CN1640163B - 无线电通信系统中降低功耗的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

从无线电站(14)通过间歇发送信号(H，J，K)、侦听响应(L)来与主无线电站(20)建立通信，并且通过在其它时间去激活其发射机和接收机来节电。当主无线电站应答时，从站可以利用主站周期性发送的信标信号(B)来同步接收机激活的周期并且可以停止断续信号的传输。

Description

无线电通信系统中降低功耗的方法及其设备
技术领域
本发明涉及无线电网络和用于无线电网络的设备，并且更具体地但并非排它地涉及包括主无线电站和一个或多个低功率从无线电站的网络。
背景技术
无线电网络通常都将包括主无线电站和一个或多个从无线电站。各从站直接与主无线电站通信，并且可以借助于经主站传送的消息间接地彼此通信。
在许多应用中，存在利用电池来给从站供电的需求，并因此需要低功耗以使电池寿命最大化。
在许多应用中，各从站以及有可能主站将是可移动的，以致于网络的组合是临时的。因此，在各个无线电站改变位置时，存在动态配置网络的要求，其中各从站与不同的主站建立通信，并且反之亦然。
低功耗主-从网络的操作一般如下。主站周期性地发送信标信号。由主站在信标信号之后发送各从站的消息。从站检测信标信号并采用功率经济模式与信标信号同步，从而从站在信标信号预期应发送时激活其接收机，检查是否有消息要接收，如果有消息要接收，则该接收机对于该消息的持续时间保持有效，并且随后从站去激活其接收机以节电，直至下一个信标信号预定应到来。
为了按上述方式操作，必须具有一种方法，利用这种方法从站通过与新主站建立初始通信以及变得与新网络的信标信号同步而能够加入它移动到其中的新网络。在现有技术系统中用于建立初始通信和同步的方法一般如下。
参见图1，主站以间隔TB发送(Tx)时长tB的信标信号B。在每个信标信号的后面是主站可以接收(Rx)由从站发送的信号的时期。未与主站同步的从站抽样查找信标信号的无线电信道。为了保证抽样包含信标信号，抽样持续时间tS是如图1中在C上表示的TB+tB的最小值。抽样间隔是TS。在图1的情况下，从站超出主站的无线电范围并因此不能在C上接收信标信号。但是，从站随后移入主站的范围，并且在D上的随后抽样活动期间检测信标信号。如果已检测到信标信号，从站在E上发送信号，以便向主站识别它自己，并且主站在F上确认。如果检测到信标信号，从站在G上与信标信号同步地激活其接收机，并且可以从主站接收消息。当从站正在抽样无线电信道以检测信标信号时，其接收机占空度是tS/TS＝(TB+tB)/TS。作为一个典型例子，TB＝15ms，tB＝0.32ms和TS＝1s，在这种情况下，在抽样期间的接收机占空度是1/65。当从站已与信标信号同步时，其接收机占空比是tB/TB，这例如是1/47。如果在接收机有效时接收机功耗是PRx，则平均功耗在抽样期间是PRx。(TB+tB)/TS而在同步时是PRx。tB/TB。
发明内容
本发明的目的是改善无线电网络以及用于无线电网络的设备中的功率经济(措施)。
按照本发明的一个方面，提供在基本无线电收发信机站与辅助无线电收发信机站之间建立通信的一种方法，包括：在基本站上在不发送的同时基本上连续地监视接收的第一信号，并且响应于接收第一信号而发送响应信号；和在操作在功率经济模式中的辅助站上，间歇地激活发射机以发送第一信号和间歇地激活接收机以接收对第一信号的响应，其中在功率经济模式中该辅助站的发射机和接收机部分都是不活动的。
特别地，本发明提供在基本站与辅助站之间建立无线电通信的一种方法，其中所述基本站是网络的主站，所述基本站和所述辅助站各自配备有收发信机，该方法包括：
在基本站上：
周期性地发送信标信号；
在不发送时，连续地监视接收到的寻求加入该网络的站的识别信号；和
响应于接收到识别信号而发送确认信号，以及
在辅助站上：
运行功率经济模式，在所述功率经济模式中所述辅助站的收发信机是不活动的；
确定应搜索要加入的新网络；
间歇地激活该收发信机的发射机部分以发送识别信号，和间歇地激活该收发信机的接收机部分以接收对识别信号的响应；
在接收到对识别信号的响应之后，激活接收机部分，以接收由所述基本站发送的下一个信标信号；和
随后，当已接收到确认信号时，与基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
加入网络的主(基本)站与从(辅助)站之间的初始通信是从从站发送到主站的信号。这一点与现有技术不同，在现有技术中初始通信是自主站发送的并由从站接收的信标信号。通过以这种方式反向初始通信的方向，接收初始通信的责任从从站转移到主站，并因此从站不需要抽样无线电信道来检测信标信号。此反向是可能的，因为主站具有足够的电源来在主站不在发送的时候使其接收机基本上连续地保持被激活。下面表示由于从站进行间歇发送而消耗的功率可以低于从站执行周期信道抽样以检测信标信号而消耗的功率。
按照本发明的第二方面，提供一种无线电系统，该无线电系统包括基本站和辅助站，该基本站包括：基本站发射机；基本站接收机，在该基本站发射机不被激活的同时基本上连续地激活该基本站接收机；和响应于接收到第一信号而用于激活该基本站发射机以发送响应信号的装置；以及该辅助站包括：辅助站发射机；辅助站接收机；用于操作其中该辅助站发射机和该辅助站接收机都是不活动的功率经济模式的装置；用于间歇地激活该辅助站发射机以发送第一信号和用于间歇地激活该辅助站接收机以接收对第一信号的响应的装置。
特别地，本发明提供一种包括基本站和辅助站的无线电系统，其中该基本站是网络的主站，所述基本站和所述辅助站各自配备有收发信机，
该基本站包括：
处理器，其耦合到该基本站的收发信机，用于经由该收发信机周期性地发送信标信号；用于在不发送时经由该收发信机连续地监视接收到的寻求加入该网络的站的识别信号；和用于响应于接收到识别信号而经由该收发信机发送确认信号，以及
该辅助站包括：
功率控制模块，其耦合到该辅助站的收发信机，用于运行功率经济模式，在所述功率经济模式中该收发信机是不活动的；用于间歇地激活该收发信机的发射机部分，以便在应搜索要加入的新网络时发送识别信号；以及用于间歇地激活该收发信机的接收机部分，以接收对识别信号的响应；用于在接收到对识别信号的响应之后激活接收机部分，以接收由该基本站发送的下一个信标信号；和用于随后在已接收到确认信号时与该基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
按照本发明的第三方面，提供一种无线电站，该无线电站包括：发射机；接收机；用于操作其中发射机和接收机都是不活动的功率经济模式的装置；用于间歇地激活该发射机以发送第一信号和间歇地激活该接收机以便从另一无线电站接收对第一信号的响应的装置；以及响应于接收到响应信号而用于建立与从另一无线电站接收的周期信号同步的接收机的周期激活的装置。
特别地，本发明提供一种配备有收发信机的无线电站，该无线电站包括：
功率控制模块，其耦合到该收发信机，用于运行功率经济模式，在所述功率经济模式中该收发信机是不活动的；用于间歇地激活该收发信机的发射机部分，以便在应搜索要加入的新网络时发送识别信号，和间歇地激活该收发信机的接收机部分，以接收对识别信号的响应；用于在接收到对识别信号的响应之后激活该收发信机的接收机部分，以接收由基本站发送的下一个信标信号；用于随后在已接收到确认信号时与该基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
特别地，本发明还提供一种操作按照本发明的无线电站的方法，其中该方法包括：
在至少下列条件之一适用时确定应搜索要加入的新网络：与基本站进行的无线电通信恶化；以及与基本站进行的无线电通信被丢失。
按照本发明的第四方面，提供一种集成电路，包括按照本发明的第三方面的无线电站。
附图说明
现在将仅以例子的方式参照附图描述本发明，其中：
图1是说明现有技术无线电网络操作的定时图；
图2表示两个无线电网络；
图3是主站的方框示意图；
图4是从站的方框示意图；
图5是表示无线电网络操作的定时图；
图6表示由主站和由从站发送的信号的格式。
具体实施方式
参见图2，表示出包括第一主站10和从站12、14、16的第一无线电网络以及包括第二主站20和从站22、24、26的第二无线电网络。第一主站10可以直接与从站12、14、16通信，并且从站12、14和16可以借助于由第一主站10传送的消息互相通信。类似地，第二主站20可以直接与从站22、24、26通信，并且从站22、24和26可以借助于由第二主站20传送的消息互相通信。在图2中，主站10、20被标记为M，而从站12、14、16、22、24、26被标记为S。每个主站10、20周期性地发送识别其各自网络的信标信号。从站14是移动的并且正在从第一主站10接收差的质量信号。该从站已移入第二主站20的无线电范围内并要求加入第二网络。下面参照图5描述加入第二网络的处理。
参见图3，每个主站(10或20)包括耦合到用于发送和接收信号的天线202的半双工收发信机201。耦合到收发信机201上的有主处理器203，该主处理器产生用于传输的信标信号和确认信号并处理接收的信号。耦合到主处理器203上的有主应用204，该主应用产生用于发送的应用消息，并且由主处理器203向该主应用传送停播(off-air)接收的相关应用消息。利用电源单元(PSU)205向收发信机202、主处理器203和主应用204提供功率，并且这个功率可以从主电源导出。主应用204的一个例子是台式个人计算机，当个人数字助理(PDA)进入无线电范围时，该计算机借助于主处理器203和主收发信机201从/向个人数字助理(PDA)传送电子邮件。主应用204的另一个例子是超市信息服务器，当手推车经过收发信机201附近时，该服务器传送消费者信息到装备有显示器的顾客手推车。主应用204的还一个例子是货物集装箱跟踪站，该站登记和报告附近经过的集装箱的存在。
参见图4，从站14包括借助于转换开关104耦合到天线103的发射机101和接收机102。耦合到发射机101和接收机102上的有从处理器105，该从处理器产生用于发送的识别信号和处理接收的信号。耦合到从处理器105上的有从应用106，该从应用产生用于发送的应用消息，并且由从处理器105向该从应用传送停播接收的相关应用消息。发射机101、接收机102和从处理器105的功率是由功率控制单元108提供的，该功率控制单元为了功率经济的目的而用于激活和去激活这些单元之中的每一个。功率是从电池107传送到功率控制单元108的，该电池也直接向从应用106提供功率。可选择地，从应用106可以或者内部或者通过从功率控制单元108接收功率来操作功率经济。从应用106的一个例子是可以借助于从处理器105、发射机101和接收机102传送电子邮件到台式个人计算机和从台式个人计算机中传送电子邮件，如上所述。从应用106的另外一个例子是装备有显示器的顾客手推车，当手推车经过收发信机201附近时，该手推车可以显示从超市信息服务器接收的信息，如上所述。从应用106的再一个例子是货物集装箱，该货物集装箱在经过附近时可以向货物集装箱跟踪站报告诸如标识和装载规范之类的明细，如上所述。
参见图5，第二主站20在间隔TB周期性发送信标信号，在图5中标记为B。当不在发送信标信号并且没有任何消息要发送到从站时，第二主站的收发信机201监视用于接收信号的无线电信道。当从站14确定它应搜索一个新网络以便加入时，例如当与第一主站10进行的无线电通信恶化或被丢失时，从站14激活其发射机101并在间隔TI间歇地发送识别信号，在图5中标记为H、J和K。在发送每个识别信号后，从站14激活其接收机102，以侦听来自主站的响应。在其它时间上，功率控制单元108可以去激活发射机101、接收机102和从处理器105以节省功率。在图5中，因为从站14不在无线电范围内，并且还因为在发送识别信号H的时间上第二主站20不处在接收模式中，所以第二主站20不接收识别信号H。因为从站14不在无线电范围内，即使在发送识别信号J的时间上第二主站20现在处于接收模式中，因为第二主站利用信标信号间隔TB≠TI操作，所以第二主站20不接收随后的识别信号J。因为从站14现在已移入无线电范围内，所以第二主站20接收随后的识别信号K。第二主站20通过发送确认信号来确认识别信号K的接收，如图5中的L所示。已与第二主站20建立通信并接收到肯定确认信号之后，从站14激活其接收机102以接收由第二主站20发送的下一个信标信号。此下一个信标信号在图5中标记在M处。已接收到这个信标信号之后，从站14停止间歇地发送识别信号并与信标信号同步地激活其接收机102，如图5中的N所示。
当接收机104是有效的时，从站14的接收机功耗是PRx，而当发射机101是有效的时，发射机功耗是PTx。因此，在非同步时从站14的平均功耗是(PTxtI+PRxtB)/TI，并且在同步时平均功耗是PRxtB/TB。通过计算在按照本发明操作时与按照现有技术操作时的平均功耗之比η，可以看出本发明优于现有技术的益处，即，对于两种方案中的类似等待时间，我们设置TI＝TS。对于典型的低功率无线电网络的情况，PTx＝0.5PRx。因此，
Figure GFW00000043004000072
对于各个时间参数的典型值是tI＝tB＝0.32ms，TB＝15ms，在这种情况下，益处是η＝1/32，即在非同步时的平均功耗按照本发明是低于现有技术的因数32。
参见图6，在非同步时由从站14间歇发送的识别信号K(或等同地H或J)包含：比特倒置的前置部分31(PRE)，用于在第二主站20上接收到识别信号K时帮助比特同步；从站标识32(IDslave)，用于向第二主站20标识从站14；和信号类型指示符33(S)，用于将此信号标识为识别信号。由第二主站20间歇发送的信标信号B包括：比特倒置41的前置部分，用于在从站14上接收到信标信号B时帮助比特同步；第二主站标识42(IDmaster)，用于向从站14标识第二主站20；和信号类型指示符43(S)，用于将该信号标识为信标信号B。除了信号类型指示符43(S)具有不同值之外，由第二主站20发送的确认信号L具有与信标信号相同的格式。
可选择地，确认信号L可以包含有信息，诸如定时数据，以辅助从站14将其接收机102的激活与发送的信标信号B同步。
可选择地，其它格式可以用于识别信号K、信标信号B或确认信号L。例如，识别信号K和确认信号L可以通过省略标识32、42来缩短，并且仅在初始通信已建立之后利用缩短的识别信号K和确认信号L随后在附加信号中发送这些标识，从而增强从站14中的功率经济性。
可选择地，从站14不需要激活其接收机102来接收由第二主站20发送的每个连续的信标信号B，而仅接收信标信号的子集，从而增强了功率经济性。在这种情况下，与第二主站20发送的周期信标信号B同步的接收机102的周期激活之间的间隔长于该周期信号B的连续传输之间的间隔。
可选择地，甚至在已经与第二主站20建立通信之后，从站14还可以继续间歇地发送识别信号H、J、K，以便与一个附加主站建立通信。从站14可以选择地同时参与一个以上的网络中。
可选择地，第二主站20可以不进行信标信号B的周期发送，在这种情况中，甚至在从站14已与第二主站20建立通信之后，为了保持通信，从站14继续间歇地发送识别信号H、J、K。在这种情况中，第二主站20继续发送确认信号L。
由从站14间歇进行的识别信号H、J、K的发送不限于预定间隔，而可以在不断变化的间隔上进行。例如，可以在不同操作阶段根据从应用106的希望等待时间而改变该间隔。
主应用106和/或从应用204可以分别与第二主站20或从站14组合为一体，如上所述，或者可以是外部的并利用适当的接口分别耦合到主站、从站。
可选择地，第二主站20可以按全双工方式操作其收发信机201，从而甚至在发送的同时也能接收。
可选择地，当没有从站正在加入到该主站的网络中时，第二主站20可以停止信标信号B的周期性发送。
工业实用性
具有低功耗从无线电站的无线电网络。

Claims (5)

1.一种在基本站与辅助站之间建立无线电通信的方法，其中所述基本站是网络的主站，所述基本站和所述辅助站各自配备有收发信机，该方法包括：
在基本站上：
周期性地发送信标信号；
在不发送时，连续地监视接收到的寻求加入该网络的站的识别信号；和
响应于接收到识别信号而发送确认信号，以及
在辅助站上：
运行功率经济模式，在所述功率经济模式中所述辅助站的收发信机是不活动的；
确定应搜索要加入的新网络；
间歇地激活该收发信机的发射机部分以发送识别信号，和间歇地激活该收发信机的接收机部分以接收对识别信号的响应；
在接收到对识别信号的响应之后，激活接收机部分以接收由所述基本站发送的下一个信标信号；和
随后，当已接收到确认信号时，与基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
2.按照权利要求1的方法，其中与基本站周期性发送的信标信号同步的辅助站的接收机部分的周期性激活之间的间隔长于该信标信号的连续发送之间的间隔。
3.按照权利要求1或2的方法，其中辅助站的发射机部分被间歇地激活，以便以与基本站发送信标信号的间隔不同的间隔来发送识别信号。
4.一种包括基本站和辅助站的无线电系统，其中该基本站是网络的主站，所述基本站和所述辅助站各自配备有收发信机，
该基本站包括：
处理器，其耦合到该基本站的收发信机，用于经由该收发信机周期性地发送信标信号；用于在不发送时经由该收发信机连续地监视接收到的寻求加入该网络的站的识别信号；和用于响应于接收到识别信号而经由该收发信机发送确认信号，以及
该辅助站包括：
功率控制模块，其耦合到该辅助站的收发信机，用于运行功率经济模式，在所述功率经济模式中该收发信机是不活动的；用于间歇地激活该收发信机的发射机部分，以便在应搜索要加入的新网络时发送识别信号；以及用于间歇地激活该收发信机的接收机部分，以接收对识别信号的响应；用于在接收到对识别信号的响应之后激活接收机部分，以接收由该基本站发送的下一个信标信号；和用于随后在已接收到确认信号时与该基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
5.一种配备有收发信机的无线电站，该无线电站包括：
功率控制模块，其耦合到该收发信机，用于运行功率经济模式，在所述功率经济模式中该收发信机是不活动的；用于间歇地激活该收发信机的发射机部分，以便在应搜索要加入的新网络时发送识别信号，和间歇地激活该收发信机的接收机部分，以接收对识别信号的响应；用于在接收到对识别信号的响应之后激活该收发信机的接收机部分，以接收由基本站发送的下一个信标信号；用于随后在已接收到确认信号时与该基本站的信标信号同步地、间歇地激活接收机部分，并且中断识别信号的间歇传输。
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