无线通信发射功率控制方法 本文关键词：无线通信，控制，发射功率，方法
无线通信发射功率控制方法 本文简介：摘要:近些年来无线通信技术被广泛应用，然而目前存在的技术难点及不足是移动通信设备功耗较高，设备的续航能力不足以及对外存在较大的电磁辐射，另外移动通信设备的发射功率大多不能自动灵活实时配置。本文针对上述问题，基于主设备位置固定而从设备可移动的无线通信系统，设计了一种无线通信发射功率调节控制方法，通过将
无线通信发射功率控制方法 本文内容：
摘要:近些年来无线通信技术被广泛应用，然而目前存在的技术难点及不足是移动通信设备功耗较高，设备的续航能力不足以及对外存在较大的电磁辐射，另外移动通信设备的发射功率大多不能自动灵活实时配置。本文针对上述问题，基于主设备位置固定而从设备可移动的无线通信系统，设计了一种无线通信发射功率调节控制方法，通过将主设备接收信噪比与预期接收信噪比的比较结果反馈给从设备来进行功率调节，从而实现对从设备的发射功率调节控制，使其发射功率达到最优。经测试在同等条件下，采用本文所设计的发射功率控制方法，从设备平均发射功率约降低到传统方法的50%，续航时间约提高了一倍。
关键词:无线通信；功率控制；接收信噪比；反馈
目前无线通信技术快速发展，无线通信系统被广泛应用[1]。然而传统无线设备的发射功率较高且功率控制方法不灵活，导致移动通信设备功耗较高，制约了移动设备的续航能力，同时存在较大的电磁辐射[2]。本文针对上述不足，基于主设备位置固定而从设备可移动的无线通信系统，设计了一种无线通信发射功率调节控制方法，阐述了设计思想、系统组成、控制方法、通信流程及测试结果，通过将主设备接收信噪比与预期接收信噪比的比较结果反馈给从设备来进行功率调节，从而实现对从设备的发射功率调节控制，使其发射功率达到最优[3]，另外本文所设计的控制方法可以实现对无线设备发射功率的实时控制，增加了无线通信的可靠性。
1设计思想
本文所设计的无线通信发射功率控制方法可以应用于主设备位置相对固定而从设备可移动的无线通信系统，例如主设备可以是支持各类通信标准的基站而从设备可以是各种类型的无线移动设备，诸如智能手机、膝上型计算机或各种类型的平板电脑等。通过将主设备接收信噪比与预期的接收信噪比比较结果反馈给从设备来进行功率调节的反馈，从而实现从设备的无线通信发射功率自动调节控制，使其发射功率达到最优，具体设计思想如下：（1）在数据传输前，从设备查询其存储的位置功率信息对应表，并根据其当前所处的位置，按照与表中最近的位置所对应的功率值来向主设备发送建立通信连接的请求信息[4]；（2）主设备收到请求后进行确认反馈同意其建立连接，接下来开始进行功率调节过程。即主设备通过将从设备发射信号的接收信噪比与预期接收信噪比进行比较，并将比较结果通过信令反馈给从设备进行功率调节。当主设备接收信噪比大于其预期接收信噪比，则从设备降低其发射功率并通过信令向所述主设备反馈已调节功率，当主设备接收信噪比小于其预期接收信噪比，则从设备提高其发射功率并通过信令向所述主设备反馈已调节功率[5]；（3）从设备根据主设备的反馈结果执行如上的反复调节过程，当主设备接收信噪比达到其预期值或达到最接近值的比较结果后，从设备执行与所述主设备的数据通信，同时将其最终所处位置及发射功率值存储在其位置与功率信息对应表中，以便在下次建立通信连接时根据其所处的位置查询初始发射功率值；（4）主设备按此方式对其接收信噪比进行实时反馈，从设备按照反馈结果对发射功率进行实时调节，直到通信结束，以保证通信传输的稳定性。
2系统设计及模块组成
本文针对所设计的无线通信发射功率控制方法进行了详细系统设计及对应模块说明，该无线通信系统由主设备和从设备组成，其中主设备由无线接收模块、无线发射模块和通信控制模块组成，从设备由无线接收模块、无线发射模块、GPS模块、位置功率存储模块和功率调节及控制模块组成。本文所设计的无线通信发射功率控制方法的整体系统设计框图如图1所示。图1示出了系统整体设计框图，包括模块组成以及模块间的数据处理流程，下面结合图1对系统各组成模块功能进行详细说明。
2.1主设备各模块说明
（1）无线接收模块：负责接收来自从设备的无线发射信号，将其按照无线通信协议解析出数据及信令信息，并计算出接收信号的信噪比，最后将从设备发送的信令信息及计算出的接收信噪比反馈给通信控制模块；（2）无线发射模块：负责将数据及通信控制模块发来的信令信息按照无线通信协议转换为无线信号，并发射给从设备；（3）通信控制模块：①负责对无线接收模块解析出的来自从设备的信令信息进行反馈，并根据从设备发来的信令信息与无线接收模块计算出的接收信噪比，通过信令信息对通信及从设备功率调节过程进行控制及反馈；②信令信息包括同意从设备进行通信连接，将接收信噪比结果反馈从设备用于功率调节，同意从设备开始进行数据传输，在数据传输时实时反馈接收信噪比结果，以便超过预期值范围时通知从设备重新进行功率调节过程；③通信控制模块将反馈的信令信息发送给无线发射模块，无线发射模块按照无线通信协议将其转换为无线信号后再发射给从设备。
2.2从设备各模块说明
（1）无线接收模块：负责接收来自主设备的无线发射信号，并将其按照无线通信协议解析出数据及信令信息，最后将主设备发送的信令信息反馈给功率调节及控制模块；（2）无线发射模块：负责将数据及功率调节及控制模块发来的信令信息按照无线通信协议转换为无线信号，并发射给主设备，另外可以根据功率调节及控制模块发来的功率控制信号对其无线发射信号功率进行调节，同时可以根据功率调节及控制模块发来的数据发送信号对是否发送数据信号进行控制；（3）GPS模块：负责获取从设备当前所处的GPS位置信息，并将位置信息反馈给功率调节及控制模块[6]；（4）位置功率存储模块：负责存储功率调节结束时从设备所处的位置信息与最终发射功率值的对应关系，生成对应关系表，以便在下次建立通信连接时，从设备根据其所处的位置查询初始发射功率值，即根据其当前所处的位置，按照与表中最近的位置所对应的功率值进行信号发送；（5）功率调节及控制模块：①负责通过信令信息发送从设备建立通信连接请求，能够对无线接收模块解析出的来自主设备的信令信息进行反馈，根据主设备发来的信令信息解析出同意建立通信连接请求后开始功率调节过程；②在建立通信连接时，能够根据GPS模块所提供的位置信息，从位置功率存储模块中读取位置功率对应表，并按照与表中最近的位置所对应的功率值通过功率控制信号对无线发射模块进行初始发射功率配置；③通过主设备发来的信令信息解析出其接收信噪比与预期值的比较结果，并根据反馈结果通过功率控制信号来控制无线发射模块的发射功率，同时通过信令反馈给主设备已调节功率，在无线发射模块的发射功率配置区间采用二分查找法，即折半查找的方法通过功率控制信号对其发射功率进行调节[7]；④根据主设备发来的信令信息解析出同意开始传输数据时，能够进行反馈，并通过数据发送信号控制无线发射模块开始发送数据信号；⑤通过主设备发来的信令信息解析出完成功率调节时，能够将最终所处位置及发射功率值发送给位置功率存储模块，存储在其位置与功率信息对应表中；⑥在传输数据时，能够对主设备发来的信令信息进行反馈，并按照主设备发来的信令信息通过功率控制信号控制无线发射模块按照原发射功率进行通信或者重新进行功率调节过程；⑦能够将反馈的信令信息发送给无线发射模块，无线发射模块按照无线通信协议将其转换为无线信号后再发射给主设备[8]。
3控制方法设计
针对主设备位置固定，从设备可移动的应用场景，可按如下方法及步骤对从设备的发射功率进行自动实时地调节控制：（1）在数据传输前，从设备首先通过信令向主设备发送建立通信连接的请求信息，从设备的初始发射功率设定方法是查询其存储的位置与功率信息对应表，并根据其当前所处的位置，按照与表中最近的位置所对应的功率值进行信号发送。若主设备在规定的时间内未回应则代表主设备未接收成功，则从设备再逐渐提高其发射功率直至主设备反馈确认。（2）主设备收到请求后进行确认反馈同意其建立连接，接下来开始进行功率调节过程。即主设备通过将从设备发射信号的接收信噪比与预期接收信噪比进行比较，并将比较结果通过信令反馈给从设备进行功率调节。若主设备接收信噪比大于其预期接收信噪比，则从设备降低其发射功率并通过信令反馈给主设备已调节功率，若主设备接收信噪比小于其预期接收信噪比，则从设备提高其发射功率并通过信令反馈给主设备已调节功率，从设备依据主设备反馈结果进行反复调节，直到主设备接收信噪比达到其预期值或达到最接近值，则主设备通过信令通知从设备可以开始通信，接下来从设备进行反馈并正式传输数据，同时将最终所处位置及发射功率值存储在其位置与功率信息对应表中，以便在下次建立通信连接时根据其所处的位置查询初始发射功率值。考虑到功率调节效率的高效性，在从设备的发射功率配置区间采用二分查找法，即折半查找的方法对其发射功率进行调节。（3）通过此功率调节方法可以实现数据传输前的功率调节“握手”过程[9-10]，使从设备按照主设备预期的接收信噪比控制其发射功率，使其发射功率达到最优，这样既不会因为发射功率过高而增加从设备功耗，减小其续航能力，增大其对外电磁辐射，又不会因为从设备的发射功率过低而影响到主设备的信号接收，从而影响通信传输的可靠性。（4）由于从设备的位置变化或天气、突发遮挡等原因均可能造成主设备接收信噪比变化，因此在通信过程中传输数据的同时仍然需要交互信令信息。主设备依据其接收信噪比进行实时反馈，若其接收信噪比处于预期值附近，则反馈从设备按照原发射功率进行通信，若主设备接收信噪比超过了其预期值范围，则反馈给从设备按照上述方法进行调节直至满足要求。这样既可以保证通信传输的可靠性，又实现了对从设备发送功率的实时优化配置。主设备按此方式对其接收信噪比进行实时反馈，从设备按照反馈结果对发射功率进行实时调节[11]，直到通信结束。
4通信流程设计
本文所设计的主设备和从设备之间通信交互流程如图2所示，下面具体说明。图2示出本文所设计发射功率控制方法的主设备和从设备之间通信交互流程。如图2所示，在步骤S1处，在数据传输前，从设备首先通过信令向主设备发送建立通信连接的请求信息，从设备的初始发射功率设定方法是查询其存储的位置功率信息表，并根据其当前所处的位置，按照与表中最近的位置所对应的功率值进行信号发送。若主设备在规定的时间内未回应则代表主设备未接收成功，则从设备再逐渐提高其发射功率直至主设备反馈确认。在步骤S2处，当主设备收到请求后进行确认反馈同意建立连接，接下来开始进行功率调节过程。即主设备通过将从设备发射信号的接收信噪比与预期接收信噪比进行比较，并将接收信噪比结果通过信令反馈给从设备进行功率调节。在步骤S3处，当主设备接收信噪比并不满足预期要求时，则从设备按相应的结果来调节发射功率并向主设备反馈已调节的发射功率。例如，若主设备接收信噪比大于其预期接收信噪比，则从设备降低其发射功率并通过信令反馈给主设备已调节功率，若主设备接收信噪比小于其预期接收信噪比，则从设备提高其发射功率并通过信令反馈给主设备已调节功率[12]。在步骤S4处，主设备再次将接收信噪比的比较结果反馈给从设备。并且在步骤S5处，从设备依据主设备反馈结果再次进行调节，直到主设备接收信噪比达到其预期值或达到最接近值。接着，在步骤S6处，主设备通过信令通知从设备同意开始正式通信。接下来，在步骤S7处，从设备进行确认反馈并开始正式传输数据，同时将最终所处位置及发射功率值存储在其位置功率信息表中，以便在下次建立通信连接时根据其所处的位置查询初始发射功率值。考虑到功率调节效率的高效性，在从设备的发射功率配置区间可以采用二分查找法，即折半查找的方法对其发射功率进行调节。在通信过程中传输数据的同时仍然需要交互信令信息直到通信结束。主设备依据其接收信噪比进行实时反馈，若其接收信噪比处于预期值或范围内或附近，则在步骤S8处，主设备通过反馈来通知从设备按照原发射功率进行通信，在步骤S9处从设备收到指令后确认执行，并按原功率发送。若主设备接收信噪比超过了其预期值范围，则在步骤S10处，主设备通知从设备按照前述方法进行调节直至满足要求。在步骤S11处，从设备确认执行发射功率的调节，并且重新执行功率调节。按此调节控制方法，主设备按此方式对其接收信噪比进行实时反馈，从设备按照反馈结果对发射功率进行实时调节，直到通信结束，从而实现了实时功率控制，同时又增加了通信的可靠性。
5测试结果
基于本文所设计的无线通信发射功率控制方法进行了测试验证，具体测试结果如下：从设备首先向主设备通过信令发送建立通信连接的请求，从设备此时所处的位置为北纬39度42分50秒，东经115度26分43秒，经查询其存储的位置功率信息对应表，表中与所处位置距离最近的位置所对应的发射功率值为31dBm，则从设备按此功率向主设备发送建立通信连接的请求。主设备收到请求信息后通过信令进行反馈同意从设备的连接请求，主设备设定的预期接收信噪比为8dB，可接受的接收信噪比范围为7~9dB，而此时主设备接收信噪比为12dB，则主设备通过信令将比较结果反馈给从设备。而从设备的发射功率范围为25~35dBm，即功率配置区间为10dB，功率可调整步进为0.5dB。从设备收到反馈结果后，根据二分查找法降低其发射功率，即按照28dBm的发射功率再次发送并反馈已调节，此时主设备接收信噪比为9dB，满足其预期接收信噪比范围，则主设备通过信令反馈从设备开始正式传输数据，从设备收到信令后反馈确认执行，并开始发送数据，同时从设备将此时所处的位置北纬39度42分16秒，东经115度26分5秒及发射功率值28dBm存储在其位置功率信息对应表中，更新后的位置功率信息对应表如表1所示。在数据传输过程中，主设备依据其接收信噪比进行实时反馈，当其接收信噪比满足7~9dB要求时，则反馈从设备按照原发射功率28dBm进行通信，通信期间因为从设备位置变化，在某一时刻其被高层建筑遮挡，导致主设备接收信噪比降到了6dB，不满足其预期值范围，则反馈给从设备重新进行功率调节。从设备收到反馈结果后，根据二分查找法提高其发射功率，即按照31.5dBm的发射功率再次发送，此时主设备接收信噪比为8dB，满足其预期接收信噪比范围，通过信令反馈从设备按此功率发送。从设备收到信令后反馈确认执行，同时从设备将此时所处的位置北纬39度41分25秒，东经115度25分16秒及发射功率值31.5dBm存储在其位置功率信息对应表中，更新后的位置功率信息对应表如表2所示。主设备按此方式对其接收信噪比进行实时反馈，从设备按照反馈结果对发射功率进行实时调节，直到通信结束。为了对比本文所设计无线通信发射功率控制方法的优势，采用同样的主设备与从设备，按照同样的测试环境及同样的从设备移动路线，从设备采用传统的最高发射功率的控制方法与主设备进行通信，最终从设备平均发射功率与续航时间对比如表3所示，采用本文所设计的发射功率控制方法平均发射功率约为传统方法的50%，在从设备采用同容量电池的情况下续航时间约提高了一倍。
6结论
本文设计了一种无线通信发射功率控制方法，通过将主设备接收信噪比与预期的接收信噪比比较结果反馈给从设备来进行功率调节的反馈机制，实现了从设备的无线通信发射功率自动调节控制，使其发射功率达到最优，从而解决了目前无线通信设备发射功率高的问题。采用本文所设计的无线通信发射功率控制方法可以有效的减小移动通信设备功耗，节省设备耗电，提升续航能力，减小无线设备对外电磁辐射，另外通过实时功率调节，也实现了无线发射功率灵活配置以及增加了无线通信的可靠性。
作者：安中文 时立锋 郝晓强 张华健 单位：航天恒星科技有限公司
无线通信发射功率控制方法 来源：网络整理
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