CN1981450A - 功率高效的多天线无线设备 - Google Patents

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CN1981450A CNA2005800226685A CN200580022668A CN1981450A CN 1981450 A CN1981450 A CN 1981450A CN A2005800226685 A CNA2005800226685 A CN A2005800226685A CN 200580022668 A CN200580022668 A CN 200580022668A CN 1981450 A CN1981450 A CN 1981450A
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杰伊·罗德尼·沃尔顿
富兰克林·P·安东尼奥
马克·S·华莱士
希拉姆·纳拉扬
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Abstract

一种功率高效的无线设备具有多个(N个)天线。每个天线与发射机单元和接收机单元相关联。无线设备还具有用于执行多个数字处理任务的处理单元。发射机单元、接收机单元和处理单元可选择性地进行激活或者关闭。在空闲状态下，无线设备可仅仅激活N个接收机单元中的一个子集(例如，一个)以及一个或多个处理单元进行信号检测和捕获。对于活动的通信，无线设备可激活Ntx个发射机单元进行数据发射和/或Nrx个接收机单元进行数据接收，其中，1≤Ntx≤N，以及1≤Nrx≤N。当以低于最高数据率的数据率发射或者接收数据时，激活的处理单元还可工作在较低的频率。在任何可能的时候，无线设备可进入睡眠，以节省功率。

Description

功率高效的多天线无线设备
根据35 U.S.C.§119的优先权要求
本专利申请要求于在2004年5月7日提交的名称为“Power-Efficient Multi-Antenna Wireless Device”的临时申请系列号60/569,018的优先权，并且该临时申请已转让给其受让人，而且，在这里将其通过参考引入本申请。
技术领域
本发明总体上涉及电子设备，尤其涉及多天线无线设备。
背景技术
多输入多输出(MIMO)通信系统使用多个(NT个)发射天线以及多个(NR个)接收天线进行数据传输。NT个发射天线和NR个接收天线所形成的MIMO信道可分解为NS个空间信道，其中，NS≤min{NT，NR}。NS个空间信道可用于并行传输数据，以获得更高的吞吐量和/或冗余地获得更好的可靠性。
多天线无线设备具有多个天线，其可用于进行数据发射和/或接收。每个天线可与(1)用于处理基带输出信号以生成适合通过无线信道传输的射频(RF)输出信号的发射电路相关联以及与(2)用于处理RF输入信号以获得基带输入信号的接收电路相关联。多天线无线设备通常还具有数字电路，用于对数据进行数字处理，以进行发射和接收。
由于与MIMO操作相关联的额外复杂性，多天线无线设备可能比可以支持单天线和多天线无线设备的系统中的单天线无线设备复杂得多。从而，多天线无线设备可能比单天线无线设备消耗多得多的功率。较高的功率消耗是不希望的，尤其是多天线无线设备是由内部电池提供电源的便携式单元(例如，手持机)的情况下。较高的功率消耗更快地用完可用的电池资源，这则缩短了电池充电之间的待机时间以及用于活动通信的通话时间。
因此，现有技术需要一种功率高效的多天线无线设备。
发明内容
在这里描述使用多种功率节省技术的功率高效多天线无线设备。无线设备具有多个(N个)天线。在一个实施方式中，多天线无线设备包括与N个天线相连的多个发射机单元，包括N个天线中至少一个天线的每个不同天线组对应于一个发射机单元。每个发射机单元处理各自的输入基带信号以及提供射频(RF)输出信号。控制器选择性地激活发射所需的一个或多个发射机单元。在另一个实施方式中，多天线无线设备包括与天线相连的多个接收机单元，包括N个天线中至少一个天线的每个不同天线组对应于一个接收机单元。每个接收机单元处理各自的RF输入信号以及提供基带输出信号。控制器选择性地激活接收所需的一个或多个接收机单元。在另一个实施方式中，多天线无线设备包括至少一个处理单元(例如，数据处理器、空间处理器、调制器、解调器、检测/捕获单元，等等)。每个处理单元执行所指定的处理，用于通过至少一个天线发射或者接收。如果每个处理单元进行的处理用于发射或者接收，则激活该处理单元，否则关闭该处理单元。控制器按照需要使每个处理单元激活或者关闭。发射机单元、接收机单元以及处理单元可选择性地进行激活或者关闭，例如，通过向这些电路块提供或者不提供功率，通过激活或者关闭用于处理单元的时钟，等等。
在下面进一步详细描述本发明的多个方面和实施方式。
附图说明
图1表示多天线无线设备的框图；
图2表示图1中多天线无线设备的一个实施方式；
图3A和3B表示示例性的无线设备状态图；
图4表示无线系统所使用的传输格式。
具体实施方式
在这里所用的术语“示例性的”表示“作为一个例子、实例或者举例说明”。在这里作为“示例性”描述的任何实施方式不应被理解为优于其它实施方式。
图1表示多天线无线设备100的框图，其具有多个(N个)天线122a至122n。每个天线122与包括发射机单元(TMTR)和接收机单元(RCVR)的收发机单元120相关联。
为了进行数据发射，发射(TX)数据处理器114从数据源122接收业务数据，对业务数据以及来自控制器140的控制数据进行处理(例如，编码、交织以及符号映射)，以及提供数据符号。如在这里所用，“数据符号”是对于数据的调制符号，“导频符号”是对于导频(作为发射实体和接收实体预先已知的数据)的调制符号，“发射符号”是将要从天线发送的符号，以及“接收符号”是从天线获得的符号。TX空间处理器116对数据符号和导频符号进行空间处理。TX空间处理器116提供Ntx个发射符号流，用于进行数据发射的每个天线对应于一个发射符号流，其中，1≤Ntx≤N。调制器118对Ntx个发射符号流进行调制，并且提供Ntx个码片流，每个发射符号流对应于一个码片流。每个码片是要在一个码片周期中从一个天线进行发射的复数值。调制器118所执行的调制取决于系统所用的调制技术。例如，如果系统使用OFDM，则调制器118执行正交频分复用(OFDM)调制，如果系统使用CDM，则执行码分复用(CDM)。无论怎样，从收发机单元120a至120n中的N个发射机中选择的Ntx个发射机单元接收Ntx个码片流。每个所选择的发射机单元调整其码片流，并且生成相应的RF输出信号。所选择的Ntx个发射机单元向与这些发射机单元相关联的Ntx个天线提供Ntx个RF输出信号。Ntx个RF输出信号从这些Ntx个天线进行发射。
为了进行数据接收，从N个天线122a至122n中选择的Nrx个天线接收其它实体所发射的RF调制信号，其中，1≤Nrx≤N。每个所选择的天线向相关联收发机单元中的接收机单元提供所接收的信号。每个接收机单元执行与发射实体中的发射机单元所执行的相反的处理，并且提供取样流。解调器132从用于Nrx个所选天线的Nrx个接收机举元接收Nrx个取样流，对这Nrx个取样流进行解调，以及提供Nrx个接收符号流。接收(TX)空间处理器134对Nrx个接收符号流进行接收机空间处理(或者空间匹配滤波)，并且提供Nrx个检测数据符号流，这是对发射实体所发送数据符号的估计。RX数据处理器136对检测数据符号进行处理(例如，符号解映射、解交织、以及解码)，并且向数据宿138提供解码数据。
控制器140控制无线设备100的多个处理单元的操作。存储器单元142存储无线设备100的控制器140和其它处理单元所使用的数据和程序代码。
图1表示示例性的多天线无线设备100的多个处理单元的功能框图。一般而言，多天线无线设备可包括任何类型以及任意数量的处理单元。例如，无线设备可包括用于多种功能和应用的处理单元，例如，视频、音频、游戏、与连接到无线设备的外部单元接口的输入/输出(I/O)接口，等等。多天线无线设备的处理单元还可实现为多种方式。
图2表示多天线无线设备100a，其是图1中无线设备100的一个实施方式。对于这个实施方式，无线设备100a包括数字部分210、时钟/本地振荡器(LO)子系统250、以及分别与N个天线122a至122n相连的N个收发机单元120a至120n。
数字部分210包括多个处理单元，其执行数字处理，用于数据发射和接收。处理单元是进行某些类型数字处理的电路块。其与不进行处理的电路块(例如，存储器单元)或者进行模拟处理的电路块(例如，发射机或者接收机单元)相反。在数字部分210中，数据处理器214实现图1中的TX数据处理器114和RX数据处理器136，空间处理器216实现图1中的TX空间处理器116和RX空间处理器134。调制器218和解调器232分别实现调制器118和解调器132。随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)212存储数字部分210中多个处理单元所用的数据和程序代码。检测/捕获单元220进行处理，以对来自其它发射实体的信号进行检测以及捕获。主控制器240控制无线设备100a中多个处理单元的操作。功率控制器230对无线设备100a进行功率管理。控制器230和240可能实现图1中的控制器140。主存储器242提供对无线设备100a内多个处理单元所用的数据和代码的大容量/海量存储，并且可实现图1中的数据源112、数据宿138以及存储器142。数字部分210内的电路块可使用诸如锁存器的功率高效电路结构进行实现。
时钟/LO子系统250生成用于数字部分210内处理单元的时钟以及用于收发机单元120a至120n的LO信号。在子系统250内，基准振荡器252生成参考时钟信号，并且可使用温度补偿晶体振荡器(TCXO)或者某些其它振荡器设计进行实现。单元254内的压控振荡器(VCO)和锁相环(PLL)接收参考时钟信号，并且生成用于发射机单元的LO信号(TX_LO)以及用于接收机单元的LO信号(RX_LO)。时钟生成器256从单元254接收高频时钟信号和/或从振荡器252接收参考时钟信号，并且生成用于数字部分210内部处理单元的时钟。时钟生成器256可包括一个或多个分频器。每个分频器接收高频或者参考时钟信号并对其进行分频，并且提供输出时钟。部分210中的每个处理单元可基于包括来自时钟生成器256的一个或多个时钟的时钟组进行工作。部分210中的多个处理单元可基于相同或者不同的时钟组进行工作。
每个收发机单元120包括发射机单元260和接收机单元280。发射机和接收机单元可使用超外差结构或者直接转换结构进行实现。对于超外差结构，在多个阶段进行RF和基带之间的频率转换，例如，在一个阶段中进行RF到中频(IF)的转换，以及在另一个阶段进行IF到基带的转换。对于直接转换结构，在一个阶段进行频率转换，例如，RF直接转换为基带。为了简便，图2表示使用直接转换结构的发射机单元260和接收机单元280的实施方式。
在发射机单元260内，数字-模拟转换器(DAC)262从数字部分210接收数字码片流，将码片转换为模拟，以及提供模拟基带输出信号。滤波器264则对基带输出信号进行滤波，以消除数字-模拟转换所生成的无用图像，并且提供经过滤波的基带信号。放大器(Amp)266对经过滤波的基带信号进行防大和缓冲，并且提供经过放大的基带信号。混频器268使用经过放大的基带信号对来自单元254的TX_LO信号进行调制，并且提供上变换的信号。功率放大器(PA)270放大上变换的信号，并且提供RF输出信号，其通过双工器(D)272进行路由，并且提供给天线122。
在接收机单元280内，低噪声放大器(LNA)282从天线122并且通过双工器272接收RF输入信号。LNA 282放大RF输入信号，并且提供具有所需信号等级的有条件信号。混频器284使用来自单元254的RX_LO信号对有条件信号进行解调，并且提供下变换的信号。滤波器286对下变换的信号进行滤波，以使有用信号分量通过，并且消除下变换过程生成的噪声以及无用信号。放大器288对经过滤波的信号进行放大和缓冲，并且提供基带输入信号。模拟-数字转换器(ADC)290将基带输入信号转换为数字，并且向数字部分210提供取样流。
图2表示对于发射机和接收机单元的示例性设计。对于这些设计，所示DAC和ADC分别作为发射机单元和接收机单元的一部分。一般而言，发射机和接收机单元每个可包括一个或多个放大器、滤波器、混频器等等的阶段，这些可实现为与图2中所示不同的形式。发射机和接收机单元可能或者可能不分别包括DAC和ADC。放大器可具有固定或者可变的增益。可实现发射机单元和接收机单元，使得，每个收发机单元包括发射机单元和接收机单元，如图1和2所示。发射机单元也可实现为一个单元或者模块，接收机单元也可实现为另一个单元或者模块。每个发射机单元也可与包括一个或多个天线的一组天线相关联，每个接收机单元也可与包括一个或多个天线的一组天线相关联。
功率源258向无线设备100a内的多个电路块提供功率。功率源258可包括可充电电池和/或可通过功率输入端Pin从外部源接收功率。功率源258还可包括开关，其接收标记为CP的控制信号，并且选择性地向从功率源接收功率的每个电路块提供功率。或者，每个电路块可包括一个或多个开关，其接收用于那个电路块的控制信号，并且对电路块进行上电或断电。一般而言，控制信号可包括一个或多个信号线。
无线设备100a可设计为在提供所需功能的同时消耗较少的功率。这可通过在无线设备100a内设计多个电路块使得可分别对其进行激活或者关闭来实现。可通过向电路块提供功率或者不提供功率，例如，通过一个或多个开关，使模拟电路块激活或者关闭。可通过(1)通过一个或多个开关向电路块提供功率或者不提供功率，和/或(2)对数字电路块的时钟进行激活或者关闭，使数字电路块激活或者关闭。可使数字电路块上电或断电(例如，通过头控开关和/或脚控开关)，以避免泄漏电流，当集成电路(IC)制造技术继续改进以及晶体管的大小不断变小时，泄漏电流可能非常大。
对于在图2中所示的实施方式，基于各自的控制信号Ri，其中，i＝1...N，可选择性地对每个接收机单元i进行激活或者关闭。相似地，基于各自的控制信号Tj，其中，j＝1...N，可选择性地对每个发射机单元j进行激活或者关闭。无线设备110a可通过正确地对N个接收机单元设定N个控制信号，对任意数量的接收机单元进行激活，可通过正确地对N个发射机单元设定N个控制信号，对任意数量的发射机单元进行激活。
还可设计数字部分210内的多个电路块，使得，可选择性地对每个电路块(或者可能是每个电路块中的不同部分)进行激活或者关闭。对于图2中所示的实施方式，存储器单元212、数据处理器214、调制器218、主存储器242、空间处理器216、解调器232、主控制器240和检测/捕获单元220可由八个标记为C1至C8的控制信号分别进行控制。每个控制信号可选择性地激活或者关闭相关联电路块中的全部或者一部分。还可设计无线设备100a具有用于数字部分的不同电路块，和/或使得可选择性地对不同的电路块进行激活或者关闭。
也可选择性地对时钟/LO子系统250内的电路块进行控制，用于功率节省。可基于标记为Cv的控制信号，选择性地对单元254中的VCO和PLL进行激活或者关闭。一组VCO和PLL可用于为所有N个发射机单元生成TX_LO信号，另一组VCO和PLL可用于为所有N个接收机单元生成RX_LO信号。如果只使用接收机单元，则关闭用于发射机单元的VCO和PLL，以节省功率。相反地，如果只使用发射机单元，则关闭用于接收机单元的VCO和PLL。可基于标记为CK的控制信号对时钟生成器256进行控制。时钟生成器256可为数字部分210内的每个处理单元生成以及提供一组一个或多个时钟。可对时钟生成器256进行控制，以(1)向特定的处理单元关闭特定的时钟组，(2)生成对所有或者特定处理单元具有不同(例如，较低)频率的时钟，等等。对于使用互补性金属氧化物半导体(CMOS)制造的数字电路，功率消耗与用于数字电路的时钟频率成正比。可通过在可能的时候降低用于这些处理单元的时钟频率，对于数字部分210内的处理单元维持较低的功率消耗。
为了简便，图2表示了向每个可控电路块提供的独立控制信号。串联总线还可用于控制多个电路块。例如，每个发射机单元和每个接收机单元可被指定唯一一个地址，并且可基于其地址由串联总线独立地进行激活或者关闭。
功率控制器230为无线设备100a内的多个电路块生成控制信号。功率控制器230获得指示无线设备100a的工作状态的信息(例如，通过用户输入或者主控制器240)，并且由此生成控制信号。功率控制器230可包括定时器、状态机、查找表，等等，其可用于为多个电路块生成正确的控制信号。
如上所述，使用模块化可控电路块设计无线设备100a，可通过选择性地使实现所需任务的尽可能少的电路块激活以及使尽可能多的电路块关闭以节省功率，实现降低的功率消耗。电路块的选择性激活/关闭的执行可如下所述。
无线设备100a可支持多个工作模式。表1列出所支持工作模式中的某些及其简短描述。
表1
工作模式 描述
单个输入(SI) 从一个天线接收一个RF输入信号
多个输入(MI) 从多个天线接收多个RF输入信号
单个输出(SO) 从一个天线发射一个RF输出信号
多个输出(MO) 从多个天线发射多个RF输出信号
SI和MI模式是只接收模式，SO和MO模式是只发射模式。可通过表1中所示四种工作模式的不同组合形成其它的工作模式。例如，SISO模式支持一个RF输出信号的发射以及一个RF输入信号的接收，MISO模式支持一个RF输出信号的发射以及多个RF输入信号的接收，SIMO模式支持多个RF输出信号的发射以及一个RF输入信号的接收，以及MIMO模式支持多个RF输出信号的发射以及多个RF输入信号的接收。SISO、SIMO、MISO以及MIMO模式是支持数据发射和接收的发射-接收模式。当选择使用少于N个天线时，相同或者不同的天线可用于数据发射和接收。还可定义“待机”模式，不发射也不接收数据。
对于每种工作模式，无线设备100a可只激活用于那个工作模式所需的发射机单元和接收机单元。例如，对于只接收模式，可关闭所有发射机单元，对于只发射模式，可关闭所有接收机单元，以及对于待机模式，可关闭所有发射机和接收机单元。无线设备100a还可在选择使用少于N个单元时，关闭不使用的发射机单元和接收机单元。
对于某些工作模式，无线设备100a还可关闭数字部分210内的特定处理单元。例如，对于只接收模式可关闭调制器218，对于只发射模式可关闭解调器232，以及对于SI和SO模式可关闭空间处理器216。对于只接收模式可关闭数据处理器214的发射部分(例如，用于编码、交织、以及符号映射)，以及对于只发射模式可关闭数据处理器214的接收部分(例如，用于解码、解交织、以及符号解映射)。
无线设备100a还可基于数据发射和接收的数据率对用于数字部分210内的处理单元的时钟频率进行调整。系统可支持较大范围的数据率，最低数据率Rmin和最高数据率Rmax之间的差值可能很大。无线设备100a可设计为具有在最高数据率发射和接收数据的能力。这通常是通过将处理单元设计为具有足够的处理能力并且使处理单元工作在特定的最大时钟频率fmax上来实现的。但是，通常不总是在最高数据率上发送和接收数据。当使用低于Rmax的数据率时，可能使处理单元工作在低于fmax的时钟频率上，以降低功率消耗，同时仍然按时地完成所需的所有处理任务。处理单元的时钟频率可能是数据率的函数，使得，不同的时钟频率可用于不同的数据率。功率控制器230可确定可用于当前数据率的最低可能时钟频率，并且向时钟生成器256提供适当的控制信号。时钟生成器256则可基于控制信号调整其分频器电路，以生成所需要频率的时钟。
相同或者不同的数据率可用于数据发射和接收。基于发射和接收数据率，相同或者不同的时钟频率可用于进行数据发射和接收的处理单元。调制器218和解调器232可工作在相同或者不同的时钟频率。数据处理器214的发射和接收部分也可工作在相同或者不同的时钟频率。空间处理器216可包含处理引擎(例如，乘法器)，其可用于数据发射和接收。可基于发射和接收数据率正确地选择用于这些引擎的时钟频率。
还可将无线设备100a设计为工作在多个状态。每个状态可与不同的处理能力和不同的任务相关联。
图3A表示无线设备100a的一个示例性状态图300。这个状态图包括三个状态-空闲状态310、睡眠状态320以及通信状态330。三个状态中的每个可包括多个子状态。
图3B表示空闲状态310的一个示例性状态图，其包括两个子状态-监控子状态312和接入子状态314。
在监控子状态下，无线设备100a检测来自其它实体的信号的存在。可基于每个实体所发射的导频进行检测。如果检测到任何信号，则无线设备100a试图捕获信号的频率和定时，以从信号恢复开销信息以及信令消息。如果捕获到信号，而且信令消息指示请求数据发射，则无线设备100a转换为接入子状态。如果(1)没有检测到信号或者(2)检测到信号但是捕获失败或者信令消息未指示请求数据发射，则无线设备100a不转换到接入子状态。无线设备100a可维持在监控子状态，并且继续进行监测和捕获。或者，无线设备100a可周期性地或者偶尔在特定的时间窗口中进行检测和捕获，该时间窗口称为唤醒周期。无线设备100a可在各唤醒周期之间从监控子状态转换为睡眠状态，以节省功率，如下所述。
在接入子状态中，无线设备100a试图与另一个实体建立通信会话，这个实体称为“目标”实体。如果目标实体是系统中的接入点，则无线设备100a试图接入系统，以及，如果目标实体是另一个无线设备，则试图建立点对点通信。无线设备100a可与目标实体交换短消息，以配置两个实体进行数据发射和/或接收，请求资源，等等。如果接入成功并且打开通信会话，则无线设备100a转换为通信状态。如果接入失败，则无线设备100a返回监控子状态。
无线设备可在空闲状态花费大部分时间。在空闲状态下，无线设备可仅仅激活N个接收机单元中的一个子集(例如，一个)以及进行信号检测和捕获所用的处理单元。无线设备可关闭所有其它接收机单元、所有N个发射机单元以及不需要用于信号检测和捕获的所有处理单元。
在通信状态下，无线设备100a可向目标实体发射数据和/或从其接收数据。无线设备100a或者目标实体可终止通信会话，在这个时候，无线设备100a返回空闲状态内的监控子状态。
在睡眠状态下，无线设备100a可关闭尽可能多的电路块，以节省功率。在睡眠状态下，无线设备100a不发射或者接收数据。无线设备100a可维持定时器，以确定何时从睡眠状态下唤醒，并且可监控可以触发立即转换到空闲状态的特定中断(例如，用户输入)。
无线设备100a可工作在多个不需要连续检测/捕获的“检测”模式的其中任何一个。例如，如果系统在已知的时间上发射导频、开销信息以及信令消息，则无线设备100a可工作在“时段”模式，从而，其只在这些已知的时间期间进行检测和捕获，在其它时间期间进入睡眠，如下所述。无线设备100a还可工作在“功率节省”模式，从而，其无限期地进入睡眠以节省功率，而且只有用户发起数据发射或者其它事件触发从睡眠模式中转换出来时唤醒。
图3A和3B表示无线设备100a的示例性状态图。一般而言，多天线无线设备可工作在任意数量的状态下，每个状态可包括任意数量的子状态。
无线设备100a可在不同的状态下激活不同的电路块。图3A中三种状态的某些可能工作情况在下面进行描述。
在空闲状态下，无线设备100a可仅仅激活N个接收机单元中的一个子集，可关闭所有剩余的接收机单元以及所有N个发射机单元。当向未知的接收实体发射时，发射实体通常以最强壮的方式以及以最低的数据率发射数据。如果接收实体使用多个天线接收来自发射实体的传输，则接收分集和检测性能通常得到改善。但是，通常不必使用所有N个天线检测信号的存在或者捕获信号。可通过仅仅激活有限数量(例如，一个)接收机单元并且关闭剩余的接收机单元来节省功率。
在空闲状态下，无线设备100a可通过用于这些接收机单元的控制信号Ri激活所需数量的接收机单元。例如，无线设备100a在空闲状态下可工作在SI模式，并且仅仅激活一个接收机单元。无线设备100a还可对于不同的处理任务使用不同的性能。例如，无线设备100a可使用一个接收机单元进行对来自其它实体的导频的检测和捕获，如果检测到导频，则可使用多个接收机单元接收开销信息和信令消息。
在空闲状态下，还可关闭数字部分210中用于处理数据以进行发射和接收的多个电路块，以节省功率。例如，在空闲状态下，可关闭数据处理器214、空间处理器216、调制器218以及解调器232。检测/捕获单元220可执行必要的处理任务，以检测信号以及捕获所检测到的信号。单元220可包括各种电路，以搜索导频、测量所接收的导频功率、恢复开销信息和信令消息，等等。
在空闲状态下，如果需要，可激活解调器232的全部或者一部分以及数据处理器214的全部或者一部分。如果系统使用OFDM，则解调器232可包括一个或多个用于OFDM解调的快速付立叶变换(FFT)引擎。可激活解调器232的一部分，以执行对空闲状态下激活的所有接收机单元的OFDM解调。数据处理器214可包括编码器、解码器等等，其可用于数据发射和接收。只有检测并且捕获到信号，才激活数据处理器214的一部分(例如，用于开销信息和信令消息的解码器)。
空间处理器216用于空间处理，以通过多个天线发射数据，以及用于空间处理，以通过多个天线接收数据。如果在空闲状态下只选择使用一个接收机单元，则在空闲状态的整个时间期间可关闭空间处理器216。即使在空闲状态下选择使用多个接收机单元，用于这些接收机单元的接收机空间处理也可相对简单，并且可由单元220实现。或者，当有必要对在空闲状态下激活的多个接收机单元进行接收机空间处理时，则可激活空间处理器216。
在通信状态下，可连续或者间歇地发射数据，也可连续或者间歇地接收数据。在任何给定的时刻，无线设备100a(1)如果发射数据但不接收数据，则工作在只发射模式，(2)如果接收数据但不发射数据，则工作在只接收模式，(3)如果发射和接收数据，则工作在发射-接收模式，或者(4)如果既不发射也不接收数据，则工作在待机模式。此外，无线设备100a可使用一个、多个或者所有N个发射机单元进行数据发射，以及可使用一个、多个或者所有N个接收机单元进行数据接收。这取决于多个因素，例如，发射和接收数据的方式，与无线设备100a通信的其它实体的性能，等等。例如，发射模式可使用特定数量(例如，两个)天线来发射数据。作为另一个实例，信道条件可使得最好使用少于N个天线进行发射，以及将整个发射功率分布在较少的天线上，使得，更多的发射功率可用于每个激活的天线(获得功率放大器和/或天线的最大输出发射功率限制)。少于N个天线还可用于接收数据传输，例如，如果以低数据率传输数据，如果其它实体具有一个或多个天线，等等。无论怎样，如果其对于当前工作模式是需要的，则无线设备100a可仅仅激活发射机单元和仅仅激活接收机单元，并且可关闭所有其它发射机单元和接收机单元。
一般而言，对于与另一个实体的通信，无线设备可使用N个发射机单元中的Ntx个，进行数据发射，和/或N个接收机单元中的Nrx个，进行数据接收，其中，1≤Ntx≤N，1≤Nrx≤N，Ntx可能等于也可能不等于Nrx。在任何给定的时间点上，所有N个发射机单元和所有N个接收机单元可能由于各种原因对于通信不是必需的。在这种情况下，无线设备可关闭发射机和接收机单元以及不用于通信的处理单元。
可以可能的最高数据率发射和接收数据，以节省功率以及获得其它好处。可通过使用所有N个天线进行数据发射以及使用可用于无线设备100a的最大发射功率，获得最高发射数据率。可通过使用所有N个天线进行数据接收，获得最高接收数据率。对于要进行发送或者接收的给定数据量，较高的数据率允许在较短的时间内进行数据发射或接收，这进而允许发射机单元和接收机单元的激活时间较短。使数字部分210内的处理单元工作在较高的时钟频率但是工作较短的时间可降低功率消耗。
对于空闲和通信状态，数字部分210内的处理单元在可能时可工作在较低的频率上，以降低功率消耗。在空闲状态下，可以最低的数据率Rmin发送信令消息，无线设备100a可使用低时钟频率处理和恢复这些消息。在通信状态下，可以可变的数据率发送和接收数据，可变数据率是基于多个因素确定的，例如，信道条件、在发射和接收实体处可用的系统资源，等等。当以低于最高数据率Rmax的数据率发射和接收数据时，用于数字部分210内处理单元的时钟频率可降低，以降低功率消耗，如上所述。
在睡眠状态下，无线设备100a可关闭尽可能多的电路块，以节省功率。例如，无线设备100a可关闭所有N个发射机单元、所有N个接收机单元、所有或者大部分时钟/LO子系统，以及数字部分210中的大部分电路块。功率控制器230可向功率源258和/或电路块提供正确的控制信号，以降低多个电路块的功率。功率控制器230还可向时钟生成器256提供正确的控制信号，从而不向数字部分210内的已关闭处理单元提供时钟。功率控制器230可维持定时器，其对用于睡眠状态下的时间进行倒计数，并且在定时器时间期满时通知功率控制器。功率控制器230还可包括用于检测可以触发立即转换出睡眠状态的中断(例如，用于输入)的电路。
系统可包括一个或多个与其覆盖范围内的无线设备进行通信的接入点。还可设计系统，使得，接入点在指定的时间上而非连续地发射导频、开销信息以及信令消息。可对在这种系统中工作的无线设备实现其它功率节省。
图4表示系统使用的一个示例性发射格式的时间图。对于这种发射格式，每个接入点周期性地在指定的时间上发射导频、开销信息(OH信息)以及信令消息。例如，可在每帧的固定位置开始发射导频、开销信息和信令消息，每帧具有固定的持续时间(例如，2毫秒)。导频可用于信号检测、捕获、信道估计、以及可能的其它目的。开销信息可包括多个系统参数，例如，用于信令消息的数据率、消息的持续时间，等等。信令消息可能是旨在由所有无线设备接收的广播消息、旨在由一组特定的无线设备接收的多播消息、和/或旨在由一个特定的无线设备接收的单播消息。
无线设备100a可检测系统中接入点所发射的导频，并且试图捕获每个所检测导频的定时和频率。无线设备100a则可试图对于成功捕获的每个接入点恢复开销信息，以及使用所恢复的开销信息解码和恢复信令消息。
如果无线设备100a未与任何接入点或者另一个无线设备进行通信，则其可工作在时段模式，并且周期性地检测来自其它实体的信号和消息。无线设备100a可在预计发射导频之前唤醒，并且执行监控任务(例如，检测和处理导频、处理开销信息和信令消息，等等)。在所有监控任务完成，并且没有消息需要无线设备100a保持唤醒状态之后，无线设备100a则可进入睡眠。无线设备100a可保持睡眠，直至下一次导频发射的开始或者某些其它时间点。
为了简便，图4对每个帧表示一个导频传输。接入点可在每个帧中发射多个不同类型的导频，每个导频可用于不同的目的。例如，“信标”导频可以有助于检测和定时/频率捕获的方式进行发射，“MIMO”导频可以有助于MIMO信道的信道估计的方式进行发射，等等。无线设备100a可使用一个接收机单元检测信标导频，并且可使用所有N个接收机单元处理MIMO导频。
在这里所描述的多天线无线设备以及功率节省技术可以多种方式实现。例如，无线设备中数字部分内的电路块可使用一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备
(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它设计来执行在这里所述功能的电子单元或者其组合实现。无线设备中模拟部分内的电路块可使用一个或多个RF集成电路(RFIC)、分立组件等等实现。
功率节省技术可使用硬件、软件或者两者的组合实现。对无线设备内多个电路块的选择性激活或者关闭可由硬件单元(例如，微处理器、状态机、等等)实现。对电路块的选择性激活或者关闭也可由在处理器上运行的软件代码实现。软件代码可存储在存储器单元(例如，图2中的存储器单元242)，并且由处理器(例如，功率控制器230)执行。存储器单元可实现在处理器内部或者处理器外部，在处理器外部的情况下，其可以通过现有技术中已知的多种方式与处理器相连。
对所述实施方式的前述描述用于使本领域中熟练的技术人员实现或者使用本发明。本领域中熟练的技术人员将了解到这些实施方式的各种修正，而且，在不偏离本发明原理或范围的前提下，在这里定义的一般原理可应用于其它实施方式。从而，本发明并不旨在限于在这里所示的各实施方式，而是依照在这里说明的原理和新颖特性的最广范围。

Claims (26)

1.一种多天线无线设备，包括：
多个(N个)发射机单元，与多个天线相连，包括所述多个天线中至少一个天线的每组天线对应于一个发射机单元，每个发射机单元用于处理各自的输入信号，以及提供输出信号；以及
控制器，用于选择性地激活或者关闭所述N个发射机单元中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的无线设备，其中，所述控制器为所述无线设备选择多个工作模式中的一个，每个工作模式使用所述N个发射机单元的不同组合。
3.根据权利要求2所述的无线设备，其中，如果选择支持单个输出信号发射的模式，则所述控制器激活所述N个发射机单元中的一个，并且关闭所述N个发射机单元中的其它单元，以及其中，所述激活的发射机单元生成所述单个输出信号。
4.根据权利要求2所述的无线设备，其中，如果选择支持多个输出信号发射的模式，则所述控制器激活所述N个发射机单元中的多个，并且如果还存在其它单元的话，关闭所述N个发射机单元中的其它单元，以及其中，所述激活的发射机单元生成所述多个输出信号。
5.根据权利要求1所述的无线设备，其中，如果不发射数据，则所述控制器关闭所述N个发射机单元。
6.根据权利要求1所述的无线设备，进一步包括：
功率源，用于切断提供给每个关闭的发射机单元的功率。
7.一种装置，包括：
多个(N个)发射机单元，与多个天线相连，包括所述多个天线中至少一个天线的每组天线对应于一个发射机单元，每个发射机单元用于处理各自的输入信号，以及提供输出信号；以及
用于选择性地激活或者关闭所述N个发射机单元中的至少一个的装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，用于选择性地激活或者关闭的装置包括：
用于如果选择支持单个输出信号发射的模式，则激活所述N个发射机单元中的一个，并且关闭所述N个发射机单元中的其它单元的装置，其中，所述激活的发射机单元生成所述单个输出信号。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，用于选择性地激活或者关闭的装置包括：
用于如果选择支持多个输出信号发射的模式，则激活所述N个发射机单元中的多个，并且如果还存在其它单元的话，关闭所述N个发射机单元中的其它单元的装置，其中，所述激活的发射机单元生成所述多个输出信号。
10.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：
用于切断提供给每个关闭的发射机单元的功率的装置。
11.一种多天线无线设备，包括：
多个(N个)接收机单元，与多个天线相连，包括所述多个天线中至少一个天线的每组天线对应于一个接收机单元，每个接收机单元用于处理各自的输入信号，以及提供输出信号；以及
控制器，用于选择性地激活或者关闭所述N个接收机单元中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的无线设备，其中，所述控制器为所述无线设备选择多个工作模式中的一个，每个工作模式使用所述N个接收机单元的不同组合。
13.根据权利要求12所述的无线设备，其中，如果选择支持单个输入信号接收的模式，则所述控制器激活所述N个接收机单元中的一个，并且关闭所述N个接收机单元中的其它单元，以及其中，所述激活的接收机单元处理所述单个输入信号。
14.根据权利要求12所述的无线设备，其中，如果选择支持多个输入信号接收的模式，则所述控制器激活所述N个接收机单元中的多个，并且如果还存在其它单元的话，关闭所述N个接收机单元中的其它单元，以及其中，所述激活的接收机单元处理所述多个输入信号。
15.根据权利要求11所述的无线设备，其中，当不接收数据时，所述控制器关闭所述N个接收机单元。
16.根据权利要求11所述的无线设备，进一步包括：
功率源，用于切断提供给每个关闭的接收机单元的功率。
17.一种多天线无线设备，包括：
至少一个处理单元，每个处理单元用于执行指定的处理，以通过多个天线中的至少一个进行数据发射或者接收，如果每个处理单元的所述指定的处理用于数据发射或者接收，则激活该处理单元，否则关闭该处理单元；以及
控制器，用于激活或者关闭所述至少一个处理单元中的每个处理单元。
18.根据权利要求17所述的无线设备，其中，所述至少一个处理单元包括：
检测和捕获单元，用于执行信号检测和捕获，其中，如果所述无线设备正在监控来自其它实体的信号，则激活所述检测和捕获单元，否则关闭所述检测和捕获单元。
19.根据权利要求17所述的无线设备，其中，所述至少一个处理单元包括：
空间处理器，用于执行用于数据发射和接收的空间处理，其中，如果所述多个天线中的多个用于数据发射或者接收，则激活所述空间处理器以执行空间处理，否则关闭所述空间处理器。
20.根据权利要求17所述的无线设备，其中，所述至少一个处理单元包括：
数据处理器，用于处理用于发射和接收的数据，其中，如果执行用于发射或者接收的数据处理，则激活所述数据处理器，否则关闭所述数据处理器。
21.根据权利要求17所述的无线设备，其中，所述至少一个处理单元包括：
调制器，用于执行用于数据发射的调制，其中，如果正在发射数据，则激活所述调制器，否则关闭所述调制器。
22.根据权利要求17所述的无线设备，其中，所述至少一个处理单元包括：
解调器，用于执行用于数据接收的解调，其中，如果正在接收数据，则激活所述解调器，否则关闭所述解调器。
23.根据权利要求17所述的无线设备，进一步包括：
功率源，用于切断提供给每个关闭的处理单元的功率。
24.根据权利要求17所述的无线设备，进一步包括：
时钟生成器，用于为激活的处理单元生成时钟，以及对于关闭的处理单元关闭时钟。
25.根据权利要求17所述的无线设备，进一步包括：
时钟生成器，用于为所述至少一个处理单元生成时钟，所述时钟具有由用于数据发射或者接收的数据率确定的可变频率。
26.根据权利要求17所述的无线设备，其中，当未发射或者接收数据时，所述控制器关闭所述至少一个处理单元。
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