专利名称：针对遵从特定吸收率的通信设备的调制和编码方案选择方法
技术领域：
本公开涉及便携式通信设备，其示例包括移动或手持设备(例如，寻呼机、蜂窝电话、蜂窝智能手机、无线管理器、个人数字助手、支持无线的笔记本计算机等)；并尤其涉及控制这些便携式通信设备所发送的无线信号的强度和发送数据的速率。
背景技术：
在市场上有各种各样不同类型的移动无线通信设备用于语音、数据、图像和其他形式信息的通信。当使用时，有些设备紧靠用户耳朵，一些发射的射频能量被用户身体吸收。在特定射频上能量吸收的测量被称为特定吸收率(SAR)。应了解，SAR值非常依赖于发射天线相对于身体的位置和发射功率的量和持续时间。使用例如靠近人耳的移动电话，与当天线位于紧邻耳朵的设备顶部时相比，位于邻近用户下颌的设备底部的天线能够发射更高强度的射频能量。政府机构(例如美国联邦通信委员会(FCC))已经采用了安全接触射频(RF)能量的限制。例如，接触蜂窝电话的FCC限制是I. 6瓦特每千克(1.6W/kg)的SAR等级，这被称为是特定吸收率限制。语音和数据发送可以使用通信协议，其中发送发生在在20毫秒的帧中包含的一个毫秒传输时隙，即，给定通信设备每20毫秒发送一次。当发送数据时，期望使用每个帧中尽可能多的传输时隙，以快速发送数据。然而，所使用的帧越多，发射的RF能量就越大，因此数据发送可能超过特定的SAR限制。发送可以使用不同的调制和编码方案(MCS)。便携式通信设备通常使用的这些方案包括正交移频键控(QPSK)和正交幅度调制(QAM)，在每个传输时隙期间，上述每种调制方案具有在发送数据的多种不同编码率。可以通过将MCS改变为提供更高编码率的MCS来提高数据吞吐量(即，在通信信道上成功传递消息的平均速率)。然而，由于不同的传输功率电平导致不同的MCS产生不同的特定吸收率，因此在给定情况下使用特定MCS不遵从特定吸收率限制。因此，虽然存在提高数据发送速率的技术，但也存在以较高RF功率和数据速率发送时会违反SAR限制的担忧。
图I是使用本传输控制技术的示例性便携式通信设备的电路的结构框图；图2是与便携式通信设备通信的示例性基站的电路的结构框图；图3以图形示出了便携式通信设备使用的通信协议；图4形象化地示出了使用具有单天线的便携式通信设备的人；图5形象化地示出了使用具有多天线的便携式通信设备的人；图6是示出了传输功率电平、在传输帧中使用的传输时隙数、和图4中便携式通信设备的特定吸收率的超过/不超过状态之间关系的不意图；图7是示出了传输功率电平、在传输帧中使用的传输时隙数、和当便携式通信设备的天线靠近用户耳朵时特定吸收率的超过/不超过状态之间关系的示意图； 图8是示出了具有单天线便携式通信设备的传输控制技术的第一实施方式的流程图；图9是传输控制技术中使用的调制和编码方案表；图10是示出了具有两根天线的便携式通信设备的传输控制技术的第二实施方式的流程图；图11是支持多输入多输出(MMO)操作的便携式通信设备的传输控制技术的第三实施方式的流程图；以及图12是具有两根波束成形天线的便携式通信设备的传输控制技术的第二实施方式的流程图。
具体实施例方式控制经由射频信号从便携式通信设备到基站的数据发送，以使信号不会导致超过特定吸收率限制。发送使用带有重复帧的协议，每个帧含有多个传输时隙，可以使用不同数量的传输时隙发送数据。选择射频信号的功率电平和每个帧中特定数量的传输时隙，使得数据发送遵从特定吸收率限制。尽管可以从便携式通信设备发送各种类型的信息(例如语音、数据、图像、视频等)，为了易于理解，所有这样的信息应该(不限于)被通称为“数据”。该信号控制技术使用射频信号的功率电平和帧中的特定的传输时隙数量之间的预先定义的关系，可以使用所述功率电平和所述特定数量的传输时隙来发送数据，而不会使所述射频信号导致超过预先定义的特定吸收率限制。例如，可以通过查找表定义这种关系，所述查找表针对多个不同功率电平中的每一个功率电平指派可以使用的最大传输时隙数量)。当便携式通信设备期望进行数据发送时，执行SAR遵从性分析。该分析采用功率电平、每个帧中的传输时隙数量、和预先定义的SAR关系，确定已提出的数据发送是否将导致大于特定吸收率限制的特定吸收率。当期望增加数据吞吐量时，确定每个帧中是否有更多的可用传输时隙。如果是，则进行SAR遵从性分析，以确定在当前的功率电平和MCS下，增加传输时隙数量是否将产生遵从特定吸收率限制的发送。当该遵从存在时，可以进行发送，否则确定是否可以增加功率电平。在这种情况下，便携式通信设备切换到更高等级的MCS。可以执行SAR遵从性分析，以保证以更高功率电平和更高等级的MCS的发送将不会违反特定吸收率限制。将针对具有单天线和多天线的便携式通信设备，提供该功率控制技术的具体实施方式
的示例。为了叙述简单清楚，可以在附图中重复参考符号，以指示对应的或类似的元件。虽然为了全面理解这里描述的实施例而阐述了非常特定的细节，但是可以不使用这样的特定特征实施该实施例。在其他实例中，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免使这里描述的实施例不清楚。此外，不认为说明书限于这里描述的实施例的范围。本公开大体上涉及便携式通信设备，其示例包括移动或手持设备(例如，寻呼机、蜂窝电话、蜂窝智能手机、无线管理器、个人数字助手、支持无线的笔记本计算机等)。首先参考图1，便携式通信设备100包括多个组件，例如控制便携式通信设备整体操作的处理器102。通过包括与一根或两根天线101和103相连接的射频收发机的通信子系统104，执行包括数据和语音通信的通信功能。通信子系统能够选择使用哪一根天线，并且如果子系统支持MMO操作，则可以使用两根天线。在一些通信设备中，天线101和103是传统的波束成形阵列，它能够使射频信号105以一角度定向聚焦在预期的接收机上。通过解码器106解压并解码通过便携式通信设备100接收的数据。通信子系统104和天线101和103经由射频信号105从基站150接收消息，并向基站105发送消息。基站150可以是无线网络149的一部分，例如(但不限于)以数据为中心的无线网络、以语音为中心的无线 网络和在相同物理基站上支持语音和数据通信的双模式网络。便携式通信设备100是电池供电设备，它包括用来接收一个或多个可再充电电池144的电池接口 142。处理器102也与其他子系统交互，其他子系统例如随机接入存储器(RAM) 108、闪存110、具有连接到电子控制器116的触感覆盖114的显示器112 (它们共同组成触感显示器118)、致动器120、力传感器122、辅助输入/输出(I/O)子系统124、数据端口 126、扬声器128、麦克风130、短距离通信子系统132和其他设备子系统134。处理器102经由电子控制器116与触感覆盖114交互。处理器102还可以与加速计136交互。加速计43可以包括具有检测质量的悬臂梁和合适的偏转感测电路。加速计43可以用于检测重力方向或重力感应反作用力。为了标识网络接入的用户，便携式通信设备100使用插入SM/RUM接口 140中的用户标识模块或可移除用户标识模块(SM/RUM)卡138，用于与基站150是其一部分的网络149的通信。备选地，用户标识信息可以编程到闪存110中。便携式通信设备100还包括操作系统146和软件组件148，它们通过处理器102执行并典型地存储在持久存储器(例如闪存110)中。可以从基站150、辅助输入/输出(I/O)子系统124、数据端口 126、短距离通信子系统132或任意其他适合的设备子系统134装载附加的应用程序到便携式通信设备100。在使用中，通过通信子系统104处理接收的消息(例如短消息、电子邮件消息或下载的网页)，并输入处理器102。然后，处理器102处理接收的信号，以输出到显示器112或备选地输出到辅助I/O子系统124。用户还可以编写数据项目，例如可以通过通信子系统104在无线网络149上发送的数据项目的电子邮件。针对语音通信，除了将接收的信号输出到扬声器128和通过麦克风130产生发送信号以外，便携式通信设备的整体操作基本类似。参考附图2，基站150包括例如用于与蜂窝电话网络152连接的网络接口 151。基站控制器154管理基站的整体操作和射频信号连接的建立、维护和释放。基站控制器154与多个收发机155连接，每个收发机具有用来与便携式通信设备(例如设备100)通信的天线156。代表性的收发机155单独被分配给与便携式通信设备的特定交互。至少一个收发机可以用作基站发送通用信令(例如导频信号)的公共控制信道。通过基站的小区中或基站的小区附近的移动设备监控公共信道，并使用公共信道请求工作信道(上行链路)或寻呼移动设备(下行链路)。传输功率控制器158执行公知的开环和闭环功率管理过程，以控制通过基站接收的便携式通信设备发送的传输功率，例如，使得通过基站150接收的信号的强度在令人满意的电平。当便携式通信设备100向远离基站150的方向移动时，通过该基站接收的信号强度降低。如果该信号强度降低到可接受最小阈值电平以下，则基站150指示该便携式通信设备提高它的传输功率电平。在其他情况下，当便携式通信设备100朝向基站150的方向移动时，基站接收的信号强度增加。当信号强度超过阈值电平时，基站指示便携式通信设备降低传输功率电平，以节省电池能量。在传输功率控制器15 8的存储器中存储了从与基站通信的每个便携式通信设备接收的射频信号的强度的指定。备选地，可以通过传输功率控制器158确定那些基站中每个基站的功率电平的指定，并将该指定存入存储器。各个指定作为标准基站保持消息的一部分，传送给便携式通信设备。用于从便携式通信设备100向基站150发送数据的射频信号105利用图3中示出的通信协议，该通信协议具有循环连续的帧160，每个帧分为多个传输时隙162。在示例性通信协议中，每个帧160分为二十个传输时隙，但也可以使用其他数量的时隙。便携式通信设备100可以在每个帧的一个或多个传输时隙162中发送数据。在每个帧中使用越多数据时隙，数据发送就会越快。用于发送数据的每个帧160中的传输时隙162的数量被称为发送的“占空度”。例如，使用每个帧中一半的传输时隙提供了 50%的占空度，而使用所有时隙导致100%的占空度。然而，在帧中使用更多数据时隙增加了射频信号105产生的特定吸收率(SAR)。因此，在可以以特定传输功率电平使用、而不超过特定吸收率限制的给定帧中存在时隙数量的限制。如这里所使用的，可以在政府机构规章中规定特定吸收率限制，或者特定吸收率限制可以是为与该技术一起使用而已经选择的SAR值。如上面提到，期望控制便携式通信设备100，以使其发送不会导致超过特定吸收率限制。这限制了用户对射频(RF)能量的接触。针对此限制功能，便携式通信设备100和基站150利用这样的传输控制技术,该技术选择传输功率电平和每个巾贞中传输时隙的数量，以用于遵从SAR的数据发送每个帧。可以仅通过便携式通信设备100、仅通过基站150或通过二者协作地执行该传输控制技术。为了理解该传输控制技术，理解所使用的发送天线的位置、传输功率电平和传输时隙的数量如何影响对规定的SAR限制的遵从将会是有益的。一些便携式通信设备具有单天线，而其他设备具有两根天线，以在不需要额外的带宽或传输功率的前提下，针对增加的数据吞吐量和范围，提高通信性能。一些便携式通信设备具有单天线，而其他设备具有两根或更多根天线，以在不要求额外的带宽或传输功率的前提下，经由增大的数据吞吐量和范围，提高通信性能。其他设备可以具有波束成形天线阵列，其中该天线阵列包括两根或更多根天线。是否将发生过度高的特定吸收率还取决于便携式通信设备100中的天线103相对于用户头部的位置。例如，如图4示出，当发送时，位于便携式通信设备170底部的天线172靠近用户的下颚。这个天线方向的特定吸收率可以是例如O. 9W/kg。相反，图5中的便携式通信设备180设计用于多输入多输出(MMO)操作，因此它具有两根天线182和184。第一天线182靠近用户下颚，因此它有类似于图4中单天线172的特定吸收率限制。然而，第二天线184靠近用户头部的上部区域，在这个区域中射频能量吸收率更大。因此，第二天线184的发送具有不同的特定吸收率限制，例如I. 3W/kg。特定吸收率限制限制了可以以不同的可用功率电平使用的每个帧中的传输时隙的数量。在设计便携式通信设备100期间，通过选择标称功率电平(pn)和标称传输时隙的数量(tn)导出天线的传输时隙数量和功率电平与特定吸收率限制的关系，以提供标称发送配置。然后导出标称特定吸收率SARn(f)，它是根据使用标称发送配置在射频f上发送数据得到的结果。此推导使用电气和电子工程师协会(美国纽约)颁布的IEEE标准1528-2003规定的技术。标称功率电平Pn、标称传输时隙数量tn和标称特定吸收率SARn(f)用于线性外推便携式通信设备可以以此发送数据的其他可能给定功率电平的值和给定传输时隙数的值。该外推使用以下公式
权利要求
1.一种用于从便携式通信设备发送数据的方法，其中经由射频信号，使用多个调制和编码方案和使用具有重复帧的协议，以一功率电平发送所述数据，每个帧具有多个传输时隙，能够使用不同数量的传输时隙来发送数据，所述方法包括 其中所述便携式通信设备正利用第一调制和编码方案、第一功率电平和第一数量的传输时隙进行操作，并且期望提高的数据发送速率 将功率电平提高到第二功率电平； 选择所述多个调制和编码方案之一作为第二调制和编码方案，所述第二调制和编码方案提供比所述第一调制和编码方案更高的数据发送速率； 选择不大于第一传输时隙数量的给定的传输时隙数量；以及 使用第二功率电平、第二调制和编码方案和给定数量的传输时隙，从便携式通信设备发送数据。
2.根据权利要求I所述的方法，其中给定的传输时隙数量小于第一传输时隙数量。
3.根据权利要求I所述的方法，还包括定义所述射频信号的功率电平的变化和帧中的传输时隙数量之间的关系，所述便携式通信设备使用所述功率电平和所述数量的传输时隙发送数据不会使所述射频信号导致超过预先定义的特定吸收率限制。
4.根据权利要求3所述的方法，其中响应于所述第二功率电平和所述关系，选择给定的传输时隙数量。
5.根据权利要求3所述的方法，其中选择给定的传输时隙数量的步骤包括使用所述关系确定以第二功率电平和所述给定数量的传输时隙发送数据是否将会超过预先定义的特定吸收率限制。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述便携式通信设备具有多根天线；以及针对多根天线中的每一根天线执行选择第二功率电平的步骤和选择多个调制和编码方案之一的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括响应于选择多个调制和编码方案之一，选择所述多根天线中能够以最高数据速率实现发送的给定天线；并且其中，发送数据的步骤使用所述多根天线中的所述给定天线。
8.根据权利要求6所述的方法，其中发送数据的步骤使用多根天线中的两者。
9.根据权利要求I所述的方法，还包括针对用于发送数据的天线，选择波束成形操作模式。
10.一种用于经由射频信号从便携式通信设备向基站发送数据的方法，其中使用多个调制和编码方案和使用具有重复帧的协议发送数据，每个帧具有多个传输时隙，能够使用不同数量的传输时隙来发送数据，所述方法包括 定义射频信号的功率电平的变化和帧中的传输时隙数量之间的关系，所述便携式通信设备使用所述功率电平和所述数量的传输时隙发送数据不会使所述射频信号导致超过预先定义的特定吸收率限制； 当期望发送数据时，选择针对射频信号的给定功率电平； 响应于所述给定功率电平，选择多个调制和编码方案之一作为所选方案； 使用所述给定功率电平和所述关系，选择给定的传输时隙数量，使得数据发送不会导致比所述特定吸收率限制更大的特定吸收率；以及使用所选方案和给定数量的传输时隙，以给定功率电平发送数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中多个调制和编码方案中的每一个能够实现以不同数据速率发送数据，以及选择多个调制和编码方案之一的步骤选择使得能够在不超过特定吸收率限制的情况下以最高数据速率发送数据的调制和编码方案。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括所述基站确定所述给定数量的传输时隙是否能够由所述便携式通信设备使用，如果不能，所述基站改变所述便携式通信设备能够用于发送数据的传输时隙数量。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述便携式通信设备具有多根天线；并且针对多根天线中的每一根天线，执行选择给定功率电平、选择多个调制和编码方案之一、以及使用所述给定功率电平和所述关系来选择给定的传输时隙数量的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括选择所述多根天线中能够以最大数据速率进行发送的给定天线；以及其中，发送数据的步骤使用所述多根天线中的所述给定天线。
15.根据权利要求13所述的方法，其中发送数据的步骤使用所述多根天线中的每一根天线。
16.一种用于经由射频信号从便携式通信设备向基站发送数据的方法，其中使用多个调制和编码方案和使用具有重复帧的协议发送数据，每个帧具有多个传输时隙，能够使用不同数量的传输时隙来发送数据，所述方法包括 从来自便携式通信设备的信息中导出给定功率电平、给定的传输时隙数量和给定的调制和编码方案； 如果利用增加数量的传输时隙的发送不会导致超过预先确定的特定吸收率限制，则增加所述给定的传输时隙数量； 如果已经增加了所述给定的传输时隙数量，则使用给定的调制和编码方案和已增加数量的传输时隙，以给定功率电平发送数据； 选择多个调制和编码方案中的另一个作为所选方案； 响应于所选方案，选择特定功率电平； 响应于特定功率电平，选择特定的传输时隙数量，使得数据发送不会导致比预先定义的特定吸收率限制更高的特定吸收率；以及 使用所选方案和特定数量的传输时隙，以特定功率电平发送数据。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括定义所述射频信号的功率电平的变化和帧中的传输时隙数量之间的关系，所述便携式通信设备使用所述功率电平和所述数量的传输时隙发送数据不会使所述射频信号导致超过预先定义的特定吸收率限制。
18.根据权利要求17所述的方法，其中选择所述特定的传输时隙数量的步骤还响应于所述关系。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括改变特定功率电平和特定的传输时隙数量中的至少一个，使得数据发送不会导致比预先定义的特定吸收率限制更高的特定吸收率。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述便携式通信设备具有多根天线，并且针对多根天线中的每一根天线，独立地选择调制和编码方案、特定功率电平和特定的传输时隙数量；以及其中，发送数据的步骤使用多根天线中能够实现以最大数据速率发送的天线。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述便携式通信设备具有多根天线；并且针对多根天线中的每一根天线，独立地选择调制和编码方案、特定功率电平和特定的传输时隙数量；以及其中，发送数据的步骤使用多根天线中的每一根天线。
22.一种便携式通信设备，用于经由射频信号发送数据，其中使用具有重复帧的协议发送数据，每个帧具有多个传输时隙，能够使用不同数量的传输时隙来发送数据，所述便携式通信设备包括 处理器，用于从能够使用的多个调制和编码方案中选择所选方案；以及响应于所选方案，所述处理器确定给定功率电平，并确定给定的传输时隙数量，使用所选方案和给定功率电平、以所述给定数量的传输时隙来发送数据不会超过预先定义的特定吸收率限制；以及 连接到所述处理器的通信子系统，用于使用所选方案、给定功率电平和给定数量的传输时隙，以给定功率电平发送数据。
23.根据权利要求22所述的便携式通信设备，还包括包含数据的存储设备，所述数据定义了射频信号的功率电平的变化和帧中的传输时隙数量之间的关系，使用所述功率电平和所述数量的传输时隙发送数据不会导致超过预先定义的特定吸收率限制。
24.根据权利要求23所述的便携式通信设备，还包括与所述通信子系统相连的多根天线，用于发送数据。
全文摘要
从便携式通信设备到基站经由射频信号的数据发送使用多个调制和编码方案和具有重复帧的协议。每个帧具有多个传输时隙，可以用不同数量的传输时隙发送数据。当期望以比先前使用的更高的速率发送数据时，尝试增加使用的传输时隙数。如果这样做产生导致超过特定吸收率限制的发送，则改变调制和编码方案以具有更高数据编码速率。然后设置功率电平和传输时隙数，使得数据发送不超过特定吸收率限制。然后移动通信设备发送数据。
文档编号H04J11/00GK102792620SQ201180013417
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年3月11日
发明者埃明·摩巴舍, 詹姆斯·沃登, 詹姆斯·沃马克, 阿里·史若克 申请人:捷讯研究有限公司