LTE系统中移动终端的射频前端动态功耗评估方法

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。

主权项

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G_t、接收机的天线增益G_r、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SER_QPSK、SER_16QAM、SER_64QAM，及调制级数b，载波的信号峰均比PAR_c，PAR_roll‑off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‑off，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}、P_{PA_16QAM}、P_{PA_64QAM}：$P_{\mathrm{PA}\_\mathrm{QPSK}}=\frac{{16\pi }^2{d}^{2}L}{G_t{G}_r{\lambda }^{2}K}·N·{\left[Q^{-1}{(1-(1-{\mathrm{SER}}_{\mathrm{QPSK}})}^{1/2}\right)]}^2·(\sqrt{\frac{3\times (2^{b/2}-1)}{2^{b/2}+1}}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}};$$P_{\mathrm{PA}\_16\mathrm{QAM}}=\frac{16·{\pi }^2·d^2·L}{{3G}_r{G}_t{\lambda }^2·K}·15·N·{\left(Q^{-1}(\frac{1}{3}·{\mathrm{SER}}_{16\mathrm{QAM}})\right)}^2·(\sqrt{\frac{3\times (2^{b/2}-1)}{2^{b/2}+1}}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}};$$P_{\mathrm{PA}\_64\mathrm{QAM}}=\frac{16·{\pi }^2·d^2·L}{{3G}_r{G}_t{\lambda }^2·K}·63·N·{\left(Q^{-1}(\frac{2}{7}·{\mathrm{SER}}_{64\mathrm{QAM}})\right)}^2·(\sqrt{\frac{3\times (2^{b/2}-1)}{2^{b/2}+1}}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}};$P_{PA_QPSK}、P_{PA_16QAM}、P_{PA_64QAM}分别是QPSK、16QAM和64QAM调制方式下PA的功耗；102、根据公式E_bit＝(P_E+P_PA)T_bit＝(P_E+P_PA)/(R_Sb)计算射频前端的能耗，其中P_PA是PA的功耗，P_E是射频前端除了PA之外其它模块消耗的功耗，T_bit是每比特的时间，R_S是数据传输速率，b为调制级数，在计算射频前端的能耗时，信道选择衰落信道，假设信道的衰落系数为h，则三种调制方式下射频前端能耗模型表达式：$E_{\mathrm{QPSK}\_\mathrm{bit}}=(P_E+\frac{{16\pi }^2{d}^{2}L}{G_t{G}_r{\lambda }^2\left|h\right|K}·N{·\left[Q^{-1}(1-{(1-{\mathrm{SER}}_{\mathrm{QPSK}})}^{1/2})\right]}^2·(\sqrt{\frac{3\times (2^{b/2}-1)}{2^{b/2}+1}}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}})·T_{\mathrm{bit}}$$E_{16\mathrm{QAM}\_\mathrm{bit}}=(P_E+\frac{{16\pi }^2{d}^{2}L}{{3G}_r{G}_t{\lambda }^2\left|h\right|K}·15·N·{\left(Q^{-1}(\frac{1}{3}·{\mathrm{SER}}_{16\mathrm{QAM}})\right)}^2·(\frac{\sqrt{3\times (2^{b/2}-1)}}{2^{b/2}+1}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}})·T_{\mathrm{bit}}$$E_{64\mathrm{QAM}\_\mathrm{bit}}=(P_E+\frac{{16\pi }^2{d}^{2}L}{{3G}_r{G}_t{\lambda }^2\left|h\right|K}·63·N·{\left(Q^{-1}(\frac{2}{7}·{\mathrm{SER}}_{64\mathrm{QAM}})\right)}^2·(\frac{\sqrt{3\times (2^{b/2}-1)}}{2^{b/2}+1}\times {\mathrm{PAR}}_c)·{\mathrm{PAR}}_{\mathrm{roll}-\mathrm{off}})·T_{\mathrm{bit}}$其中，E_{QPSK_bit}、E_{16QAM_bit}和E_{64QAM_bit}分别为三种调制方式下射频前端的每比特能耗，T_bit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≤10^‑3，信道条件d/|h|≤8米，终端采用16QAM调制方式，在d/|h|≥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。