CN101048941B - 延长电池使用期限的无线设备和方法 - Google Patents

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Abstract

在这里提供的是一种用于支持延长的电池使用期限的无线设备(110)。收发信机(132)被配置成在无线链路上接收和发射数据。帧检测传感器(140)与收发信机耦合并且被配置成感测输入帧以及产生输入帧传感器信号。控制器(142)与帧检测传感器和收发信机相耦合，它被配置成至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活收发信机设备的一部分。本发明的优点包括有能力延长移动无线设备中的电池使用期限。

Description

延长电池使用期限的无线设备和方法
技术领域
本发明涉及无线局域网(WLAN)的通用领域，尤其涉及的是提升移动设备中的电池的使用期限。 
背景技术
当前，无线局域网(WLAN)正处于演进之中，并且通信速度也在日益提高。但是，移动无线设备使用了相当多的一部分电力来操作设备中的收发信机部分。因此，当移动设备活跃地使用WLAN通信时，电池的使用期限将会缩短。 
当前，最流行的无线协议之一是802.11，它代表的是一种IEEE标准。802.11协议具有多种类型，例如802.11a、802.11b等等。IEEE802.11bWLAN标准提供的是一种包含了被配置成检测WLAN帧的接收机的协议标准。该接收机对任意接收信号持续执行检测算法，以便寻找帧的同步部分，这种处理需要整个接收链(LNA、LO、滤波器等等)始终都处于活动状态。换句话说，由于帧的到达时间未知，因此，常规实施方式需要整个接收链始终处于活动状态。这种永远接通的配置代表了移动无线设备的极大功耗。 
随着这些例示协议的演进，较为理想的是在新的移动无线设备中包含传统设备兼容性，从而包含与旧协议的互通性。由于某些传统协议需要较多同步时间，因此存在这样的技术，其中当使用旧的协议与传统网络进行通信时，这些技术可以利用那些用于新移动设备的能力基于新协议来快速同步，从而提高电池使用期限。 
发明内容
目前需要的是一种用于在与新协议和传统协议进行的通信的同时延 长无线设备中的电池使用期限的技术。而这里所述的发明则提供了一种用于延长无线设备电池使用期限的技术。 
本发明支持具有延长的电池使用期限的无线局域网(WLAN)。本发明短暂切断并接通无线设备中的某些部分的电源，这些部分可以是无线电前端和接收链中的其他设备。其中关机时间将会足够短，以确保不损害功能。而接通周期则足够长，以便检测到帧。这些关机时间可以明显减少无线设备功耗。本发明的应用是移动和电池供电的WLAN系统或是具有低功率接收机需求的其他WLAN。 
在一个例示实施例中，其中提供了一种用于支持延长的电池使用期限的无线设备。收发信机被配置成在无线链路上接收和发射数据。帧检测传感器与收发信机耦合，并且被配置成感测输入帧以及产生一个输入帧传感器信号。控制器与帧检测传感器以及收发信机相耦合，它被配置成至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活收发信机设备中的某一部分。 
在本发明的一个方面中，对射频(RF)接收机的某些部分、例如低噪声放大器(LNA)、本地振荡器(LO)、滤波器以及其他那些具有快速接通和切断时间的组件来说，这些部分将会在很短的间隔中接通和切断。这些间隔足够短，以确保接收机仍旧可以检测到WLAN帧。接通周期则足够长，以便能够检测到“在空中”是否存在帧。所述接通和切断时间既可以由数字芯片(基带芯片)控制，也可以由RF芯片(接收机前端)控制。 
本发明的优点包括能够延长移动无线设备中的电池使用期限。 
附图说明
本发明是参考下列附图而被描述的。 
图1描述的是一个例示的无线网络，其中该网络显示了经由网络相互通信并且与接入点通信的多个无线设备； 
图2描述的是根据本发明实施例的例示无线设备； 
图3A～C描述的是根据本发明实施例的例示无线协议帧；以及 
图4是显示根据本发明实施例来延长在无线局域网(WLAN)中工作的 无线设备的电池使用期限的方法的流程图。 
具体实施方式
本发明是参考具体的设备和实施例而被描述的。本领域技术人员将会了解，本发明用于说明目的并且旨在提供用于实施本发明的最佳模式。虽然在这里参考了具体的无线设备和协议，但是本发明同样适用于众多不同类型的设备和协议。举例来说，虽然在这里使用的是无线协议802.11，但是本发明同样适用于其他协议和通信技术，例如蜂窝通信以及模拟和数字变体。此外，虽然在这里使用了因特网作为例示的通信网络，但是其它类型的网络同样是可以与本发明结合使用的。 
图1描述的是一个例示的无线局域网100(WLAN)，其中显示了相互之间经由网络进行通信的多个无线设备110a～110e。这些设备相互之间能够使用IEEE标准802.11之类的无线协议来进行通信。其中举例来说，这些设备110a～110e可以是电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机或其他电子设备。此外，这其中的某些设备可以基于电池电源，而其他设备则可以由可用的电源插座供电。 
WLAN接入点112是为了将设备连接到因特网120而提供的。虽然在图1中只显示了一个接入点，但是多个接入点也是可以存在的，并且每一个接入点既可以直接连接到因特网，也可以经由其他路由器或交换机相互连接和/或连接到因特网。 
图2描述的是根据本发明实施例的例示无线设备110。无线设备100包括无线电前端132和基带部分134。前端132包括多个标识为132a的接收机电路。其中举例来说，这些接收机电路包括低噪声放大器(LNA)、本地振荡器(LO)、滤波器以及具有快速接通和切断时间的可能组件。基带134包括模数转换器(ADC)136以及数字控制处理电路138。设备110通过检测输入帧的能量、通过检测帧起始端的同步信号或是通过检测这二者的组合来检测WLAN帧。在本发明的一个方面中，如下所述，能量是在ADC中借助增大的输入模拟信号而被检测的。对稳定的帧检测处理来说，其中只有一部分同步信号是必需的。该技术是参考图3A～C而被描述的。
图3A～C描述的是根据本发明实施例的例示无线协议帧。帧3A描述的是根据IEEE802.11标准的长帧格式150。在这种格式中，前同步码和报头的长度是192μs。帧3B描述的是根据IEEE802.11b标准的短帧格式160。在这种格式中，前同步码和报头的长度是96μs。使用短帧的发射机只与同样能够接收短帧的另一个接收机相配合。由此，为了与不能接收短前同步码和报头的接收机配合，发射机必须使用长前同步码和报头。新的设备是能够使用短帧格式的，但旧的传统设备则不能使用。 
图3C描述的是使用一个128μs的例示同步的帧170。通过接通和切断接收路径(T_on和T_off)，可以使用这个时间长度与短前同步码/报头之间的差别来节省接收路径中的电力。其中每一个部分都足够长，由此可以可靠地检测到输入帧。由于本发明在不需要从前同步码中检测帧的情况下仍旧可以可靠地检测到帧，因此举例来说，该时间的剩余部分可以被称为T_not_needed。T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测帧的持续时间。接通(T_on)和切断(T_off)时间则是由无线电134的基带部分控制的。一旦基带部分检测到存在某个帧，那么它会将接收路径保持在接通状态，并且同步到某个输入帧，以及继续接收和解码所述帧的剩余部分。 
根据本发明的实施例，帧检测传感器140与收发信机相耦合，并且被配置成感测输入信号以及产生输入帧传感器信号。在这种情况下，该传感器将会合并到数字控制和信号处理部件138中。该数字控制和信号处理部件138充当的是至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活收发信机中的某一部分的控制器。 
在一个方面中，该收发信机包括接收机部分132a以及发射机部分，并且该控制器被配置成至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活接收机132a。在一个方面中，该控制器被配置成至少一部分基于帧传感器信号而在预定时段中有选择地去激活收发信机。此外在一个方面中，所述预定时段短于预期时间。 
对所述系统来说，该系统将会检测输入帧的能量，或者在帧的起始端检测同步信号，抑或是将这二者将结合，从而检测WLAN帧。要可靠检测某一个帧，所需要的仅仅是一部分同步信号。帧检测传感器则会产生一个 帧传感器信号。 
对所述帧传感器信号来说，通过接通和切断接收路径，该信号可以用于节省接收路径中的电力。每一个部分都足够长，由此仍旧可以可靠地检测输入帧。所述接通和切断时间则受接收机的基带部分134控制。一旦该基带部分检测到帧的存在，那么它会将接收路径保持在接通状态，并且同步到某个输入帧，以及继续接收和解码帧的剩余部分。 
接通时间取决于由WLAN系统检测输入帧的存在所要耗费的时间。对802.11b来说，这个时间介于3us与4us之间。切断时间则是如下时间确定的，其中包括接通接收机所要耗费的时间，以及用于与帧同步、运行自动增益控制(AGC)、频率偏移估计以及训练该均衡器所需要的同步信号数量。 
对接收机的数字部分来说，接通时间几乎是即时的。对接收机的模拟部分来说，接通时间取决于接收机内部的部件。对低噪声放大器(LNA)、混频器、压控振荡器(VCO)、滤波VGA以及缓存器来说，这些部件通常具有大小为2us～3us的接通时间。振荡器(XO)和锁相环(PLL)则具有约为数百微秒的更长接通时间。 
成功接收某个帧所需要的同步序列数量取决于若干个因素。第一个因素是前同步码类型。根据是否使用了802.11b或a/g，可能的前同步码是长SYNC、短SYNC以及OFDM(正交频分复用)训练符号。第二个因素取决于系统是否使用了接收分集，而第三个因素则取决于下列算法的速度以及这些算法以指定帧差错率来解码剩余帧所需要的同步信号数量。 
对长SYNC前同步码来说，由于为长和短SYNC使用的是相同的算法，因此前72μs在例示的实施方式并不是必需的。对短SYNC来说，如果使用了接收分集，那么即使未使用全部的短SYNC，也会有大多数的短SYNC被使用。如果未使用接收分集，那么前11μs的短SYNC信号是没有必要使用的。对OFDM训练符号来说，如果使用了接收分集，那么即使未使用全部的符号，也会有大多数符号被使用。如果未使用接收分集，那么前4μs的OFDM训练符号是不需要的。 
在下文中提供了例示的计算处理来计算T_on和T_off时间。 T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测出帧的持续时间。T_rf_switchon是无线电前端在稳定状态中接通所需要的时间。T detect则是设备检测输入帧的存在所需要的时间。 
最大切断时间是如下计算的。 
T_off<＝T_not_needed-T_rf_switchon-T_detect 
T_detect_b＝3us(用于802.11b帧的检测时间) 
T_off_long_sync<＝72-2-3＝67μs 
在这个实例中，占空度是7.5％。 
如果以WLAN无线电部分为例，那么接收模式中的总电流大约为90mA。在T-off中，其中大约可以节省58mA。 
在新模式中，功耗将会从90mA减少到(90-58)mA+7.5％*58mA＝32mA+4.3mA＝36.3mA。这个实例将会变换成大小约为60％的功率节省。 
对短前同步码和无分集情况来说，电力的节约将会较小，但是仍旧是非常显著的。OFDM帧的改进可以取决于接通RF、检测信号以及与训练符号相同步所需要的时间。 
图4是显示根据本发明实施例来延长在无线局域网(WLAN)中工作的移动无线设备的电池使用期限的方法的流程图200。在步骤202，该设备将会由用户通电。步骤204将会识别网络类型并且确定使用中的前同步码类型。步骤206将会根据网络类型来设置T_on和T_off。步骤208则会在时间T_on中激活设备，并且步骤210将会检测帧的存在。假定检测到了一个帧，步骤212将会捕捉所述帧并且将处理返回到步骤208。如果步骤210并未检测到帧，那么步骤214会在预定时间T_off去激活设备中的某一部分。 
假设未使用短前同步码，那么步骤208将会确定长前同步码正处于使用之中，并且步骤210将会确定是否存在活动。如果是的话，那么步骤212将会捕捉所述帧，并且继续向设备的激活部分提供电力。如果没有WLAN活动，那么步骤214会在时间T_off中去激活无线设备的某一部分。在本发明的这个方面中，设备会在预定时间中被去激活。如上所述，其他 去激活特性同样是可以预见的。 
本发明的优点包括有能力延长无线通信中的电池使用期限。 
虽然在这里公开了例示实施例和最佳模式，但是在处于后续权利要求所定义的发明主题和实质的情况下，针对所公开实施例的多种修改和变更都是可行的。

Claims (4)

1.一种支持延长的电池使用期限的无线设备(110)，包括：收发信机(132)，它被配置成在无线链路上接收和发射数据；与收发信机耦合的帧检测传感器(140)，它被配置成感测输入帧以及产生输入帧传感器信号；以及与帧检测传感器和收发信机相耦合的控制器(142)，它被配置成至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活收发信机设备的一部分，
其中该收发信机包括接收机部分和发射机部分，并且控制器被配置成至少部分基于帧传感器信号而在预定时段T_off中有选择地去激活接收机部分，
其中所述预定时段T_off＜＝T_not_needed-T_rf_switchon-T_detect，其中T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测出帧的持续时间，T_rf_switchon是无线电前端在稳定状态中接通所需要的时间，以及T_detect则是所述无线设备检测输入帧的存在所需要的时间。
2.一种支持延长的电池使用期限的无线设备(110)，包括：收发信机(132)，它被配置成在无线链路上接收和发射数据；与收发信机耦合的帧检测传感器(140)，它被配置成感测输入帧以及产生输入帧传感器信号；以及与帧检测传感器和收发信机相耦合的控制器(142)，它被配置成至少部分基于帧传感器信号而在预定时段T_off中有选择地去激活收发信机，
其中所述预定时段T_off＜＝T_not_needed-T_rf_switchon-T_detect，其中T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测出帧的持续时间，T_rf_switchon是无线电前端在稳定状态中接通所需要的时间，以及T_detect则是所述无线设备检测输入帧的存在所需要的时间。
3.一种用于在具有供无线网络使用的收发信机的无线设备中延长电池使用期限的方法，其中包括以下步骤：在无线链路上接收和发射数据；检测输入帧并且产生输入帧传感器信号；以及至少部分基于帧传感器信号而有选择地去激活收发信机的一部分，
其中该收发信机包括接收机部分和发射机部分，并且其中有选择地执行去激活地步骤包括至少部分基于帧传感器信号而在预定时段T_off中有选择地去激活接收机部分的步骤，
其中所述预定时段T_off＜＝T_not_needed-T_rf_switchon-T_detect，其中T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测出帧的持续时间，T_rf_switchon是无线电前端在稳定状态中接通所需要的时间，以及T_detect则是所述无线设备检测输入帧的存在所需要的时间。
4.一种用于在具有供无线网络使用的收发信机的无线设备中延长电池使用期限的方法，其中包括以下步骤：在无线链路上接收和发射数据；检测输入帧并且产生输入帧传感器信号；以及至少部分基于帧传感器信号而在预定时段T_off中有选择地去激活收发信机的步骤，
其中所述预定时段T_off＜＝T_not_needed-T_rf_switchon-T_detect，其中T_not_needed是检测算法不需要从前同步码中检测出帧的持续时间，T_rf_switchon是无线电前端在稳定状态中接通所需要的时间，以及T_detect则是所述无线设备检测输入帧的存在所需要的时间。
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