專利名稱：在電池壽命尾聲提高通話時間的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
背景部分提供蜂窩電話發(fā)射功率控制、電池壽命、信道編碼(包括為AMR定義的信道編碼)以及這些條目之間如何相互聯(lián)系的概述。這些條目的討論既不完全也不廣泛。僅僅討論與本發(fā)明相關(guān)的方面。此外，為便于參考提供常用首字母縮寫詞和縮略語列表。
ACS 有效編解碼設(shè)置AFS AMR全速語音業(yè)務(wù)AHS AMR半速語音業(yè)務(wù)AMR 自適應(yīng)多碼率語音傳輸編解碼器BER 誤碼率BSS 基站子系統(tǒng)BTS 基站收發(fā)信臺CDMA 碼分多路訪問CHD 信道解碼器chip BER 由CHD執(zhí)行任何糾錯之前的BERD-AMPS數(shù)字先進移動電話系統(tǒng)EFR 增強型全速率語音編解碼器(GSM)EVRC 增強型可變速率編解碼器(IS-95)FRGSM的全速語音業(yè)務(wù)GSM 全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)HRGSM的半速話音服務(wù)MS移動站，即便攜式電話PA功率放大器PDC 個人數(shù)字蜂窩電話PLx 發(fā)射功率等級設(shè)置RX接收RXLEV 接收信號等級(強度)RXQUAL接收信號質(zhì)量TX發(fā)射為了簡便和清楚，除了注釋其它方面的地方之外，背景和發(fā)明描述都在全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)(GSM)的峰窩電話系統(tǒng)范圍內(nèi)進行闡述。此外，假設(shè)GSM系統(tǒng)包括AMR語音編解碼器，例如在GSM標(biāo)準(zhǔn)[GSM06.71，05.09]下的AMR編解碼器。但是，應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明的方法可擴展到這種特定AMR系統(tǒng)之外。特別地，本方法可應(yīng)用于任何使用多碼率語音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的數(shù)字通信系統(tǒng)。除GSM/AMR之外的應(yīng)用實例包括窄帶CDMA(IS-95)中標(biāo)準(zhǔn)的EVRC語音業(yè)務(wù)和寬帶AMR業(yè)務(wù)。
便攜式峰窩電話由具有有限容量的電池供電。目前，電池容量范圍為400到120O毫安小時。這個容量和電話耗電情況決定可用的通話時間和待機時間。
峰窩電話和移動站(MS)具有很多運行模式并且每個模式有其自身的電流消耗需求。本發(fā)明相關(guān)的兩個模式是待機和工作(也稱為“通話”)狀態(tài)。待機模式是指電話開機并加入網(wǎng)絡(luò)但沒有進行通話的時長。在這個時段內(nèi)，電話支取最少量的電流來供給其接收器讀取控制信道。盡管能被蜂窩網(wǎng)絡(luò)配置，但是電話接收器必須被允許的占空比保持很低以便在待機模式期間最小化MS電流消耗。
業(yè)務(wù)信道上的情況截然不同。接收器和發(fā)送器必須加以更高的占空比，例如，對于全碼率語音信道上8個時隙范圍之中的1個。這會導(dǎo)致其能耗比待機模式所要求的能耗有較大提高。工作模式期間，最大的耗能者通常是功率放大器(PA)。PA電流消耗根據(jù)發(fā)射功率等級顯著變化。這個功率等級由基站子系統(tǒng)(BSS)控制。MS沒有選擇這個等級的自主權(quán)。
MS電池容量在待機期間被緩慢消耗而在通話期間被迅速消耗。最終，電池電壓下降到MS無法繼續(xù)運行的點處。一旦在待機或通話期間電池達(dá)到這個截止電壓點，MS必須關(guān)閉。
如果在通話期間達(dá)到截止電壓，通話結(jié)束并且MS關(guān)閉。如果MS處于待機狀態(tài)，如果電池電壓比高于絕對截止電壓的某個閾值低時，便不接受電話的開始是理想的(并典型的)。例如，考慮處于待機狀態(tài)并僅有0.1％剩余電池容量的MS，其對應(yīng)5秒的通話時間。如果成功接通電話但僅5秒后便結(jié)束通話將嚴(yán)重妨礙用戶。因此，多數(shù)MS具有高于絕對截止電壓的某個閾值電壓(指示電池容量)，在所述絕對截止電壓點上無法接通電話。一旦電池電壓降到該閾值以下(在待機模式下)，MS將關(guān)閉。自此以后，這個閾值電壓將被稱為待機截止電壓。
絕對關(guān)閉截止電壓閾值通常由MS內(nèi)采用的半導(dǎo)體技術(shù)決定。例如，MS可使用要求(多個)3V調(diào)整器的3V邏輯電路，該調(diào)整器反過來要求來自電池的電壓輸入最小為3.1V。此后，這一絕對截止電壓將被稱為通話截止電壓閾值?？蓪⑼ㄔ掚妷洪撝刀x為高于由半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)定的絕對截止電壓，以便避免電池的過度放電。這個細(xì)節(jié)與本發(fā)明的獨有內(nèi)容無關(guān)，為簡便起見此后將予以省略。
選取待機截止閾值電壓時存在某些設(shè)計靈活性。所選電壓越高，建立通話后保證的可用通話時間越長。但是，高電壓極大降低了電話的可用待機時間。因此，要求不能將這個閾值選得過高。在一個典型例子中，設(shè)計者可確定一個電池容量，該電池容量應(yīng)足以保證完成一個5分鐘的通話。它將被變換為一個允許5分鐘通話的電壓閾值。
除待機截止閾值電壓和通話截止閾值電壓之外通常還定義有兩個閾值。它們被用來警告用戶MS的電池容量即將耗盡。這一警告典型地通過提供蜂鳴聲、閃動LED和/或顯示低電量警告圖標(biāo)來實現(xiàn)。用戶可采取更正措施，例如插上電池充電器、結(jié)束進行中的通話或更換為一塊已充電的電池。待機狀態(tài)的低電量警告閾值電壓被定義為剛好高于待機截止閾值電壓。通話中的低電量警告閾值電壓被定義為高于通話截止閾值電壓的某個增量。
為闡明這些電壓閾值的使用和含義，一種使用3.6V電池技術(shù)的電話的某些典型數(shù)值列于下表中。這樣一種電池的放電曲線示于圖1。

表1典型MS電池電壓閾值通過提高發(fā)射功率或提高信道編碼增益可以改善不良的信道質(zhì)量。老式蜂窩系統(tǒng)中，例如PDC、D-AMPS、non-AMR GSM，對于給定語音業(yè)務(wù)信道編碼是固定的，以致調(diào)整鏈路質(zhì)量的唯一方法是發(fā)射(TX)功率。但是，自適應(yīng)多碼率(AMR)還提供調(diào)整信道編碼的機會。
對于來自GSM MS的上行鏈路，基站收發(fā)信臺(BTS)不斷地計算與其接收鏈路質(zhì)量相關(guān)的兩個參數(shù)接收信號強度(RXLEV)和接收信號質(zhì)量(RXQUAL)。前者指整個接收信號強度，并且可包括除了來自附屬MS的理想載波信號之外的同信道干擾和鄰信道干擾(不理想的)。后一個參數(shù)基于理想信道中估得的由CHD執(zhí)行任何糾錯之前的誤碼率(BER)，并且本質(zhì)上考慮任何干擾的負(fù)面效應(yīng)?；谶@些測量，BSS確定一個能夠保持足夠上行鏈路質(zhì)量的適當(dāng)?shù)腗S功率等級。在每480秒發(fā)送一次的SACCH消息中將這些功率等級指示到MS。功率設(shè)定值間隔2dB，起始于MS的最大功率等級處且由此降低。MS最大功率由MS功率類別確定，該功率類別在MS注冊時在承載容量方面被傳遞到BSS。通常，在通話開始時BSS將MS設(shè)置為其最大功率。如果RXLEV和RXQUAL讀數(shù)較好，BSS將逐漸降低MS功率直到BTS接收信號足以在某一容限內(nèi)維持高通話質(zhì)量。
單單功率控制不足以一直維持高鏈路質(zhì)量。也可通過對語音編解碼器比特流增加信道編碼來處理進入語音解碼器的BER。對于“固定碼率”語音業(yè)務(wù)(全碼率-FR，半碼率-HR以及增強型全碼率-EFR)，為其中每一個定義一種信道碼。
諸如AMR的多碼率語音業(yè)務(wù)使得有可能動態(tài)調(diào)整信道編碼以使其適應(yīng)信道質(zhì)量。對于像BTS附近的優(yōu)良信道而言，鏈路需要很少編碼意味著可給語音編碼器分配更多的帶寬來提供最高音頻質(zhì)量。相反地，在小區(qū)邊緣或衰減條件下MS用戶將經(jīng)歷不良的信道質(zhì)量。利用AMR，在這些條件下將對比特流增加更多的信道編碼而相應(yīng)地對語音編碼分配更少的比特。減少語音比特率將導(dǎo)致語音質(zhì)量降級，但由于進入語音編解碼器的BER保持很低，因此所述降級是可以處理的?？傮w效應(yīng)為，與最高AFS相比，通過最低AFS將編碼增益增加4-5dB。
GSM AMR的鏈路適配在工業(yè)規(guī)范GSM 05.09中描述并在圖2中總結(jié)。圖3示出這樣的帶寬分配，其說明針對AHS和AFS的語音和信道編碼之間的分割。
利用AMR，現(xiàn)在BSS擁有兩種途徑確保足夠的鏈路質(zhì)量。在一個簡單化的信道質(zhì)量管理方案中，TX功率控制是保持鏈路質(zhì)量的最初方法，即不良BTS RXQUAL將首先促使MS被迫達(dá)到其最大功率。如果這沒有導(dǎo)致令人滿意的質(zhì)量，將調(diào)節(jié)編解碼器的模式以增加編碼增益。當(dāng)由衰減引起的降級占主導(dǎo)地位時(即某些情況下信道編碼在控制信道質(zhì)量方面比TX功率的作用更大)，一種更加復(fù)雜的方法可使用RXLEV并做出不同的調(diào)整，即在某些情況下，在控制信道質(zhì)量方面信道編碼比TX功率更有效。
有必要敘述另一個涉及AMR鏈路適配的細(xì)節(jié)。BTS命令MS在上行鏈路上使用何種模式。通常，MS被強制通過改變其上行鏈路碼率來執(zhí)行這一命令。GSM 05.09中存在一個有些含糊的聲明，即MS必須在3個語音幀之內(nèi)對新模式做出響應(yīng)。存在一個GSM測試案例，其在沒有測試定時的情況下確保BTS的命令迫使上行鏈路MS碼率發(fā)生改變。到MS的下行鏈路的控制就不同了，因為MS可能僅要求一種編解碼模式。BSS通常同意這一要求但不被強制這樣做。
本發(fā)明提出一種折衷方案，其中當(dāng)電池接近其負(fù)載尾聲時降低TX功率。為了對降低的TX功率進行補償，將增加編碼增益來維持足夠的信道質(zhì)量。通過以信道編碼為代價降低TX功率會降低電池能耗，由此延長電池的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括用于延長移動站中電池壽命的方法和系統(tǒng)，該移動站可在多碼率語音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中運行。將移動站中的當(dāng)前電池電壓與閾值電池電壓相比較。如果當(dāng)前電池電壓低于閾值電池電壓，則對當(dāng)前正被移動站使用的編解碼模式進行檢測。如果當(dāng)前正被移動站使用的多碼率語音業(yè)務(wù)的編解碼模式能夠被下調(diào)，則下調(diào)該編解碼模式，由此導(dǎo)致更低的功率發(fā)射要求。
為了使可能的節(jié)能(電池壽命延長)達(dá)到最佳，當(dāng)越過電池閾值等級時，便將編解碼模式初始下調(diào)到最低的可能編解碼模式。還可存在額外的電池閾值等級，其考慮功率發(fā)射等級中逐步的降低。例如，每當(dāng)越過另一個閾值電池等級時，便以遞增的步長將編解碼模式調(diào)節(jié)到下一個更低的編解碼模式?；蛘?，每當(dāng)越過一個閾值電池等級時，編解碼模式向更低的編解碼模式下調(diào)，以便達(dá)到2dB的發(fā)射功率降低。
實際上，可將本系統(tǒng)和方法應(yīng)用于任何多碼率語音業(yè)務(wù)，但可將其特別應(yīng)用于GSM AMR語音業(yè)務(wù)。


圖1為典型移動站電池的放電曲線。
圖2展示說明在工業(yè)規(guī)范GSM 05.09中描述的針對GSM AMR的鏈路適配。
圖3展示說明針對AMR全和半碼率服務(wù)的語音編碼和信道編碼之間的帶寬分配。
圖4展示說明由移動站中的脈沖串傳輸引起的電壓下降。
圖5是描述本發(fā)明基本邏輯的流程圖。
圖6展示說明可利用本發(fā)明實現(xiàn)的電池通話時間延長。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的是在接近電池壽命尾聲處延長MS通話時間。這通過降低MS TX功率而提高編碼增益(降低編解碼模式)實現(xiàn)。通常，這在GSM中是不允許的，因為MS在TX功率和AMR編碼率兩方面都要服從BSS的命令。但是，確信它可用于這種例外情況。MS制造商宣布一個關(guān)機電壓、一個上限電壓以及一個下限電壓。在工業(yè)規(guī)范GSM 05.05中的上限和下限范圍之間必須滿足TX功率要求。但是，在下限值和關(guān)機電壓之間不必滿足TX功率要求。因此，本發(fā)明在低于所宣布的下限值的范圍內(nèi)有效。
特別地，它既不會違反現(xiàn)有的測試情形也不會在該領(lǐng)域內(nèi)造成負(fù)面效應(yīng)，因為這些不覆蓋低電池壽命的多余情況。延長通話時間的結(jié)果特別有利于處在緊急情況中的終端用戶。
現(xiàn)將通過實例對本發(fā)明進行闡述。例如，假定MS配有類似表1中定義的電壓閾值。還假設(shè)MS是具有AMR功能的。示例MS進一步配有針對AFS通話的4.75、7.95和12.2kbps的ACS，并且通話開始于MS電池高于3.4V待機模式截止電壓時?？稍谄渲斜恍紴門X功率類別5的850頻帶處進行操作。
在描述通話情況之前，必須闡明最后一個關(guān)于電壓讀數(shù)的細(xì)節(jié)以便在參考附圖時避免混淆。PA支取足夠的電流并且具有足夠低的阻抗，以致當(dāng)PA被鍵下(即脈沖傳輸期間)時電池的電壓等級實際上將下降。這一電壓下降量將依賴當(dāng)前功率等級而有所不同。所有的電話硬件(RF和數(shù)字的)都必須在這樣的發(fā)射期間運行。這就希望在TX時隙期間獲取通話電壓讀數(shù)，因為這代表最壞情況。以29dBm發(fā)射的MS的前述電壓下降示于圖4。特定地，圖4示出通常情況(即，以12.2kbps和29dBm編解碼)下無TX和TX時隙的電池電壓對時間的圖示。
圖5為描述本發(fā)明基本邏輯的流程圖。移動站監(jiān)控其電池能耗與剩余壽命，不斷地保持注意到剩余電池電壓505。執(zhí)行檢測以確定電池電壓是否低于閾值510。如果電池電壓沒有下跌到閾值以下，則515處不執(zhí)行操作。但是，如果電池電壓下跌到閾值電壓等級以下，執(zhí)行進一步的檢測來確定是否能夠?qū)?dāng)前編解碼模式下調(diào)到一個更低的編解碼模式520。并非總是可以下調(diào)當(dāng)前編解碼模式。例如，編解碼模式可能已經(jīng)處于其最低等級處。此情況下，不能執(zhí)行任何操作525來延長電池壽命。但是，如果存在降低編解碼模式的空間，則下調(diào)編解碼模式并且降低TX功率530。這將在某種程度上延長電池的壽命，而這將對MS用戶帶來可觀的便利。參考下述特定實例可對該過程進行更好的說明。
通話以最大上行鏈路TX功率的4.75kbps碼率開始。對于類別5GSM850MS而言最大功率等級為29dBm，其對應(yīng)于PL7。該鏈路穩(wěn)定良好，因此AMR碼率跳至12.2kbps。此后很快便達(dá)到穩(wěn)態(tài)，MS電池電壓(TX時隙)越過3.4V閾值指示剩余電量很少。
第一個實例中，一旦越過3.4V閾值MS便采取措施。已知在4.75與12.2kbps碼率之間存在至少4dB的編碼增益，MS將其TX功率降低至PL9(即降低4dB)并且將其上行鏈路碼率改變至4.75kbps。降低的TX功率能夠較大延長通話。這可以在圖6繪制的電壓數(shù)據(jù)中看出。圖6示出假定具有12.2kbps碼率和PL7TX的AFS業(yè)務(wù)通話時的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。繪制出直到通話結(jié)束電池壽命的最后幾分鐘的電壓。圖6上部分繪制的是這樣的電壓曲線，其假定達(dá)到通話低電量閾值(3.4V)時將碼率轉(zhuǎn)換到4.75kbps并將TX功率降至PL9。圖示表明這一轉(zhuǎn)換能夠延長通話8分鐘。由于降低了PA負(fù)載，TX時隙電壓讀數(shù)在轉(zhuǎn)換處增大。
第二個實例中(未示出)，MS逐步改變其TX功率和編解碼模式。在第一閾值(3.4V)處，TX功率可降低2dB且編解碼模式改變至7.95kbps。一旦達(dá)到第二個更低閾值(例如3.3V)，編解碼模式可再次降至4.75kbps且TX功率進一步降低2dB。由通話時間所測定的電池壽命被延長，但沒有第一個實例延長幅度大。但是，由于當(dāng)電池處于其使用壽命的最后一段時才引入最低語音碼率，因此保持了更高的語音質(zhì)量。
通常，TX功率不一定必須以2dB的步長調(diào)整。這是一種方便之選，因為在現(xiàn)有的GSM MS功率控制中已經(jīng)支持這樣的步長。最佳地，在每一步降低功率由編碼率的改變所提供的編碼增益的量。MS可保持這樣的增益的列表。對于AFS，此列表可將12.2kbps碼率作為參考并具有一個條目，來定義由7個更低碼率中的每一個所達(dá)到的編碼增益。
本發(fā)明不會為所有信道狀況提供同樣的益處。特別地，不良信道可能已經(jīng)具有要求的最大編碼增益和TX功率，此情況下本發(fā)明不會提供任何改進。邊際信道最佳地使用中間碼率之一，此情況下本發(fā)明能夠提供中等的益處。顯然，即將啟動良好信道質(zhì)量時可實現(xiàn)最好的結(jié)果。這是在前述實例中所考慮的情況。
AMR語音業(yè)務(wù)旨在調(diào)整信道編碼以保持鏈路質(zhì)量。但是，信道編碼通常與TX功率進行相對的折衷。對于一直具有更高信道編碼而傳輸更低功率的電話，它對給定的電池容量能夠有效提高其通話時間。
將編碼增益同TX功率進行相對折衷是公知的，但是通常在系統(tǒng)定義期間便做出折衷。但是，MS可包括一個用戶界面選頂用于延長通話時間。例如，用戶選頂可默認(rèn)設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)AMR模式但允許“延長通話時間”運行模式。如果用戶選擇這一模式，在BSS要求的之外，MS用信道編碼與TX功率折中。特別地(并假定足夠的ACS)，MS將一直從ACS選擇最低的編解碼模式(而不是所要求的編解碼模式)并且將TX功率設(shè)置為比所要求值低0-4dB。確切的降低量將由硬編碼列表確定，該列表定義采用不同AMR模式可用的編碼增益。
在此公開本發(fā)明的特定實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到本發(fā)明可以在其它環(huán)境中具有其它應(yīng)用。事實上，許多實施例和實現(xiàn)都是可能的。后續(xù)權(quán)利要求沒有任何將本發(fā)明限制到前述特定實施例的意圖。此外，任何“用于…的裝置”的列舉旨在將元件和權(quán)利要求理解為裝置加功能，沒有具體使用表述“用于…的裝置”的任何元件都不被視為裝置加功能的元件，即便該權(quán)利要求以其它方式包括了名詞“裝置”。
權(quán)利要求
1.一種延長移動站中電池壽命的方法，所述移動站可在多碼率語音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中運行，所述方法包括將在所述移動站中的當(dāng)前電池電壓505同閾值電池電壓相比較510，并且如果所述當(dāng)前電池電壓低于所述閾值電池電壓510，則確定是否能夠下調(diào)所述移動站當(dāng)前使用的多碼率語音業(yè)務(wù)的編解碼模式520，并且如果能夠下調(diào)所述當(dāng)前編解碼模式，則下調(diào)所述編解碼模式530，由此導(dǎo)致更低的功率發(fā)射要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多碼率語音業(yè)務(wù)為GSMAMR語音業(yè)務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述編解碼模式最初被下調(diào)530到可能的最低編解碼模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括額外的閾值電池等級510。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述多碼率語音業(yè)務(wù)為GSMAMR語音業(yè)務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中每當(dāng)越過另一個閾值電壓等級510時，所述編解碼模式以遞增步長下調(diào)530至下一個更低的編解碼模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中每當(dāng)越過閾值電池等級510時，所述編解碼模式向更低的編解碼模式下調(diào)530，以實現(xiàn)2dB的發(fā)射功率降低。
8.一種用于延長移動站中電池壽命的系統(tǒng)，所述移動站可在多碼率語音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中運行，所述系統(tǒng)包括用于將所述移動站中的當(dāng)前電池電壓505同閾值電池電壓相比較505的裝置，并且如果當(dāng)前電池電壓低于閾值電池電壓510，則用于確定是否能夠下調(diào)所述移動站當(dāng)前使用的多碼率語音業(yè)務(wù)的編解碼模式520的裝置，并且如果能夠下調(diào)所述當(dāng)前編解碼模式，則用于下調(diào)所述編解碼模式530的裝置，由此導(dǎo)致更低的功率發(fā)射要求。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述多碼率語音業(yè)務(wù)為GSMAMR語音業(yè)務(wù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述編解碼模式最初被下調(diào)530到可能的最低編解碼模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其還包括額外的閾值電池等級510。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述多碼率語音業(yè)務(wù)為GSMAMR語音業(yè)務(wù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中每當(dāng)越過另一個閾值電壓等級510時，所述編解碼模式以遞增步長下調(diào)530至下一個更低的編解碼模式。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中每當(dāng)越過閾值電池等級510時，所述編解碼模式向更低的編解碼模式下調(diào)530，以實現(xiàn)2dB的發(fā)射功率降低。
全文摘要
一種方法，通過該方法在多碼率語音業(yè)務(wù)環(huán)境中運行并且具有接近壽命尾聲的電池的便攜電話(移動站)可以延長剩余通話時間。移動站本質(zhì)上降低其發(fā)射功率設(shè)置，同時調(diào)整其編解碼模式530以對發(fā)射功率的下降進行補償。當(dāng)電話的電池接近其壽命尾聲時，這種折衷方法能延長其可用的剩余通話時間。
文檔編號H04B7/005GK1762171SQ200480007727
公開日2006年4月19日 申請日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者P·M·約翰遜, W·安德森 申請人:索尼愛立信移動通訊股份有限公司