專利名稱：用于節(jié)省電力的無(wú)線通信單元與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)制，其用于在無(wú)線通信單元(例如，操作在無(wú)線局域網(wǎng)中的無(wú)線通信單元)中減少電力消耗。本發(fā)明適用于，但不限于，在這樣的網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)傳輸期間減少電力消耗。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信系統(tǒng)領(lǐng)域中，一般知道可通過在組件未被使用時(shí)關(guān)閉組件來(lái)節(jié)省電力。已經(jīng)知道特別希望在電池供電的設(shè)備中節(jié)省電力。
還知道無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)有可能是將在今后幾年中承載大部分通信流量的接入技術(shù)，特別是在諸如家庭與公司環(huán)境等關(guān)鍵領(lǐng)域中。在WLAN領(lǐng)域中，若干應(yīng)用被視為對(duì)于其成功是關(guān)鍵性的，例如，基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的WLAN上的話音(VoIPoWLAN)與WLAN上的視頻。
為使這些應(yīng)用為WLAN帶來(lái)商業(yè)成功，預(yù)期這些應(yīng)用的電力消耗將需要顯著地低于目前用在第2代(2G)或第3代(3G)電路交換的話音技術(shù)通信單元中的電力消耗。特別地，這些設(shè)備的較低電力消耗性能將允許引入雙WLAN/蜂窩式手持設(shè)備而沒有電池壽命損失。
然而，減少無(wú)線通信單元的電力消耗公知為一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。減少無(wú)線設(shè)備中的電力消耗的已知技術(shù)已主要在2G蜂窩式電話舞臺(tái)中嘗試和測(cè)試。已知無(wú)線通信設(shè)備中的兩個(gè)主要的耗電功能是(i)處理器功能；和(ii)射頻功率放大器(PA)，當(dāng)無(wú)線通信設(shè)備正發(fā)射射頻信號(hào)時(shí)。
在經(jīng)典的功率放大器(PA)設(shè)計(jì)中，PA的電力效率隨輸出功率的平方根而減小。因此，PA消耗的減少慢于發(fā)射功率的減少。典型地，外部PA位于射頻(RF)集成電路(IC)的輸出處，該電路進(jìn)行主要的射頻信號(hào)處理功能(即預(yù)放大、射頻轉(zhuǎn)換、濾波、等等。)。典型地，RF IC連接到信號(hào)處理IC，該信號(hào)處理IC執(zhí)行無(wú)線通信單元的信號(hào)處理功能。
在當(dāng)發(fā)射射頻信號(hào)時(shí)減少電力消耗的環(huán)境中，有可能通過以低于設(shè)備提供的(或者，如果設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)，則由標(biāo)準(zhǔn)允許的)最大值的功率水平發(fā)射，來(lái)減少電力消耗。顯然，以減少的RF功率水平發(fā)射允許相應(yīng)地減少功率放大器(PA)的消耗，這部分消耗(如上面提到的那樣)代表總收發(fā)器電力消耗的很大一部分。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖形100闡釋數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離之間的關(guān)系。類似地，圖2闡釋電力消耗相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的圖形200。
綜合考慮這些圖，有可能確定最小電力策略相對(duì)于最大吞吐量策略的好處，其關(guān)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離，如圖3的圖形300中所闡釋的那樣。在此情形中，當(dāng)無(wú)線通信單元能夠以最小輸出功率發(fā)射時(shí)，總IC電力消耗平均來(lái)說(shuō)可減小25％。在非常接近接入節(jié)點(diǎn)(即無(wú)線通信單元與有線通信網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點(diǎn))的距離，當(dāng)其采用功率控制時(shí)，無(wú)線通信單元已經(jīng)以最小可接受功率水平發(fā)射。這樣，無(wú)線通信單元不能從任何進(jìn)一步的電力消耗改進(jìn)中獲利。
在發(fā)射無(wú)線通信單元與其接入節(jié)點(diǎn)之間的大距離處，發(fā)射無(wú)線通信單元不得不以全功率發(fā)射，以接入有線通信網(wǎng)絡(luò)。在這些極端情形之間，發(fā)射無(wú)線通信單元有可能在吞吐量與電力消耗之間折中。這意味著發(fā)射無(wú)線通信單元能夠占據(jù)通信信道更長(zhǎng)的時(shí)間，以發(fā)射數(shù)據(jù)分組，同時(shí)減少為該數(shù)據(jù)分組發(fā)射消耗的總能量。
另一可供選擇的減少發(fā)射功率的方法包括當(dāng)沒有流量要發(fā)射時(shí)，將無(wú)線通信單元保持在“空閑”操作模式，并且當(dāng)流量在本質(zhì)上是間歇的/突發(fā)式的時(shí)，聚集數(shù)據(jù)。這提供了減少傳輸嘗試的數(shù)目，雖然增大了延時(shí)。在美國(guó)專利US 6,285,892與US 6,192,230中描述了這樣的技術(shù)。還知道IEEE 802.11分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)、點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)與混合式協(xié)調(diào)功能(HCF)和HIPERLAN/2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了這樣的機(jī)制。然而，此機(jī)制沒有減少活動(dòng)傳輸模式中的電力消耗。因此，在許多應(yīng)用中，例如大文件傳輸或無(wú)靜音抑制的VoIP，其中流量不是突發(fā)式的，無(wú)線通信單元不能進(jìn)入空閑模式，而上面的“間歇傳輸”方法不提供任何省電。
一種已知的進(jìn)一步的可供選擇的方法是采用發(fā)射功率控制，如題為“Performance of optimum transmitter power control in cellular radiosystems”、作者為Zander，J.、發(fā)布于IEEE Transactions on VehicularTechnology，Volume41 Issue1，F(xiàn)eb.1992，Page(s)57-62的文檔中所描述的那樣。在當(dāng)前的系統(tǒng)中，通過從一組操作模式中選擇一模式，可獲得各種比特率。一種操作模式對(duì)應(yīng)于一不同的比特率，并典型地包括星座圖與編碼速率的關(guān)聯(lián)。每一操作模式也要求不同的信噪比(又名目標(biāo)SNR)，以滿足服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求。功率控制包括以最小的可能的功率發(fā)射，以便維持目標(biāo)SNR。
在題為“Energy-Efficient PCF operation of IEEE 802.11a WirelessLAN”、作者為Daji Qiao等、發(fā)布于Proceedings of INFOCOM 2002[1]的論文中描述了此技術(shù)的一種最近的演進(jìn)。這里，作者提議選擇使發(fā)射數(shù)據(jù)分組所消耗的能量最小化的操作模式，包括考慮任何重傳。
然而，在[1]中，作者假定以較低速率發(fā)射系統(tǒng)地增大了電力消耗，因?yàn)槠洳豢杀苊獾卦龃罅藗鬏敃r(shí)間。結(jié)果，作者僅對(duì)重傳如何影響各種比特率的電力效率進(jìn)行初步的調(diào)查。
而且，作者未能調(diào)查如何能夠在實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)一種策略的任何細(xì)節(jié)。另外，作者僅考慮孤立鏈路上的省電，在通信資源一般包括許多通信鏈路、這些鏈路的使用常常被共享的無(wú)線通信系統(tǒng)中，這典型地為無(wú)效假設(shè)。
值得注意的是，作者明確地陳述他們的技術(shù)不能應(yīng)用于分布式MAC協(xié)議，例如IEEE 802.11的分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)模式，這在當(dāng)前的WLAN產(chǎn)品中是主導(dǎo)模式。
這樣，在本發(fā)明的領(lǐng)域中存在一種需要，以便為無(wú)線設(shè)備提供改進(jìn)的電力消耗機(jī)制，其中上面提到的缺點(diǎn)可被緩解。

發(fā)明內(nèi)容
遵照本發(fā)明，提供一種無(wú)線通信單元，一種接入節(jié)點(diǎn)，一種無(wú)線集中式接入網(wǎng)絡(luò)，一種無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)與一種在無(wú)線通信單元中減少電力消耗的方法，如所附權(quán)利要求書所定義的那樣。


圖1闡釋數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的圖形；圖2闡釋電力消耗相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的圖形；和圖3闡釋最小電力策略相對(duì)于最大吞吐量策略的增益的圖形，其相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，參照附圖，其中圖4闡釋無(wú)線接入通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化的框圖，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持本發(fā)明的發(fā)明概念；圖5闡釋無(wú)線通信單元的簡(jiǎn)化的框圖，其適配于遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例
圖6是闡釋隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)中的電力感知鏈路自適應(yīng)的概念的圖形，其遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；圖7是闡釋集中式接入網(wǎng)絡(luò)中的電力感知鏈路自適應(yīng)的概念的圖形，其遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；圖8闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的圖形；圖9闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，電力消耗相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的圖形；圖10闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，最小電力策略相對(duì)于最大吞吐量策略的增益的圖形，其相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離；和圖11闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，無(wú)線通信單元的省電過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
總之，本發(fā)明的發(fā)明概念提議一種基于電力感知鏈路自適應(yīng)的省電機(jī)制，其提供相對(duì)于[1]中描述的技術(shù)的增強(qiáng)。有利地，本發(fā)明的電力感知鏈路自適應(yīng)概念可應(yīng)用于共享同一通信媒體的多條鏈路。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例另外提議一種省電機(jī)制，其利用電力感知鏈路自適應(yīng)與諸如發(fā)射功率控制的省電技術(shù)兩者的靈活性。在這點(diǎn)上，電力感知鏈路自適應(yīng)允許無(wú)線通信單元從一種操作模式切換到另一種操作模式，而發(fā)射功率控制是無(wú)線通信單元優(yōu)化其射頻(RF)發(fā)射輸出功率的方式。
鏈路自適應(yīng)的經(jīng)典方法基于當(dāng)前(單個(gè))通信鏈路(其特征可由例如SNR描述)的狀態(tài)與任何QoS要求，選擇最大化系統(tǒng)吞吐量的操作模式。選擇最大化數(shù)據(jù)吞吐量的操作模式意味著數(shù)據(jù)分組的傳輸將更快地達(dá)到其目標(biāo)。
然而，本發(fā)明的發(fā)明者已注意到，發(fā)射數(shù)據(jù)分組所要求的總能量不一定因更短的傳輸時(shí)間段而最小化。例如，在IEEE 802.11a系統(tǒng)中，對(duì)于同樣的編碼速率，與16-QAM相比，以64-QAM(正交幅度調(diào)制)信號(hào)發(fā)射數(shù)據(jù)可以以1.5的因子減少分組持續(xù)時(shí)間，然而同樣場(chǎng)景中的發(fā)射功率以“10”的因子增加。因此，本發(fā)明的發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到，無(wú)線通信單元在使用高比特率操作模式發(fā)射數(shù)據(jù)分組時(shí)消耗的總能量可高于使用較低比特率模式發(fā)射同一數(shù)據(jù)分組時(shí)消耗的能量。
基于此觀察，可預(yù)見無(wú)線通信單元應(yīng)具有選擇最佳操作模式的能力，最佳操作模式是針對(duì)要發(fā)射的每一新數(shù)據(jù)分組的電力消耗(電池壽命)而言。特別地，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提議將最優(yōu)操作模式的選擇耦合到監(jiān)控多個(gè)通信資源/媒體/鏈路的占用率的過程。此策略其后稱為電力感知鏈路自適應(yīng)，并在圖6與圖7中更詳細(xì)地闡釋。
此方法在通信資源一般包括許多通信鏈路，這些鏈路在許多用戶之間共享的無(wú)線通信系統(tǒng)中特別有利。本發(fā)明的一種優(yōu)選的應(yīng)用是關(guān)于分布式媒體接入控制(MAC)層協(xié)議，例如IEEE 802.11的分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)模式。這樣，當(dāng)與這樣的協(xié)議應(yīng)用時(shí)，發(fā)明概念可應(yīng)用于當(dāng)前及未來(lái)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)產(chǎn)品。
因此，相對(duì)于已知的基于單個(gè)通信資源進(jìn)行最佳操作模式的選擇(這在無(wú)線通信場(chǎng)景中是無(wú)效率的)，本發(fā)明的發(fā)明概念提供了優(yōu)勢(shì)。給定鏈路質(zhì)量，如果此操作模式的比特率低于最大可達(dá)到的比特率，則選擇能量節(jié)省模式將增加分組的總傳輸持續(xù)時(shí)間。因此，如果用戶占用信道更長(zhǎng)的時(shí)間，以便發(fā)射給定數(shù)據(jù)分組，則其它用戶可獲得的發(fā)射時(shí)間從而將減少。這可能導(dǎo)致通信小區(qū)之內(nèi)的數(shù)據(jù)吞吐量降低。
因此，在本發(fā)明的增強(qiáng)實(shí)施例中，發(fā)明者提議采用前述電力感知鏈路自適應(yīng)過程，其減少設(shè)備的能量消耗，同時(shí)最大化小區(qū)吞吐量。通過在電力感知鏈路自適應(yīng)決策中將媒體占用率標(biāo)準(zhǔn)納入考慮，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的改善。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，闡釋了局域(數(shù)據(jù)通信)網(wǎng)(LAN)400。計(jì)算機(jī)/通信域包括LAN 400中的節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)關(guān)420以及，比如說(shuō)，因特網(wǎng)410。在這點(diǎn)上，讓我們假定移動(dòng)無(wú)線通信單元460是便攜式電腦，其能夠通過無(wú)線地連接到若干接入節(jié)點(diǎn)442、444、446中的任一個(gè)來(lái)與因特網(wǎng)410通信。
當(dāng)移動(dòng)無(wú)線通信單元460登錄到接入節(jié)點(diǎn)(比如接入節(jié)點(diǎn)446)上，其能夠訪問來(lái)自因特網(wǎng)或任何其它連接的服務(wù)器415的應(yīng)用程序。此通信鏈路經(jīng)由包括因特網(wǎng)410、網(wǎng)關(guān)420、與任何數(shù)目的串聯(lián)的中間路由器430(僅為清晰的目的起見而未顯示)與接入節(jié)點(diǎn)446的路由475建立。
下面參照LAN為隨機(jī)接入網(wǎng)或集中式接入網(wǎng)的情形，進(jìn)一步描述本發(fā)明的發(fā)明概念。值得注意的是，無(wú)線通信單元已被適配，以監(jiān)控LAN中的通信資源/媒體占用率，并將此信息應(yīng)用于電力感知鏈路自適應(yīng)決策，如下面所描述的那樣。
另外，接入節(jié)點(diǎn)446包括處理器，其能夠確定關(guān)于若干個(gè)無(wú)線通信單元460的基本上每一操作模式的電力消耗度量。電力消耗度量由若干個(gè)無(wú)線通信單元460在到接入節(jié)點(diǎn)446的上行鏈路通信中使用。以這種方式，接入節(jié)點(diǎn)446分配通信媒體并向無(wú)線通信單元460提議操作模式，以減少其電力消耗。在本發(fā)明的增強(qiáng)實(shí)施例中，接入節(jié)點(diǎn)處理器被進(jìn)一步適配，以便向能夠節(jié)省電力的無(wú)線通信單元分配更高優(yōu)先級(jí)電力感知鏈路自適應(yīng)與調(diào)度機(jī)制。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，顯示了無(wú)線通信單元460的框圖，其能夠在無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)上操作，其被適配以支持本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)明概念。如本領(lǐng)域中已知的那樣，并且為完整起見復(fù)制在這里，無(wú)線通信單元460包括，比如說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)射頻組件與電路，例如天線502，其優(yōu)選地連接到天線開關(guān)504。天線開關(guān)504提供無(wú)線通信單元460之內(nèi)接收器與發(fā)射器鏈之間的隔離。接收器鏈典型地包括接收器前端電路506(有效地提供接收、濾波與中頻或基帶頻率轉(zhuǎn)換)。前端電路506串聯(lián)到信號(hào)處理功能508。將信號(hào)處理功能的輸出提供給適宜的輸出設(shè)備511，例如液晶顯示屏幕。信號(hào)處理功能508為無(wú)線通信單元460執(zhí)行所有信號(hào)處理功能，包括例如，解調(diào)制、解映射、比特解交織、信道估計(jì)與解碼，其取決于使用的通信技術(shù)，如本領(lǐng)域已知的那樣。
遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，信號(hào)處理功能508的操作已被適配，以支持這里描述的發(fā)明概念。特別地，信號(hào)處理功能508可操作地連接到電力感知鏈路自適應(yīng)功能540(或包含其特性)，如下面參照?qǐng)D6與圖7所描述的那樣。
為完整起見，接收器鏈還包括接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)電路512，其連接到接收器前端電路506與信號(hào)處理功能508(一般地通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn))?？刂破?14，也連接到接收器前端電路506與信號(hào)處理功能508，因此可從恢復(fù)的信息接收誤比特率(BER)或誤幀率(FER)數(shù)據(jù)?？刂破?14連接到內(nèi)存設(shè)備516，以存儲(chǔ)操作規(guī)程(regime)，例如解碼/編碼功能等等。定時(shí)器518典型地連接到控制器514，以在無(wú)線通信單元460之內(nèi)控制操作的定時(shí)(依賴于時(shí)間的信號(hào)的發(fā)射或接收)。在本發(fā)明的環(huán)境中，在發(fā)射(編碼)路徑和/或接收(解碼)路經(jīng)上，定時(shí)器518指示話音信號(hào)的定時(shí)。
關(guān)于發(fā)射路徑，也如本領(lǐng)域已知的那樣，這本質(zhì)上包括輸入設(shè)備，例如鍵盤521，其經(jīng)由發(fā)射信號(hào)處理器528串聯(lián)到發(fā)射器/調(diào)制電路522。其后，任何發(fā)射信號(hào)經(jīng)過功率放大器524，以便從天線502輻射。發(fā)射器/調(diào)制電路522與功率放大器524操作地響應(yīng)于控制器，功率放大器的輸出連接到雙工濾波器或循環(huán)器504。發(fā)射器/調(diào)制電路522與接收器前端電路506包括上變頻與下變頻功能(未顯示)。
特別地，參照這樣的無(wú)線通信單元來(lái)描述本發(fā)明的增強(qiáng)實(shí)施例，其被適配以實(shí)現(xiàn)電力感知鏈路自適應(yīng)，其基于通信媒體占用率，連同下面的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的信息(i)無(wú)線通信單元自身的性能特征，例如其電力特征，例如用戶電力設(shè)定、電池狀態(tài)、等等。
(ii)無(wú)線通信單元與另一通信設(shè)備之間的通信鏈路性能，例如基于信噪比(SNR)值，和/或(iii)系統(tǒng)參數(shù)，例如服務(wù)質(zhì)量(QoS)約束。
無(wú)線通信單元460之內(nèi)的各種適配組件可以以分立或集成組件的形式實(shí)現(xiàn)。更一般地，在各個(gè)通信單元中，與決定是否解碼相關(guān)聯(lián)的特性可以以任何適宜的方式實(shí)現(xiàn)硬件、軟件或固件。例如，可向傳統(tǒng)的無(wú)線通信單元添加新設(shè)備，或者作為可供選擇的另一替代方案，傳統(tǒng)的無(wú)線通信單元的已有部分可被適配，例如通過重新編程其一或多個(gè)處理器。這樣，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所要求的適配(例如提供軟件代碼以實(shí)現(xiàn)電力感知鏈路自適應(yīng)功能)可以以處理器可實(shí)現(xiàn)的指令的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)媒體中，例如軟盤、硬盤、PROM、RAM或這些或其它存儲(chǔ)多媒體的任何組合。
預(yù)見無(wú)線通信單元可通過先前描述的發(fā)明概念在至少兩個(gè)場(chǎng)景中受益。首先，發(fā)明概念可應(yīng)用于操作在隨機(jī)接入網(wǎng)的無(wú)線通信單元，如圖6的簡(jiǎn)化的信息流圖中所闡釋的那樣。其次，當(dāng)操作在集中式接入網(wǎng)時(shí)，可預(yù)見無(wú)線通信單元可從其后描述的發(fā)明概念受益，如圖7的簡(jiǎn)化的信息流圖中所闡釋的那樣。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6中闡釋的隨機(jī)接入網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)，電力感知鏈路自適應(yīng)功能540監(jiān)控通信媒體605的占用率。在這點(diǎn)上，電力感知鏈路自適應(yīng)功能540確定通信媒體的占用率是否低于特定水平。如果這樣，其選擇就能量消耗而言最有效率的操作/傳輸模式635。
另外，電力感知鏈路自適應(yīng)功能540可將電池狀態(tài)指示610納入考慮。如果通信單元的電池水平低，則通信單元可決定使用省電模式，與電池水平高的操作模式相比，其使用更高的通信媒體占用率。
可使用(許多種中的)任何已知的度量來(lái)確定或刻畫媒體占用率，這也在本發(fā)明的企圖之內(nèi)，例如(i)在先前幀中已發(fā)生的沖突的數(shù)目；和/或(ii)先前幀上的平均競(jìng)爭(zhēng)窗口(如果在隨機(jī)接入技術(shù)中使用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的話)；和/或(iii)在先前幀中信道被占用的時(shí)間比率。
如果小區(qū)負(fù)載輕，預(yù)見通信單元被這樣配置，使得其能夠決定將其傳輸630切換到較低模式，即較低的數(shù)據(jù)率，只要其QoS要求620得到滿足。因此，在此模式中，無(wú)線通信單元將配置其本身占用通信信道更長(zhǎng)的時(shí)間。有利地，無(wú)線通信單元將節(jié)省電力消耗，而小區(qū)將不遭受任何吞吐量惡化。
另外，隨機(jī)接入網(wǎng)中的電力感知鏈路自適應(yīng)功能540優(yōu)選地利用傳統(tǒng)參數(shù)，例如鏈路狀態(tài)615與QoS 620，以及前述新參數(shù)通信媒體占用率與電池狀態(tài)。
在采用優(yōu)先級(jí)功能(例如具有增強(qiáng)DCF的IEEE 802.11e)的隨機(jī)接入網(wǎng)中，其中到通信信道的接入對(duì)于優(yōu)先級(jí)較高的連接較快，預(yù)見前述省電機(jī)制可由QoS標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充。通過使用競(jìng)爭(zhēng)窗口的較低值，可以容易地在IEEE標(biāo)準(zhǔn)中支持此方法。
這樣，并且有利地遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提議向能夠節(jié)省能源的無(wú)線通信單元分配較高優(yōu)先級(jí)。例如，當(dāng)?shù)谝煌ㄐ艈卧獜牡诙ㄐ艈卧邮諗?shù)據(jù)分組時(shí)，其能夠確定使用的通信媒體的質(zhì)量，例如通過計(jì)算接收的SNR。
因此，第一通信單元將能夠確定其是否能夠通過選擇較低操作模式來(lái)省電。如果其能夠選擇較低速率操作模式，其將請(qǐng)求與第二通信單元的高優(yōu)先級(jí)連接。一旦此連接建立，由于排定優(yōu)先級(jí)的到媒體的接入，第一通信單元將以低速率發(fā)送數(shù)據(jù)。有利地，預(yù)見當(dāng)確定無(wú)線通信單元絕對(duì)需要在信道上發(fā)射數(shù)據(jù)，并且也確定其具有低電池水平時(shí)，調(diào)用此機(jī)制。
當(dāng)將發(fā)明概念應(yīng)用到IEEE 802.11a或IEEE 802.11g環(huán)境時(shí)，提議采用發(fā)明概念的進(jìn)一步的增強(qiáng)，以解決Qiao在[1]中提及的隱藏節(jié)點(diǎn)問題。本發(fā)明的此進(jìn)一步的增強(qiáng)提議傳輸請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送(Request To Send/Clear To Send)(RTS/CTS)數(shù)據(jù)分組。優(yōu)選地，在使用電力感知鏈路自適應(yīng)過程發(fā)送后繼數(shù)據(jù)之前以全功率發(fā)送這些RTS/CTS數(shù)據(jù)分組。例如，如果在發(fā)送1460字節(jié)長(zhǎng)的以太網(wǎng)分組之前以最快模式(54Mbps)進(jìn)行這樣的RTS/CTS幀交換，由于RTS/CTS而導(dǎo)致的開銷為傳輸時(shí)間的30％。因此，在至少70％的時(shí)間期間，省電將是可能的。上面的參數(shù)易于從IEEE標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，將電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制540應(yīng)用于集中式接入網(wǎng)。這里，網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)具有通信媒體占用率的知識(shí)與控制。因此，遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，令接入節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)調(diào)度基本上每一傳輸?shù)拈_始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間與比特率。以這種方式，為每一無(wú)線通信單元實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能量節(jié)省并滿足QoS要求。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例假定接入節(jié)點(diǎn)具有關(guān)于每一無(wú)線通信單元的電力消耗與鏈路狀態(tài)的足夠信息，以進(jìn)行這樣的決策。
集中式網(wǎng)絡(luò)中的電力感知鏈路自適應(yīng)的優(yōu)選實(shí)施例是(i)傳輸?shù)墓降氖‰娬{(diào)度。在此環(huán)境中，配置接入節(jié)點(diǎn)，以向無(wú)線通信單元授予容量，并且，如果可能的話，就電力消耗而言優(yōu)化無(wú)線通信單元的操作模式。這通過在每一無(wú)線通信單元節(jié)省等量的電力的約束下，增加要發(fā)射的幀的負(fù)載，直到其被最大化，來(lái)優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)。
(ii)列入優(yōu)先地位的省電調(diào)度。接入節(jié)點(diǎn)分配任何剩余的容量，以用于針對(duì)能夠節(jié)省最多電力的無(wú)線通信單元或者具有最嚴(yán)格的電池限制的無(wú)線通信單元的電力消耗減少過程。
在圖7描繪本發(fā)明的增強(qiáng)實(shí)施例，即將電力控制應(yīng)用于集中式網(wǎng)絡(luò)中的電力感知鏈路自適應(yīng)的應(yīng)用。以與參照?qǐng)D6描述的前述(純)電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制相似的方式，優(yōu)選地，接入節(jié)點(diǎn)上的這一電力感知鏈路自適應(yīng)與調(diào)度的聯(lián)合過程以無(wú)線通信單元705的資源請(qǐng)求、其電池狀態(tài)710、鏈路質(zhì)量與QoS要求715作為輸入。接入節(jié)點(diǎn)也就比特率735與資源分配730做出決策，其通過，比如說(shuō)，應(yīng)用先前提及的政策720之一。
發(fā)明者已經(jīng)由仿真驗(yàn)證了從前面描述的發(fā)明概念獲取的好處。仿真被用于評(píng)估在活動(dòng)傳輸期間可獲得的最大增益，從而獲取獨(dú)立于所選擇的MAC協(xié)議的結(jié)果。選擇正交頻分多址(OFDM)作為模擬的物理層，數(shù)據(jù)率為6Mbit/s直到54Mbit/s。將QoS要求設(shè)置為數(shù)據(jù)分組錯(cuò)誤率低于1％，這是VoIPoWLAN系統(tǒng)中一個(gè)現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。設(shè)置分組數(shù)據(jù)大小為“128”字節(jié)，并將環(huán)境選擇為“典型的室內(nèi)辦公室，無(wú)視線”環(huán)境，50納秒r.m.s.延時(shí)擴(kuò)展，路徑損耗指數(shù)“3.6”。陰影標(biāo)準(zhǔn)差選擇為5dB。小區(qū)的范圍定義為這樣的區(qū)域，其中統(tǒng)計(jì)地低于2.5％的連接不能滿足QoS標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖形800闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的相應(yīng)的仿真結(jié)果。如清晰地顯示的那樣，與可比較的現(xiàn)有技術(shù)的圖1的圖形100相比，就吞吐量相對(duì)于自無(wú)線通信單元的接入節(jié)點(diǎn)的距離而言，最小電力策略得到了改善。
類似地，現(xiàn)在參照?qǐng)D9，圖形900闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，電力消耗相對(duì)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的相應(yīng)的仿真結(jié)果。如清晰地顯示的那樣，與可比較的現(xiàn)有技術(shù)的圖2的圖形200相比，就最小電力策略與最大吞吐量策略而言，電力消耗相對(duì)于從無(wú)線通信單元到接入節(jié)點(diǎn)的距離得到了改善。
類似地，現(xiàn)在參照?qǐng)D10，圖形1000闡釋當(dāng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，最小電力策略相對(duì)于最大吞吐量策略關(guān)于從無(wú)線通信單元到其接入節(jié)點(diǎn)的距離的增益的相應(yīng)的仿真結(jié)果。如清晰地顯示的那樣，與可比較的現(xiàn)有技術(shù)的圖3的圖形300相比，相對(duì)于從無(wú)線通信單元到接入節(jié)點(diǎn)的距離，相對(duì)電力消耗利益有效地翻番。在此情形中，這等于無(wú)線通信單元的電池壽命平均增加達(dá)50％。這是非常合意的改善，其可提供給新PA架構(gòu)，或由新PA架構(gòu)提供。
總結(jié)一下，在圖11的流程圖1100中闡釋遵照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的改善的電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制。過程開始于步驟1105，并且無(wú)線通信單元監(jiān)控通信媒體的占用率，如步驟1110中所示。這可能需要確定占用水平是否超過或低于門限值。此步驟也可能需要以若干次先前沖突的形式接收數(shù)據(jù)，其在步驟1115中，和/或平均競(jìng)爭(zhēng)窗口計(jì)算，如步驟1120中所示，和/或計(jì)算信道占用的時(shí)間比率，如步驟1125中所示。
使用信道占用率的知識(shí)，無(wú)線通信單元(或者說(shuō)，其它實(shí)施例中的接入節(jié)點(diǎn))基于最小化電力消耗的期望，進(jìn)行電力感知鏈路自適應(yīng)決策，同時(shí)維持QoS水平，如步驟1130中所示。優(yōu)選地，此決策從無(wú)線通信單元自身接收電力設(shè)定信息、電池狀態(tài)信息等等的形式的輸入，如步驟1135中所示。其也可接收通信鏈路狀態(tài)信息，如步驟1140中那樣，和/或系統(tǒng)參數(shù)信息，如步驟1145中那樣。
優(yōu)選地，電力感知鏈路自適應(yīng)決策基于通信媒體占用率，為無(wú)線通信單元選擇操作模式，以最小化無(wú)線通信單元的電力消耗。此操作模式可能需要以特定功率控制水平操作，如步驟1150中所示。
如上面提到的那樣，如果通信網(wǎng)絡(luò)為隨機(jī)接入網(wǎng)，優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)在傳輸后繼數(shù)據(jù)分組之前應(yīng)用初始RTS/CTS傳輸策略，如步驟1155中所示。優(yōu)選地，隨機(jī)接入網(wǎng)也將能夠省電的傳輸列入優(yōu)先地位，如步驟1160中所示。相反，如果通信網(wǎng)絡(luò)為集中式接入網(wǎng)，接入節(jié)點(diǎn)可應(yīng)用公平的省電調(diào)度過程和/或列入優(yōu)先地位的省電調(diào)度，如步驟1165中所示。
這樣，總之，這里描述的發(fā)明概念提議一種電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制，其適宜于若干無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制利用優(yōu)選地多數(shù)通信資源/媒體的監(jiān)控操作，以便于無(wú)線通信單元選擇最佳通信媒體/資源傳輸數(shù)據(jù)分組，以便最小化電力消耗。
本發(fā)明不限于使用功率控制來(lái)區(qū)分提供不同水平的電力消耗的操作模式，并且任何其它已知的節(jié)省電力消耗的技術(shù)可以與這里描述的發(fā)明概念一起應(yīng)用，這在本發(fā)明的意圖之內(nèi)。進(jìn)一步地，預(yù)見本發(fā)明可應(yīng)用于任何在若干用戶之間共享若干通信資源的無(wú)線通信場(chǎng)景。
將會(huì)理解，無(wú)線通信單元、接入節(jié)點(diǎn)與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，例如無(wú)線集中式接入網(wǎng)與無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)，如這里描述的那樣，提供至少以下優(yōu)點(diǎn)(i)本發(fā)明的電力感知鏈路自適應(yīng)概念可應(yīng)用于共享同一通信媒體的多條鏈路。因此，發(fā)明概念允許將電力感知鏈路自適應(yīng)應(yīng)用于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；和(ii)當(dāng)與功率控制功能耦合時(shí)，本發(fā)明的電力感知鏈路自適應(yīng)概念支持對(duì)于電池供電的無(wú)線通信單元特別適宜的電力消耗減少策略。
盡管上面描述本發(fā)明的特定的、以及優(yōu)選的實(shí)施例，清楚的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地應(yīng)用這些發(fā)明概念的變形與修正。
這樣，提供了無(wú)線通信單元、接入節(jié)點(diǎn)與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，例如無(wú)線集中式接入網(wǎng)與無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)，其中與現(xiàn)有技術(shù)的安排相關(guān)聯(lián)的前述限制已得到實(shí)質(zhì)性的緩解。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線通信單元(460)，包括處理器(508)，其具有電力感知鏈路自適應(yīng)功能(540)，用于選擇所述無(wú)線通信單元(460)的操作模式，以發(fā)射至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組，所述無(wú)線通信單元(460)其特征在于，所述處理器(508)被配置以執(zhí)行，或者可操作地連接到，通信媒體監(jiān)控功能，其監(jiān)控包括多個(gè)通信鏈路的通信媒體的占用率，并且，作為所述通信媒體的占用率的確定的響應(yīng)，所述處理器(540)為所述無(wú)線通信單元(460)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組傳輸執(zhí)行鏈路自適應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器(508)通過選擇所述無(wú)線通信單元(460)的操作模式來(lái)執(zhí)行鏈路自適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器(508)通過調(diào)節(jié)所述無(wú)線通信單元(460)的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)墓β士刂扑絹?lái)選擇操作模式。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器(508)通過確定以下中的一或多個(gè)來(lái)監(jiān)控所述通信媒體的占用率(i)多個(gè)先前沖突，例如發(fā)生在先前幀中的多個(gè)沖突；(ii)一或多個(gè)先前幀上的平均競(jìng)爭(zhēng)窗口；(iii)在一或多個(gè)先前幀期間所述通信媒體被占用的時(shí)間比率。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述無(wú)線通信單元(460)操作在支持突發(fā)業(yè)務(wù)的時(shí)分多址通信系統(tǒng)上。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述無(wú)線通信單元(460)使用分布式媒體接入控制(MAC)協(xié)議操作，或者在無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)或其任何衍生物上操作，例如基于WLAN的基于IP的話音。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述無(wú)線通信單元(460)操作在隨機(jī)接入網(wǎng)上，例如IEEE 802.11a。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器進(jìn)一步監(jiān)控，或獲取，以下參數(shù)中的一或多個(gè)，以確定如何執(zhí)行鏈路自適應(yīng)(i)無(wú)線通信單元(460)參數(shù)，例如電力特征、電力設(shè)定、電池狀態(tài)；(ii)到另一通信設(shè)備的通信鏈路性能，例如信噪比值，和/或(iii)系統(tǒng)參數(shù)，例如服務(wù)質(zhì)量(QoS)限制。
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器執(zhí)行電力感知鏈路自適應(yīng)，其使用請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)幀交換。
10.如權(quán)利要求9所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器在使用電力感知鏈路自適應(yīng)發(fā)射后繼數(shù)據(jù)之前，發(fā)起至少一個(gè)RTS/CTS幀交換的全功率傳輸。
11.如前述權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述隨機(jī)接入網(wǎng)包括優(yōu)先級(jí)機(jī)制，例如IEEE 802.11增強(qiáng)分布式協(xié)調(diào)功能(EDCF)。
12.如權(quán)利要求11所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器監(jiān)控，或獲取，服務(wù)質(zhì)量(QoS)指示，并實(shí)現(xiàn)電力感知鏈路自適應(yīng)，以響應(yīng)所述QoS指示。
13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，當(dāng)所述無(wú)線通信單元(460)能夠通過執(zhí)行電力感知鏈路自適應(yīng)來(lái)省電時(shí)，所述處理器向所述無(wú)線通信單元(460)的傳輸分配較高優(yōu)先級(jí)。
14.如前述權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述無(wú)線通信單元(460)操作在集中式接入網(wǎng)上，例如HIPERLAN/2、IEEE 802.11h、IEEE 802.11PCF或IEEE 802.11e HCF標(biāo)準(zhǔn)。
15.如權(quán)利要求14所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器測(cè)量或估計(jì)通信鏈路的質(zhì)量，并基于其來(lái)執(zhí)行自身的鏈路自適應(yīng)。
16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的無(wú)線通信單元(460)，其中，所述處理器發(fā)起所述無(wú)線通信單元(460)的電力設(shè)定到所述集中式接入網(wǎng)中的接入節(jié)點(diǎn)(446)的傳輸，使得所述接入節(jié)點(diǎn)(446)能夠?yàn)榛旧厦恳浑娏υO(shè)定確定關(guān)于基本上每一操作模式的電力消耗。
17.一種接入節(jié)點(diǎn)(446)，例如被適配以與如任一前述權(quán)利要求所述的無(wú)線通信單元通信的接入節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述接入節(jié)點(diǎn)包括處理器，其能夠確定關(guān)于多個(gè)無(wú)線通信單元(460)的基本上每一操作模式的電力消耗度量，以使用在到所述接入節(jié)點(diǎn)(446)的上行鏈路通信中，使得所述接入節(jié)點(diǎn)(446)在通信媒體上向所述無(wú)線通信單元(460)分配資源并向所述無(wú)線通信單元(460)提議操作模式，以減少其電力消耗。
18.如權(quán)利要求17所述的接入節(jié)點(diǎn)(446)，其中，所述接入節(jié)點(diǎn)處理器就電力消耗向多個(gè)無(wú)線通信單元分配通信資源和/或分配操作模式，使得所述多個(gè)無(wú)線通信單元的基本上每一個(gè)都節(jié)省相似量的電力。
19.如權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的接入節(jié)點(diǎn)(446)，其中，所述接入節(jié)點(diǎn)處理器向能夠省電的無(wú)線通信單元分配較高優(yōu)先級(jí)的電力感知鏈路自適應(yīng)與調(diào)度機(jī)制。
20.一種無(wú)線集中式接入網(wǎng)，其被適配以便于到/來(lái)自如前述權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的無(wú)線通信單元(460)的通信，和/或被適配以便于到/來(lái)自如前述權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的接入節(jié)點(diǎn)(446)的通信。
21.如權(quán)利要求20所述的無(wú)線集中式接入網(wǎng)，其中，所述集中式接入網(wǎng)支持遵照HIPERLAN/2、IEEE 802.11h、PCF或HCF標(biāo)準(zhǔn)的通信。
22.一種無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)，例如IEEE 802.11a，其被適配以便于到/來(lái)自如前述權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的無(wú)線通信單元的通信。
23.如權(quán)利要求22所述的無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)，其中所述無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)使用請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)幀交換，支持電力感知鏈路自適應(yīng)，例如，在所述無(wú)線通信單元(460)使用電力感知鏈路自適應(yīng)機(jī)制發(fā)射后繼數(shù)據(jù)之前，支持來(lái)自無(wú)線通信單元(460)的至少一個(gè)RTS/CTS幀交換的全功率傳輸。
24.如權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)，其中，所述無(wú)線隨機(jī)接入網(wǎng)支持具有優(yōu)先級(jí)的隨機(jī)接入通信，例如遵照IEEE802.11 EDCF標(biāo)準(zhǔn)。
25.一種在無(wú)線通信單元(460)中節(jié)省電力消耗的方法(1100)，所述方法的特征在于以下步驟監(jiān)控包括多個(gè)通信鏈路的通信媒體的占用率(1110)；和作為對(duì)所述通信媒體的占用率的響應(yīng)，確定電力感知鏈路自適應(yīng)過程(1130)，例如選擇所述無(wú)線通信單元(460)的操作模式，以便以節(jié)電模式發(fā)射至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組。
全文摘要
一種無(wú)線通信單元(460)，其包括處理器(508)，其具有電力感知鏈路自適應(yīng)功能(540)，其用于選擇所述無(wú)線通信單元(460)的操作模式，以發(fā)射至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組，所述無(wú)線通信單元(460)其特征在于所述處理器(508)被配置以執(zhí)行，或者可操作地連接到，通信媒體監(jiān)控功能，其監(jiān)控包括多個(gè)通信鏈路的通信媒體的占用率，并且，作為所述通信媒體的所述占用率的確定的響應(yīng)，所述處理器(540)為所述無(wú)線通信單元(460)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)分組傳輸執(zhí)行鏈路自適應(yīng)。以這種方式，通過提供電力感知鏈路自適應(yīng)概念連同通信媒體占用率監(jiān)控功能，可選擇共享同一通信媒體的多個(gè)鏈路中的一或多個(gè)，以最小化無(wú)線通信單元之內(nèi)的電力消耗。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1781289SQ200480011515
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·西蒙斯, 馬克·德庫(kù)爾維爾, 杰里米·戈斯蒂奧, 彼得羅·佩拉蒂, 塞斯特里納蒂 埃米利奧·卡爾瓦內(nèi) 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司