CN1097994C - 用于无线基站节省功率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在TDMA通信系统的无线基站中，鉴别一帧中的占用时隙和空闲时隙以产生一个鉴别信号。接收机的功率控制信号根据鉴别信号在时隙中的第一状态和第二状态之间切换。在占用时隙期间，功率控制信号切换到第一状态，而在空闲时隙切换到第二状态。

Description

用于无线基站节省功率的方法和装置
本发明涉及使用时分多址方案的无线移动通信系统，更具体涉及用于无线通信系统中的无线基站的节省功率的技术。
时分多址/时分双工方案是TDMA方案的一种形式，其益处在于容易进行频率管理，并且无需频带对或双工器就能进行发送和接收，这是由于相同载波信号上的交替时隙被分配给前向和反向通信。TDMA/TDD方案的另一个益处是能够仅在基站侧进行分集。在日本TDMA/TDD已经被用于个人手提电话系统，在欧洲被用于数字欧洲无绳电话。
在无线移动通信系统中，无线基站和移动终端需要节省功率控制。由于发送无线信号一般消耗功率大，因此建议了几种发送功率控制方法。
例如，在日本未经审查出版物No.7336291中公开了一种发送功率控制器。根据比特误码率和接收信号的电场级别进行发送功率控制。更具体地，在比特误码率低于阈值时或接收电场级别大于阈值时，发送功率被降低。
然而在分集-组合基站或高业务量的基站的情况下，难于进一步降低功率。分集-组合基站需要多个用于分集组合的接收分支，而高业务量基站需要多个无线收发信机，以应付大的业务量。因此接收机电路所需的功率消耗形成了基站整体功率消耗的更大部分，进而不能只是通过控制发送功率消耗来实现进一步降低功率消耗。
有大功率消耗量的基站在电源故障的情况下将快速用尽备用电源，进一步导致更多的热量产生。
从TDMA方案的接收操作的角度看，仍然有足够空间来降低基站的功率消耗。
本发明的一个目的是提供节省功率的方法和装置，能够基本降低无线基站的总功率消耗。
根据本发明的一方面，在使用时分多址(TDMA)格式的移动通信系统中，将一帧中的占用时隙和空闲时隙区分开，以产生一个鉴别信号，用于接收机的功率控制信号，根据鉴别信号在时隙的第一状态和第二状态之间切换。在占用时隙期间将功率控制信号切换到第一状态，并且在空闲时隙期间，将功率控制信号切换到第二状态。
根据本发明的另一方面，无线基站包括一个无线部分，无线部分包括多个接收机和给无线部分供电的电源。另外，提供有一个鉴别器，鉴别一帧中的占用时隙和空闲时隙，以产生一个鉴别信号，以及一个控制器，用于根据鉴别信号在一个时隙的第一状态和第二状态之间切换一个功率控制信号，其中功率控制信号使供电电源运作。
每个接收机可以包括一个模拟信号部分，模拟信号部分包括一个用于放大射频模拟信号的射频放大器，一个频率转换器，用于通过和本地振荡信号混频，将射频模拟信号转换为中频模拟信号，和一个用于放大中频模拟信号的中频放大器；一个用于产生本地振荡信号的频率合成器；和一个调制解调器部分，包括一个解调器用于解调高频模拟信号，以产生一个数字信号，和一个对数字信号解码以产生接收数据的解码器，
在占用时隙期间，控制器切换功率控制信号到第一状态，而在空闲时隙期间，切换功率控制信号到第二状态。第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机的模拟信号部分关闭电源，使频率合成器和调制解调器部分处于备用模式。
综上所述，由于无线基站的每个接收机都根据鉴别信号，在时隙中受到功率切换控制，无线基站的总的功率消耗同现有技术相比能被降低。这种功率消耗的降低能够防止在电源故障的情况下，备用电池快速耗尽。另外，功率消耗的降低也降低了热量的产生。
图1是一个框图，表示在根据本发明的实施例的收发机中所使用的功率节省电路。
图2表示根据实施例的TDMA/TDD帧中的功率节省电路的操作的图。
图3是一个草图，表示根据本发明另一个实施例的接收机部分。
参考图1，无线基站提供有包括多个和天线相连接的接收机和发送机的无线系统101。在这个实施例中，为4个信道ch1-ch4中的每一个提供了一个发送机和接收机对。每个发送机TX发送从调制器102输入的中频信号产生的相应信道的射频信号。每个接收机RX接收一个射频信号，并将其转换成一个中频信号输出到解调器103。另外，无线系统101的每个接收机RX输出一个相应信道的接收信号强度信号RSSI给TDMA控制器104。TDMA控制器104在处理器的控制下执行无线基站的TDMA/TDD控制。
无线基站还被提供有控制/通信信道鉴别器105，通信ON/OFF鉴别器106，发送/接收时间鉴别器107，和逻辑电路108，为每个信道形成一个供电时隙鉴别器。
控制/通信信道鉴别器105根据接收频率鉴别控制信道和通信信道，并输出一个鉴别信号D1。如所已知的，控制信道的控制时隙被用于链接信道建立阶段和业务信道建立阶段。在控制时隙的预定时间传送必要的控制信号。这里控制时隙被分别分配给发送和接收时间周期的第一时隙。因此每个接收机在预定的时间间隔接收控制信号。当在控制信道接收时，鉴别信号D1是逻辑高。当在通信信道接收时，鉴别信号D1是逻辑低。
通信ON/OFF鉴别器106根据接收信号强度RSSI的幅度，在每个通信时隙鉴别通信的存在与否，并输出一个鉴别信号D2。当接收信号强度在一个通信时隙大于或等于预定阈值时，判定通信是在通信时隙进行的，因此鉴别信号D2处于逻辑高。当在通信时隙接收信号强度RSSI低于预定阈值时，就判定通信不是在通信时隙进行的，也就是通信时隙是空闲。在这种情况下，鉴别信号D2是逻辑低。
发送/接收时间鉴别器107根据帧时间信号FRM鉴别发送时间和接收时间，并输出一个鉴别信号D3。由于在一个TDMA/TDD帧中，前4个时隙被分配给发送而剩余4个时隙被分配给接收，可以由逻辑电路和在帧时间信号FRM操作的时间计数器形成发送/接收时间鉴别器107。在发送期间鉴别信号D3处于逻辑低，而在接收期间处于逻辑高。
控制/通信信道鉴别器105和通信开/关鉴别器106最好用软件实现。例如，这样的鉴别功能可以由运行相应程序的程序控制处理器实现。另外，TDMA控制器104可以包括这些功能。
相应的鉴别信号D1，D2，和D3输出到逻辑电路108。逻辑电路108根据鉴别信号D1，D2，D3，判断功率是否应当被提供给无线系统101的接收机和发送机。更具体地，逻辑电路108有逻辑功能，被定义为在接收周期，所有可能鉴别信号D1，D2，D3的输出Cps的状态，如随后的表中所示。
              表
    D1     D2     D3     CPS
    1     0     1     1
    0     0     1     0
    0     1     1     1
电源控制器109为每个信道输入逻辑电路108的输出Cps，并向无线系统101输出发送机和接收机电源控制信号对，TXC和RXC。根据电源控制信号对TXC和RXC，电源给无线系统101的相应发送机和接收机供电。更具体地，在Cps＝1的情况下，电源提供给相应的接收机，以在时隙进行接收操作。在Cps＝0的情况下，不给相应的接收机供电。因此能够进一步实现降低功率消耗。
在这个实施例中，每个接收机包括一个模拟部分，由射频放大器，混频器和中频放大器组成。如后面所述，它可以包括解调器103，并进而包括一个解码器，除非在时隙中切换开关时出现了任何故障。
参考图2，5毫秒的TDMA/TDD帧由8个时隙组成，每个0.625毫秒，包括240比特。前4个时隙T1-T4被分配给发送，后4个时隙R1-R4分配给接收。另外，时隙T1和R1用作控制信道的控制时隙，而剩余的时隙T2-T4和R2-R4被用于通信信道。控制时隙包括前缀，信道标志，源标志码，目的标识码和其它必须信息。通信时隙包括前缀，信道标识，用户数据和其它所需信息。
假设第三时隙R3被分配用于信道CH1的通信。控制/通信信道鉴别信号D1在控制时隙R1的时间变为逻辑高，如图2(a)所示。通信ON/OFF鉴别信号D2在时隙R3的时间变为逻辑高，如图2(b)所示。由于如图2(c)所示，T/R时间鉴别信号D3在接收时间处于逻辑高，逻辑电路108的输出在Cps根据逻辑功能在时隙R1和R3的时间变为逻辑高，如上表所述。
因此，信道的电源控制信号RXC改变为逻辑高，并且以和图2(e)所示的逻辑电路108的输出在Cps同样的时序给相应的接收机供电。换言之，只有逻辑电路108的输出Cps变为逻辑高时，才给接收机供电。更通俗地，无线系统101的每个接收机根据逻辑电路108的输出Cps在时隙中切换ON和OFF，从而降低无线基站的功率消耗。
参考图3，无线系统101的每个接收机RX包括一个接收部分301，频率合成器302，和调制解调器部分302。在这个实施例中，对接收部分301进行功率ON和OFF控制，而对频率合成器302和调制解调器部分303进行功率增/减控制。
接收部分301将射频信号转换为中频信号，并将其输出到调制解调器部分303。调制解调器部分303输出数字接收数据给和图1所示的一样的TDMA控制器304。
接收机RX被提供有每个信道的供电时隙鉴别器305，它由控制/通信信道鉴别器105，通信ON/OFF鉴别器106，发送/接收时间鉴别器107和逻辑电路108组成，如图1所示。供电时隙鉴别器305的输出Cps使电源控制器306产生一个接收功率电源控制信号RXC。根据电源功率控制信号RXC，电源307给接收部分301，频率合成器302和调制解调器部分303供电。进一步给电源提供备用电池以备急用。
根据电源控制信号RXC给接收部分301供电或断电。根据同一个供电控制信号对频率合成器302和调制解调部分303供电或断电。当上电时，它们被正常供电，而当断电时它们转为备用状态。
更具体地，接收部分301由射频放大器401，混频器402，和中频放大器403组成。射频放大器401放大接收的RF信号而混频器402将接收RF信号和频率合成器302产生的本地振荡信号混频，以产生中频信号。换言之，混频器402是一个频率变换器。中频放大器403放大中频信号并将它输出给调制解调器部分303。允许这些电路部件401-403在时隙中切换ON和OFF。天线开关电路和RSSI检测电路被包括在接收部分301中。
调制解调器部分303由解调器404和解码器405组成。根据电源控制信号RXC对解调器404和解码器405供电或断电，断电时预定空闲电流分别流经频率合成器302，解调器404，解码器405，它们被快速启动。因此和功率ON/OFF的情况一样降低了功率消耗。
通常频率合成器302被用于发送和接收。因此，从实际应用的观点看，不是将频率合成器开和关，而是增加或减少。
相反，有可能接收部分301，频率合成器302和调制解调部分303都根据电源控制信号RXC被提高或降低功率。
由控制/通信信道鉴别器105，通信ON/OFF鉴别器106，发送/接收时间鉴别器107和逻辑电路108组成的供电时隙鉴别器305最好用软件和/或大规模集成电路实现。
本发明可用于TDMA方案，而不仅限于TDMA/TDD格式。
根据本发明，由于无线基站的每个接收机根据供电时隙鉴别器的输出Cps上电/断电或提高/降低，所以无线基站的总功率消耗与现有技术相比能够降低。这种功率消耗的降低防止备用电池在电源故障的情况下快速耗尽。另外，功率消耗降低也减少了热量的产生。

Claims (16)

1.在使用时分多址(TDMA)格式的移动通信系统中，用于无线基站节省功率的方法，其特征在于步骤：
a)鉴别一帧中占用时隙和空闲时隙，以产生一个鉴别信号；和
b)根据鉴别信号，在时隙中的第一状态和第二状态之间为接收
机切换一个功率控制信号；
其中移动通信系统采用多信道时分多址/时分双工(TDMA/TDD)格式，无线基站包括多个对应于不同信道的接收机和发送机对，所述步骤a进一步包括步骤：
根据TDMA/TDD格式鉴别控制信道和通信信道，以产生第一鉴别信号；
根据每一时隙的接收信号强度鉴别通信的存在与否，以产生第二鉴别信号；
根据TDMA/TDD格式鉴别发送时间和接收时间，以产生第三鉴别信号；和
从第一到第三鉴别信号来计算鉴别信号。
2.根据权利要求1的节省功率的方法，其中步骤b包括以下骤：
在占用时隙期间将功率控制信号切换到第一状态；和
在空闲时隙期间将功率控制信号切换到第二状态。
3.根据权利要求1的节省功率方法，其特征在于，第一状态使接收机上电而第二状态使接收机断电。
4.根据权利要求2的节省功率方法，其特征在于，第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机处于备用状态。
5.在使用时分多址格式的移动通信系统中，用于无线基站的节省功率装置，其特征在于，
一个用于鉴别一帧中占用时隙和空闲时隙，以产生一个鉴别信号的鉴别器；和
一个控制器，用于根据鉴别信号在时隙的第一状态和第二状态之间，切换接收机的功率控制信号；
其中移动通信系统使用多信道时分多址/时分双工格式，而无线基站包括多个对应于不同信道的接收机和发送机对，其中鉴别器包括：
第一鉴别器，用于根据TDMA/TDD格式鉴别控制信道和通信信道，以产生第一鉴别信号；
第二鉴别器，用于根据每个时隙的接收信号强度鉴别通信的存在与否，以产生第二鉴别信号；
第三鉴别器，用于根据TDMA/TDD格式鉴别接收时间和发送时间，以产生第三鉴别信号；和
一个逻辑计算器，用于从第一到第三鉴别信号计算一个鉴别信号。
6.根据权利要求5的节省功率的装置，其中在占用时隙期间控制器将功率控制信号切换到第一状态，并且在空闲时隙期间，将功率控制信号切换到第二状态。
7.根据权利要求5的节省功率装置，其中接收机包括：
一个模拟信号部分，包括用于放大射频模拟信号的射频放大器，频率转换器，用于通过和本地振荡信号混频，将射频模拟信号转换为中频模拟信号，和一个用于放大中频模拟信号的中频放大器；
一个用于产生本地振荡信号的频率合成器；和
一个调制解调器部分，包括一个用于解调高频模拟信号，以产生一个数字信号的解调器，和一个对数字信号解码以产生接收数据的解码器，
其中在占用时隙期间，控制器切换功率控制信号到第一状态，而在空闲时隙期间，切换功率控制信号到第二状态。
8.根据权利要求7的节省功率装置，其中
第一状态使接收机上电；和
第二状态使接收机的模拟信号部分断电，使频率合成器和调制解调器部分处于备用模式。
9.根据权利要求6的节省功率装置，其中第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机断电。
10.根据权利要求6的节省功率装置，其中第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机处于备用模式。
11.在使用时分多址格式的移动通信系统中的无线基站，包括：
包括多个接收机的一个无线部分；和
给无线部分供电的电源，其特征在于一个鉴别器，用于鉴别一帧中的占用时隙和空闲时隙，以产生一个鉴别信号；和
一个控制器，用于根据鉴别信号在一个时隙的第一状态和第二状态之间切换功率控制信号，其中功率控制信号使电源操作；
其中所述鉴别器包括：
第一鉴别器，用于根据TDMA/TDD格式鉴别控制信道和通信信道，以产生第一鉴别信号；
第二鉴别器，用于根据每个时隙的接收信号强度鉴别通信的存在与否，以产生第二鉴别信号；
第三鉴别器，用于根据TDMA/TDD格式鉴别接收时间和发送时间，以产生第三鉴别信号；和
一个逻辑计算器，用于从第一到第三鉴别信号计算一个鉴别信号。
12.根据权利要求11的无线基站，其中在占用时隙期间控制器切换功率控制信号到第一状态，而在空闲时隙期间切换功率控制信号到第二状态。
13.根据权利要求11的无线基站，其中第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机断电。
14.根据权利要求11的无线基站，其中第一状态使接收机上电，而第二状态使接收机处于备用模式。
15.根据权利要求11-14任意之一的无线基站，其中每个接收机包括：
一个模拟信号部分，包括用于放大射频模拟信号的射频放大器，频率转换器，用于通过和本地振荡信号混频，将射频模拟信号转换为中频模拟信号，和一个用于放大中频模拟信号的中频放大器；
一个用于产生本地振荡信号的频率合成器；和
一个调制解调器部分，一个解调器用于解调高频模拟信号，以产生一个数字信号，和一个对数字信号解码以产生接收数据的解码器，
其中在占用时隙期间，控制器切换功率控制信号到第一状态，而在空闲时隙期间，切换功率控制信号到第二状态。
16.根据权利要求15的无线基站，其中
第一状态使接收机上电；并且
第二状态使接收机的模拟信号部分断电，使频率合成器和调制解调器部分处于备用模式。
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