CN100459725C - 减少蜂窝电话系统中的反向业务的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种码分多址(CDMA)蜂窝电话(90)，其具有从CDMA蜂窝电话(90)到远程基站(102)的减少的传输。可变速率语音编码器(122)能够接收输入信号，并且响应于在输入信号中的音频信息量而以多个帧速率中任意之一对输入信号进行编码。控制器(116)监视可变速率语音编码器(122)的工作的编码速率，并且在可变速率语音编码器(122)以预定速率工作时进行检测。然后，控制器(116)使连接到可变速率语音编码器(122)的发射器(126)减少工作的占空度。
Description
技术领域
本发明总的来说涉及减少便携式无线电话中的功耗。具体地说，本发明涉及当语音编码器以最小的编码速率工作时减少蜂窝电话传输的装置和方法。
背景技术
在数字蜂窝电话系统中，诸如在码分多址(CDMA)蜂窝系统或时分多址(TDMA)蜂窝系统中，用户输入到蜂窝电话中的语音被数字化。由于蜂窝频率频谱是很珍贵的，所以采用压缩技术来减少需要用于通过蜂窝无线电波来发射数字化的语音的数据速率(并且从而减少信息量)。通常将用来至少完成部分压缩的数字电路称为语音编码器。
语音编码器分析数块时间内的输入语音(通常称为帧)，并且利用某些语音编码器参数来对该输入进行编码。对每一帧都计算语音编码器参数。一类语音编码器包括代码激励线性预测编码(CELP)、随机编码、和矢量激励语音编码。作为示例的语音编码器参数，在CELP语音编码器中，这些参数涉及线性预测编码(LPC)滤波器、音高(pitch)滤波器和波形激发。
为了进一步压缩数字化的语音，采用称为可变速率语音编码的技术。可变速率语音编码为输入的语音中的周期的静音而减少数据速率以产生可变输出数据(帧)速率。
在蜂窝电话(也称为移动站)中使用可变速率语音编码器减少了蜂窝电话发射的数据量以增加信道容量。然而，在没有音频信息(例如周期的静音)时，即使对于编码的输入语音帧，蜂窝电话仍然发射编码的信号。这导致蜂窝电话对宝贵的DC电池功率的使用多于它所需要的量。这种对电池功率的过多使用又减少了对于任何充电电池的蜂窝电话的可用通话时间。因此，存在对一种装置和方法的需要，其减少在采用可变速率语音编码器的蜂窝电话中的功耗。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用在能够以多种不同速率对信息帧进行编码的无线电话中减少从无线电话到远程基站的传输的方法，该方法特征在于：
检测编码速率下降到预定速率；
减少所述无线电话的发射占空度，以使所述无线电话进入减少的传输模式；以及
其中，所述无线电话发送请求到所述远程基站，请求所述基站进入减少的传输模式，以准备所述无线电话进入所述减少的传输模式。
附图简要说明
图1为根据本发明的包括蜂窝电话的蜂窝电话系统的方框图；
图2为图1的蜂窝电话的发射器的方框图；和
图3示出图2的发射器的可变增益放大器的局部原理图和局部方框图。
具体实施方式
图1为根据本发明的蜂窝电话系统90的方框图。第一蜂窝电话100将信号发送给远程移动站102。图1示出第二移动站104同时与远程移动站102进行通信。在给出的实施例中，蜂窝电话系统90经称为码分多址(CDMA)的多址技术进行工作。只要在蜂窝电话单元中使用可变速率语音编码器，可以采用诸如时分多址(TDMA)或TDMA和CDMA的组合的其它多址技术。
蜂窝电话100包括发射器组，其通过双工器110连接到天线112。常规接收器108也通过双工器110连接到天线112。正如本领域所公知的，双工器110将发射信号和接收信号隔离开来。对于不采用全双工工作的蜂窝系统，不需要双工器110。
为了发射和接收蜂窝电话信号，常规的合成器114产生参考信号和射频信号。控制器116起控制蜂窝电话100的作用。控制器包括任何的微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP、和各种数字逻辑电路。图中没有示出组件之间的所有连线，以避免不适当地使图复杂。此外，也没有示出诸如麦克风、扬声器、和键盘的蜂窝电话组件，以避免不适当地使图复杂。
发射器组106接收用户输入的信息并且将其发射到基站102。通常，发射器组106包括模数转换电路120、可变速率声码器122、调制器124、和发射器126。
将在输入端118出现的、来自用户的输入语音信号输入到模数转换电路120，在此如现有技术一样对输入信号进行数字化。数字化的语音信号被输入到可变速率声码器122，在此根据语音信号中的音频信息来以多种不同的帧速率中的任意之一对其进行编码。在示出的实施例中，可变速率声码器122采用CELP编码技术以在编码的语音数据中提供可变速率。
将编码信号传输到常规的调制器124，以将数字输入码元转换成与传输信道匹配的波形。在示出的实施例中，调制器124采用现有技术的相移键控(PSK)。也可以采用诸如最小键控(MSK)或者正交幅度调制(QAM)的其它调制技术。
由发射器126处理调制后的信号以进一步准备用于发射的输入信号。发射器126包括常规的组件，诸如上变换电路(混频器)、滤波器、增益控制电路、和功率放大器。
对于各种语音编码器的运行帧速率，每一帧由160个样值、或者8KHz采样速率下的20毫秒的语音组成。也可采用其它的采样速率和帧大小。而且，在示出的实施例中，图1中的可变速率语音编码器122能够以多种不同的帧速率对信息帧进行编码。称为全速率的第一速率中，数据传输是以8.55Kbps速率进行。第二速率称为半速率，其中数据传输是以4Kbps速率进行。第三速率称为四分之一速率，以2Kbps速率进行数据传输。最后，第四速率称为八分之一速率，以小于1Kbps速率进行数据传输。在标准文件TIA/EIA-IS-95-A、TIA/EIA-IS-95-B、和TIA/EIA-TSB2000中介绍的蜂窝电话标准允许用于具有上边介绍的速率的可变速率语音编码器，在此通过引用将每一种此类标准结合进来。
统计表明，通常在蜂窝系统中，可变速率声码器122经常以全速率和八分之一速率的编码速率来工作。以八分之一速率进行的可变速率声码编码主要用于输入语音信号中没有音频信息的场合。例如，用于在用户没有对蜂窝电话100讲话的时候。这可以发生在大多数时间中用户倾听其它用户对其讲话的场合。这也可以发生在当用户进行电话会议并且主要在电话会议期间倾听其它与会者的讲话时、当用户倾听语音邮件时或者用户信倾听广播信道业务时。用户也可以通过按下蜂窝电话100上的静音按钮(未示出)以使可变速率语音编码器开始以八分之一速率进行声码编码。
因此，通常在可变速率语音编码器122以八分之一速率进行工作时，在输入信号中有很小的或者没有实际信息/音频信息。此时仍然对输入信号进行编码，但是20毫秒的信息帧没有有意义的信息，其主要是用作位置标志符。因此，由于让发射器126处理八分之一速率编码的传输帧，蜂窝电话100浪费了电池功率。
因此，在示出的实施例中，控制器116连接到可变速率声码器122，并且检测可变速率语音编码器的编码速率。当控制器122检测到编码速率下降到预定的速率时，在此指下降到最小编码速率(例如，八分之一速率)，控制器产生消息请求以进入减少的传输模式，该消息被传送到发射器组106以传输到基站102。根据IS-95蜂窝电话标准，消息请求是经过业务信道作为“命令消息”发送的。此外，可以使用在此通过引用结合进来的在EIA/TIA IS-2000 CDMA标准中的专用控制信道(DCCH)来发送消息。
在蜂窝标准中定义了命令消息，其有多个字段组成。一个字段为确认要求字段(也称为Ack Required字段)。当蜂窝电话100发送请求以进入减少的传输模式时，将Ack Required字段设为1，以告知基站102：蜂窝电话100要求基站102确认蜂窝电话请求。
当蜂窝电话100的接收器108从基站102接收到减少的传输模式确认时，控制器116使发射器126减小工作的发射占空度，以使蜂窝电话工作在减少的传输模式。在此模式中，发射器126减小它的工作占空度。可以参考图2更加详细地对此进行介绍。
图2为图1的发射器126的方框图。图2中示出的元件仅仅是发射器126一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，可以使用带有附加的无源和有源组件的其它发射器组，而无需具有发明创造能力(inventive capacity)。
通常，发射器126包括接收数字化的调制输入信号的IQ调制器140。经过IQ调制之后，信号被送到带通滤波器142，以滤掉来自IQ调制的混频、互调、和寄生成分。过滤后的信号加到可变增益放大器(VGA)，象现有技术一样进行增益控制。因此，增益控制用于增加或降低调制后的信息信号的幅度。如果蜂窝电话100靠近基站102，则降低VGA 144的增益。然后，调整增益后的信号加到上变化混频器146，将信号变换成适于在射频信道上进行发射。RF振荡器148将RF载波信号送到上变换混频器146以象现有技术一样进行上变化处理。上变换之后的信号加到RF放大器150以进一步放大。最后，将放大后的信号加到功率放大器152以进行最后的功率放大。
如图2所示，通过连线162将发射器126的各个元件连接起来。这是为了将在电池节省输入端160处出现的电池节省信号传送到发射器的各个元件。当蜂窝电话100接收到来自基站102的确认而进入减少的传输模式时，控制器116将电池节省信号(也称为电池节省比特)从确认的低电位变为高电位。将电池节省比特改变为确认的高电位导致减少发射器126的各个元件的功率。
可以通过很多不同的方法来完成减少任何特定的发射器元件的功率。例如，连线162将电池节省比特送到VGA 144。图3示出了VGA 144的局部原理图和局部方框图。图3中，偏置电路170连接到可变增益放大器电路172。偏置电路170经连线174提供偏置电流以给VGA电路172供电。连线174上的偏置电流为来自电流源76的镜像电流，电流源176利用常规的晶体管镜像电流技术。在示出的实施例中，电流源176提供参考电流源以使VGA电路172偏置。电流源通过P-沟道MOSFET晶体管178连接到双极面结型晶体管(BJT)180的集电极。BJT 180的集电极也通过BJT 182连接到BJT 180的基极。BJT 184的基极连接到BJT 180的基极。根据BJT 180和BJT 184之间的晶体管大小的比率，并且根据电阻186和电阻188之间的电阻之比，正如本领域所公知的一样，连线174上的偏置电流正比于电流源176产生的电流。
连接P-沟道MOSFET 178的栅极190以接收电池节省比特，该MOSFET 178起开关作用。当电池节省比特为确认的高电平时，P-沟道MOSFET 178作为断路，不产生参考电流。因此，当电池节省比特为高电平时，VGA 172不消耗电流。
为了防止泄漏电流，N-沟道MOSFET 200作为开关，并将BJT 180的集电极接地，N-沟道MOSFET 202将BJT 180和184的基极接地。当电池节省比特信号为确认的高电平时，N-沟道MOSFET 200和202作为短路以进一步关闭BJT 180和184。
响应电池节省信号为高电平，类似的电池节省技术导致其它发射器126(图1和2)元件减小功耗。本领域普通技术人员将会理解，可以利用其它电池节省电路来响应电池节省信号以减小发射器元件中的功耗。例如，可以在DC电压源和发射器元件的电源端之间连接MOSFET沟道晶体管。当电池节省信号为高电平时，MOSFET作为断路，使得DC电源不给发射器元件的电源端供电。
因此，当蜂窝电话100进入减少的传输模式时，发射器126减小它的工作占空度。这发生在控制器116(图1)检测到可变速率语音编码器工作在八分之一帧速率时。减小的工作占空度包括：发射器126通过前面已经介绍的技术来减小它的各个发射器元件的功耗。在示出的实施例中，减小的工作占空度指当可变速率语音编码器122以八分之一帧速率进行编码时，发射器126减小每隔20毫秒给各个发射器元件的功率。因此，发射器126减小它的工作占空度：从第一工作占空度(例如，当每20毫秒语音编码器帧给发射器供电以进行工作时的100％)变为基本上为50％的第二减小的工作占空度。此外，可以采用其它的占空度(例如，在工作于减少的传输模式期间，每八分之三速率帧不进行发射)。
当蜂窝电话100工作于减少的传输模式时，基站102也必须改变基站102的工作方式。这是因为对于蜂窝电话100不进行发射的每一帧(例如，蜂窝电话100减小它的功耗的每一个20毫秒帧)，蜂窝电话实质上发射通常所说的擦除。擦除典型地来源于不良的信号传播条件。例如，当蜂窝电话100在高大的建筑物后面移动时，其发射到基站102的信号受到阻塞。基站102检测到这种情况作为擦除。
因此，当蜂窝电话100工作于减少的传输模式时，它产生不是源于恶化的信号条件的擦除；此擦除实质上为专用的擦除。在此情况下，基站102将该擦除视为所希望的擦除而不是视为源于信号传播条件的擦除。例如，基站102利用功率控制算法进行工作。基站接收来自蜂窝电话100的信号，并且改变它的发射功率，或者发射命令到蜂窝电话100，以根据基站102从蜂窝电话100接收到的信号电平和/或根据基站102是否检测到擦除来减小蜂窝电话100的发射功率。因此，如果蜂窝电话100工作在减少的传输模式，基站102将检测擦除，否则指示蜂窝电话100增加它的发射功率。然而，在示出的实施例中，基站功率控制算法包括第一功率控制算法和第二功率控制算法。
当蜂窝电话100不工作于减少的传输模式时，基站102经过第一即常规的功率控制算法来工作。当蜂窝电话100工作在减少的传输模式时，基站102经第二功率控制算法工作。在第二功率控制算法中，基站102忽略擦除，而实际利用在每一特定的擦除之前的数据帧，以进行功率控制和分析。
因此，当基站102在工作于第二功率控制算法期间检测到擦除时，基站102只是使用在特定的擦除之前的最后的信息帧。因此，功率控制算法的一个输入为帧速率，且在减少的传输模式期间，基站102不是接收1/8、1/8、1/8的帧指示，而是接收1/8、1/8擦除、1/8的指示等。基站102只是忽略擦除指示，并且利用前面的20毫秒数据帧。
而且，当蜂窝电话100工作于减少的传输模式时，基站102必须改变基站102的工作方式，可以其它方式来进行改变。特别地，当基站102在与蜂窝电话100进行信号通信时，基站执行掉线呼叫分析。例如，通常，如果基站102检测到在预定时间内的预定的擦除指示数量，基站认为与蜂窝电话100的信号连接已经断开(例如，发生了掉线呼叫)。然而，在改变的工作方式中，基站102不包括掉线呼叫分析擦除，其在减少的传输模式中工作期间进行监测。
在优选实施例中，当可变速率语音编码器122(图1)将八分之一速率编码速率改变为(增加到)新的、更高的编码速率时，控制器116(图1)检测这一改变。然后，控制器116使发射器126(图1)中止在减少的传输模式中的工作。
基站102利用速率确定算法，并且通过检测蜂窝电话100发射源于不同于八分之一速率的编码速率的连个连续帧来检测蜂窝电话100在编码速率上的改变。因此，基站将改变它的工作方式，以将接收到的擦除作为由不良的/恶化的信号条件产生的擦除而不是作为所希望的擦除。此外，蜂窝电话100可以将一个特定的消息发送给基站102，以通知基站102：蜂窝电话退出减少的传输模式，相应地，蜂窝电话增加它的工作占空度。
而且，在替换的实施例中，基站102将消息发送到蜂窝电话100，命令蜂窝电话100中止在减少的传输模式中的工作。基站102在这样的条件下如此操作：例如，如果基站检测到接收到的信号的质量下降，这种下降是由于蜂窝电话100位于基站102小区的边缘造成的。其它的条件如下：如果有较大的衰减速率，或者如果其它系统参数用于蜂窝电话100被允许工作于减少的传输模式而改变。
通过工作在减少的传输模式，蜂窝电话节省了电池功率以增加蜂窝电话的可用通话时间。例如，对于7dBm的蜂窝电话输出功率和40％的语音有效因素(VAF)(例如，典型的语音呼叫)，蜂窝电话电流消耗的节约量大约为3％。而且，当蜂窝电话输出功率为23dBm，并且VAF为40％时(在基站小区的外围提供呼叫)，电流节省大约为6.5％。而且，当输出功率为23dBm，并且可变速率语音编码器输出数据都为1/8速率帧，(例如，蜂窝电话正在下载文件或者处于静音)，电流消耗大约减少50％。
上面的三个电流节约的例子对应于蜂窝电话工作于通常称为IS-95A或IS-95B标准的速率集1或2。当蜂窝电话工作于称为IS-2000的速率集3时(例如，其中蜂窝电话发射反向链路导频信号)，也节约功耗。例如，当蜂窝电话以23dBm输出功率和所有的1/8速率帧进行发射时，当工作在减少的传输模式时，功耗大约节约10％。
上面的对优选实施例的介绍被提供来使任何本领域普通技术人员实现优选实施例。对于本领域的普通技术人员来说，对这些实施例的修改是显而易见的，不需要使用创造性的能力，就可以将在此限定的一般原理应用到其它实施例中。
Claims (16)
1.一种用在能够以多种不同速率对信息帧进行编码的无线电话中减少从无线电话到远程基站的传输的方法，该方法特征在于：
检测编码速率下降到预定速率；
减少所述无线电话的发射占空度，以使所述无线电话进入减少的传输模式；以及
其中，所述无线电话发送请求到所述远程基站，请求所述基站进入减少的传输模式，以准备所述无线电话进入所述减少的传输模式。
2.根据权利要求1的方法，其中所述无线电话可工作于码分多址蜂窝电话系统中。
3.根据权利要求2的方法，其特征进一步在于：接收来自所述远程基站的减少的传输模式确认，其中所述无线电话响应于接收所述减少的传输模式确认而减少所述发射占空度。
4.根据权利要求2的方法，其中所述编码速率包括对数字化的语音进行编码的速率。
5.根据权利要求4的方法，其特征进一步在于：
确定语音活动的电平；和
响应于所述语音活动的电平，调整所述编码速率。
6.根据权利要求1的方法，其中所述预定速率是八分之一帧速率。
7.根据权利要求1的方法，其特征进一步在于：
接收一命令以中止在所述减少的传输模式中的工作；和
响应于接收所述命令，增加所述发射占空度。
8.根据权利要求1的方法，其中，减少所述发射占空度包括下述任何之一：
周期地禁止所述无线电话中的至少一部分发射器电路；和
周期地减少加到至少一部分所述发射器电路上的功率量。
9.根据权利要求1的方法，其中减少所述发射占空度包括：将所述无线电话的发射占空度从工作的当前占空度减少50％。
10.根据权利要求1的方法，其中所述多个不同速率包括全速率、1/2速率、1/4速率和1/8速率。
11.根据权利要求1的方法，其特征进一步在于：发射消息以退出所述减少的传输模式。
12.根据权利要求1的方法，其特征进一步在于：
在工作于所述减少的传输模式期间，将信号发射到所述远程基站，所述信号包括其间没有进行发射帧的信号的部分，这被检测作为源于在所述减少的传输模式中工作的擦除；
在所述远程基站接收所述信号；和
响应于接收在减少的传输模式中的所述信号，将在接收的信号中检测到的任何擦除视为所希望的擦除而不是作为源于信号传播条件的擦除。
13.根据权利要求12的方法，其中当所述无线电话没有工作于所述减少的传输模式时，所述远程基站工作在第一功率控制算法，且当所述无线电话工作在所述减少的传输模式中，所述远程基站工作在第二功率控制算法，其中所述“将在接收的信号中检测到的任何擦除视为所希望的擦除而不是作为源于信号传播条件的擦除”包括：
当利用第二功率控制算法时忽略所述擦除；和
在使用第二功率控制算法期间，利用在擦除之前的数据帧，以进行功率控制计算。
14.根据权利要求13的方法，其中所述视为步骤包括：所述远程基站不包括在所述减少的传输模式工作期间检测到的掉线呼叫分析擦除。
15.根据权利要求1的方法，其特征进一步在于：
退出所述减少的传输模式；和
在所述远程基站检测从所述减少的传输模式的退出。
16.根据权利要求1的方法，其特征进一步在于：
退出所述减少的传输模式；和
通知所述远程基站退出所述减少的传输模式。
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