FI97597C

FI97597C - Menetelmä matkaviestinjärjestelmän radiopuhelimen virrankulutuksen pienentämiseksi

Info

Publication number: FI97597C
Application number: FI935839A
Authority: FI
Inventors: Antti Jauhiainen
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1997-01-10
Also published as: DE4445342A1; FI935839A; FI97597B; FI935839A0

Description

97597

Menetelmä matkaviestinjärjestelmän radiopuhelimen virrankulutuksen pienentämiseksi - Förfarande för reducering av strömförbrukningen av en radiotelefon av ett mobiltelefonsystem 5

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää matkaviestinjärjestelmän radiopuhelimen virrankulutuksen pienentämiseksi, jossa matkaviestinjärjestelmässä on tukiasema, joka lähettää matkaviestimille sanomia, jotka sisältävät sanoman alussa synkro-nointitietoja matkaviestimen synkronoimiseksi tukiaseman kelloon, ja jotka matka-10 viestimet käsittävät vastaanotinvälineet tukiaseman lähettämien sanomien vastaanottamiseksi ja käsittelemiseksi.

Solukkopuhelinjärjestelmät, kuten GSM, AMPS, TACS ja NETZ-C, käsittävät tavallisesti useita tukiasemia, joista jokainen palvelee ennalta määrättyä maantieteel-15 listä aluetta eli solua. Jokainen tukiasema lähettää sanomia usealle matkaviestimelle solun alueella. Matkaviestimet käsittävät mikroprosessorin ja sen ohjaaman lähetin-vastaanottimen ja dekooderin. Akkukäyttöisissä matkaviestimissä akku kestää tavallisesti noin kahdeksan tuntia puhelimen ollessa odotustilassa ja yhdestä kahteen tuntiin puhetilassa, jolloin puhelin lähettää ja vastaanottaa dataa ja/tai puhetta, kun-20 nes se täytyy vaihtaa tai ladata uudelleen. GSM-matkaviestinjärjestelmästä tunnetaan käsite kuuntelutila (idle mode), jossa tilassa puhelin odottaa sille tulevaa kut-suviestiä (paging message) ja kuuntelee naapurisolun parametrejä (järjestelmän tie-toviestiä) sekä vastaanottaa kyseisiä viestejä. Kutsuviesti on tavallinen käsite soluk-kopohjaisissa matkaviestinjärjestelmissä ja se tukiaseman matkaviestimelle lähet-25 tämä heräte, jolla tukiasema ilmoittaa matkaviestimelle, että matkaviestimelle on • · i tulossa puhelu, jolloin matkaviestin ottaa yhteyden tukiasemaan matkaviestimen ja : **: tukiaseman välisen kommunikointiyhteyden muodostamista varten. Suurin osa tuki- aseman matkaviestimille lähettämistä sanomista ovat matkaviestinkohtaisia, joten tukiaseman lähettämistä viesteistä vain pieni osa on tarkoitettu määrätylle matka-30 viestimelle. Jotta matkaviestin ei jatkuvasti vastaanottaisi ja dekoodaisi kaikkia tuki-aseman lähettämiä sanomia on eurooppalaisessa patenttijulkaisussa EP 473 465 ehdotettu tehon säästämiseksi, että ilmaistaan matkaviestimelle tulevat sanomat, jotta havaittaisiin, onko vastaanotettava sanoma tarkoitettu jollekin toiselle matkaviestimelle, ja jos niin on, akkutehoa vähennetään (aktivoidaan vmansäästötila) siihen 35 asti, kunnes tukiaseman kyseiselle matkaviestimelle lähettämän seuraavan sanoman odotetaan tulevan. Julkaisun EP 473 465 mukainen virransäästö perustuu kaksiosaisen sanoman vastaanottoon, jonka ensimmäisestä osasta voidaan havaita, että kyseinen sanoma on tarkoitettu jollekin toiselle matkaviestimelle ja että tämä toiselle 2 97597 matkaviestimelle suunnattu sanoma sisältää toisen osan, jota ei julkaisun EP 473 465 mukaisesti tarvitse vastaanottaa, jos sanoma on osoitettu toiselle matkaviestimelle. Näin matkaviestin voi kytkeä suuren osan vastaanottopiireistään virransääs-tötilaan aina siihen asti, kunnes seuraavan kyseiselle matkaviestimelle mahdollisesti 5 suunnatun sanoman odotetaan tulevan. Tätä virransäästöjaksoa ohjaa ajoituspiiri, jolle voidaan ohjelmoida uuden vastaanoton alkamisaika.

Osassa solukkomatkapuhelinjärjestelmiä matkaviestin joutuu vastaanottamaan sen jokaiselta kuuluvuusalueella olevalta yhdeltä tai useammalta tukiasemalta sanomia.

10 Tällöin vastaanotin on jatkuvasti päällä ja kuluttaa tällöin jatkuvasti virtaa.

Saksassa käytössä olevassa Netz-C -matkaviestinjärjestelmässä on ohjauskanava, jolla lähetetään viestejä tukiasemalta BS1-BS5 matkaviestimelle MS, kuten kuvassa la on esitetty ja jolla tukiasema lähettää matkaviestimelle mm. kutsuviestit, jaettu 15 32:een aikaväliin 1-32, kuten kuvassa Ib on esitetty, yhden ohjauskanavakehyksen pituuden ollessa 2,4 s käsittäen siten 75 ms:n pituisia aikavälejä. Näistä 32:sta aikaväleistä osa voi olla käyttämättömiä tai joillekin tukiasemille voidaan osoittaa useita aikavälejä (kuten kuvassa la esitetylle tukiasemalle BS3 on esimerkin vuoksi osoitettu kuvassa Ib) tai kehyksen jokainen aikaväli voi olla osoitettu eri tukiasemalle. 20 Yhteen matkaviestimeen voi siten olla yhteydessä enintään 32 tukiasemaa. Matkaviestin MS joutuu kuuntelemaan koko ajan kaikkia tukiasemia BS1-BS4, joilta se voi vastaanottaa sanomia eli jotka ovat matkaviestimen MS kuuluvuusalueella. Tukiasema lähettää jokaisessa ohjauskanavan aikavälissä kaksi 37,5 ms:n pituista sanomaa, access block ja handshake block. Jokainen sanoma on jaettu 184:ään bittiin, 25 jotka sisältävät 70 databittiä, 80 redundanssibittiä ja 34 synkronointibittiä. Synkro- I t :.· ; nointiosuus on jaettu 3*11 bitin barker-koodiin sekä yhteen varsinaiseen synkro- : ·]: nointibittiin ja se tulee sanoman alussa ennen data-ja redundanssibittejä, kuten ku- vassa Ib on esitetty. Myös useimmissa muissa matkaviestinjärjestelmissä Netz-C -järjestelmän lisäksi on synkronointitieto sanoman alussa. Usein esiintyy tilanteita, 30 joissa matkaviestin ei saa kiinni sanoman alussa olevaa synkronointitietoa eikä se tällöin voi myöskään vastaanottaa varsinaista sanomaosaa eli Netz-C:ssä data- ja re- • · · dundanssibittejä. Vastaanotin on kuitenkin tällöin päällä myös sanomaosuuden, • · : vaikka se ei voi vastaanottaa sanomaa. Tällöin vastaanotin kuluttaa turhaan virtaa, mikä lyhentää akun käyttöaikaa.

35

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla pienennetään radiopuhelimen virrankulutusta. Keksinnön mukaisesti vastaanotin kytketään virran-säästötilaan eli kokonaan pois päältä tai virtaa vähän kuluttavaan tilaan sille lähete- 3 97597 tyn sanoman sanomaosuuden vastaanoton ajaksi, mikäli se ei saanut vastaanotettua sanoman alussa olevaa synkronointitietoa. Keksinnölle on tunnusomaista se, että matkaviestimen epäonnistuessa oikean synkronointitiedon saamisessa tukiaseman lähettämästä sanomasta kytketään ainakin osa matkaviestimen vastaanotinvälineistä 5 virtaa säästävään tilaan sanoman loppuosan lähetyksen ajaksi. Olennaista on siis se, että ainakin osa matkaviestimen vastaanotinvälineistä kytketään virtaa säästävään tilaan sanoman loppuosan lähetyksen ajaksi mikäli matkaviestin ei jostain syystä saa vastaanotettua tukiaseman lähettämän sanoman alussa olevaa synkronointitietoa siten, että se voi käyttää kyseistä tietoa hyväkseen. Tämä epäonnistuminen voi johtua 10 monesta syystä, millä ei ole merkitystä keksinnön kannalta. Saattaa olla, että synkronointitiedon vastaanotto epäonnistui jostakin syystä tai että vastaanotettu synkro-nointitieto oli virheellinen, esim. lähetyksessä tai radiokanavassa sattuneen häiriön takia. Synkronointitiedon vastaanotto saattaa epäonnistua myös jos vastaanottotaso on liian alhainen synkronointitiedon vastaanoton aikana.

15

Keksinnön mukainen menetelmä ei vaadi muutoksia tukiaseman toimintaan, vaan jokainen vastaanotettavissa oleva sanoma vastaanotetaan (eli silloin kun matkaviestin saa kiinni synkronointitiedon). Näin ollen keksinnön mukainen menetelmä toimii täysin järjestelmän spesifikaatioiden puitteissa.

20

Erityisesti Netz-C -järjestelmässä, jossa ohjauskanavasignalointi on aikajaettu eri tukiasemien kesken, on varsin yleistä, että 20-50 % aikaväleistä on sellaisia, että matkaviestin ei saa vastaanotettua synkronointitietoa. Tällöin ainakin osa vastaanottimesta voidaan kytkeä virransäästötilaan sanomaosuuden ajaksi, jolloin kun data- ja 25 redundanssibittien osuus sanomasta Netz-C -järjestelmässä on n. 82 %, saavutetaan · virransäästöä noin 16-40 % kehyksestä eli ohjauskanavan lähetysajasta.

r · • · * · : *: ‘: Vastaanottimen kytkeminen virransäästötilaan voidaan toteuttaa kytkemällä vähän virtaa kuluttavaan tilaan tai kokonaan pois päältä matkaviestimen muut vastaanot-30 toon liittyvät osat paitsi syntesoija ja seuraavan sanoman alkukohdan määräävä aika-, *;·. laskuri. Syntesoijan asettumisaika on tyypillisesti niin pitkä, että sen sammuttaminen yhden sanoman ajaksi ei välttämättä onnistu. Vaihtoehtoisesti vastaanottimen • » kytkeminen virransäästötilaan voidaan toteuttaa kytkemällä vähän virtaa kuluttavaan tilaan tai kokonaan pois päältä matkaviestimen muut vastaanottoon liittyvät osat 35 paitsi seuraavan sanoman alkukohdan määräävä aikalaskuri. Tämä voidaan tehdä sellaisessa järjestelmässä, jossa syntesoijan käynnistymisviive on huomattavasti pienempi kuin sanoman kestoaika.

4 97597

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin toteutusesimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva la esittää tukiasemien lähetyksiä matkaviestimelle, kuva 1 b esittää ohjauskanavan kehyksen muodostumista NetzC -järjestelmässä, 5 kuva 2 esittää keksinnön mukaisen menetelmän vuokaaviota, kuva 3 esittää pulssikaavion avulla keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettavaa virransäästöä vastaanottimen ollessa virransäästötilassa, kuva 4a esittää matkaviestimen yksinkertaistettua lohkokaaviota, ja kuva 4b esittää matkaviestimen yksityiskohtaisempaa lohkokaaviota.

10

Kuvia la ja Ib selostettiin jo edellä, joten keksintöä selostetaan seuraavassa toteutusesimerkein viittaamalla lähinnä kuviin 2 - 4b. Kuvassa 2 on esitetty vuo-kaavio matkaviestimen toiminnasta tyypillisessä solukkopohjaisessa matkaviestinjärjestelmässä. Kun matkaviestin laitetaan päälle 100, se suorittaa alustuksen 101 ja 15 asettaa vastaanottimen päälle 102, jolloin vastaanottimen ollessa kuuntelutilassa 103 ilmaisemassa, tuleeko sille viestiä tukiasemalta. Kun matkaviestin vastaanottaa tukiasemalta sanoman, tarkistetaan, onko viesti hyväksyttävä 104. Jos ei ole palataan kuuntelullaan 103, jos on, niin aloitetaan sanoman vastaanoton aikalaskurin 105 synkronointi ja luetaan tavallisesti sanoman alussa olevien synkroinointibittien 20 muodostama synkronointikuvio 106. Tarkistetaan, vastaanotetuinko hyväksyttävä synkronointikuvio 107, ja mikäli vastaanotettiin, suoritetaan matkaviestimen sanoman vastaanoton aikalaskurin synkronointi 108 ja luetaan sanoman dataosa 109. Mikäli vaiheessa 107 todetaan, että hyväksyttävää synkronointikuviota ei saatu vastaanotettua asetetaan ainakin osa vastaanottimesta virransäästötilaan 110 (eli joko 25 kokonaan pois päältä tai vähän virtaa kuluttavaan tilaan). Aikalaskurin avulla tarkis- ».· · tetaan, onko aikaa kulunut sanoman loppuosan verran 111 ja kun on, niin laitetaan : taas vastaanotin päälle 112.

'•I I * « » r I •

Kuvassa 3 on esitetty synkronointitiedon S sijainti sanomassa M ja synkronointitie- : V. 30 don ajastuslohkon antama tarkistuspulssi P sekä pulssikaavio, joka osoittaa, onko * · vastaanotin päällä H tai pois päältä L. Pulssikaaviosta näkyy, että vastaanotossa ta- « * « *. pahtuvien taukojen lisäksi vastaanotin asetetaan keksinnön mukaisesti pois päältä t · sanoman loppuosan ajaksi jos sanoman alussa olevaa synkrcnointitietoa ei saatu vastaanotettua oikein.

35

Kuvassa 4a on esitetty yksinkertaistettu lohkokaavio matkaviestimestä. Yksinkertaisesti selostettuna matkaviestin käsittää radiotaajuuslohkon 200 ja sen kanssa toimivan modeemin 201, joka käsittää synkronointi- 202 ja ajastuslohkon 203. Matka 5 97597 viestimen oleellisesti kaikkia toimintoja ohjaa mikroprosessori 204. Radiotaajuus-vahvistimen tehonohjaus eli ohjaus, jonka perusteella vastaanotin asetetaan virran-säästötilaan tai päälle, voi tulla modeemin ajastuslohkolta (aikalaskurilta) 203, joka tietää, missä välissä synkronointitieto tulee ja kauanko sanoman loppuosa kestää.

5 Vaihtoehtoisesti kyseinen tieto voi olla mikroprosessorilla 204, joka tällöin ohjaa vastaanottimen käynnistämistä ja sammuttamista, tai sekä modeemin ajastuslohkolla (aikalaskurilla) 203 että mikroprosessorilla 204, jolloin vastaanottimen ohjaus voi tulla jommaltakummalta lohkolta.

10 Kuvassa 4b on toimintojen havainnollistamiseksi esitetty yksityiskohtainen lohko-kaavio matkaviestimestä, esim. Netz-C -järjestelmässä käytettävästä matkaviestimestä. Matkaviestin on kuvan 4a tavoin jaettu rf-lohkoon 200, modeemiin 201, jossa on esitetty keksinnön kannalta tärkeät ajastuslohko 202, joka tietää synkronointitie-don paikan ajassa ja suorittaa etäisyysmittauksia, ja synkronoinnintarkastuslohko 15 203. Lisäksi matkaviestimen toimintaa keskeisesti ohjaavan mikroprosessorin 204 osat on esitetty. Kuvassa 4b esitetty matkaviestin on esimerkkitoteutus matkaviestimestä, eikä esillä oleva keksintö siten rajoitu mihinkään tietyn tyyppiseen matkaviestimeen. Kuvan Rf-lohko 200 on eräs toteutusvaihtoehto, jossa on esitetty eri toimintoihin tarvittavien taajuuksien generointiin tarvittavat taajuusgeneraattorit 20 205, 206 sekä generaattoreiden antamasta taajuudesta lähetyksessä ja vastaanotossa tarvittavat taajuudet muodostava taajuussyntetisaattori, joka on kuvassa esitetty vaihelukitun silmukan 207, alipäästösuodattimen 208 ja jänniteohjatun oskillaattorin 209 muodostamana sarjaankytkettynä silmukkana. Rf-lohko 200 jakautuu lisäksi vastaanotto- ja lähetyshaaraan, joita ei tässä selosteta yksityiskohtaisemmin, koska 25 niiden toteutus ja toiminta on tunnettua alan ammattimiehelle.

* » » : : : Tuleva sanoma viedään vastaanottohaaran demodulaattorista 210 modeemi-ja au- :1·1: diolohkolle, jossa tulevasta signaalista erotetaan multiplekserissä 211 datasignaali • · datankäsittelylohkolle 222, joka suorittaa mm. synkronointitiedon tarkastuksen, ja 30 audiosignaali vahvistimien 212, 213 kautta kaiuttimelle 214. Tieto oikean tai epä-;Vi onnistuneen synkronointitiedon vastaanottamisesta viedään datankäsittelylohkosta \.I 202 aikalaskurilohkolle 203, joka vastaanottamansa tiedon (esim. tieto synkronoin titiedon vastaanoton epäonnistumisesta) ja laskemansa ajastustiedon (esim. tieto vastaanoton alkamisajankohdasta) perusteella suorittaa vastaanottimen ohjaamisen 35 päälle ja pois päältä (virransäästötilaan).

Mikroprosessori 204 voi olla tavanomainen prosessori käsittäen keskussuorittimen 215 , ROM- 216 ja RAM-muistit 217 sekä ajastimet 218 ja liitännän 219 Rf-loh- 6 97597 koon 200 ja modeemi-ja audiolohkoon 210 väylien 220 kautta niiden mikroproses-soriliitäntöihin 221, 222.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttaminen ei siten edellytä ylimääräisten loh-5 kojen lisäämistä, vaan voidaan toteuttaa jo olemassa olevien lohkojen 202, 203 avulla lisäämällä/ohjelmoimalla niihin lisätoimintoja. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan esim. Netz-C -järjestelmässä saavuttaa virransäästöä peräti 16-40 % lähetysajasta ohjauskanavalla eli matkaviestimen käyttöaika samoilla akuilla kuuntelutilassa pitenee jopa 19-67 %.

• · t • « · • · • · « · · • » · • · · < • · · • · • · • » « 1

II

· · • · · • « • · · • · ·

Claims

97597

1. Menetelmä matkaviestinjärjestelmän radiopuhelimen virrankulutuksen pienentämiseksi, jossa matkaviestinjärjestelmässä on tukiasema, joka lähettää matkaviestimille sanomia, jotka sisältävät sanoman alussa synkronointitietoja matkaviestimen 5 synkronoimiseksi tukiaseman kelloon, ja jotka matkaviestimet käsittävät vastaan-otinvälineet tukiaseman lähettämien sanomien vastaanottamiseksi ja käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että matkaviestimen epäonnistuessa oikean synkronointitiedon (S) saamisessa tukiaseman lähettämästä sanomasta kytketään ainakin osa matkaviestimen vastaanotinvälineistä virtaa säästävään tilaan sanoman loppuosan lähetyksen 10 ajaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matkaviestimen epäonnistuessa oikean synkronointitiedon (S) saamisessa tukiaseman lähettämästä sanomasta kytketään muut sanoman vastaanottoon liittyvät osat matkaviestimen ai- 15 kalaskuria (203) lukuunottamatta virtaa säästävään tilaan sanoman loppuosan lähetyksen ajaksi.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att ifall mobilstationen misslyckas att erhälla rätt synkroniseringsinformation (S) ifrän det av basstationen sända meddelandet kopplas övriga tili meddelandets mottagning anslutna delar förutom en syntctisator (207-209) och mobilstationens tidsräknare (203) i ett strömbesparande 25 tillständ för sändningen av resten av meddelandet.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, eitä matkaviestimen epäonnistuessa oikean synkronointitiedon (S) saamisessa tukiaseman lähettämästä 20 sanomasta kytketään muut sanoman vastaanottoon liittyvät osat syntetisaattoria (207-209) ja matkaviestimen aikalaskuria (203) lukuunottamatta virtaa säästävään tilaan sanoman loppuosan lähetyksen ajaksi.

4. Förfarande enligt nägot föregäende patentkrav, kännetecknat av att orsaken tili miSslyckandet att erhälla rätt synkroniseringsinformation är att mottagningen av sytikroniseringsinformationen (S) misslyckades. 30 * · · 5r Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 - 3, kännetecknat av att orsaken tili misslyckandet att erhälla rätt synkroniseringsinformation är att synkroniseringsin-fomiationen (S) var felaktig. 1 i<

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 oikean synkronointitiedon saannin epäonnistumisen syy on, että synkronointitiedon :.v (S) vastaanotto epäonnistui. • · ·

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oikean synkronointitiedon saannin epäonnistumisen syy on, että synkronointitieto (S) oli 30 virheellinen. • · · • · · \.I 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oikean synkronointitiedon saannin epäonnistumisen syy on, että vastaanottotaso synkronointitiedon (S) vastaanoton aikana oli niin alhainen, että synkronointitiedon (S) 35 vastaanotto epäonnistui.

6. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 - 3, kännetecknat av att orsaken tili misslyckandet att erhälla rätt synkroniseringsinformation är att mottagningsnivän vid mottagning av synkroniseringsinformationen (S) var sä läg att mottagningen av synkroniseringsinformationen (S) misslyckades. 97597

7. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att meddelandet kommer frän basstationen tili mobilstationen i en kontrollkanal.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanoma tulee matkaviestimelle tukiasemalta ohjauskanavalla. 97597

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matkaviestinjärjestelmä on Netz-C. 5 1. Förfarande för reducering av strömförbrukningen av en mobilstation av ett mobil- telefonsystem i vilket finns en basstation som sänder meddelanden ät mobilstationer vilka meddelanden innehäller i början synkroniseringsinformation för synkronise-ring av mobilstationen tili basstationens klocka, och vilka mobilstationer omfattar mottagningsmedel för mottagning och behandling av meddelanden sända av bas-10 stationen, kännetecknat av att ifall mobilstationen misslyckas att erhälla rätt synkroniseringsinformation (S) ifrän det av basstationen sända meddelandet kopplas at-minstone en del av mottagningsmedlen i ett strömbesparande tillständ för sändnin-gen av resten av meddelandet. 15 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att ifall mobilstationen misslyc kas att erhälla rätt synkroniseringsinformation (S) ifrän det av basstationen sända meddelandet kopplas övriga tili meddelandets mottagning anslutna delar förutom mobilstationens tidsräknare (203) i ett strömbesparande tillständ för sändningen av resten av meddelandet. 20

8. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att mobiltelefonnätet är Netz-C. 1 ' 1 • · · • k • ·