Lte系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，设及一种LTE系统中移动终端的射频前端动态功 耗评估方法。
【背景技术】
[0002] 长期演进LTE系统中各种新兴业务和更高的数据传输速率快速发展导致移动终 端的能耗加剧。移动终端通常是由电池供电的，由于电池的容量非常有限，大大滞后于终 端的能耗增加速度，而终端并非随时处于插电状态，因此，如何减少移动终端电池能量的消 耗，延长续航时间逐渐成为一个研究的热点问题。降低移动终端的能耗，不仅可W减少二氧 化碳的排放量，还可W延长终端电池的使用时间，提高用户的业务体验。
[0003] 在移动终端中，射频前端主要由射频收发信机组成。它主要处理高频的模拟信号， 负责终端通信的任务，并且要间歇性与基站通信W保证终端的信号畅通，是终端的一个主 要耗电单元。降低射频前端的功耗对于实现终端的低功耗有重要的作用。近年来，关于无 线通信收发信机在各方面的低功耗技术有很多的研究，如低功耗自适应调制、低功耗路由、 时延控制传输方案等。在大部分早期的研究工作中，射频前端和模拟电路部分的能耗通常 被忽略或者被简化为常量，该将会导致能耗评估不精确，甚至发生错误。为了更精确的分析 射频前端的能耗，进而研究如何降低射频前端的能耗，建立一个精确和全面的射频能耗模 型是必需的。
[0004]基于此，文献；YeLi,Be;rtanBakkaloglu.ASystemLevelElnergyModeland Energy-QualityEvaluationforIntegratedTransceiverFront-ends[J],IEEETrans. OnVLSIsystems,vol.l5，no.l，2007，pp. 90-103:提出了一个综合的无线射频前端系统 级能量模型，在模型中添加了其他研究人员所忽略的重要通信参数如信号峰均比、采样频 率等参数对能耗的影响。但只是在MQAM调制方式下计算出理论射频前端能耗，并没有考 虑其他的调制方式。文献B.Qiai,Y.Li,Y.L.化ang.OptimalTransmitterDesi即for WPAN[C],IEEECircuitsandSystemsInternationalConferenceon.Chengdu:IEEE Press, 2009:1-4:进一步研究了采用A类和E类功率放大器的射频前端模型，分别采用 了MPSK和MSK调制方式，并评估了在不同调制方式的射频前端对应的能耗、误码率和频 谱效率，但是在计算能耗时忽略了由成型滤波器和调制级数所引起的峰均比PAR对能耗 的影口向。文献：Ji-qiangZhai,Hui-shengZhang.EnergyEfficientRFFront-Ends ArchitectureDesignforWirelessSensorNetworks[C].NetworksSecurityWirless CommunicationsandTrustedComputingInternationalConferenceon.Wuhan:IEEE Press, 2010:24-25:介绍了WSN系统中四种调制方式下的射频前端收发信机架构及其能耗 模型，通过仿真给出了适合不同距离和速率的调制方案，但是忽略了由调制级数b引起的 峰均比对放大器的影响。
[0005] 上述研究方法给出了通用了射频前端能耗建模方法，W及把它用于传感器网络和 无线个人局域网WPAN中的射频前端能耗建模中。同时由于研究的重点不同，忽略了一些调 制方式和相关系统参数对能耗的影响。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的不足，本发明提供了一种功耗估计更精确、使终端的射频前端 动态功耗达到最小的LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法。本发明的技术方 案如下：一种LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法，其特征在于，包括W下步 骤：
[0007] 101、分别获取移动终端的射频前端发射机Gt、接收机的天线增益Gf、系统损耗因 子L、载波波长A、信号传输时信道中的噪声功率N，自由空间传播距离山比例常数K= 0. 5,S种调制方式QPSK、16QAM和64QAM调制方式下的误码率SER日ps^SERieMM、SERe4日M，及调 审IJ级数b，载波的信号峰均比口4氏，口43"11_。,,是指受升余弦滚降滤波器的滚降因子影响的信 号峰均比PAR"ii_wf，并分别建立S种调制方式即QPSK、16QAM和64QAM调制方式下的射频前 端功率放大器PA的功耗板型PpAjjpsK、PpAjeoAM、PpAj34QAM:
【主权项】
1. 一种LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法，其特征在于，包括以下步 骤： 101、 分别获取移动终端的射频前端发射机Gt、接收机的天线增益4、系统损耗因子L、 载波波长λ、信号传输时信道中的噪声功率N，自由空间传播距离d，比例常数K = 0. 5,三 种调制方式QPSK、16QAM和64QAM调制方式下的误码率SERqpsk、SER16QAM、SER 64qam，及调制级数 b，载波的信号峰均比PAR。，PARro^ff是指受升余弦滚降滤波器的滚降因子影响的信号峰均 比PAR roll^f，并分别建立三种调制方式即QPSK、16QAM和64QAM调制方式下的射频前端功率 放大器PA的功耗模型P pa qpsk、Ppa -16QAM、 PpA_ _64QAM:
Ppa_qpsk、PPAJ6QAM、Ppa_ 64Qam分别是 QPSK、16QAM 和 64QAM 调制方式下 PA 的功耗； 102、 根据公式Ebit= (PE+PPA)Tbit= (PE+PPAV(Rsb)计算射频前端的能耗，其中？^是？八 的功耗，匕是射频前端除了 PA之外其它模块消耗的功耗，T bit是每比特的时间，R 3是数据传 输速率，b为调制级数，在计算射频前端的能耗时，信道选择衰落信道，假设信道的衰落系数 为h，则三种调制方式下射频前端能耗模型表达式：
其中，EQPSK_bit、E16QAM_bi#E 64QAM_bit分别为三种调制方式下射频前端的每比特能耗，Tbit是 每比特的时间； 103、 移动终端获取射频前端当前工作状态下的传输环境以及性能要求，包括传输距 离、信道衰落系数、数据传输速率、带宽、信号峰均比、误码率SER，在MATLAB平台下输入 传输距离、信道衰落系数、数据传输速率、带宽、信号峰均比、误码率，进行仿真，当误码率 SER彡10_3,信道条件d/ I h I < 8米，终端采用16QAM调制方式，在d/ I h I多8米，移动终端 采用QPSK调制方式，其余情况下，选择QPSK调制方式，对于16QAM调制方式可使终端的升 余弦滚降滤波器的滚降因子选择α =0.4,对于QPSK调制方式α =1。
2. -种LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法，其特征在于，所述移动终 端的射频前端主要由射频收发信机组成，主要包括功率放大器、混合器、频率合成器、低噪 声放大器、基带放大器、数模转换器和模数转换器。
3. -种LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法，其特征在于，步骤103中误 码率SER作为衡量通信质量的指标，若基带滤波采用升余弦滚降滤波器，得到三种调制方 式QPSK、16QAM和64QAM调制方式下误码率与滚降因子α的关系式：
其中，SERqpsio SER16QAM、SER64qam分别为三种调制方式的误码率，SNRtl为初始信噪比。
【专利摘要】本发明请求保护一种LTE系统中对移动终端的射频前端动态功耗评估的方法。本发明包括：根据LTE系统中上行链路采用的调制方式QPSK、16QAM和64QAM下分别计算射频前端对应的能耗；在能耗建模时，综合考虑了由调制级数和滚降因子共同引起的信号峰均比PAR对射频前端能耗的影响，同时选择衰落信道更贴近实际情况；在MATLAB平台下完成仿真实验，根据仿真结果完成能耗评估；本发明把LTE通信系统相关参数与射频前端能耗相关联，在一定的信道质量下，终端通过选择最佳的调制方式和升余弦滚降滤波器的滚降因子，使终端在满足一定的误码率前提下获得较低的能耗。
【IPC分类】H04W52-02, H04W24-06
【公开号】CN104768183
【申请号】CN201510117188
【发明人】余翔, 宋瑶, 王诗言
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月17日