何硬件配置、软件配置或能够执行本文所述各种功能的上述配置的组合。

调度器406可用于按照优化微微网容量的方式对微微网内通信进行调度。这可通过多种方式实现。作为实例，调度器406可用于仔细选择将进行同时通信的终端对。可对满足每个接收终端的目标质量参数的每个同时通信调度发射功率级别。目标质量参数可为在接收终端处的预期载波-干扰(C/I)比，或本领域中公知的任何其它质量参数。

图5是示出运行为成员终端的终端实例的示意性框图。以虚线示出调度器406，表示在运行为成员终端期间调度器406不会被基带处理器306启用。无论基带处理器306是运行为主终端还是成员终端，收发机302的配置都是相同的，因此，将不再对此进行描述。在图5中为了完整而示出收发机302。

如前面结合被配置作为主终端的基带处理器306所描述的，可在一个或多个控制信道上将调度分配广播到微微网中的所有成员终端。接收端上的信号处理器412可利用扩频处理从控制信道提取调度信息，并将其提供给控制器418。调度信息可包括对向成员终端和来自成员终端的多个发射的时隙分配，以及用于每个发射的功率级别和数据速率。

控制器418可用于向接收端上的信号处理器412提供数据速率和扩频信息，以用于向成员终端的调度发射。使用该信息，信号处理器412可以适当次数恢复来自其它成员终端的通信，并向各种用户接口308提供恢复的通信。

控制器418还可向计算模块408提供功率级别信息，以用于来自另一终端的每个发射。在调度发射期间，计算模块408可使用所述信息，利用来自收发机302的信号强度测量计算来自发射终端的路径损耗。可将由计算模块408计算出的路径损耗信息存储在存储器410中，并在用于控制信道广播的调度时间期间，将所述路径损耗信息提供给发射端上的信号处理器416。在采用GPS接收机(未示出)的终端的多个实施例中，可用于经由信号处理器416和收发机302，通过控制信道广播向主终端提供坐标信息。

信号处理器416可用于对与微微网内的多个成员终端的通信进行扩频。通信可发起于多种用户接口308，并被存储在缓冲器420中，直至调度发射。在调度时，控制器418可用于将通信从缓冲器420释放到信号处理器416，以便进行扩频处理。通过控制器418，可将通信的数据速率、扩频码和发射功率级别编程到信号处理器416中。可选地，可由控制器418在收发机302中的发射机404处对发射功率级别编程。

图6是示出当在两个成员终端之间建立通信时的功率控制操作实例的流程图。在实施例中，终端A与终端B之间的通信是双向的。当终端A向终端B发送除反馈信号以外的信号时，终端A作为发射终端，终端B作为接收终端。当终端B向终端A发送除反馈信号以外的信号时，终端B作为发射终端，终端A作为接收终端。

接收终端执行图6的功率控制操作。在实施例中，周期性地执行图6的功率控制操作。在实施例中，对于每个时隙执行功率控制操作。在另一实施例中，对于每帧执行功率控制操作。本领域技术人员应当清楚，图6的功率控制操作的相继执行之间的时间周期取决于无线应用。本领域技术人员应当清楚，图6的功率控制操作的相继执行之间的时间周期是可编程的。

在步骤800中，启用闭环功率控制，禁用开环功率控制。闭环功率控制包括由接收终端向发射终端发送反馈信号，以提供关于在接收终端处接收的信号功率的发射终端反馈。开环功率控制包括如图7所示设置发射功率，以下进行描述。在实施例中，接收终端发送指示闭环功率控制状态的反馈信号，例如，启用/禁用位。在实施例中，接收终端发送指示开环功率控制状态的反馈信号，例如，启用/禁用位。

在步骤802中，接收终端确定是否存在干扰源。如果未检测出干扰源，则在步骤804中，禁用闭环功率控制，启用开环功率控制。然后，对于下一个时间周期，控制流程循环回到步骤802。如果检测出干扰源，则在步骤806中，接收终端确定干扰源是窄带干扰源还是宽带干扰源。窄带干扰源是在窄得足以在阈值以下基本被滤波的带宽内发射信号的源。宽带干扰源是不在窄得足以在阈值以下基本被滤波的带宽内发射信号的源。

如果干扰源是窄带干扰源，则在步骤808中，通过陷波滤波器将来自窄带干扰源的窄带干扰滤除掉。滤除窄带干扰后，则控制流程进行到步骤802，接收终端确定是否存在其它干扰源。如果在步骤806中接收终端确定存在宽带干扰源，则在步骤810中，启用在接收终端与发射终端之间的闭环功率控制，并禁用开环功率控制。然后，控制流程在下一时间周期进行到步骤802。

在实施例中，接收终端通过天线304接收射频(RF)信号。接收机402将接收的RF信号放大并下变频至中频(IF)信号，并对IF信号进行滤波。将IF信号输出到信号处理器412进行数字处理。

在实施例中，接收机402还包括用于对来自发射终端的总接收信号功率执行模拟测量的电路。该功率测量用于生成提供给发射机404的反馈信号。在实施例中，通过包含于控制器418中的反馈发生器生成反馈信号。在另一实施例中，通过包含于计算模块408中的反馈发生器生成反馈信号。本领域技术人员应当清楚，可通过连接到接收机402以及发射机404的任意终端模块生成反馈信号，使得该终端模块接收模拟测量结果并向发射机404提供反馈信号。

反馈信号由接收终端发送到发射终端，以提供关于在接收终端处的信号接收的发射终端反馈。在实施例中，示例性反馈信号指示出发射功率级别(此后称为功率反馈信号)。功率反馈信号为接收终端的一种请求，即，请求发射终端以功率反馈信号指示的发射功率级别进行发射。在一个实施例中，功率反馈信号为发射功率级别。在另一实施例中，功率反馈信号为发射功率级别的变化。本领域技术人员应当清楚，发射终端能够确定被请求的发射功率级别，无论其接收的是发射功率级别值还是发射功率级别的变化。

在实施例中，功率反馈信号为从接收终端发向发射终端的包括功率升高(power-up)或功率降低(power-down)命令的功率调整命令信号。发射终端的收发机302以被设置到标准值的增益控制级别开始运行。对应于放大器增益的dB增益增加，每个功率升高命令提高增益控制命令的值。本领域技术人员应当清楚，对应于功率升高命令的增益量是可编程的。对应于放大器增益的dB增益降低，每个功率降低命令降低增益控制命令的值。本领域技术人员应当清楚，对应于功率降低命令的增益量是可编程的。

在实施例中，对于从发射终端接收的信号的组合功率的模拟测量用于确定质量参数。在实施例中，质量参数为接收终端处的C/I比。将该质量参数与目标质量参数进行比较。在实施例中，目标质量参数为对于预期数据速率的预期C/I比。

作为对质量参数小于目标反馈参数的响应，反馈发生器生成功率升高命令。作为对质量参数高于目标反馈参数的响应，反馈发生器生成功率降低命令。在实施例中，如果质量参数等于目标反馈参数，则反馈发生器生成功率升高命令。可选地，反馈发生器可以不发出功率反馈信号，或可以发出指示功率发射级别不发生变化的功率反馈信号。

在实施例中，在相同功率控制状态的n(n为整数)个连续周期之后生成功率命令。例如，功率升高命令可在三个连续周期之后发出，其中，质量参数小于目标反馈参数。

在实施例中，除向发射终端发送功率反馈信号外，接收终端还发送指示窄带干扰的反馈信号。

本领域技术人员应当清楚，根据应用，可以不同的速率发送反馈信号。

图7是示出当在两个成员终端之间建立通信时的开环功率控制操作实例的流程图。在步骤902中，将发射终端的发射功率P_发射设置成初始发射功率P_初始。基于目标C/I确定初始发射功率。控制流程进行到步骤904。在步骤904中，在发射终端的接收机处测量C/I比(C/I_实际)。控制流程进行到步骤906。在步骤906中，进行检测以确定测量的C/I是否等于目标C/I。如果测量的C/I等于目标C/I，则控制流程进行到步骤904。如果测量的C/I不等于目标C/I，则控制流程进行到步骤908。在步骤908中，将发射功率设置成前次迭代减去测量的C/I与目标C/I之差，如以下方程(1)所示。

P_发射＝P_发射-(C/I_实际-C/I_目标)    (1)

结合本文所公开实施例描述的多个示意性逻辑块、模块和电路可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门(discretegate)或晶体管逻辑、离散硬件组件或设计用于执行本文所述功能的上述硬件的任意组合来实现或执行。通用处理器可为微处理器，但可选地，该处理器可为任意传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实现为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、协同DSP内核的一个或多个微处理器或任何其它这种配置。

结合本文所公开实施例描述的方法或算法可直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或二者的组合中。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储介质。存储介质可与处理器相连，以使得处理器能够从存储介质读取信息，以及将信息写入存储介质。可选地，可将存储介质集成到处理器上。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在终端中或其它地方。可选地，处理器和存储介质可作为离散元件驻留在终端中或其它地方。

提供对所公开实施例的上述描述，以使本领域任何技术人员能够实现或使用本发明。本领域技术人员将易于想到对于这些实施例的各种修改，在不偏离本发明精神或范围的情况下，可将本文所定义的普遍原理应用到其它实施例。从而，本发明并不旨在限制于本文所示的实施例，而是应给予与本文所公开原理和新颖特征相一致的最宽范围。