CN1345507A - 便携式多波段通信设备以及确定其耗电量的方法 - Google Patents

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Abstract

便携式多波段通信设备中包括功率放大器(216)、用于为该功率放大器供电的电池(270)、以及控制器(240),该控制器通过生成功率放大器的数字控制信号(DAC数值),从而去控制通信设备的输出功率值。该控制器还监测数字控制信号(DAC数值),并且对此做出响应而确定电池(270)的耗电量。

Description

便携式多波段通信设备以及确定其耗电量的方法
技术领域
本发明涉及到便携式多波段通信设备,该设备中包括功率放大器、用于为该功率放大器提供能量的电池、以及控制器,该控制器通过生成功率放大器的数字控制信号,从而去控制通信设备输出功率值。更特别的是,本发明可以提供便携式多波段通信设备,该设备具备改进的用于估计剩余电池容量的耗电量确定功能。本发明还涉及到这种耗电量确定方法。
现有技术
使用便携式电池供电通信设备的用户希望能够得到一个全功能设备。更加明确地讲就是,用户需要确切地知道:在电池内所存储的电量被消耗完从而需要对电池进行重新充电之前,其所使用的设备还能工作多长时间。这一需求对于移动电话用户来说更为确切。因此在本文件的其它描述部分中,都采用移动电话来示范说明本发明的便携式通信设备和方法而并不限制本发明。
为了对移动电话的剩余工作时间做出精确地估计,用户需要一个准确的、性能良好的电池容量指示符或者“能源测度表”。图1中概要说明了一个具有显示器6的移动电话1,显示器中给出做为电池容量指示符的图标13。如图1所示,电池图标13目前剩余电量大约还有原始电池电量的25%。移动电话1还可以具有用于确定并且指示所估计的剩余运行时间(即在电池必需被充电之前所剩余的估计时间)的显示。
确定剩余电池容量基本上包括两个独立的电流测量值:一个是对流入电池的电流进行测量值(充电),另一个是对电池中所消耗的电流进行测量值(放电)。
充电电流通常相对容易测量。微处理器(CPU)可以读取一个经过A/D转换的信号,该信号直接与一个小电阻上的电流成正比。由于微处理器控制充电过程,因此它可以访问所有用于计算在特定时间段内提供给电池的总电流的相关数据。
另一方面,测量放电电流或者电流消耗则要复杂得多,特别是对于那些具备复杂功能以及多种操作模式的先进电话来说尤其如此。传统意义上讲,当电话处于不同的操作模式时,一般都通过计算期望的电流消耗来测量放电电流。早期的移动电话基本上只包括两种操作模式:通话模式和待机模式。对于这种移动电话来说,分别在测试实验室环境中测量一次通话模式和待机模式中的电流消耗,并且在电话的存储器中存储该电流消耗值,以做为各自预定的消耗值。在工作过程中,电话需要分别记录通话模式和待机模式下所花费的时间,随后通过对相应的操作时间与预定消耗值的相乘,来计算电池电流消耗总量。
在US-A-5248929中阐述了这种方法,其中移动电话内的微处理器周期性地执行一个中断驱动软件程序(每隔100毫秒),并且在此期间确定其瞬时工作模式。从存储器中读取预定消耗值,并且把计算得到的耗电量值添加到累积值中,于是接下来该累积值就可以用于确定通话模式和待机模式中剩余的电池容量和通话时间。
尽管在只具备两种工作模式的简化实例情况中上述方法提供可以令人接受的耗电量估计,但是对于具备多种操作模式的更加先进的电话来说,上述的现有方法已经被证明不再实用。例如,目前现有的TDMA(时分多址复用)电话的耗电量就不仅仅取决于电话究竟是处于待机模式还是处于通话模式;其耗电量还至少要受到如下待机模式和通话模式状态的影响:
待机模式
临近基站的数量
寻呼频率
背光
LCD图标模式开/关
位置更新频率
顶端指示器
附件连接/未连接
通话模式
输出功率
背光
波段(900/1800/1900MHz)
HR/FR/EFR(半速率/全速率/改进的全速率),即语音编码模式
HF算法
DTX/无DTX(间断传输)
DRX/无DRX(间断接收)
附件连接/未连接
上述状态中,通话模式中的输出功率对电池耗电量的影响是最大的。对于工作在多于一个频段的电话(即多波段电话)来说,在不同频段条件下,其输出功率也是不相同的。最后的结论是,就所有其它影响耗电量的参数来说,多波段电话会具备大量的不同操作模式。上述已知方法不能够提供准确有效的耗电量确定,因此迫切需要找到另一种方法来确定多波段电话的电池耗电量。
发明概述
本发明的目的在于提供一种用于确定便携式多波段通信设备(例如移动电话)电池耗电量的改进的新方法。
总的来说,可以通过随后本发明的理解来实现本发明的目标。首先,通过利用现有的功率放大器控制装置,可以避免上述的问题,即:由于多波段通信设备具有大量的不同操作模式从而导致常规耗电量估计变得非常复杂和不准确。更加明确地讲,当多波段电话传送语音或者数据的时候,它都要如上述那样根据所采用的频段以正确的输出功率值进行发射。可以由控制器控制到达功率放大器模块的模拟控制信号从而得到正确的输出功率。为了实现这一目的,控制器需要计算恰当的数字(例如十六进制)值(DAC数值),然后由D/A(数字到模拟)转换器把该取值变换为功率放大器的模拟控制信号。
根据本发明,在通话模式中,由于功率放大器要消耗电池所提供的总电流的大部分,所以在电话最初投入使用之前,可以针对不同的DAC数值来准确地预定功率放大器的耗电量,最好是在测试实验室环境中通过测量来得到这些结果。因此,这些预定耗电量值可以与所有可能的DAC数值中的各个值相关,并且可以预先存储在电话的存储器中。
而且根据本发明,这些预存储的耗电量值可以被控制器用于去保持记录连续两次电池充电时刻之间的累积耗电量值。由于进行发射时,控制器还负责生成DAC数值,所以做到这一点是可能的。因此,控制器始终能够访问瞬时DAC数值,并且能够读取要被添加到累积值中的相应的预存储耗电量值。
本发明特别适用于TDMA电话,该电话中使用不同的控制脉冲或者“选通脉冲”来实现不同无线电路的(例如功率放大器、滤波器和同步合成器、以及其它电子电路(例如A/D转换器))的接通和关断。这样该选通脉冲就完全受微处理器的控制,使得电话就可以在正确的时隙当中进行收发操作。
更加确切地说,可以根据所附的各独立权利要求中的便携式通信设备以及用于确定其耗电量的方法来实现上述目的。根据附图和从属权利要求以及随后的详细阐述中可以了解本发明的其它目的、特征以及优点。
附图简述
现在参考附图,详细描述本发明的优选实施例,其中:
图1是移动电话的正视图,其中具有显示剩余电池容量的图形指示符;
图2是图1中所示移动电话中的主要电子和电气部件的框图;
图3中根据第一实施例概要说明了硬件实施方案;
图4和图5是根据第一实施例来说明其软件实施方案的流程图;
图6-8说明本发明的第二实施例;以及
图9-11说明本发明的第三实施例。
实施例详细描述
参考图1所示的移动电话1来详细描述本发明的某些实施例。然而正如已经所提到的,本发明也可以等效地适用于所有处于各独立权利要求定义之内的其它便携式通信设备。
移动电话1是一个蜂窝GSMTDMA电话,它包括天线2、用于标识操作状态的顶端指示器3、扬声器4、音量调节按钮5、图形显示器6、键盘7中的一组按键、以及通过转轴12与电话机壳11相连的翻盖8。该翻盖8内具有用于从电话用户接收话音能量的语音孔口9。声音能量通过翻盖8,经由内部声音通道(图中没有画出)被发送到电话机壳11上的内部话筒中(没有画出)。
显示器6包括信号强度指示符14、电话操作指示符、日期指示符15以及剩余电池容量指示符13。
图2中给出了移动电话中的主要电子电路。从整体角度出发,电路中包括天线200、无线模块210、信道编码/译码模块220、语音编码/译码模块230、控制模块240、话筒250、扬声器260以及电池270。对于TDMA电话来说,除了控制模块240之外,所有模块200、210、220、230、250、260和270都具备公知的典型设计和结构,它们一般都可以从市场中得到。因此,随后只是对这些部分进行简单地描述;对于本领域的技术人员来说,其详细结构都是公知的。
语音编码/译码器230中包括一个语音编码器232,其输入端被连接到话筒250的输出端,而且该输出端被连接到模块220中的信道编码器222的输入端。信道编码器222的输出端被连接到发射机214的输入端,该发射机又是无线模块210的一部分。发射机214的输出端与天线200相连。因此按照公知的方式,话筒250接收来自用户的语音音频输入,并且将其转变为相应的电信号,然后把该信号送到语音编码器232。语音编码器232中,对信号采用任何一种HR、FR或者EFR语音编码方法,并且把其结果传送到信道编码器222,其中根据GSM TDMA标准来实施信道编码。信道编码器222的输出端连接到发射机214,该发射机中包括例如放大器、滤波器和混频器在内的各种电子电路。功率放大器216控制发射机214的输出功率值。接下来,功率放大器216又受模拟控制信号Pwr Ctrl的控制,该控制信号由控制模块240以数字信号(DAC)的形式提供,然后由D/A转换器218变换成称为模拟信号Pwr Ctrl,这些将在随后给出详细描述。发射机214的输出是任一可用频段(例如900或者1800MHz)中的高频TDMA信号,而且该信号被提供给天线200,然后从天线200以电磁波的形式被发射到空中以进行传播。
相应地,由天线200接收输入TDMA信号,然后由无线模块210中的接收机212进行处理。基本上,接收机212的操作是与发射机214(212)的操作相反的。接收机212的输出信号需要经过模块220中信道译码器224的译码,然后再经过模块230中语音译码器234的译码。其输出被提供给扬声器260,在此把电信号转换称为音频信号,以便提供给用户。
电池270被设计成可以为模块210、220、230和240当中的各种电子电路提供能量。电池270最好是任何商用的可充电电池,例如锂离子电池、镍氢电池或者镍镉电池。
控制模块240包括微处理器或者CPU(中央处理器)242,该处理器与存储器244保持双向连接。除了各种功能之外,CPU 242通过控制信号(图2中以单向箭头所标识)去控制模块210、220和230当中的各种部件以及A/D转换器248。更加明确地说,无线模块210的部件(它们消耗大部分电池270所提供的电能)要受到CPU242以及相关定时发生器246的控制(通过相应的脉冲信号或者“选通脉冲”来实现该控制)。因此在CPU 242的控制之下,定时发生器246生成“TX str”选通脉冲并传送到发射机214。类似地,“RX str”选通脉冲用于去控制接收机212。而且一个单独的选通脉冲用于去控制A/D转换器248。
到此为止,控制模块240及其通过不同选通脉冲进行操作的方法,在本质上都等同于标准的GSM TDMA电话。
根据第一实施例,控制模块240中配有选通脉冲检测器247,该检测器被设计去检测由定时发生器246通过单独的控制线路所提供的选通脉冲(即用于切换特定电路的接通、关断的控制脉冲)的出现,该控制线路分别连接定时发生器246以及无线模块210当中的发射机214和接收机212。同时,选通脉冲监测器247被设计去读取要提供给D/A转换器218的数字控制信号(DAC数值)的瞬时值,该值用于控制功率放大器216的输出功率值。此外,选通脉冲监测器247被设计成去计算对于不同的输出功率值(不同DAC数值)而生成的TX选通脉冲的数量。正如随后进行的详述那样,CPU242将使用这些数据去确定电池270的耗电量。
在提供选通脉冲监测器247和用于确定上述耗电量值的CPU的详细描述之前,先讨论利用控制信号或者选通脉冲去确定耗电量的本发明的概念。
正如已经讨论过的,TDMA电话使用多个控制脉冲或者选通脉冲,这种脉冲被用于去实现各种无线电路的接通、关断的切换。这样选通脉冲就会完全受CPU242的控制,从而使电话能够在正确的TDMA时隙中接收和发送。例如为了接通发射机214及其相关部件(例如功率放大器216),在每个TDMA帧中,至少要激活一次TX选通脉冲。恰好在正确的时隙之前,TX选通脉冲激活发射机,然后在该时隙之后,通过把TX选通脉冲从逻辑高电平切换到逻辑低电平,从而立即使发射机截止。在正常的通话模式(即语音呼叫)中,只要电话呼叫持续进行,CPU242和定时发生器246就会在每个TDMA帧内准确地生成一个TX选通脉冲。另一方面,在数据呼叫的情况中,每个TDMA帧内的TX选通脉冲可以是两个或者多个(多时隙)。同时如上所述,为了得到发射机214的正确输出功率值,CPU242可以确定数字控制信号DAC值的一个确定的数字取值(十六进制),然后该数值被转换为模拟控制信号Pwr Ctrl,用于去控制功率放大器216。
现在由于TX选通脉冲激活/截止发射机214和功率放大器216中的一组预定电子电路,并且由于这些电路中的每个电路单独的耗电量都是公知的、并且/或者可以针对所有可能的DAC数值,在测试实验室环境中通过一劳永逸的准确测量而得到的,所以根据本发明,不同的DAC取值都与各个预定的特定电流消耗值相关,表示由一个TX选通脉冲所激活的所有相关发射机和功率放大器的电流消耗。
因此,通过记录对于不同DAC取值的TX选通脉冲的出现次数,就可以通过将计数结果与每个TX选通脉冲的预定电流消耗值相乘从而很容易地计算给定时间周期内由TX选通脉冲所引起的总电流消耗。
做为本发明的一个重要优点,上述的本发明方法完全与电话究竟是进行语音呼叫(每个TDMA帧内准确地包括一个TX选通脉冲)还是进行数据呼叫(多时隙;每个TDMA帧内可能包括多于一个TX选通脉冲)无关。无论出现什么样的帧,检测器247只需要简单地记录TX选通脉冲的出现次数。
除了上述的TX选通脉冲之外,还需要监测RX选通脉冲以及其它选通脉冲,例如用于控制A/D转换器248的A/D选通脉冲。
回到第一实施例的详细描述中,选通脉冲检测器247包括图3中所示的脉冲计数寄存器300。由于TX选通脉冲期间的电流消耗取决于发射的瞬时功率值(由DAC数值所设定),所以脉冲计数寄存器300中包括多个(或者n+1个)存储器单元TxStrobe[00](即发射选通脉冲[00])、TxStrobe[01]、TxStrobe[02]、…TxStrobe[n]。每个存储器单元都对应一个DAC数值。
最初,所有的存储器单元都被清零,即被设置为0。然后,每当定时发生器246产生一个TX选通脉冲的时候,选通脉冲检测器247就会增加存储单元TxStrobe[i]中的内容,其中i对应于由DAC数值而设定的瞬时发射功率值。
正如已经提到的,电流消耗值是与脉冲计数寄存器300内的每个存储器单元相关联的。这些电流消耗值(它们表示对于一个特定DAC数值由TX选通脉冲所激活的相关电子电路所消耗的电流值)都被存储在电流消耗寄存器310当中。与脉冲计数寄存器300的方式类似,电流消耗寄存器310可以位于优选地以EEPROM存储器的形式来实施的选通脉冲检测器247之内,或者该寄存器也可以位于在常规的存储器244当中。
图4给出根据第一实施例的实时监测TX选通脉冲的算法。在该实施例中,由选通脉冲检测器247来执行该算法。在初始化时,在第一步骤400中,所有的存储器单元TxStrobe[]都被清零(设置为0)。随后在一个循环当中包括连续执行步骤410、420和430。步骤410监测是否检测到了TX选通脉冲。如果没有检测到这种选通脉冲,控制过程立即返回到开始步骤410。而另一方面,如果所得到的回答是肯定的,则在步骤420确定瞬时DAC数值。然后在步骤430,递增存储器单元TxStrobe[DAC数值]的内容。此后,控制过程返回到步骤410重新开始,由此构成无终止的循环。这样,为了记录由此所引起的瞬时电流消耗,控制模块240需要连续地监测TX选通脉冲的出现,并且读取相关的瞬时DAC数值。
图5给出控制模块240所执行的算法,其目的在于确定累积的耗电量值,并且利用该数值去确定剩余的电池电量。如步骤500所示,通过实现脉冲计数寄存器300内所有存储器单元TxStrobe[00..n]与电流消耗寄存器310内的相应存储器单元TxCurrent[00…n](即:发射电流[00……n])的相乘,可以计算出累积电流消耗数值。然后把这些相乘数值相加,最后再与发送脉冲串的预定的持续时间tTxstrobe。相乘,在步骤500可以得到总累积耗电量值。在步骤510中利用该数值去确定剩余的电池容量,为此,优选地利用前一次的剩余电池容量减去步骤500中所得到的累积耗电量值。随后在步骤520中,更新显示器6中的电池图标13,以反映经过更新的剩余电池电量估计。
在图6-8中给出了第二实施例。如图6所示,第二实施例中只使用一个计数器(电流计数),而不是计数器列表,因此可以节省存储器。仍然要使用电流消耗寄存器610,以便保存预定的电流消耗值。
图7中给出根据第二实施例用于监测TX选通脉冲的实时算法。在步骤700,对电流计数器进行复位或者初始化。在步骤710,监测是否检测到了TX选通脉冲。如果得到的回答是肯定的,控制过程转移到步骤720,在其中确定瞬时DAC数值。在步骤730,根据步骤720中确定的DAC数值,把电流消耗寄存器610中存储单元TxCurrent[DAC数值]的内容增加到电流计数器中。完成步骤730之后,控制过程返回到开始步骤710。
图8给出根据第二实施例用于更新电池指示符的算法。在步骤800中,可以通过实现发送脉冲串持续时间trxstrobe与电流计数器内数值的相乘来计算累积耗电量值。在随后的步骤810和820当中,按照图5中步骤510和520中类似的方法来确定剩余电池电量,并且更新显示器6中的电池图标13。与第一实施例相比,图6-8所表示的第二实施例更加节省存储器空间,而且也能够避免全部寄存器的相乘操作,从而可以节约CPU的功率效率。
图9-11给出本发明的第三实施例。对于第三实施例来说,又可以进一步改善存储器效率。与第一和第二实施例相比,电流消耗寄存器910的规模也被减小了。通过内插方法来获得正确的电流消耗值,这在本质上不会导致或者只导致非常小的误差。与第二实施例类似,第三实施例中使用一个电流计数器,但是其电流消耗寄存器910的规模也被减小了,即每8个DAC数值才存储一个电流消耗值。电流消耗寄存器910的序号将通过计算idx-DAC模8操作得到。读取两个相邻的存储器单元TxCurrent[idx]和TxCurrent[idx+1],并且利用这些数值来内插一个正确的电流消耗数值,参见图10的流程图所示。
图10中的步骤1000、1010和1020与图4和图7当中的相应步骤是本质上相同的。如上所述,在步骤1030中,按照DAC数值模8来计算索引值idx。然后在步骤1040,通过对TxCurrent[idx]和TxCurrent[idx+1]数值进行线性内插,可获得瞬时电流消耗值,并且将其结果添加到电流计数器中。随后,控制过程返回开始步骤1010。
图11中所示的用于更新电池指示符的算法本质上可以等同于分别用于第一和第二实施例的图5和图8中所示的相应算法。
根据另一个实施例,为了进一步改善存储器效率,第一、第二和第三实施例当中的电流消耗寄存器可以被一个多项式所代替,该多项式用于描述做为DAC数值的函数的电流消耗。
上述针对TX选通脉冲所描述的过程可以被扩展到其它选通脉冲和电路中,例如A/D转换器248、信道编码器222、信道译码器224、语音编码器232和语音译码器234。上述的TX选通脉冲都具有固定的时间长度,因此可以按耗电量值(以mAh表示)的形式直接被存储。然而对于可变长度的选通脉冲来说,预定消耗值可以被存储为电流消耗值(以mAh表示),并且这种可变长度的选通脉冲的各个持续时间都可以由CPU 242或者选通脉冲检测器247来确定。例如可以通过如下方式来确定这种可变选通脉冲的长度,即在单个选通脉冲长度期间内,以公知的频率向在寄存器中添加信号。在根据图5、8和11中所示的执行用于确定总耗电量的方法时,这些寄存器的内容可以直接表示特定选通脉冲被激活的总时间长度。通过简单地实施该时间与相关的电流消耗值的相乘,可以确定与该选通脉冲相关的耗电量。根据另一个实施例,也可以通过计算得到的总耗电量与电池端电压的乘积来得到功率消耗值。
以上参考了若干实施例来描述本发明。然而,本发明不应该被限制于以上的描述,而是由附属的独立权利要求来给出本发明覆盖范围的最佳定义。不在上述特定实施例范围之内的其它实施例也等效处于本发明的覆盖范围之内。例如,尽管在上述的实施例中是通过硬件(选通脉冲检测器247)和软件(CPU242所执行的程序)来确定总耗电量的,但是该方案也可以按照如下方式来实施:单独地以硬件方式、单独地以软件方法或者以部分硬件和部分软件的方法。而且本发明也适用于其它非TDMA电话,例如W-CDMA电话。

Claims (10)

1.便携式多波段通信设备(1),包括功率放大器(216)、用于为该功率放大器供电的电池(270)、以及控制器(240),该控制器通过生成功率放大器的数字控制信号(DAC数值)从而去控制通信设备的输出功率值,该通信设备的特征在于:
控制器(240)用于监测数字控制信号(DAC数值),并且对此做出响应而确定电池(270)的耗电量(电能消耗,电流计数值)。
2.如权利要求1的便携式多波段通信设备,还包括与功率放大器连接的D/A(数字-模拟)转换器(218),该D/A转换器被设计在其接收端接收数字控制信号(DAC数值),把该数字控制信号转换成为模拟控制信号(PWR Ctrl),并且在其输出端把该模拟控制信号提供给功率放大器。
3.如权利要求1或2的便携式多波段通信设备,还包括与控制器(240)连接的存储器(244),其中该存储器用于存储一组与数字控制信号(DAC数值)的不同取值(00…n)相关的预定消耗值(TxCurrent)。
4.如权利要求3中的便携式多波段通信设备,还包括无线发射机(214),其操作要受到控制器(240)所提供的控制信号选通脉冲(TX str)的控制,其中该控制器被设计用于:
检测到达无线发射机的控制信号选通脉冲(TX str);
确定数字控制信号(DAC数值)的取值(00…n);
根据数字控制信号(DAC数值)所确定的取值,构成索引值(idx);
利用索引值,从存储器(244)内读取预定组(TxCurrent)中的一个消耗数值(TxCurrent[idx]);以及
更新累积消耗值(电流计数值),以反映如此读取的消耗值。
5.如权利要求3的便携式多波段通信设备,还包括无线发射机(214),其操作要受到控制器(240)所提供的控制信号选通脉冲(TXstr)的控制,该存储器(244)具有用于数字控制信号(DAC数值)的不同取值(00…n)的一组计数器(TxStrobe),其中该控制器被设计用于:
检测到达无线发射机的控制信号选通脉冲(TX str);
确定数字控制信号(DAC数值)的取值(00…n);
在该组计数器中,递增表示数字控制信号已确定的取值的计数器;以及
随后根据该组计数器(TxStrobe)的内容以及所述一组预定消耗值(TxCurrent),去计算电池(270)的耗电量(电能消耗)。
6.如权利要求3-5中的任何一条的便携式多波段通信设备,其中利用一个多项式来表示该组预定消耗值(TxCurrent)。
7.如上述权利要求中的任何一条的便携式多波段通信设备,该设备中还包括图形显示器(6),其中控制器(240)被设计成通过从前一次剩余电池容量值中减去所确定的耗电量(电能消耗,电流计数值)从而计算估计的剩余电池容量,并且其中控制器还被设计成在图形显示器上以可视方式显示所计算出的估计剩余电池容量(13)。
8.如上述权利要求中的任何一条的便携式多波段通信设备,其中该设备是例如TDMA电话或者W-CDMA电话的移动电话(1)。
9.确定便携式电池供电通信设备(1)的耗电量的方法,该设备中包括无线发射机(214)、与该无线发射机相连的功率放大器(216)、以及与该功率放大器相连的控制器(240),其中由功率放大器通过来自控制器的数字控制信号(DAC数值)去控制无线发射机的输出功率值,而且其中无线发射机进而对该控制信号选通脉冲(TX str)做出响应,该方法的特征在于如下步骤:
存储一组预定的消耗值(TxCurrent),提供不同耗电量值与数字控制信号(DAC数值)的各个相应取值之间的联系;
检测控制信号选通脉冲(TX str);
确定数字控制信号(DAC数值)的取值(00..n);
从所述一组预定消耗值(TxCurrent)中选择与所确定的数字控制信号(DAC数值)的取值(00…n)相对应的数值;以及
更新累积耗电量值(CurrentCount),以反映所选择的数值。
10.按照权利要求9的方法,它适用于移动电话(1)。
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