CN1115194A - 自适应无线接收机控制器方法及装置 - Google Patents

Abstract

便携式无线电话(101)带有电耗控制器电路(200)的使用在无线通信系统(100)中。该无线电话系统(100)在设计上使其便携式无线电话(101)在其控制模式中只需间歇地从一个远端收发信机(103)接收寻呼信息。该电耗控制器电路(200)与其硬件及软件相结合地采用了低价、低功耗、低频振荡器(237)，以便当该无线电话(101)没有从该远端收发信机(103)接收信息之时用于关断该无线电话(101)的一部分一个休息期。当前的休息期是依照前一休息期的定时精确性而被采用。

Description

自适应无线接收机控制器 方法及装置

本发明涉及无线接收机，尤其涉及使用在便携式数字无线电话中的用于自适应地控制时分多址联接(TDMA)无线接收机电源消耗的方法及其装置。

在数字无线电话中有两种基本的操作模式，即，控制模式和通信模式。在控制模式期间，便携式无线电话机利用无线电话在等待接收或发出一个无线电话呼叫的同时，间歇地从远端收发信机接收寻呼信息。在初始接通电源之后，便携式无线电话机的无线接收机接通开启，直到该无线接收机收到来自远端收发信机的、包括用于该无线电话的定时信息的一个帧信息为止。一旦收到该定时信息，该便携无线电话以间歇状态为基础接收寻呼信息。图4示出了这种由RCR规范(第二代无线电话系统标准规范，第4.2.7部分，1992年8月)所定义的一特定无线电话系统的定时请求。定时图401示出的是用于远端收发信机的定时请求，而定时图403是使用在一个便携无线电话中的无线接收机的定时图。典型地，便携无线接收机是以每4秒为一个时隙，即从RCR规范导出的0.0156％。

众所周知，都希望降低能耗且延长便携无线电话的电池寿命。据此，在这四秒钟等待周期期间尽可能多地将电话切断以减少该便携式无线电话的能耗是有益的。而且，在这种便携无线电话中以低价格实现这种省电特征也是有益的。

图1示出一个无线电话通信系统的方框图。

图2示出了根据本发明的用于无线电话中的控制器的方框图。

图3示出了依据本发明的处理过程流程图。

图4示出了根据本发明的定时图。

概括地说，最佳实施例涉及工作在一个无线通信系统中的便携式无线电话。该无线通信系统具有两个操作模式，即控制模式和通信模式。在控制模式期内，该无线电话系统设计上要使该便携式无线电话只需间歇地从远端收发信机接收寻呼信息。为节省电和费用，无线电话采用低价、低功率的32KHz的手表晶体或一个或便宜的RC(阻/容)振荡器与硬件和软件相连接，以在没有从远端收发信机接收信息时用于关断该无线电话的一部分。被关断的无线接收机的这一部分包括基准振荡器。

图1示出了一个按照本发明的无线电话系统的方框图形式。在该无线电话系统中，远端收发信机103将射频(RF)信号送到固定在该收发信机所服务的地域内的移动和便携式无线电话或从这些无线电话接收信号。无线电话101是由该远端收发信机103所服务的这样一个无线电话。

在从远端收发信机103接收信号的同时，无线电话101利用天线105耦合RF信号，并将该RF信号转换成电RF信号，该电RF信号由无线接收机107所接收以在无线电话101内使用。接收机107解调所接收的电RF信号并输出一个码元信号供控制器111所用。控制器111把符号信号成帧为话音或数据以供用户接口113所用。用户接口113用于在用户和无线电话101之传送信息，该无线电话通常包括有话筒、扬声器、显示器及键盘。

一旦将RF信号从便携无线电话101发送到远端收发信机103，来自用户接口113的话音和/或数据信号即由控制器111所处理。处理后的信号送给发射机109。发射机109将该数据转换成电RF信号。该电RF信号被转换成RF信号并经无线105输出。该RF信号由远端收发信机103接收并被转换以供在地面有线电话系统内所用。

此外，控制器111被用于控制到接收机107以及含在其内电路的电源。图2是表示含在控制器111内的电源消耗控制器电路200的方框图。微处理器201接收时钟脉冲及中断，并产生地址总线信号、数据总线信号和总线控制信号AS、R/W、以及E—CLK。地址及数据总线耦合到向微处理器201提供指令及数据的ROM245。最佳实施例中的微处理器201是可从摩托罗拉公司生产的MC68HC11。微处理器201的全部总线输出由地址解码器寄存器240所接收。地址解码寄存器240产生用于计数持续期寄存器211、计数值寄存器207和存储器变换控制寄存器241的选线。当从地址解码寄存器240的选择被启动时，存储器变换控制寄存器241锁存来自微处理器201的数据。该存储器变换控制寄存器241输出定时器启动和定时器恢复信号。这些输出及按键指示由接口逻辑块所接收，该逻辑块根据振荡器定时器的当前状态在输入信号的上升沿产生脉冲。接口逻辑块242还为加法器/比较器250产生控制输入。

电源消耗控制器电路200中有两种基本计数器，即振荡器计数器203和键盘定时器计数器251。这两个计数器都由低频振荡器237时钟控制。在最佳实施例中，低频振荡器是一个32KHz的振荡器。

在从接口逻辑块242接收到起始信号之时，振荡器计数器203被复位。比较器217将振荡器计数器203的输出与编程在持续期寄存器211内的计数持续值相比较。振荡器计数器203对于来自微处理器201的E—CLK作非同步变化。触发器205和计数值寄存器207被用以利用E—CLK信号上送振荡器计数器203的数据改变。比较器的输出，即电源控制信号，被用来经一个控制触发器231将基准振荡器233接通。当控制触发器231从接口逻辑块242接收到一个起始脉冲或一个恢复脉冲时，该基准振荡器即被关闭。从接口逻辑块242来的按键脉冲与比较器217的输出作“或”操作，使之也能够在控制触发器231中将基准振荡器233接通。基准振荡器233的输出被划分用作微处理器201的时钟输出。振荡器计数器203、计数值寄存器207、计数持续寄存器211、比较器217和低频振荡器237构成称之谓定时装置的253。

在本设计中的第二计数器是键盘定时器251。该键盘定时器251在一次按键之后用于延迟到微处理器201的中断。键盘定时器251的输出被送到加法器/比较器250，产生一个中断送到微处理器201。在基准振荡器233被接通之后，送到微处理器201的中断被延时一个编程延时时间。编程的延时时间使得在微处理器201将这些电路启动之前就将基准振荡器233稳定。在接收到中断之后，微处理器201要确定中断是否由键按压所引起。如果“不是”，则微处理器201设置硬件以接收所期望的UW。如果键按压存在，则微处理器201处理该键按下。随后，微处理器201读出当前振荡器计数器值并将该值与计数持续值相比较。如果当前计数器值和计数持续期值之间的差足够大，则该微处理器将恢复该休息间隔。如果微处理器201不恢复该休息间隔，则微处理器201将监视该振荡器计数器值，直到该值等于计数持续值加上编程的延时时间为止。

加法器/比较器250接收以下的输入：来自键盘定时器251的输出、振荡器计数器203的输出、持续寄存器211的计数持续值、持续寄存器211的延时比较以及接口逻辑242的控制比特。如果来自接口逻辑142的控制比特表示一个键按压，则加法器/比较器250就将该键盘定时器251和来自持续寄存器211的比较量作比较以产生中断。如果接口逻辑不是指示一个键按压，则加法器/比较器250就将来自振荡器计数器203的计数值与来自持续寄存器211的计数比较量和延时比较量之和作比较。加法器/比较器250的输出由中断请求(IRQ)接口243所接收，该接口还和用接口振荡器控制信号和低频振荡器237来产生由微处理器201所接收的实际的中断脉冲。

中断脉冲还要和来自接口逻辑242的反向控制比特作“与”操作，以产生表示中断是由键按压所引起。这一信号被用来设置在存储器变换控制寄存器241中的一个比特。该存储器变换控制寄存器还提供定时器设置信号和定时器恢复信号。微处理器201读取存储器变换控制寄存器241，以确定是否键按引起了中断。在微处理器201读取了寄存器241之后，在存储器变换控制寄存器241中的该比特被清除。

在控制模式中，例携式无线电话101间歇地从远端收发信机103接收寻呼信息。在初始电源接通时刻，便携式无线电话101接通其接收机107，直到该接收机107从远端收发信机103接收到一个信息帧为止，该信息帧包括了全部为该便携式无线电话101所用的定时信息。一旦该定时信息被接收，便携式无线电话101即开始以图4所示的一个间歇为基础进行接收。在这种间歇接收模式中，便携式无线电话101能够通尽可能地将电路关断而节省电耗。

图3是说明在无线电话系统100中用于实行控制电耗的过程流程图。该过程300在步骤303开始给无线接收机107连续供电。在步骤305中，远端收发信机103发送出包含如RCR规程所定义的独特字(UW)、收发信机ID和定时信息的一个数据段(slot)到该无线电话101。该UW是指示每一个数据段起始的一个预先确定的序列。在步骤307，无线电话101接收包括定时信息的数据段。此外，控制器111从计数值寄存器207读出当前休息计数器值。无线电话101则根据所接收的定时信息等待接收下一个从远端收发信机103发出的下一个数据段。在这一时间期内的基准振荡器233和微处理器201保持通电状态，为间歇接收间隔提供定时控制。

在步骤309计算休息期值。利用基准振荡器233的运行，控制器111等待对下一数据段的接收。一旦接收到下一个数据段，控制器111即读出当前振荡器计数器值并减去先前读取的振荡器计数器值。休息持续值等于这一差值减去一个设置时间。设置时间是由在无线电话中的具体的接收机以及基准振荡器的特性而定。在最佳实施例中，设置时间等于30ms。对振荡器计数器值进行读取、利用基准振荡器233作为定时基准，使之自动地将振荡器计数器203标校到独立于低频振荡器237的确切频率的间歇接收间隔。

在步骤311，计数持续寄存器211被利用先前所计算的休息持续值所编程。

在步骤313，控制器111关断无线接收机313的第一部分。在最佳实施例中，被关断的电路包括整个接收机107和控制器111的一部分，包括微处理器201和基准振荡器233。微处理器201由STOP指令所关断，该指令关断了全部内部时钟。微处理器201只在执行外部中断时才被启动。应当注意，被关断电路的具体数量可随具体的应用而被修定，但所属在本发明公开的范围内。

在步骤315，定时装置253接通基准振荡器233，等待一预定量的时间并把中断指令送到微处理器201。该预定量的时间等于前面所讨论的启动时间。在接收了中断指令之后，微处理器201接通前面所关断的电路。

在判定步骤312，控制器111查验在无线接收机107被完全启动的同时是否有假的UW被接收。有两种可能的引起伪UW的原因，一个是随机噪声，另一个是来自另外远端收发信机的UW。在本最佳实施例中接收伪UW的这两个可能性的原因在下详述。

如果收到伪UW，则在步骤314增加定时器值。随着增加定时器值，接收机107在其中将可能接收一个伪UW的窗口被减小。一旦定时器值被增加，程序进入步骤311。

如果在判定步骤312没有收到伪UW，程序300则在步骤321检查是否有有效的UW被接收。控制器111通过查验随在UW之后的数据的内容来使UW生效。这种数据包括有例如远端收发信机的ID的信息，可由控制器111用来验明该信息是否来自正确的远端收发信机。

一旦收到有效UW，在步骤326即获得新的计数持续值。该新的计数持续值利用当前计数持续值而获得的。具体地说，该程序检测在由接口逻辑块242产生的先前起始信号和当UW被接收对应地调整计数持续值之间的时间经过的量。一旦新计数持续值获得，程序300转到步骤311。

如果在判定步骤321检验时没有收到有效UW，程序300则在步骤315查验从最后接收UW起是否已经过了10秒钟。如果不到10秒钟，则程序300在步骤323减少定时器值并返回步骤311。如果已经过10秒钟，则该程序在步骤327结束。在本最佳实施例中，当已经过10秒钟时，程序将返回步骤303。

在步骤309中另一种计算定时器值的另一种可代替的方法。根据低频振荡器237的种类来计算。最好是采用来计算易卜森(Ep-son)C—型晶振以实现低费用。这种晶体在23℃有正/负20ppm(每百万部分)的误差判据，并在-10～+60℃的范围内有正/负200ppm。这种正/负200ppm在正/负0.8ms的4秒钟等待之机会导致严重的定时误差。如下所述，这种定时误差会使得接收机调谐比应该的时间早2.5个数据段。

当便携式无线电话101试图与远端收发信机相同步时，这种由于大的频率容限所引起的定时误差就构成一个问题。这一问题的产生是因为便携式无线电话101试图根据来自具有较大误差的晶振定时在合适的时间把其接收机107调谐以从远端收发信机103接收间歇接收的信息。为了对这种正/负0.8ms的最糟糕的定时误差的情况进行补偿，该便携式无线电话101必须至少在0.8ms之前就事先将其无线接收机107接通。这种在0.8ms调谐误差相关的时间提早接通意味着该无线接收机107可在从远端收发信机103接收信息之前的1.6ms即被接通。这1.6ms对应着RCR规程所定义的2.5的数据段。在这2.5个数据段内，该无线接收机107能够检出处于误差的同步序列独特字(UW)，它可能引入一个伪UW的检测。

具体地说，定时器值计算如下：

Tperiod＝(Ti×Tfr)－(Ti×Tfr)×Ctol

定时器值＝(Tperiod－Tnow)/Tcrystal

其中：

1.Tperiod＝已调节的间歇接收周期。

2.Ti＝在接收之间的以TDMA帧数形式的定时信息。

3.Tfr＝一个TDMA帧周期＝5ms。

4.Tnow＝从最后的接收机接通开始的当前时间。

6.Tcrystal＝表的晶振周期。

6.Ctol＝在ppm×E—6的晶振容限。

一旦收到正确的UW，按照上面对于步骤326的描述，可利用来自振荡器计数器203的先前的读出计数值来设置休息期值。微处理器201可动态地读取在连续的UW之间的32KHz时钟脉冲数目，并能够利用此值来编程下一个休息周期。随着晶振的分解度在时间上的缓慢改变，微处理器在UW之间读取不同的计数值，并相应地编程计数持续期寄存器。由于晶振在连续的UW之间保持稳定，因而此种方法有效。

如果没有采用在最佳实施例中的本发明，从随机噪声接收到一个伪UW或从另一个远端收发信机接收一个UW的可能性都会在本系统中引起问题。首先，由随机噪声所引起的伪32比特UW接收的可能性是很低的。如果接收机是被连续接通，则接收一个伪UW的几率是每秒比特率/32比特序列组合，即等于384,000/2³²＝0.000089/秒。它等于是每186分钟有一个伪检测。由于接收窗口是每四秒钟开启2.5个数据段；因而实际接收一个伪UW的可能性是0.000089×2.5数据段时间625us/四秒。它等于是每331天一个伪检测。

其次，当便携式无线电话被事先将其接收机调谐到接收输入数据段以补偿晶振的容限的话，则从另一个远端收发信机接收伪UW的危险性是十分高的。由于在本最佳实施例中的远端收发信机至多是一秒钟发射8次，则有用的时间窗口是1秒/8数据段＝1.25ms/数据段。对于一个相邻远端收发信机而言，接收相邻UW的可能性如下计算：

P＝Trxwin/Ttxwin＝0.01248＝1.25％

其中，

1.Trxwin＝Ttxclk×2.5slot×240clocks/slot＝1.56ns

          ＝便携无线电话的接收窗口

2.Ttxwin＝用于8slots/秒的相邻基站发送窗口＝125ms

3.Ttxclk＝发射时钟周期＝2.6μs

4.P＝接收相邻UW的可能性

因此，相邻远端收发信机的次要原因是伪UW接收的相当高的可能性(1.25％)的主要原因。伪UW的接收会造成真实UW被略去，会引起输入电话呼叫被失落的可能性。

利用在此描述的具有可替换定时器值计算的最佳实施例，来自低频振荡器237的任何定时误差都可被降低到振荡器定时器203的分解度的程度。这种分解度误差的存在是由于该UW可以在定时器信号周期的任何部分内被接收。在关断周期内由振荡器计数器分解度所引起的最大误差是两个时钟周期：一个时钟周期用于定时器在一个时钟周期内的任何部分被设置，而第二个时钟周期是由于先前的定时器值在该时钟周期的任何部分会被读取。对于一个32KHz正/负0ppm晶振而言，该误差会导致62,5μs的时间。

要被补偿的全部误差等于由振荡器计数器分解度所引起的误差以及由远端收发信机定时所引起的误差之和。远端收发信机103必须以3ppm的精确度每4秒就产生UW，导致最严重的误差情况是12μs。因而需要补偿的整个误差是等于75μs。因为这种分解度的误差，接收窗口必须开启150μs。这是在不使用本发明时所需要的1.6ms的一部分。

当采用了具有可选用定时器值计算方法的本发明最佳实施例时，由于上述讨论的条件而引起接收伪UW的几率计算如下：

1.由于随机噪声：

0.000089×150μs/4s＝1伪UW/每9.5年

2.由于来自其它远端收发信机的UW

20.8e^-6×58＝0.12％^**

^**：本计算是一个理论几率，由于从远端收发信机103的UW成功接收将干扰从其它远端收发信机接收伪UW，因而实际测值将接近于零。

因此，采用具有可选用定时器值计算的最佳实施例使接收到伪UW的几率从1.25％降为0.12％。而且，利用具有最佳定时器值计算的最佳实施例进一步降低了接收伪UW的几率。如上所述，这种在几率上的下降是通过使定时器值的计算与低频振荡器的精确度无关而实现的。本发明降低了无线电话101的电耗，同时充分地保护了利用低频振荡器对于独特字的接收。

Claims (6)

1.用于控制无线接收机功耗的无线接收机控制器，该无线接收机从远端收发信机间歇地接收寻呼信息，其特征在于，该无线接收控制器包括：

一个逻辑装置用于产生起始信号；

定时装置，响应该起始信号，用于定时一个休息时间间隔并产生一个第二信号；以及

一个控制装置，响应该起始信号和该第二信号，用于控制到该无线接收机的一部分的功率，无线接收机的该部分至少包括一个基准振荡器。

2.根据权利要求1的一个无线接收机控制器，其特征在于，定时装置进一步包括：

一个低频振荡器，用于提供第一频率信号；

一个振荡器计数器，耦合到该低频振荡器并由其钟控，它具有一个计数器值；

计数持续寄存器，以一个计数持续值编程；

一个比较器，用于将计数持续值与计数器值相比较并响应等于计数持续值的计数器值而产生第二信号。

3.根据权利要求1的无线接收机控制器，其特征在于，该控制装置响应该接收起始信号关断到该无线接收机的所述部分的功率。

4.根据权利要求1的无线接收机控制器，其特征在于，该控制装置响应该第二信号而接通到该无线接收机的所述部分的功率。

5.一种用于控制在无线通信系统中使用的无线接收机的方法，该无线通信系统包括第一无线接收机和第一远端发射机，该远端发射机发射定时信息和唯一字，该无线接收机接收该独特字并包括第一低频振荡器、一个基准振荡器和一个用户接口，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(A)为该无线接收机供电；

(B)在无线接收机处接收定时信息；

(C)响应该定时信息而计算计数持续期值；

(D)以计数持续期值编程定时装置；

(E)关断无线接收机电路的第一部分，它至少包括基准振荡器；

(F)响应来自定时装置的一个指示而启动该无线接收机电路的第一部分；

(G)响应经该无线接收机电路接收一个伪唯一字而增加计数器持续期值；

(H)重复步骤D)至步骤G)直到第一条件满足，该第一条件是从一组条件选择的，它包括已经经过了第一预定的时间并收到了一个有效唯一字；

(I)响应第一预定时间的经过而减少计数持续期值；

(J)响应所说的减少步骤而重复步骤A)至步骤H)；

(K)响应对唯一字的接收而计算新的计数持续期值；

(L)响应所说的计算新计数持续期值的步骤而重复步骤(D)至(J)。

6.根据权利要求5的控制无线接收机的方法，其特征在于，所说的步骤F进一步包括以下步骤：

(M)响应来自用户接口的一个指示而启动该无线接收机电路的第二部分，该无线接收机电路的第二部分是第一部分的一个子集；

(N)处理来自用户接口的指示；

(O)将计数持续期值和定时装置的当前状态进行比较，产生一个第一判定，和

(P)响应步骤(O)的第一判定而重复步骤(E)至涉骤(F)。

Images