控制通信系统中的功率的装置的制造方法
【专利摘要】提供了用于控制通信系统中的功率的装置。所述装置包括：第一处理器，配置成在控制器的控制下放大来自天线的输入信号，其中所述第一处理器在电气上更接近所述天线；第二处理器，配置成在所述控制器的控制下放大来自所述天线的输入信号或通过所述第一处理器放大的信号，其中所述第二处理器比第一处理器在电气上距离所述天线更远；以及控制器，用于基于与通过所述第二处理器放大的信号的接收状态有关的值，确定是否操作所述第一处理器和所述第二处理器。
【专利说明】
控制通信系统中的功率的装置
技术领域
[0001]本公开内容涉及无线通信，且更具体地涉及用于控制功率以降低接收无线通信时的功率损耗的装置。
【背景技术】
[0002]为了满足大体自从部署第四代(4G)通信系统而增加的无线数据流量的需求，现已致力于开发改进的第五代(5G)或准五代(pre-5G)通信系统。5G或pre-5G通信系统也被称为“超越4G网络”或“后LTE系统”。
[0003]正在考虑为5G通信系统采用更高频率(毫米波)频带(例如60GHz频带)，以实现更高的数据传输速率。为了降低无线电波的传播损失和增加传输距离，正在考虑为5G通信系统采用波束形成、大规模多输入多输出(MHTO)、全尺寸MMO(FD-MMO)、阵列天线、模拟波束形成和大型天线技术。
[0004]在5G通信系统中，正在基于先进小小区、云无线接入网(RAN)、超密度网络、设备至设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、合作通信、协作多点(CoMP)、接收端干扰消除等开发系统网络改进。
[0005]在5G系统中，已开发了作为高级编码调制(ACM)的频率和正交幅度调制(FQAM)和滑动窗口叠加编码(SWSC)以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)。
[0006]在通信系统中开发了用于使接收器处的功率损耗最小化的技术。例如，因为毫米波通信系统使用30GHz或60GHz的高频，所以由于高电压而使用了具有优良接收性能的低噪声放大器(LNA)。这种LNA利用诸如砷化镓(GaAs)的化合物来进行制造。然而，虽然利用这类化合物的LNA相对于其它类型的LNA具有优良的接收性能，但是其损耗更多功率。这类LNA将被称为化合物LNA。
[0007]在通信系统中，无线局域网(WLAN)通信系统是短距离通信系统，因而使用了多个互补金属氧化物半导体(CMOS)LNA。相对于利用化合物的LNA而言，虽然CMOS LNA损耗的功率低并有利于单芯片的实施，但是其接收灵敏度低。
[0008]接收灵敏度对于移动通信系统非常重要，这是因为移动通信不是短距离通信。因此，大部分移动通信系统使用需要高电源电压的化合物LNA。然而，在使用电池的通信设备(诸如终端)中，高电源电压增加了的功率损耗，因此在使用时间上平添了诸多限制。
[0009]上述信息作为背景信息提出，仅仅为了帮助理解本公开内容。至于以上任何信息是否适于作为对于本公开内容的现有技术，并未给出确定和断言。
【发明内容】
[0010]本公开内容一方面在于至少解决上述问题和/或缺点并至少提供以下有益效果。因此，本公开内容的一方面在于提供用于在通信系统中使用低噪声放大器(LNA)控制功率的装置。
[0011]本公开内容另一方面在于提供用于在通信系统中根据距离控制功率以使功率损耗最小化的装置。
[0012]根据本公开内容一方面，提供用于控制通信系统中的功率的装置。该装置包括配置成放大来自天线的信号的第二处理器，其中第二处理器比第一处理器在电气上距离天线更远。该装置还包括控制器，其配置成参照第一阈值、第二阈值和第三阈值，基于与通过第二处理器放大的信号的接收状态有关的值，确定是否能够通过第一处理器和第二处理器中的每个进行放大。
[0013]第一阈值可大于第三阈值并小于第二阈值。如果与接收状态有关的值大于第一阈值，则控制器可确定能通过第二处理器进行放大并不能通过第一处理器进行放大。如果与接收状态有关的值大于第二阈值，则控制器还可确定不能通过第一处理器和第二处理器进行放大。
[0014]如果与接收状态有关的值小于第一阈值，则控制器还可确定能通过第一处理器进行放大并且不能通过第二处理器进行放大。如果与接收状态有关的值小于第三阈值，则控制器还可确定能通过第一处理器和第二处理器进行放大。
[0015]第一处理器可包括化合物低噪声放大器，其中化合物是砷化镓。第二处理器可包括互补金属氧化物半导体(CMOS)低噪声放大器。第一开关可将来自天线的信号传送至对于第一低噪声放大器的输入之一或者传送至第二开关的输入，且第二开关可将来自第一开关的信号传送至对于第二低噪声放大器的输入之一或者作为第二处理器的输出。
[0016]通过结合附图披露本公开内容示例性实施方式的以下详细说明，本公开内容的其它方面、有效效果和显著特征对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
【附图说明】
[0017]通过结合附图的以下描述，本公开内容的特定示例性实施方式的上述和其它方面、特征和有益效果将更加显而易见，附图中:
[0018]图1示出了根据本公开内容实施方式的示例性功率控制装置；
[0019]图2示出了根据本公开内容实施方式，用于确定是否操作功率控制装置中的第一处理器和第二处理器的控制器的示例性操作；
[0020]图3示出了根据本公开内容实施方式的功率控制装置中的控制器的示例性操作；[0021 ]图4是示出了根据本公开内容实施方式的功率控制方法的流程图；以及
[0022]图5示出了根据本公开内容实施方式的另一示例性功率控制装置。
[0023]在全部附图中，相同的参考标记将理解成表示相同的部分、部件和结构。
【具体实施方式】
[0024]参照附图描述本公开内容的多种实施方式。本公开内容的这些实施方式可进行多种修改并被实现。附图示出并详细描述了特定的实施方式。但是，本公开内容的范围不旨在限于这些特定的实施方式，而是要理解，本公开内容覆盖了落入本公开内容的范围和精神内的所有修改、等同和/或替代。对于附图的描述，同样的参考标号表示相同的部件。
[0025]在本公开内容中，术语“具有”、“可具有”、“包括”或“可包括”指示存在特定的功能、操作或部件，而不排除存在一个或多个其他功能、操作或部件。此外，在本公开内容的各实施方式中，术语“具有”、“可具有”、“包括”或“可包括”指示存在特定的特征、数量、步骤、操作、部件或部分或其组合，而不排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、部件或部分或其组合。
[0026]在本公开内容中，术语“或”可覆盖所列词语的所有可能组合。例如，“A或B”可表示包含A、包含B、或包含A和B两者。
[0027]如本公开内容各实施方式中所使用的术语，“第一”或“第二”可在各实施方式中修饰各部件，但不限制这些部件。因此，该表述不限制部件的次序和/或重要性。这些表述可用于将一个部件与另一部件区分开。例如，第一用户设备(UE)和第二 UE可表示两个物理分离的UE。因此，在不背离本公开内容的范围的情况下，第一部件可被称为第二部件，第二部件也可被称为第一部件。
[0028]当叙述成第一部件“可操作地或通信地与第二部件联接/联接至第二部件”或“连接至”第二部件时，应理解的是，第一部件可直接连接至第二部件或者可通过另一部件连接至第二部件。另一方面，当叙述成第一部件“直接连接至”或“直接联接至”第二部件时，应理解的是，第一部件和第二部件之间不存在其它部件。
[0029]如本公开内容中所使用的术语只用于描述特定的实施方式，而不旨在限制任何实施方式的范围。要理解的是，除非上下文中另外明确指明，否则单数形式包括复数含义。
[0030]除非另外地定义，否则以下说明书和权利要求书中所使用的术语和词语(包括技术术语或科学术语)的含义可以与本领域技术人员通常所理解的含义相同。如词典中通常所限定的术语可解释成具有与其在相关技术的上下文中的含义相同或相似的含义。
[0031]本公开内容旨在从通信系统中的多个放大器中，操作使功率损耗最小的放大器，并将根据发射机和接收机之间的距离能够进行接收的常态保持为接收状态。
[0032]出于这个目的，下面将详细描述根据本公开内容的实施方式用于控制功率的装置。
[0033]图1示出了根据本公开内容实施方式的示例性功率控制装置。
[0034]参照图1，功率控制装置包括处理单元100和控制器150。处理单元100包括第一处理器110和第二处理器130。
[0035]第一处理器110包括第一开关111和第一低噪声放大器(LNA)113。第一开关111在控制器150的控制下，经由输出A向第一LNA 113发送由天线105接收的信号，或者经由输出B向第二处理器130发送由天线105接收的信号。第一 LNA 113是噪声系数(NF)小且功率损耗相对大的化合物LNA芯片。NF定义为输入端处信号的信噪比(SNR)相对于输出端处信号的SNR的比率，以dB表示。
[0036]第二处理器130包括第二开关131和第二 LNA 133。第二开关131在控制器150的控制下，经由输出A向第二LNA 133发送从第一处理器110接收的信号，或者经由输出B将该信号发送为第二处理器130的输出。第二LNA 133是NF大且功率损耗相对小的CMOS LNA。
[0037]第一处理器110可比第二处理器130更靠近天线105，因为需要第一处理器110放大更弱的信号。相应地，与将第一处理器110放置成距离天线105更远而第二开关131仍在其路径中的情况相比，将第一处理器110放置成更接近天线105可使来自天线105的信号到达第一LNA 113时劣化更少。LNA 113可叙述成比LNA 133在电气上更接近天线105，且LNA 133可叙述成比LNA 113在电气上距离天线105更远。
[0038]控制器150操作第一处理器110和第二处理器130中的每个，并根据每个处理器的操作检查接收状态。这将参照图2更详细地进行说明。控制器150基于第二处理器130的操作，根据与接收状态有关的值，确定是否在数字部分决策时间操作第一处理器110和第二处理器130。数字部分决策时间的确定可周期性地或以事件触发的方式进行。例如，如果终端将半静态调度(SPS)用作语音呼叫，则数字部分决策可周期性地进行;而如果终端请求数据服务，则数字部分决策可以事件触发的方式进行。
[0039]具体地，控制器150可操作第一和第二处理器110和130中的每个，并可基于第二处理器130的操作，根据与接收状态有关的值，确定是否在数字部分决策时间操作第一和第二处理器110和130，如图2所示。由于第一处理器110和第二处理器130中分别具有第一开关111和第二开关131，所以控制器150可选择用于使用第一 LNA 113和第二 LNA 133的4种组合中的一个。对于来自天线105的信号:I)最小增益——绕过第一 LNA 113和第二 LNA 133 二者;2)低增益——绕过第一 LNA 113而由第二 LNA 133放大;3)高增益——由第一 LNA 113放大而绕过第二 LNA 133;4)最大增益——由第一 LNA 113和第二 LNA 133两者放大。
[0040]图2示出了根据本公开内容实施方式的示例，其中控制器150确定是否操作功率控制装置中的第一和第二处理器110和130。
[0041 ] 参照图2，控制器150确定是否在接收周期200操作第一和第二处理器110和130，并控制第一处理器和第二处理器110和130的操作。接收周期200包括用于确定数字部分决策时间的可变自动增益控制(AGC)周期210。考虑到可预测或可测量的接收功率、干扰水平、链路状态或所需数据速率，初始增益可设定成使AGC周期210最小。在AGC周期210期间，增益值可依赖于初始增益而增大或减小。初始增益可基于接收功率较低的假设而设定成高增益，或者初始增益可基于接收功率较高的假设而设定成低增益。该假设可基于例如先前的增益设定。
[0042]如果初始增益设定为高增益，则控制器150可在AGC周期210期间将增益值从高增益降低到低增益。出于该目的，控制器150可通过控制第一开关111，将第一LNA 113从ON状态切换至OFF状态。控制器150还可使增益值从低增益增加至高增益。出于该目的，控制器150可通过控制第一开关111，将第一LNA 113从OFF状态切换至ON状态。
[0043]为了使由于开启或关闭第一LNA 113而造成的接收电平间断性或链路不稳定性最小，可以考虑第一 LNA 113的之前操作状态。
[0044]下面将描述将处理器确定为在数字部分决策时间(S卩，AGC周期210的结束时间)用于接收信号检测的操作(例如基于接收功率)。基于接收电平、干扰水平、链路状态或数据速率而非接收功率来确定处理器的操作可与基于接收功率确定处理器的操作类似地来执行。
[0045]例如，在AGC周期210期间，控制器150可通过控制第一开关和第二开关111和113而操作第二处理器130，以使得第一LNA 113关闭而第二LNA 133开启。这可被称为第二接收状态。然后，控制器150检查与由第二接收状态中的处理单元100输出的已放大信号有关的功率输出值。然后，控制器150可通过控制第一开关和第二开关111和113来操作第一处理器110，以使得第一LNA 113开启而第二LNA 133关闭。这可被称为第一接收状态。然后，控制器150检查与由第一接收状态中的处理单元100输出的已放大信号有关的功率输出值。
[0046]控制器150在数字部分决策时间(S卩，AGC周期210的结束时间)基于与第二接收状态有关的值控制第一开关和第二开关111和113。可将与第二接收状态有关的值与可预先确定的第一阈值进行比较，以使信号接收期间的功率损耗最小。即使第一处理器110不起作用，控制器150也确定与第二接收状态有关的值是否大于第一阈值。根据与第二接收状态有关的值比第一阈值大多少，控制器150可确定只操作第二处理器130，或者既不操作第一处理器110也不操作第二处理器130。如果与第二接收状态有关的值大于第二阈值(第二阈值大于第一阈值)，则这可表明接收到的信号足够强且无需进行放大。因此，控制器150不操作第一处理器和第二处理器110和130中的任何一个。
[0047]另一方面，如果与第二接收状态有关的值小于第一阈值，则控制器150可确定只操作第二处理器130;或者如果信号足够弱，则控制器150操作第一处理器和第二处理器110和130两者。例如，如果与第二接收状态有关的值小于第三阈值(第三阈值小于第一阈值)，则控制器150可操作第一处理器和第二处理器110和130两者。与第二接收状态有关的值等于第一阈值的情况可依赖于设计和/或实施。例如，控制器150可根据系统设定确定是否操作第一处理器110或第二处理器130。
[0048]因此，如果接收距离大于预定阈值，则控制器150可控制第一处理器110进行操作；如果接收距离小于预定阈值，则控制器150可控制第二处理器130进行操作，以根据接收距离损耗最小功率。假设强信号从附近传出而弱信号从远处传出。如果需要最大的放大，则控制器150可控制第一处理器和第二处理器110和130两者进行操作;而如果需要最小的放大，则控制器150可控制第一处理器和第二处理器110和130不进行操作。
[0049]下面将参照图3描述通过第一处理器和第二处理器110和130的功率损耗。
[0050]图3示出了根据本公开内容实施方式的功率控制装置中的控制器150的示例性操作。
[0051 ] 根据本公开内容的实施方式，假设第一LNA 113是GaAs LNA并具有2dB的NF和20dB的增益，且第二LNA 133是CMOS LNA并具有3.5dB的NF和20dB的增益。还假设，从天线105到第一开关111发生IdB的功率损失，从第二 LNA 133到下一连接块发生IdB的功率损失，印刷电路板(PCB)的最大损失为8.6dB。
[0052]在以上述环境配置的功率控制装置中，在第一操作中，控制器150可将第一开关111设定成绕过第一LNA 113并将第二开关131设定成第二LNA 133的输入。因此，只有第二处理器130将在接收周期200中的AGC周期210的第一部分期间进行放大。当第二处理器130操作时，控制器150可确定系统NF是13.1dB且功率损耗是240mW。
[0053]在第二操作中，控制器150可将第一开关111设定成第一LNA113的输入并将第二开关131设定成绕过第二 LNA 133。因此，只有第一处理器110可在接收周期200中的AGC周期210的第二部分期间进行放大。当第一处理器110操作时，控制器150可确定系统NF是2.217dB且功率损耗是1120mW。
[0054]因此，可观察到，当只有第二处理器130进行放大时，功率比只有第一处理器110操作时小910mW。或者，第一处理器110需要操作第二处理器130的多至5.3倍的功率来操作。因此，如果与第二接收状态有关的值在数字部分决策时间(即，AGC周期210的结束时间)大于预定的第一阈值，则控制器150可只操作第二处理器130而不操作第一处理器110，以节约相当可观的功率。
[0055]上面已经描述了根据本公开内容实施方式的功率控制装置的配置与操作。下面，将描述用于在功率控制装置中控制功率的方法。
[0056]图4是示出了根据本公开内容实施方式，用于在功率控制装置中控制功率的方法的流程图。
[0057]参照图4，当控制器150在包含于接收周期200中的AGC周期210期间开始操作时，在操作401中，控制器150通过控制第一开关111和第二开关131，只选择损耗低功率的第二处理器130的操作。在操作403中，控制器150对于第二处理器130操作的情况检查与第二接收状态有关的值。
[0058]然后，在操作405中，控制器150通过控制第一开关111和第二开关131选择损耗高功率的第一处理器110。在操作407中，控制器150对于第一处理器110操作的情况检查与第一接收状态有关的值。如果在操作403中检查的与第二接收状态有关的值大于预定阈值的特定范围，则控制器150可不执行操作405和407。
[0059]在操作409中，控制器150基于与第二接收状态有关的值确定是否操作第一处理器和第二处理器110和130。换言之，如果与第二接收状态有关的值大于预定的第一阈值，则控制器150确定操作第二处理器130。另一方面，如果与第二接收状态有关的值小于预定的第一阈值，则控制器150确定操作第一处理器110。另外，如果与第二接收状态有关的值大于预定的第二阈值，则控制器150并不使第一处理器和第二处理器110和130中的任一处理器能够操作。或者，如果与第二接收状态有关的值小于预定的第三阈值，则控制器150使第一处理器和第二处理器110和130两者能够操作。
[0060]因此，控制器150可根据第二处理器130的第二接收状态确定LNA是否进行操作。因此，即使当接收到的信号功率波动时，根据本公开内容实施方式的功率控制装置也可减少功率损耗并保持良好的接收。
[0061]虽然已经参照图1至图4在上下文中描述了在通信系统中经由单一天线接收信号的上述功率控制方法，但是控制器150也可在经由多个天线接收信号时控制功率。
[0062]图5示出了根据本公开内容实施方式的另一示例性功率控制装置。虽然只以示例的方式在图5中示出了 12个天线，但是本公开内容各实施方式也可适于具有任意数量天线的任何通信系统。
[0063]参照图5，与阵列天线120有关的处理单元100、与阵列天线520有关的处理单元500和与阵列天线620有关的处理单元600中的每个都包括与图1所示的处理单元100相同的部件。因此，控制器150可以与之前参照图1至4所描述的功率控制方法相同的方法来控制每个处理单元的功率。由于之前已经参照图1至图4描述了控制器150如何控制每个处理单元的功率，所以下面将不详细描述功率控制方法，以免冗余。代替地，将非常详细地描述具有多个阵列天线的功率控制装置的内部结构。
[0064]阵列天线120连接至第一处理器110的第一开关111，阵列天线520连接至第一处理器510的第一开关511，阵列天线620连接至处理器610的第一开关611。例如，每个都包括4个天线的三个阵列天线120、520、620分别连接至第一处理器110、510和处理器610。但是，本公开内容的实施方式不局限于具有总共12个天线的3个阵列天线的配置。例如，8个阵列天线可配置有16个天线且每个阵列天线包括2个天线，并且8个阵列天线可连接至8个第一处理器，以及第一处理器中的每两个可组合地连接至第二处理器。另外，4个阵列天线可配置有总共16个天线，每个阵列天线包括4个天线，并且4个阵列天线可连接至4个第一处理器，以及第一处理器中的每两个可组合地连接至多个第二处理器中的一个或者单个第二处理器。
[0065]除第一处理器和第二处理器之外，功率控制装置还可包括第三处理器(未示出)。例如，每个都具有两个天线的第一阵列天线至第八阵列天线可分别连接至第一处理器，第一处理器中的每两个可组合地连接至第二处理器，以及第二处理器中的每两个或每四个可组合地连接至第三处理器。根据本公开内容，多个天线和多个处理器可以诸多其它方式进行配置。此外，多个天线和多个处理器的配置可根据来自控制器150的控制信号以多种方式进行修改。例如，如果第一处理器的第一LNA关闭，则第二处理器和第三处理器的第二LNA和第三LNA可起到与第一处理器和第二处理器的第一 LNA和第二 LNA相同的作用。
[0066]返回图5所示的实施方式，第一LNA 113、513、…、613可以是GaAS LNA或CMOS LNA。第一 LNA 113、513、…、613可根据所需接收功率、干扰水平、链路状态或所需数据速率配置成CMOS LNA。或者第一LNA 113、513、…、613可配置成GaAS LNA，且第二LNA 133、533、…、633可配置成CMOS LNA。
[0067]在具有如图5所示的多个处理单元的功率控制装置中，控制器150的功率控制包括在多个第一处理器110、510、…、610中，当第一LNA 113打开时其它第一LNA 513、…、613中的一个关闭的情况，以及当第一LNA 113打开时其它第一LNA 513、…、613也关闭的情况。例如，当多个处理单元形成束时，第一LNA 113、513、…、613中的全部优选地打开或关闭，以实现射频(RF)路径之间的统一的信号特性。但是，如果处理单元中的每个都以多输入多输出(MHTO)进行操作，则其操作状态会依赖于所需接收功率、干扰水平、链路状态或路径的所需数据速率而不同。
[0068]虽然已经参照本公开内容的特定示例性实施方式示出和描述了本公开内容，但是领域内技术人员将理解的是，在不背离由所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围及其等同范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种变型。
【主权项】
1.一种用于控制通信系统中的功率的装置，其特征在于，所述装置包括: 第一处理器，配置成在控制器的控制下放大来自天线的输入信号，其中所述第一处理器在电气上更接近所述天线； 第二处理器，配置成在所述控制器的控制下放大来自所述天线的输入信号或通过所述第一处理器放大的信号，其中所述第二处理器比第一处理器在电气上距离所述天线更远；以及 控制器，用于基于与通过所述第二处理器放大的信号的接收状态有关的值，确定是否操作所述第一处理器和所述第二处理器。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一处理器包括: 第一低噪声放大器(LNA)，用于放大所述输入信号；以及 第一开关，用于在所述控制器的控制下选择所述第一低噪声放大器和所述第二处理器中的至少一个。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一低噪声放大器是使用化合物的低噪声放大器。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二处理器包括: 第二低噪声放大器，用于放大所述输入信号或通过所述第一处理器放大的信号；以及 第二开关，用于在所述控制器的控制下选择所述第二低噪声放大器和所述第一处理器中的至少一个。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二低噪声放大器是互补金属氧化物半导体(CMOS)低噪声放大器。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，如果与所述接收状态有关的值大于预定的第一阈值，则所述控制器确定操作所述第二处理器。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，如果与所述接收状态有关的值大于预定的第一阈值，则所述控制器确定操作所述第二处理器， 如果与所述接收状态有关的值小于所述第一阈值，则所述控制器确定操作所述第一处理器。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，如果与所述接收状态有关的值大于预定的第二阈值，则所述控制器确定既不操作所述第一处理器，也不操作所述第二处理器。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，如果与所述接收状态有关的值小于预定的第三阈值，则所述控制器确定操作所述第一处理器和所述第二处理器两者。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一阈值小于所述第二阈值并大于所述第三阈值。
【文档编号】H04B1/16GK205566272SQ201521129157
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】孙周浩, 李廷浩, 边喆宇, 李大英, 崔善圭
【申请人】三星电子株式会社