专利名称：无线通信中基于队列长度的数据发送的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数据通信领域，尤其涉及无线数据通信。
背景技术：
许多形式的数据通信系统，包括有线和无线系统，在近年来都有所发展。无线通信系统包括地面系统，其发射机和接收机处于地面上；以及整合了基于太空的部件以及地面发射机和接收机的卫星通信系统。无论是地面系统还是卫星系统都便于在大部分地球表面向多个用户提供电子数据通信业务。
为了便于多个用户使用无线通信系统，多址接入方案被应用。多址接入方案的例子有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)以及它们的各种组合。
为了有效地向各个地区内的多个用户发送数据，经常要控制数据发送中的数据速率和/或发送功率。控制数据速率和/或发送功率的方法的例子包括将数据速率和发送功率固定在预定级别的方法；将发送功率固定而数据速率可变的方法或相反；以及数据速率和功率都为可变的方法。
以“平均”功率级发送的优点在于其稳定特性以及干扰较低，不过对于发送数据的容量而言并不是最有效的。较低功率发送一般在多小区或多波束的系统中为了降低干扰会特别有用，其中其他相邻小区或波束的相同频率被重用了。另外，提供“稳定的”功率输出阻止或降低了干扰级别波动到高级别或者被认为大大高于平均级别的级别，从而降低了系统容量。
在高功率级发送的优点在于可以允许发送数据速率的提高，不过会导致更多地出现数据队列变空。在此时，没有数据能被发送，发送功率为0。因此，发送功率的性质变为突发性的，这又造成了干扰。
在此需要的是平衡较高数据速率需求和较低突发发送特性的发生的方法和装置。
发明内容
简单的说，本发明的实施例便于在无线通信系统中控制发送功率以及发送数据速率。在无线通信系统中，发送数据在数据存储队列中排队，队列中的数据量通过称为队列长度的值来表示。当队列长度在预定范围之内时，队列数据以第一功率级和数据速率发送。当确定队列长度超出了预定范围时，对发送功率和发送数据速率实施相应的变化。在此队列长度大于预定范围的情况下，发送功率和数据速率提高。在队列长度小于预定范围的情况下，发送功率和数据速率降低。
在本发明的另一方面，发送功率和数据速率的变化至少部分地基于队列长度偏离于预定范围之外的幅度。
本发明使用示范性实施例加以说明，不过并不被这些实施例所限制。以下附图中相同的参考数字表示相同的元件，其中图1显示了本发明一实施例的示范性操作环境；图2显示了在无线通信设备环境中本发明的概况；图3显示了图2中的数据队列204；图4显示了按照本发明的示范性功率控制方法的操作流程；以及图5显示了其中能实现本发明一实施例的示例网关。
具体实施例方式
在以下描述中描述了各个方面。但是，本领域的技术人员需要理解多种实施例可以在一个或所有方面应用。为了说明起见，此处为了便于技术人员的完全理解使用了特定的数字、材料和配置。但是，本领域的技术人员需要理解多个实施例可以无需这些特定细节而实施。在另一情况下，此处忽略或简化了众所周知的特性以求突出本发明。
部分描述使用了本领域技术人员常用的术语以使他们理解他们工作的实质。另外，部分描述使用了编码指令的执行时所应用的术语来表示。本领域的技术人员可以理解，这些操作通常使用电、磁或光信号的形式来存储、发送、结合以及通过例如电子部件做其他操作。
在此“实施例”或相似简述意指和该实施例相关的特定特征、结构或特性的描述包含在至少一个实施例中。因此，出现这类词汇或简述不一定仅指此实施例。另外，各种特定特征、结构、特性可以以适当方式在一个或多个实施例内结合。
为了提供举例说明的描述，此处引用了队列长度。队列长度可以使用数据包、字节、或比特来计量，或使用发送(即清空)队列数据的时间来计量。需要结合队列长度使用的度量并不在任何方面限制本发明。
本发明的各种实施例提供了有优势的方法和装置来控制无线通信系统中的发送功率和发送数据速率。
图1显示了本发明的一个实施例的示范性操作环境。图1中显示了通过通信卫星120向用户设备130、140发送前向链路信号的网关110。在本领域中，术语基站和网关有时会互换应用，网关是一种特殊的基站，其通过卫星指引通信，而基站使用地面天线在周围的地理地区内指引通信。用户设备有时也可以称为订户单元、用户终端、接入终端、移动单元、移动站或简称为“用户”、“移动电话”、“订户”等等。用户设备130、140通过卫星120向网关110发送反向信道数据，如图1所示。
图2显示了在无线通信设备环境中本发明的概况。无线通信设备200可以是无线通信环境中的一部分，例如，而不被限制，图1显示的环境。例如，无线通信设备200可以是网关110的一个组件，其通过通信卫星120发送前向信道数据至用户设备130、140(如图1所示)，也可向用户设备130、140提供对用户覆盖区域内的固定网络的接入，所述固定网络例如公共交换电话网、公共陆地移动网等等。需要注意发送数据可以以多种多接入方案发送，例如，而不被限制，正交码分多址方案。
如图2所示，无线通信设备200包括一数据队列204，其用于在在发送(TX)数据被提供给发射机202以发送之前对该数据进行排队，即暂时存储。
按照一实施例，无线通信设备200最好带有队列长度监视器206以监视数据队列204中数据的队列长度。另外，发射机202最好带有功率控制逻辑，或功率控制器208，以便基于队列长度监视器206所报告的数据队列204的状态向功率提供器发出功率控制指令。功率提供器可以是例如可变输出高功率放大器。因此，数据部分根据数据队列204中数据的队列长度以可变的发送功率发送。相似的，数据速率也会根据队列长度进行调整。
为了理解简单起见，此处假设发送功率与发送数据速率相关。因此，为了此处的描述，发送功率的增加对应于发送数据速率的增加。相似的，发送功率的降低对应于发送数据速率的降低。
正如以下将会详细描述的，功率控制逻辑208便于以第一功率级来发送数据，所述第一功率级可以是预定的功率级。预定功率级可以是以名义数据速率有效发送数据的功率级。因此，为了描述起见，第一功率级被称为名义功率级。根据本发明，调整名义功率级以补偿队列长度的变化可以有利地减少功率级的波动。
图3进一步详细显示了图2的数据队列204。数据队列204便于数据的排队，并且可以是一种存储介质，例如，但不被限制，先进先出(FIFO)存储介质。这类存储介质包括，但不被限制，串行存储器，例如移位寄存器，以及随机存取存储器(RAM)，例如静态RAM或动态RAM。据此，数据队列204包括存储数据的数据缓存(未明显显示)，以及控制将数据写入数据缓存的相关控制电路(未显示)。控制电路特别包括能报告数据队列204中的队列长度的队列长度监视器206(如图2所示)。在另一实施例中，队列长度监视器仅报告“加速”或“减速”消息或信号，而不是报告队列长度本身。
需要注意可以应用任何合适的确定队列长度的方法来实施本发明的各个实施例。为了说明起见，而非作为限制，可以在一个数据项加入队列时对计数器加一，在数据项从队列被送至发射机后计数器减一。在另一例子中，队列有相关的头指针和尾指针，它们包含当前队列数据的起始地址和结束地址。头尾地址之间的差值可以使用合适的手段来确定，包括而不被限制，数字减法。头尾地址之间的差值代表了当前排队在数据队列204中的数据量。
如先前所述，功率控制逻辑208(如图2所示)便于以名义功率级发送数据，并调整功率级以补偿数据队列204中队列长度的变化。
如图3的实施例所示，数据队列204具有物理上受限的数据存储容量302。数据存储容量302使用第一、第二、第三部分或范围304、305、306来表征。在一实施例中，第一部分304(范围之外以下)大约占据了容量302的1/3，并扩展到下容限308。第二部分305(名义范围)大约占据了数据存储容量302的1/3，并从下限308扩展到上限310。第三部分306(范围之外以上)大约占据了容量302的1/3，并从上限310扩展到数据存储容量302。下限和上限308和310表示了队列长度的级别，低于和高于这些值，功率控制逻辑208被激活以调整发送功率以及发送数据速率以便把队列长度维持在下容限308和上容限310之间。因此，如图3显示的实施例所示，第二部分305可以是名义功率级范围，此范围内数据以名义功率级被发送。
在图3所示的说明性实施例中，队列长度314在名义范围305之内，也就是说，队列长度314大于下容限308且小于上容限310。队列长度监视器206将队列长度314报告给功率控制逻辑208(两者都在图2示出)。至少部分地根据报告的在名义范围305内的队列长度314，功率控制逻辑208便于以名义功率级和数据速率发送数据。名义功率级可以至少部分地根据特定无线通信系统的要求来建立，所述特定无线通信系统中要发生传输。当以名义功率级发送数据时，发送数据所用的速率可以是名义功率级(即用于发送的名义数据速率)所允许的最大速率。另外，在示范性实施例中，以名义功率级发送的数据可以为两个或多个时隙以防止某个时隙为空数据发送。
正如后文将要论述的，和本实施例相一致，功率级可以从名义功率级调整到不同的功率级以补偿数据队列204中队列长度314的变化。
在另一实施例中，功率级可以从名义功率级调整到不同功率级以便于补偿处理数据队列204中的数据所需的时间。例如在图3中，即使队列长度314在名义范围305之内，以名义功率级发送数据的时间量还是会比接收者(未显示)期望的时间要长，因为某一特定接收者也许能以比名义发送功率允许的数据速率更快的速率接收数据。也就是，通过队列的数据发送所需的全部时间仍然会超出接收者的期望时间界限。因此，控制电路还便于计算通过数据队列204进行数据传输所需的时间，此信息可以报告给功率控制逻辑208。若所报告的数据传输时间低于或高于期望水平，则功率控制逻辑208可以至少部分地根据高于或低于期望级别的幅度来提高或降低用于发送的数据速率，从而调整发送功率级和/或数据速率。为了描述本发明起见，术语接收者包括用户、终端等等在无线通信系统中用于接收传输的一方。
在典型实施例中，名义范围305是可配置的，因此容限308和310都是可配置的。这种配置可以通过本领域中已知的配置技术中的任意一种来实施。
对于下容限和上容限308和310的可配置性，在一示范性实施例中，下限308和上限310可以以数值形式存储在寄存器中。需要注意下限和上限308和310的值是可以一次编程配置的，或者可以根据实施例的特殊实现由各个设计者设立的不同目标而多次重编程来配置。在示范性实施例中，通过把队列长度与下限308和上限310进行比较而确定队列长度是否处在名义范围305内。在一实施例中，若队列长度低于上限且高于下限，则确定队列长度在名义范围之内，认为不需要改变发送功率和数据速率。若队列长度大于上限或低于下限，则按照本发明，需要调整发送功率及数据速率。本领域的技术人员会发现有很多上述结构和方法的变化。
图4进一步详细显示了按照一实施例的功率控制逻辑208(如图2所示)的相关方法的控制流程。在方框402处，功率控制逻辑208至少部分地基于第一时间点的队列长度以第一功率级发送数据。正如先前论述的，在第一时间点的队列长度314由于在名义功率范围305(如图3所示)之内，导致第一功率级处在名义功率级。
在方框404处，功率控制逻辑208在第二时间点确定队列长度是在名义范围305之内还是在其之外。若确定队列长度在名义功率范围305之外，功率控制逻辑208就继续在方框406处确定队列长度是低于下容限308还是高于上容限310。但是若确定队列长度在名义范围305之内，功率控制逻辑208就继续以名义发送功率发送数据。
若在第二时间点上队列长度高于上容限310，功率控制逻辑208就在方框408处开始调整发送功率，以提高了的数据速率发送数据。也就是说，名义功率级会调整至和提高了的数据发送速率相一致的更高功率级。提高了的发送数据速率又减少了数据队列204中的队列长度。提高的功率级可以和数据发送速率成正比，这样就能有助于将数据队列204中的队列长度带回至名义范围305(即低于上容限310并高于下容限308)。该比例可以至少部分地根据队列长度高于上容限310的幅度来决定。
另一方面，若在第二时间点上队列长度低于下容限308，功率控制逻辑208就在方框410处开始以比第一功率级低的发送速率来发送数据。降低的功率级和相关的数据速率的减少使数据队列204中的队列长度能重新增长至名义范围305内，从而避免有空队列的不期望情形，所述空队列会使发送功率变为0。降低的功率级可以和数据发送速率的降低成正比，这样就能有助于将数据队列204中的队列长度带回至名义范围305内(即低于上限310并高于下限308)。该比例可以至少部分地根据队列长度低于下限308的幅度来决定。
另外，上述功率级的变化可以是线性的或非线性的，或者是可配置的等等，这和将队列长度带回名义范围所需的队列长度相关。因此，在图4显示的示范性实施例中，一旦功率级被提高或降低，在方框404处就需要重新确定队列长度是在名义范围305之外还是之内。
因此，有利地控制了用于发送数据的功率级，而且减少了发送功率的波动。
图1到图3所示的实施例包括大量实施的细节。其他实施例可以包含另外的元件，可以不包括所有显示的元件，可以是一个或多个元件的结合或拆分，可以是对元件作重新排列或配置等等。例外，本发明的不同实施例使用计算资源来执行上述的功能。
图5显示了其中实现本发明一实施例的示例网关。示例网关500包括天线518、放大器512和516、反馈系统和天线控制514、上/下变频器508和510、调制器/解调器库504和506以及基带处理和联网接口502。尤其基带处理和联网接口502包括本发明的基于队列长度的数据发送控制。
基带处理和联网接口502接收、处理并编码发送数据，然后由调制器506将其调制到一个信号上。已调信号由上变频器508向上变频，通过高功率放大器512放大。放大的信号然后通过反馈系统和天线控制514馈入天线518用于发送。
接收信号由低噪放大器516放大。放大的信号由下变频器510向下变频，并被解调器506解调。从已解调信号恢复的数据由基带处理器和联网接口502处理，并被提供给网关500所在的通信系统的其他元件。
除了基带处理器和联网接口502是本发明的组成部分以外，其他列举的元件仅代表本领域中熟知的广泛范围的此类元件。另外，其他网关或类似网关的装置，例如基站，可以有比这些多或少的元件，或用其他一些元件来代替这些元件。
在另一个实施例中，本发明可以用离散硬件或固件来实现。例如，一个或多个专用集成电路(ASIC)可以被编程带有本发明的一个或多个上述功能。在另一示例中，本发明的一个或多个功能可以在其他电路板上的一个或多个ASIC中实现或可以插入上述电脑的电路板中。在另一例中，场可编程门阵列(FPGA)或类似器件可以用来实施本发明的一个或多个功能。在另一例子中，硬件和软件的组合可以用来实施本发明的一个或多个功能。
在另一实施例中，在发送至少一部分所存储的数据之前，信息被发送到至少一个终端，向所述至少一个终端指示要使用何种解调方案。这样可以应用和根据本发明的队列长度管理来改变发送数据速率相一致的多种调制方案。
因此，在此描述了无线通信网络中有利控制发送功率和/或数据速率的方法和装置。本领域的技术人员在阅读此说明书后可以理解本发明可以有许多变化和修改，也可理解以上显示和描述的特定实施例不会被视作限制性的。因此，对特定实施例的细节的涉及不会限制本声明的范围。
同样需要理解的是，本发明不被以上的实施例所限制，而是包含在此提出的权利要求书和其等价物的范围内的任何及所有实施例。
权利要求
1.改变发送数据速率的方法，包括在第一时间以第一功率级和第一数据速率发送在队列中排队的数据；在第二时间确定队列的长度是否在预定范围之外；以及若确定是肯定的，则以第二数据速率发送在队列中排队的数据，所述第二数据速率至少部分地根据队列长度超出预定范围的幅度来选择。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以第二功率级发送数据，其中所述第二功率级和达到第二数据速率相一致。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括确定队列长度是否低于下限。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若在第二时间点处队列长度低于下限，数据以低于第一功率级的第二功率级发送，第二功率级至少部分地基于队列长度低于下限的幅度来获得。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定还包括确定队列长度是否高于上限。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，若在第二时间点处队列长度高于上限，数据以高于第一功率级的第二功率级发送，第二功率级至少部分地基于队列长度高于上限的幅度来获得。
7.一种发送数据的方法，包括设立名义发送功率和名义数据速率；将要发送的数据量存储在队列中，任何时间处队列中的数据量都以队列长度来表示；监视所述队列长度；当队列长度大于第一预定量时提高数据速率；以及当队列长度低于第二预定量时降低数据速率。
8.如权利要求7所述的方法，还包括在队列长度大于第一预定量时提高发送功率。
9.如权利要求7所述的方法，还包括在队列长度小于第二预定量时降低发送功率。
10.如权利要求9所述的方法，还包括将第一预定量存储在上限寄存器中，将第二预定量存储在下限寄存器中。
11.一种控制通信过程的方法，包括确定要发送给接收者的已存储数据的量；从名义值开始至少部分地基于第一时间量来修改发送数据速率，所述第一时间量是发送已存储数据所需的时间；以及以修改的发送数据速率至少发送一部分已存储数据；
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，修改发送数据速率包括若第一时间量大于第一预定时间量则提高发送数据速率。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，修改发送数据速率包括若第二时间量小于第二预定时间量则降低发送数据速率。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，修改发送数据速率还包括修改发送数据速率包括若第一时间量大于第一预定时间量则提高发送数据速率，若第一时间量小于第二预定时间量则降低发送数据速率。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定时间量是相同的。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据避免空队列而选择第二预定时间量。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据避免空时隙而选择第二预定时间量。
18.如权利要求11所述的方法，还包括接收一个数据速率的指示，在此数据速率下至少一个无线通信设备可以接收数据。
19.如权利要求14所述的方法，还包括从多个终端的每一个接收数据速率的指示，在此数据速率下可以把数据发送到多个终端的每一个。
20.如权利要求14所述的方法，还包括在发送至少一部分已存储数据之前把信息发送到至少一个终端，向至少一个终端指示要被所述至少一个终端所使用的解调方案。
21.一种无线通信系统的网关，包括耦合至天线的放大器，其适用于提供可控的发送功率级；耦合至放大器的变频器；耦合至调制器库的基带处理和联网接口；以及耦合至基带处理和联网接口的功率控制器，所述功率控制器适用于至少部分地根据队列长度来改变发送功率级和发送数据速率；耦合至功率控制器的队列长度监视器；以及耦合至队列长度监视器的发送数据队列。
22.如权利要求21所述的网关，还包括上限寄存器和下限寄存器，各个寄存器都耦合至功率控制器。
23.如权利要求21所述的网关，其特征在于，所述上限和下限寄存器是可编程的。
全文摘要
在通信系统中，控制发送功率和发送数据速率来降低发送功率波动。待发送数据在数据存储队列中排队，队列中的数据量以队列长度来表示。当队列长度在预定范围之内时，队列数据以第一功率级和数据速率发送。当确定队列长度在预定范围之外时，发送功率和数据速率做出相应的变化。当队列长度超出了预定的上限，发送功率和数据速率上升。当队列长度低于预定的下限，发送功率和数据速率下降。在另一方面，发送功率和数据速率的变化幅度至少部分地基于队列长度超出预定范围的幅度而决定。
文档编号H04B1/00GK1679255SQ03820667
公开日2005年10月5日 申请日期2003年7月23日 优先权日2002年7月23日
发明者L·N·希夫 申请人:高通股份有限公司