JP2008512029A - 移動無線装置のためのサイクル受信器 - Google Patents

Abstract

バッテリ寿命の延長をサポートする無線装置（１１０）が提供される。トランシーバ（１３２）は、無線リンクを介してデータを送受信するように構成されている。フレーム検出センサ（１４０）は、トランシーバに結合されるとともに、入力フレームを検出して入力フレームセンサ信号を生成するように構成されている。コントローラ（１４２）は、フレーム検出センサ及びトランシーバに結合されるとともに、フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいてトランシーバ装置の一部の動作を選択的に停止するように構成されている。本発明の利点としては、移動無線装置におけるバッテリ寿命を延長することができることが挙げられる。

Description

本発明は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の一般的な分野に関し、特に、移動機器におけるバッテリ寿命を向上させることに関する。

無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）は進化しており、また、通信速度は高くなっている。しかしながら、移動無線装置は、装置のトランシーバ部分を動作させるためにかなりのパーセンテージの電力を使用する。その結果、移動機器がＷＬＡＮ通信を積極的に使用しているときにバッテリ寿命が短くなる可能性がある。

最も普及している無線プロトコルのうちの一つは、ＩＥＥＥ規格を表す８０２．１１である。例えば８０２．１１ａや８０２．１１ｂ等、様々なタイプの８０２．１１プロトコルが存在する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ ＷＬＡＮ規格は、ＷＬＡＮフレームを検出するように構成された受信器を含むプロトコル規格を与える。受信器は、フレームの同期部分を探す任意の受信信号に対して検出アルゴリズムを連続的に実行し、これは、完全受信チェーン（ＬＮＡ，ＬＯ，フィルタ等）が常に動作していることを要する。即ち、従来の実施は、フレームの到達時間が分からないため、完全受信チェーンが常に動作していることを必要とする。この常時接続構成では、移動無線装置の電力消費量が著しい。

これらの典型的なプロトコルが進化するに伴い、新しい移動通信装置にレガシー互換性を含ませることにより古いプロトコルとの相互接続を含むことが望まれる。一部のレガシープロトコルが多くの同期時間を要するため、古いプロトコルを使用するレガシーネットワークとの通信時に新しい移動通信装置が新たなプロトコルに基づいて素早く同期化できる能力をうまく利用することによりバッテリ寿命を改善する技術があってもよい。

必要とされているものは、新しいプロトコル及びレガシープロトコルの両方と通信を行いつつ、無線装置におけるバッテリ寿命を延長するための技術である。ここに記載される発明は、無線装置のバッテリ寿命を延長するためのそのような技術を提供する。

本発明は、バッテリ寿命が延長された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）装置をサポートする。本発明は、無線装置の一部に対して、例えば無線フロントエンドや受信器チェーンの他の部品に対して、電源オフ及び電源オンを短時間で切り換える。オフ時間は、機能が損なわれないようにするのに十分な極短い時間である。オン期間は、フレームを検出するのに十分な長い期間である。これらのオフ時間は、無線装置の電力消費量を大きく低減することができる。本発明の用途は、移動式かつバッテリ給電ＷＬＡＮシステム又は低電力受信要件を有する他のＷＬＡＮシステムである。

典型的な実施の形態においては、バッテリ寿命の延長をサポートする無線装置が提供される。トランシーバは、無線リンクを介してデータを送受信するように構成されている。フレーム検出センサは、トランシーバに結合されるとともに、入力フレームを検出して入力フレームセンサ信号を生成するように構成されている。コントローラは、フレーム検出センサ及びトランシーバに結合されるとともに、フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいてトランシーバ装置の一部の動作を選択的に停止するように構成されている。

本発明の一態様においては、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、局部発振器（ＬＯ）、フィルタ、及び、速いスイッチオン及びスイッチオフ時間を有する他の部品等の無線周波数（ＲＦ）受信器の特定の部分が短い間隔でオン及びオフに切り換えられる。この間隔は、受信器がＷＬＡＮフレームを確実に検出できるのに十分な極短い間隔である。オン期間は、フレームが‘空中にある’かどうかを検出するのに十分長い期間である。オン時間及びオフ時間は、デジタルチップ（ベースバンドチップ）により又はＲＦチップ（受信器フロントエンド）により制御することができる。

本発明の利点としては、移動無線装置におけるバッテリ寿命を延長することができることが挙げられる。

以下、図面を参照しながら、本発明について説明する。

特定の装置及び実施の形態を参照して本発明について説明する。当業者であれば分かるように、説明は、単なる例示であり、本発明を実施する最良の形態を提供するためのものである。特定の無線装置及びプロトコルについて言及するが、本発明は、多くの異なるタイプの装置及びプロトコルに対して適用することができる。例えば、ここでは無線プロトコル８０２．１１が使用されるが、本発明は、他のプロトコル及び移動体通信等の通信技術並びにアナログやデジタルのバリエーションに対しても適用することができる。また、典型的な通信ネットワークとしてインターネットが使用されるが、本発明に関しては他のタイプのネットワークを使用することができる。

図１は、ネットワークを介して互いに通信する複数の無線装置１１０ａ乃至１１０ｅを示す典型的な無線ローカルエリアネットワーク１００（ＷＬＡＮ）を表している。これらの装置は、ＩＥＥＥ規格８０２．１１等の無線プロトコルを使用して互いに通信する能力を有している。装置１１０ａ乃至１１０ｅは、例えば、電話、携帯端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ又は他の電子機器である。また、これらの装置の一部は、バッテリ電源で動作し得るが、他の装置は、利用可能な電源コンセントにより給電されてもよい。

ＷＬＡＮアクセスポイント１１２は、装置がインターネット１２０と接続するために設けられている。図１には一つのアクセスポイントが示されているが、多くのアクセスポイントが存在していてもよく、また、それぞれのアクセスポイントがインターネットに対して直接に接続されてもよく、又は、他のルータ若しくはスイッチを介して互いに接続され及び／又はインターネットに接続されてもよい。

図２は、本発明の実施の一形態に係る典型的な無線装置１１０を示している。無線装置１００は、無線フロントエンド１３２及びベースバンド１３４の部分を含んでいる。フロントエンド１３２は、１３２ａとして特定される多数の受信回路を含んでいる。これらの受信回路は、例えば、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、局部発振器（ＬＯ）、フィルタ、及び、速いスイッチオン・スイッチオフ時間を有する想定し得る部品を含んでいる。ベースバンド１３４は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１３６とデジタル制御・処理回路１３８とを含んでいる。装置１１０は、入力フレームのエネルギを検出することにより、若しくは、フレームの初めの同期信号を検出することにより、又は、これらの両方の組み合わせにより、ＷＬＡＮフレームを検出する。本発明の一態様において、エネルギは、後述するように増大する入力アナログ信号によりＡＤＣにおいて検出される。フレームを確実に検出するためには、同期信号の一部だけが必要とされる。この技術について、図３Ａ乃至図３Ｃを参照しながら説明する。

図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明の実施の形態に係る典型的な無線プロトコルフレームを示している。フレーム３Ａは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準じた長いフレームフォーマット１５０を示している。このフォーマットにおいて、プリアンブル及びヘッダは１９２μｓの長さである。フレーム３Ｂは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に準じた短いフレームフォーマット１６０を示している。このフォーマットにおいて、プリアンブル及びヘッダは９６μｓの長さである。短いフレームを使用する送信器は、短いフレームを受信することができる他の受信器とだけ同時に使用する。その結果、短いプリアンブル及びヘッダを受信することができない受信器と同時に使用するために、送信器は、長いプリアンブル及びヘッダを使用しなければならない。最新機器は、短いフレームフォーマットを使用することができるが、古いレガシー機器は、短いフレームフォーマットを使用することができない。

図３Ｃは、１２８μｓの典型的な同期を使用するフレーム１７０を示している。この時間長と短いプリアンブル／ヘッダとの間の差は、受信経路をオン・オフする（T_on及びT_off）ことにより受信経路の電力を節約するために使用することができる。各部分は十分に長いため、入力フレームを依然として確実に検出することができる。時間の残余の部分は、例えばT_not_neededと称される。これは、本発明が常時オンにされる必要なくフレームを依然として確実に検出できるからである。T_not_neededは、検出アルゴリズムがフレームを検出するためにプリアンブルから必要としない持続時間である。オン時間（T_on）及びオフ時間（T_off）は、無線のベースバンド部分１３４によって制御される。ベースバンドは、フレームの存在を検出すると、受信経路をオンに切り換えられた状態に維持するとともに、入力フレームに同期して、フレームの残余の部分を受信してデコードし続ける。

本発明の実施の一形態において、フレーム検出センサ１４０は、トランシーバに結合されるとともに、入力フレームを検出して入力フレームセンサ信号を生成するように構成されている。この場合、このセンサはデジタル制御・信号処理ブロック１３８内に組み込まれる。デジタル制御・信号処理ブロック１３８は、フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいてトランシーバの一部の動作を選択的に停止するためのコントローラとしての機能を果たす。

一つの態様において、トランシーバは、受信部１３２ａと送信部とを含んでおり、また、コントローラは、フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて受信器１３２ａの動作を選択的に停止するように構成されている。一つの態様において、コントローラは、フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づき、所定の期間にわたってトランシーバの動作を選択的に停止するように構成されている。一つの態様において、所定期間は、予期されるフレームよりも短い。

システムは、入力フレームのエネルギを検出することにより、若しくは、フレームの初めの同期信号を検出することにより、又は、これらの両方の組み合わせにより、ＷＬＡＮフレームを検出する。フレームを確実に検出するためには、同期信号の一部だけが必要とされる。フレーム検出センサは、フレームセンサ信号を生成する。

フレームセンサ信号は、受信経路をオン・オフすることにより受信経路の電力を節約するために使用することができる。各部分は十分に長いため、入力フレームを依然として確実に検出することができる。オン時間及びオフ時間は、受信器のベースバンド部分１３４によって制御される。ベースバンドは、フレームの存在を検出すると、受信経路をオンに切り換えられた状態に維持するとともに、入力フレームに同期して、フレームの残余の部分を受信してデコードし続ける。

オン時間は、ＷＬＡＮシステムが入力フレームの存在を検出するのに要する時間によって決まる。８０２．１１ｂの場合、この時間は３μｓ乃至４μｓである。オフ時間は、受信器をオンに切り換えるのに要する時間によって決定されるとともに、フレームに同期するため、自動利得制御（ＡＧＣ）及び周波数オフセット評価を実行するため、イコライザを操作するために必要な同期信号の量によって決定される。

受信器のデジタル部分のスイッチオン時間はほとんど一瞬である。受信器のアナログ部分におけるスイッチオン時間は、受信器内のブロックによって決まる。低雑音増幅器（ＬＮＡ）、ミキサ、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、フィルタＶＧＡ及びバッファは、２μｓ乃至３μｓの一般的なスイッチオン時間を有している。発振器（ＸＯ）及びフェーズロックドループ（ＰＬＬ）は、数百マイクロ秒程度の長いスイッチオン時間を有している。

フレームをうまく受信するために必要とされる同期シーケンスの量はいくつかの要因によって決まる。第１の要因は、プリアンブルのタイプである。想定し得るプリアンブルは、８０２．１１ｂ又はａ／ｇが使用されるかどうかに応じて、長いＳＹＮＣ、短いＳＹＮＣ、及び、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）トレーニングシンボルである。第２の要因は、システムが受信ダイバーシティを使用するか否かによって決まり、また、第３の要因は、その後のアルゴリズムの速度、及び、これらのアルゴリズムが目標フレーム誤り率をもってフレームの残余をデコードする必要がある同期信号の量によって決まる。

長いＳＹＮＣプリアンブルの場合、典型的な実施において、最初の７２μｓは必要とされない。これは、長いＳＹＮＣ及び短いＳＹＮＣに関して同じアルゴリズムが使用されるからである。全部ではないがほとんどの短いＳＹＮＣは、受信ダイバーシティが使用される場合に必要とされる。受信ダイバーシティが使用されない場合には、短いＳＹＮＣ信号の最初の１１μｓを使用する必要がない。ＯＦＤＭトレーニングシンボルの場合、全部ではないがほとんどのシンボルは、受信ダイバーシティが使用される場合に必要とされる。受信ダイバーシティが使用されない場合、ＯＦＤＭトレーニングシンボルの最初の４μｓは必要とされない。

T_on時間及びT_off時間を計算するために、典型的な計算が以下に与えられている。T_not_neededは、検出アルゴリズムがフレームを検出するためにプリアンブルから必要としない持続時間である。T_rf_switchonは、無線フロントエンドを動作可能（ｒｅａｄｙ）状態でオンにするのに必要な時間である。T_detectは、装置が入力フレームの存在を検出するために必要な時間である。

最大オフ時間は、以下のように計算される。
T_off＜＝T_not_needed−T_rf_switchon−T_detect
T_detect_b＝３μｓ（８０２．１１ｂフレームにおける検出時間）
T_off_long_sync＜＝７２−２−３＝６７μｓ

この例のデューティサイクルは７．５％である。

ＷＬＡＮ無線が一例として利用される場合、受信モードにおける全電流は約９０ｍＡである。T_off中に約５８ｍＡを節約できる。

新たなモードにおける電力消費量は、９０ｍＡから（９０−５８）ｍＡ＋７．５％×５８ｍＡ＝３２ｍＡ＋４．３ｍＡ＝３６．３ｍＡまで低減される。この例では、約６０％の電力の節約になる。

プリアンブルが短く且つダイバーシティが無い場合、電力の節約は少なくなるが依然としてかなりのものである。ＯＦＤＭフレームにおける改善は、ＲＦをオンに切り換えるための正確な数に依存していてもよく、トレーニングシンボルに同期するために必要な時間及び信号を検出してもよい。

図４は、本発明の実施の一形態に係る無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）において動作する移動無線装置のバッテリ寿命を延長するための方法を示すフローチャート２００である。ステップ２０２では、ユーザにより装置の電源がオンにされる。ステップ２０４は、ネットワークタイプを識別するとともに、プリアンブルのタイプが使用中であることを決定する。ステップ２０６は、ネットワークタイプに基づいてT_on及びT_offを設定する。ステップ２０８は、時間T_onにわたって装置を動作させ、ステップ２１０は、フレームの存在を検出する。フレームが検出されたとすると、ステップ２１２は、フレームを取得するとともに、プロセスをステップ２０８に戻す。ステップ２１０がフレームを検出しない場合、ステップ２１４は、所定の時間T_offにわたって装置の一部の動作を停止する。

短いプリアンブルが使用されていないとすると、ステップ２０８は、長いプリアンブルが使用中であると決定し、また、ステップ２１０は、動作（アクティビティ）が存在するかどうかを決定する。動作がある場合、ステップ２１２は、フレームを取得するとともに、装置の動作部分に対して電力を供給し続ける。ＷＬＡＮ動作が存在しない場合、ステップ２１４は、時間T_offにわたって無線装置の一部の動作を停止する。本発明のこの態様において、装置は所定の時間にわたって動作が停止される。前述したように、他の動作停止態様も考えられる。

本発明の利点としては、移動無線装置におけるバッテリ寿命を延長することができることが挙げられる。

典型的な実施の形態及び最良の形態を開示してきたが、以下の請求項によって規定される本発明の主題及び思想の範囲内で、開示された実施の形態に対して改良及び変形が行われ得る。

ネットワークを介して互いに通信し且つ一つのアクセスポイントと通信する複数の無線装置を示す典型的な無線ネットワークを示している。 本発明の実施の一形態に係る典型的な無線装置を示している。 本発明の実施の形態に係る典型的な無線プロトコルフレームを示している。 本発明の実施の形態に係る典型的な無線プロトコルフレームを示している。 本発明の実施の形態に係る典型的な無線プロトコルフレームを示している。 本発明の実施の形態に係る無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）において動作する無線装置のバッテリ寿命を延長するための方法を示すフローチャートである。

Claims (12)

1. 延長されたバッテリ寿命をサポートする無線装置であって、無線リンクを介してデータを送受信するように構成されたトランシーバと、前記トランシーバに結合され且つ入力フレームを検出して入力フレームセンサ信号を生成するように構成されたフレーム検出センサと、前記フレーム検出センサ及び前記トランシーバに結合され且つ前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて前記トランシーバの一部の動作を選択的に停止するように構成されたコントローラと、を備えることを特徴とする無線装置。
2. 前記トランシーバは、受信部と送信部とを含み、前記コントローラは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて前記受信部の動作を選択的に停止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記コントローラは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて所定期間にわたり前記トランシーバの動作を選択的に停止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
4. 前記所定期間は、予期されるフレームよりも短いことを特徴とする請求項３に記載の無線装置。
5. 前記コントローラは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて所定期間にわたり前記受信部の動作を選択的に停止するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
6. 前記所定期間は、予期されるフレームよりも短いことを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
7. 無線ネットワークにおいて使用するためのトランシーバを有する無線装置におけるバッテリ寿命を延長するための方法であって、無線リンクを介してデータを送受信するステップと、入力フレームを検出して入力フレームセンサ信号を生成するステップと、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて前記トランシーバの一部の動作を選択的に停止するステップとを含むことを特徴とする方法。
8. 前記トランシーバは、受信部と送信部とを含み、動作を選択的に停止する前記ステップは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて前記受信部の動作を選択的に停止するステップを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 動作を選択的に停止する前記ステップは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて所定期間にわたり前記トランシーバの動作を選択的に停止するステップを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記所定期間は、予期されるフレームよりも短いことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 動作を選択的に停止する前記ステップは、前記フレームセンサ信号の少なくとも一部に基づいて所定期間にわたり前記受信部の動作を選択的に停止するステップを含んでいることを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記所定期間は、予期されるフレームよりも短いことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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