專利名稱：分組通信鏈路的自動功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電分組通信的方法和系統(tǒng)。對于一個成功的分組通信而言，接收到的信號強度必須有效地掩蓋噪聲。對于一個給定的源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間的鏈路而言，目標(biāo)節(jié)點收到的信號強度依賴于源節(jié)點發(fā)出的信號強度、節(jié)點天線的性能以及節(jié)點間傳播路徑的距離和性質(zhì)。這樣，增加目標(biāo)節(jié)點接收信號強度并由此增加分組通信的成功性的技術(shù)就是要增加源節(jié)點的發(fā)射強度。
但是，增加源節(jié)點的發(fā)射強度是有缺點的。高發(fā)射強度在移動系統(tǒng)中會縮短電池壽命而在固定系統(tǒng)中會增加能量的消耗。如果分組通信鏈路和其它通信鏈路或其它業(yè)務(wù)共享一個頻帶，高發(fā)射功率會給那些通信鏈路或業(yè)務(wù)帶來更嚴(yán)重的干擾。高發(fā)射功率也會因其在更大的范圍可能被竊聽而降低了保密性。所以，一個可靠的通訊系統(tǒng)應(yīng)盡可能地用最小發(fā)射功率。
有幾種方法可以解決在保證鏈路可靠性的前提下的達到最小源節(jié)點發(fā)射功率問題。一種技術(shù)是在設(shè)計鏈路時計算最小發(fā)射功率，并在選擇鏈路的發(fā)射設(shè)備時選取一個適當(dāng)?shù)乃p值。在最小發(fā)射功率中加入鏈路邊界值，以允許自然發(fā)生的變化網(wǎng)絡(luò)衰減和設(shè)備性能的變化。
這種方法有一些問題。鏈路條件可能隨時間改變，天線可能被更換，傳播條件和設(shè)備性能也可能既有長期的變化又有短期的變化。如果鏈路中一個或兩個的節(jié)點可移動，計算一個固定的最小發(fā)射功率將不可能。
第二種方法是人工測量鏈路中每個節(jié)點以確定最小發(fā)射功率。根據(jù)測量結(jié)果可以人工確定發(fā)射機的衰減。這種方法的缺點是鏈路條件的任何改變都需要人工重新測量發(fā)射機的衰減。
一個較為先進的技術(shù)是讓目標(biāo)節(jié)點接收器本身作為一個精確的測量裝置。接收器通過即時追蹤它自己測量的接收信號強度來決定它所需的最小信號。已知鏈路特性和鏈路邊界值，接收器就能計算出需要的發(fā)射機功率并將這個信息傳送給鏈路的另一端，以便發(fā)射機能適當(dāng)?shù)馗淖儼l(fā)射功率。
這種方法也存在問題，很難設(shè)計出既經(jīng)濟可靠又能準(zhǔn)確地測量信號強度的接收器，也很難經(jīng)濟地制造和操縱發(fā)射器能精確地并且可重復(fù)地輸出特定強度的信號。要求接收器和發(fā)射機在同一單元中測量和調(diào)整功率會大大增加設(shè)備的成本。
在美國專利No.5,107,225中發(fā)表了上述方法的簡化改型。其中發(fā)明了一種接收器的AGC(自動增益控制)電路。增益控制電壓從一個接收到的信號強度的集成定量指示器得到。增益控制電壓用于同時調(diào)整接收器增益和本機的發(fā)射器的輸出信號。不需要給鏈路另一端的發(fā)射機發(fā)出功率調(diào)整數(shù)據(jù)。
本發(fā)明在保持源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點間的通信可靠性的前提下，提供一個低成本，技術(shù)可行的達到最小發(fā)射功率技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，在無線LAN分組通信系統(tǒng)中，對于每個成功接收到的分組，在目標(biāo)節(jié)點，通過A/D轉(zhuǎn)換rssi(接收信號強度標(biāo)志)信號可將每個接收到的信號的強度測量出來。在目標(biāo)節(jié)點，可在成功接收到的分組中得到最小發(fā)射強度的記錄。對于每個成功接收到的分組，目標(biāo)節(jié)點計算出它的信號強度與所記錄的最小強度的差值，并通過鏈路發(fā)送到源節(jié)點作為一個定量的差值指示信號。源節(jié)點隨時維持差值指示信號的變化的平均值，并調(diào)整發(fā)射機功率以使得到的變化的平均值保持在預(yù)先選定的鏈路邊界值的閾值電平上。另一種方案，在目標(biāo)節(jié)點可計算所希望的源節(jié)點功率值的改變并可將計算結(jié)果發(fā)送回源節(jié)點。
本發(fā)明允許采用簡單，經(jīng)濟和可靠的接收和發(fā)射硬件。目標(biāo)節(jié)點接收機信號強度的測量和源節(jié)點發(fā)射機功率的設(shè)定可以隨溫度和時間而變化。源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的功率值不需要精確校定。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有帶能量控制單元的源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的目標(biāo)節(jié)點控制器操作的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的源節(jié)點控制器操作的流程圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的目標(biāo)節(jié)點控制器操作的流程圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例源節(jié)點控制器操作流程圖。
圖6是帶有多個源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點且在源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間有多個鏈路的網(wǎng)絡(luò)方框圖。
圖1是本發(fā)明分組網(wǎng)絡(luò)2的方框圖，具有源節(jié)點4和目標(biāo)節(jié)點6。源節(jié)點4有用于發(fā)射信息的發(fā)射器8，源節(jié)點控制器9，源節(jié)點控制器存貯器9A，用于接收發(fā)射機功率調(diào)整信號的接收器10以及天線11。目標(biāo)節(jié)點6具有用于接收信息的接收器12，目標(biāo)節(jié)點控制器13，目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器13A，用于發(fā)射功率調(diào)整信號的發(fā)射器14以及天線16。目標(biāo)節(jié)點6和源節(jié)點4之間有傳播路徑18。
在分組網(wǎng)絡(luò)2的操作中，信息可以在源節(jié)點4和目標(biāo)節(jié)點6之間進行通信。源節(jié)點發(fā)射器8將分組信息加以編碼，調(diào)制成電磁信號。源節(jié)點發(fā)射器8按照將這個電磁信號放大到可由源節(jié)點控制器9調(diào)節(jié)的一定功率。源節(jié)點天線11將增強的電磁信號通過傳播路徑18發(fā)射到目標(biāo)節(jié)點的天線16。目標(biāo)節(jié)點接收器12將調(diào)制的電磁信號恢復(fù)為分組信息。
目標(biāo)節(jié)點控制器13和源節(jié)點控制器9聯(lián)合工作使源節(jié)點發(fā)射機功率減至最小。圖2是本發(fā)明中的目標(biāo)節(jié)點控制器13操作的流程圖。目標(biāo)節(jié)點控制器13監(jiān)視來自目標(biāo)節(jié)點接收器12的接收信號強度指示(rssi)的模擬量。對每個成功接收到的信息包，目標(biāo)節(jié)點控制器13將模擬的rssi轉(zhuǎn)換為一個信號強度定量指示信號(步驟A)。分組信息的信號強度與目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器中的先前記錄的最小值相比較(步驟B)。如果分組信息的信號強度低，所記錄的最小值被更新(步驟C)。目標(biāo)節(jié)點控制器13用目標(biāo)節(jié)點發(fā)射器14向源節(jié)點4發(fā)射零值來作為最新收到的信息包的功率和記錄的最小信號強度的差值指示信號(步驟D)。如果分組信息的強度大于以前記錄的最小值，目標(biāo)節(jié)點控制器13計算信息包強度和以前記錄的最小值之間的差值(步驟E)，目標(biāo)節(jié)點控制器將這個差值發(fā)送給源節(jié)點4以作為一個定量的差值指示信號(步驟F)。差值指示信號也作為信息包成功被接收的應(yīng)答信號。
圖3說明了本發(fā)明的源節(jié)點控制器9的操作流程圖。源節(jié)點控制器9通過源節(jié)點接收器10從目標(biāo)節(jié)點控制器13接收差值指示信號(步驟G)。源節(jié)點控制器9在源節(jié)點控制器存貯器9A中保存最近收到的差值指示信號的記錄，并應(yīng)用一種平滑變換將它們轉(zhuǎn)化成一個平滑的差值指示信號(步驟H)。另一種可供選擇的方式，目標(biāo)節(jié)點控制器13也可作平滑變換。在一個實施例中，平滑變換是一個變化的平均值。源節(jié)點控制器9將這個平滑的差值指示信號從預(yù)先選定的鏈路邊界值中減去得到一個誤差值并將其存入源節(jié)點控制器存貯器9A(步驟I)。
如果誤差值為正，源節(jié)點控制器9根據(jù)誤差值按照一定比例減少源節(jié)點發(fā)射器的發(fā)射功率(步驟J)。如果平滑后的差值指示信號較小，源節(jié)點控制器9根據(jù)誤差值按照一定比例增加源節(jié)點發(fā)射器的發(fā)射功率(步驟K)?？晒┻x擇的另一種方案是，發(fā)射機功率電平調(diào)整可與誤差值不成比例但可從中衍生。
對于沒有成功接收的情形，源節(jié)點控制器9從目標(biāo)節(jié)點6中未得到應(yīng)答信號。按以上步驟G-K進行，除了沒有收到的差值指示信號將被視為零或負(fù)值以減少平滑的差值并由此來增加發(fā)射機功率。未成功接收的信息用增加的發(fā)射功率重發(fā)一次。
這樣，源節(jié)點控制器9利用從目標(biāo)節(jié)點控制器13發(fā)出的差值指示信號以在保證鏈路邊界的前提下使源節(jié)點發(fā)射功率最小。這種方法有很多優(yōu)點，由于送出的是差值指示信號而不是一個所要求的源節(jié)點發(fā)射機功率電平，因此，目標(biāo)節(jié)點控制器6不需要耽心鏈路的性質(zhì)。對差值指示信號的平滑處理使得源節(jié)點發(fā)射器8的發(fā)射功率不會因鏈路條件的瞬時波動而有過大的振蕩。網(wǎng)絡(luò)的操縱員可調(diào)節(jié)鏈路邊界值以在網(wǎng)絡(luò)的可靠性和源節(jié)點發(fā)射功率之間達到滿意的選擇。
在本發(fā)明另一實施例中，目標(biāo)節(jié)點控制器直接計算一個合適的源節(jié)點發(fā)射功率的變化值并將其發(fā)回源節(jié)點。圖4是這個方法的目標(biāo)節(jié)點控制器的操作流程圖。目標(biāo)節(jié)點控制器13監(jiān)控來自目標(biāo)節(jié)點接收器14的接收信號強度指示(rssi)的模擬值。對于每個成功收到的信號，目標(biāo)節(jié)點控制器13將rssi模擬值轉(zhuǎn)換為一個信號強度定量指示信號(步驟L)。信息包的信號強度和目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器13A中先前存貯的最小值相比較(步驟M)，如果信息包的信號強度低，所記錄的最小值更新(步驟N)。目標(biāo)節(jié)點控制器13用目標(biāo)節(jié)點發(fā)射器14向源節(jié)點4發(fā)射一個預(yù)先選定的鏈路邊界值來作為合適的發(fā)射功率電平的改變值(步驟O)。
如果信息的強度大于以前記錄的最小值，目標(biāo)節(jié)點控制器13計算出反映信息包強度和以前記錄的最小值之間的差值的差值指示信號(步驟P)。應(yīng)用一種平滑變換將目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器13A存貯的一系列這些差值指示信號轉(zhuǎn)化得到一個平滑的差值指示信號，這個平滑的差值指示信號也存貯到目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器13A中(步驟Q)。在一個實施例中，平滑變換是一個變化的平均值。目標(biāo)節(jié)點控制器從平滑的差值指示信號中得到一個合適的源節(jié)點發(fā)射功率電平變化指示信號(步驟R)。在一個實施例中，源節(jié)點功率電平改變與平滑差值信號成比例。目標(biāo)節(jié)點控制器改變源節(jié)點功率以在預(yù)先選定的鏈路邊界值內(nèi)保持平滑的差值指示信號。源節(jié)點發(fā)射功率電平變化指示信號由目標(biāo)節(jié)點發(fā)射器14發(fā)回源節(jié)點4(步驟S)。
圖5是源節(jié)點控制器9響應(yīng)來自目標(biāo)節(jié)點6的源節(jié)點發(fā)射功率電平變化指示信號的操作流程圖。源節(jié)點控制器9通過源節(jié)點接收器10從目標(biāo)節(jié)點控制器13接收發(fā)射功率電平變化指示信號(步驟T)。源節(jié)點控制器9根據(jù)舊的功率電平和從目標(biāo)節(jié)點接收的功率電平的改變計算出一個新的源節(jié)點發(fā)射功率電平。新的發(fā)射功率電平存入源節(jié)點控制器存貯器(步驟U)。下一個信息包用新的發(fā)射功率由源節(jié)點發(fā)射機發(fā)射(步驟V)。源節(jié)點控制器檢查應(yīng)答(步驟W)。如果沒有應(yīng)答，源節(jié)點發(fā)射機功率增加(步驟X)并重新發(fā)射信息包(步驟Y)。
在上面對實施例的說明中，對于一個經(jīng)濟型的設(shè)備，在目標(biāo)節(jié)點6接收信號強度的測量和在源節(jié)點4的發(fā)射功率的調(diào)節(jié)是粗略的并不能精確校正。不管測量和調(diào)節(jié)精度如何，源節(jié)點發(fā)射功率都是穩(wěn)定的。
在一個實施例中，可改變目標(biāo)節(jié)點控制器6以便即使接收器的信號強度測量部分隨溫度或時間漂移也能保證鏈路邊界被保持。在目標(biāo)節(jié)點控制器存貯器13A中存貯的成功接收到的信號強度最小值指示周期性增加。發(fā)給源節(jié)點4的差值值減小會使得源節(jié)點控制器9增加源節(jié)點發(fā)射器8的功率。換句話說，減小的差值值會使目標(biāo)節(jié)點控制器13直接指示源節(jié)點控制器9增加源節(jié)點發(fā)射器的功率。
如果所接收的信號強度測量的校準(zhǔn)沒有漂移，成功接收到的信號強度的最小值向預(yù)增加的電平減小以成功的響應(yīng)更低的功率信號。另一方面，如果收到的信號的測量向增加靈敏度的方向漂移，新的最小值將被保存，這樣，不會丟失任何信息而保持鏈路邊界。這樣，采用一種經(jīng)濟的、性能可隨溫度和時間改變的接收信號測量裝置就能達到要求而不損失鏈路邊界。
參見圖6，它是多個目標(biāo)節(jié)點102和多個源節(jié)點104通過多個無線鏈路106組成的分組網(wǎng)絡(luò)100。每個目標(biāo)節(jié)點和圖1所示的目標(biāo)節(jié)點一樣具有一個接收器，一個發(fā)射器，一個天線和一個目標(biāo)節(jié)點控制器。每個源節(jié)點和圖1所示的源節(jié)點一樣具有一個接收器，一個發(fā)射器，一個天線和一個源節(jié)點控制器。每個鏈路連接一個目標(biāo)節(jié)點和一個源節(jié)點。每個目標(biāo)節(jié)點通過鏈路連接到一個或多個源節(jié)點。每個源節(jié)點通過鏈路連接到一個或多個目標(biāo)節(jié)點。每個源節(jié)點控制器可以獨立地對每個連接源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的鏈路設(shè)置發(fā)射功率。這樣，當(dāng)源節(jié)點通過不同的鏈路給不同的目標(biāo)節(jié)點發(fā)送信息時，對于每個不同的鏈路都可有不同的輸出功率。
除了源節(jié)點的發(fā)射功率對每個鏈路而言獨立優(yōu)化外，發(fā)射功率的優(yōu)化和前面描述的兩節(jié)點網(wǎng)絡(luò)一樣。在給定目標(biāo)節(jié)點從所有源節(jié)點成功收到的信息的信號強度的最小值都被保存在該目標(biāo)節(jié)點。每個目標(biāo)節(jié)點對從每個源節(jié)點收到的信息如前面所述計算出差值指示信號或功率電平變化指示信號。源節(jié)點對于每個經(jīng)鏈路和它連接的目標(biāo)節(jié)點設(shè)定相應(yīng)的發(fā)射功率。源節(jié)點對每個鏈路調(diào)節(jié)發(fā)射功率以保持在鏈路邊界范圍內(nèi)收到目標(biāo)節(jié)點差值指示信號。這樣，源節(jié)點發(fā)射功率對每個線路都獨立優(yōu)化。
雖然本發(fā)明的最佳實施方案是為了說明而公布的，但是只要不偏離在權(quán)利要求聲明中所公開的本發(fā)明的范圍和精神，技術(shù)上成熟部分的修改、增加和替代也是可以的。
權(quán)利要求
1.在一個無線分組通信鏈路中，一種使源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的發(fā)射功率最小化的方法，這種方法有以下幾個步驟對于在目標(biāo)節(jié)點成功接收的分組信息而言，在目標(biāo)節(jié)點得到一個所接收信號的強度的定量指示信號；從目標(biāo)節(jié)點到源節(jié)點發(fā)射一個定量的差值指示信號，它是所接收的信號強度的定量指示和先前得到的所接收的信號強度定量指示值的最小值之間的差；此后重復(fù)上述的獲得和發(fā)射步驟，以在源節(jié)點積累一系列所述差值的發(fā)射定量指示信號；使用前述的發(fā)射定量指示，在保證傳送信息可靠性的前提下，使源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點通信的發(fā)射能量達到最小。
2.如權(quán)利要求1中所說的方法，進一步包括周期地增加所存貯的先前獲得的所接收到的信號強度的定量指示的最小值的步驟。
3.如權(quán)利要求1方法中所說的方法，其中所說的使用所述發(fā)射定量指示的步驟包括以下子步驟在源節(jié)點將所說的一系列發(fā)射定量指示信號應(yīng)用平滑變換得到一系列平滑的發(fā)射定量指示信號；和改變輸出功率，以保持所說的發(fā)射定量指示信號在預(yù)先確定的閾值上。
4.在無線分組通信鏈路中，一種最小化源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的發(fā)射功率的方法，這種方法有以下幾個步驟在目標(biāo)節(jié)點獲得成功地接收到的分組信息的信號強度的一個定量指示信號；在目標(biāo)節(jié)點，計算上述所接收信號強度的定量指示信號與所存貯的先前接收的最小信號強度的定量指示信號之差值；重復(fù)上述的獲得與計算步驟，在目標(biāo)節(jié)點積累一系列差值；在目標(biāo)節(jié)點，應(yīng)用一種平滑變換到所述一系列差值上以得到一個平滑的差值系列；從目標(biāo)節(jié)點向源節(jié)點發(fā)射上述平滑的差值系列；使用所述的平滑的差值系列，在保證傳送信息可靠性的前提下，調(diào)節(jié)發(fā)射功率，使源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間通信的發(fā)射能量達到最小。
5.如權(quán)利要求4所說的方法，進一步包括周期性增加所存貯的信號強度定量指示的最小值的步驟。
6.如權(quán)利要求4所說的方法，其中所說的使用所說的平滑的差值系列的步驟包含以下子步驟改變輸出功率，以保持所說的平滑的差值系列在預(yù)先確定的閾值上。
7.在帶有源節(jié)點的無線分組通信鏈路中的一種目標(biāo)節(jié)點，包括接收器，可得到來自所述目標(biāo)節(jié)點的成功被接收的分組信息的信號強度的一系列定量指示信號；存貯器，存貯先前獲得的所接收信號強度的定量指示的最小值；控制器，得到一系列前述的信號強度定量指示和最小值的差值并從所說的差值系列中得到源節(jié)點發(fā)射控制值系列；發(fā)射器，向源節(jié)點發(fā)射前述的發(fā)射控制值系列以在保證鏈路可靠性的前提下使源節(jié)點的發(fā)射功率達到最小。
8.權(quán)利要求7中的目標(biāo)節(jié)點，其中所說的控制器將前述差值系列應(yīng)用平滑變換變換為源節(jié)點控制值系列。
9.在帶有目標(biāo)節(jié)點的無線分組通信鏈路中的源節(jié)點，包括發(fā)射器，用可調(diào)的功率向目標(biāo)節(jié)點發(fā)射信息；接收器，接收一組差值指示信號，這些信號是目標(biāo)節(jié)點對成功收到的信息的信號強度與所存貯的先前成功收到的信息的信號強度的最小值進行比較而得到的；控制器，對上述的差值指示信號應(yīng)用所說的平滑變換得到一組平滑的差值指示，調(diào)節(jié)輸出值，以保持所說的平滑的差值指示在預(yù)先確定的閾值上。
全文摘要
在一種無線LAN分組通信系統(tǒng)中，對于每個成功接收的分組信息，通過監(jiān)控一個A/D轉(zhuǎn)換的RSSI信號可以在目標(biāo)節(jié)點上測量所接收信號的強度，在目標(biāo)節(jié)點上還計算信息包的信號強度與所記錄的最小值之間之差值并經(jīng)鏈路傳送到源節(jié)點作為一個量化的差值指示信號。源節(jié)點保持著差值指示信號隨時間的變化平均值并調(diào)整發(fā)射機功率電平以使前述平均值在預(yù)選鏈路邊界閾值內(nèi)。另外，也可以計算所要求的源節(jié)點功率電平變化并將其發(fā)送到源節(jié)點。
文檔編號H04B7/005GK1132578SQ94193693
公開日1996年10月2日 申請日期1994年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月7日
發(fā)明者喬治H·費萊沫 申請人:麥垂考母公司