減少蜂窩電話系統中的反向業務的方法和裝置的製作方法
2023-06-20 01:04:16
專利名稱：減少蜂窩電話系統中的反向業務的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及減少可攜式無線電話中的功耗。具體地說，本發明涉及當語音編碼器以最小的編碼速率工作時減少蜂窩電話傳輸的裝置和方法。
語音編碼器分析數塊時間內的輸入語音(通常稱為幀)，並且利用某些語音編碼器參數來對該輸入進行編碼。對每一幀都計算語音編碼器參數。一類語音編碼器包括代碼激勵線性預測編碼(CELP)、隨機編碼、和矢量激勵語音編碼。作為示例的語音編碼器參數，在CELP語音編碼器中，這些參數涉及線性預測編碼(LPC)濾波器、音高(pitch)濾波器和波形激發。
為了進一步壓縮數位化的語音，採用稱為可變速率語音編碼的技術。可變速率語音編碼為輸入的語音中的周期的靜音而減少數據速率以產生可變輸出數據(幀)速率。
在蜂窩電話(也稱為移動站)中使用可變速率語音編碼器減少了蜂窩電話發射的數據量以增加信道容量。然而，在沒有音頻信息(例如周期的靜音)時，即使對於編碼的輸入語音幀，蜂窩電話仍然發射編碼的信號。這導致蜂窩電話對寶貴的DC電池功率的使用多於它所需要的量。這種對電池功率的過多使用又減少了對於任何充電電池的蜂窩電話的可用通話時間。因此，存在對一種裝置和方法的需要，其減少在採用可變速率語音編碼器的蜂窩電話中的功耗。
蜂窩電話100包括發射器組，其通過雙工器110連接到天線112。常規接收器108也通過雙工器110連接到天線112。正如本領域所公知的，雙工器110將發射信號和接收信號隔離開來。對於不採用全雙工工作的蜂窩系統，不需要雙工器110。
為了發射和接收蜂窩電話信號，常規的合成器114產生參考信號和射頻信號。控制器116起控制蜂窩電話100的作用。控制器包括任何的微處理器、微控制器、數位訊號處理器(DSP、和各種數字邏輯電路。圖中沒有示出組件之間的所有連線，以避免不適當地使圖複雜。此外，也沒有示出諸如麥克風、揚聲器、和鍵盤的蜂窩電話組件，以避免不適當地使圖複雜。
發射器組106接收用戶輸入的信息並且將其發射到基站102。通常，發射器組106包括模數轉換電路120、可變速率聲碼器122、調製器124、和發射器126。
將在輸入端118出現的、來自用戶的輸入語音信號輸入到模數轉換電路120，在此如現有技術一樣對輸入信號進行數位化。數位化的語音信號被輸入到可變速率聲碼器122，在此根據語音信號中的音頻信息來以多種不同的幀速率中的任意之一對其進行編碼。在示出的實施例中，可變速率聲碼器122採用CELP編碼技術以在編碼的語音數據中提供可變速率。
將編碼信號傳輸到常規的調製器124，以將數字輸入碼元轉換成與傳輸信道匹配的波形。在示出的實施例中，調製器124採用現有技術的相移鍵控(PSK)。也可以採用諸如最小鍵控(MSK)或者正交幅度調製(QAM)的其它調製技術。
由發射器126處理調製後的信號以進一步準備用於發射的輸入信號。發射器126包括常規的組件，諸如上變換電路(混頻器)、濾波器、增益控制電路、和功率放大器。
對於各種語音編碼器的運行幀速率，每一幀由160個樣值、或者8KHz採樣速率下的20毫秒的語音組成。也可採用其它的採樣速率和幀大小。而且，在示出的實施例中，
圖1中的可變速率語音編碼器122能夠以多種不同的幀速率對信息幀進行編碼。稱為全速率的第一速率中，數據傳輸是以8.55Kbps速率進行。第二速率稱為半速率，其中數據傳輸是以4Kbps速率進行。第三速率稱為四分之一速率，以2Kbps速率進行數據傳輸。最後，第四速率稱為八分之一速率，以小於1Kbps速率進行數據傳輸。在標準文件TIA/EIA-IS-95-A、TIA/EIA-IS-95-B、和TIA/EIA-TSB2000中介紹的蜂窩電話標準允許用於具有上邊介紹的速率的可變速率語音編碼器，在此通過引用將每一種此類標準結合進來。
統計表明，通常在蜂窩系統中，可變速率聲碼器122經常以全速率和八分之一速率的編碼速率來工作。以八分之一速率進行的可變速率聲碼編碼主要用於輸入語音信號中沒有音頻信息的場合。例如，用於在用戶沒有對蜂窩電話100講話的時候。這可以發在大多數時間中用戶傾聽其它用戶對其講話的場合。這也可以發生在當用戶進行電話會議並且主要在電話會議期間傾聽其它與會者的講話時、當用戶傾聽語音郵件時或者用戶信傾聽廣播信道業務時。用戶也可以通過按下蜂窩電話100上的靜音按鈕(未示出)以使可變速率語音編碼器開始以八分之一速率進行聲碼編碼。
因此，通常在可變速率語音編碼器122以八分之一速率進行工作時，在輸入信號中有很小的或者沒有實際信息/音頻信息。此時仍然對輸入信號進行編碼，但是20毫秒的信息幀沒有有意義的信息，其主要是用作位置標誌符。因此，由於讓發射器126處理八分之一速率編碼的傳輸幀，蜂窩電話100浪費了電池功率。
因此，在示出的實施例中，控制器116連接到可變速率聲碼器122，並且檢測可變速率語音編碼器的編碼速率。當控制器122檢測到編碼速率下降到預定的速率時，在此指下降到最小編碼速率(例如，八分之一速率)，控制器產生消息請求以進入減小的傳輸模式，該消息被傳送到發射器組106以傳輸到基站102。根據IS-95蜂窩電話標準，消息請求是經過業務信道作為「命令消息」發送的。此外，可以使用在此通過引用結合進來的在EIA/TIA IS-2000 CDMA標準中的專用控制信道(DCCH)來發送消息。
在蜂窩標準中定義了命令消息，其有多個欄位組成。一個欄位為確認要求欄位(也稱為Ack Required欄位)。當蜂窩電話100發送請求以進入減少的傳輸模式時，將Ack Required欄位設為1，以告知基站102蜂窩電話100要求基站102確認蜂窩電話請求。
當蜂窩電話100的接收器108從基站102接收到減小的傳輸模式確認時，控制器116使發射器126減小工作的發射佔空度，以使蜂窩電話工作在減小的傳輸模式。在此模式中，發射器126減小它的工作佔空度。可以參考圖2更加詳細地對此進行介紹。
圖2為圖1的發射器126的方框圖。圖2中示出的元件僅僅是發射器126一個實施例，對於本領域普通技術人員來說，可以使用帶有附加的無源和有源組件的其它發射器組，而無需具有發明創造能力(inventive capacity)。
通常，發射器126包括接收數位化的調製輸入信號的IQ調製器140。經過IQ調製之後，信號被送到帶通濾波器142，以濾掉來自IQ調製的混頻、互調、和寄生成分。過濾後的信號加到可變增益放大器(VGA)，象現有技術一樣進行增益控制。因此，增益控制用於增加或降低調製後的信息信號的幅度。如果蜂窩電話100靠近基站102，則降低VGA 144的增益。然後，調整增益後的信號加到上變化混頻器146，將信號變換成適於在射頻信道上進行發射。RF振蕩器148將RF載波信號送到上變換混頻器146以象現有技術一樣進行上變化處理。上變換之後的信號加到RF放大器150以進一步放大。最後，將放大後的信號加到功率放大器152以進行最後的功率放大。
如圖2所示，通過連線162將發射器126的各個元件連接起來。這是為了將在電池節省輸入端160處出現的電池節省信號傳送到發射器的各個元件。當蜂窩電話100接收到來自基站102的確認而進入減少的傳輸模式時，控制器116將電池節省信號(也稱為電池節省比特)從確認的低電位變為高電位。將電池節省比特改變為確認的高電位導致減少發射器126的各個元件的功率。
可以通過很多不同的方法來完成減少任何特定的發射器元件的功率。例如，連線162將電池節省比特送到VGA144。圖3示出了VGA144的局部原理圖和局部方框圖。圖3中，偏置電路170連接到可變增益放大器電路172。偏置電路170經連線174提供偏置電流以給VGA電路172供電。連線174上的偏置電流為來自電流源76的鏡像電流，電流源176利用常規的電晶體鏡像電流技術。在示出的實施例中，電流源176提供參考電流源以使VGA電路172偏置。電流源通過P-溝道MOSFET電晶體178連接到雙極面結型電晶體(BJT)180的集電極。BJT180的集電極也通過BJT182連接到BJT180的基極。BJT184的基極連接到BJT180的基極。根據BJT180和BJT184之間的電晶體大小的比率，並且根據電阻186和電阻188之間的電阻之比，正如本領域所公知的一樣，連線174上的偏置電流正比於電流源176產生的電流。
連接P-溝道MOSFET178的柵極190以接收電池節省比特，該MOSFET178起開關作用。當電池節省比特為確認的高電平時，P-溝道MOSFET178作為斷路，不產生參考電流。因此，當電池節省比特為高電平時，VGA172不消耗電流。
為了防止洩漏電流，N-溝道MOSFET200作為開關，並將BJT180的集電極接地，N-溝道MOSFET202將BJT180和184的基極接地。當電池節省比特信號為確認的高電平時，N-溝道MOSFET200和202作為短路以進一步關閉BJT180和184。
響應電池節省信號為高電平，類似的電池節省技術導致其它發射器126(圖1和2)元件減小功耗。本領域普通技術人員將會理解，可以利用其它電池節省電路來響應電池節省信號以減小發射器元件中的功耗。例如，可以在DC電壓源和發射器元件的電源端之間連接MOSFET溝道電晶體。當電池節省信號為高電平時，MOSFET作為斷路，使得DC電源不給發射器元件的電源端供電。
因此，當蜂窩電話100進入減小的傳輸模式時，發射器126減小它的工作佔空度。這發生在控制器116(圖1)檢測到可變速率語音編碼器工作在八分之一幀速率時。減小的工作佔空度包括發射器126通過前面已經介紹的技術來減小它的各個發射器元件的功耗。在示出的實施例中，減小的工作佔空度指當可變速率語音編碼器122以八分之一幀速率進行編碼時，發射器126減小每隔20毫秒給各個發射器元件的功率。因此，發射器126減小它的工作佔空度從第一工作站空度(例如，當每20毫秒語音編碼器幀給發射器供電以進行工作時的100％)變為基本上為50％的第二減小的工作佔空度。此外，可以採用其它的佔空度(例如，在工作於減小的傳輸模式期間，每八分之三速率幀不進行發射)。
當蜂窩電話100工作於減小的傳輸模式時，基站102也必須改變基站102的工作方式。這是因為對於蜂窩電話100不進行發射的每一幀(例如，蜂窩電話100減小它的功耗的每一個20毫秒幀)，蜂窩電話實質上發射通常所說的擦除。擦除典型地來源於不良的信號傳播條件。例如，當蜂窩電話100在高大的建築物後面移動時，其發射到基站102的信號受到阻塞。基站102檢測到這種情況作為擦除。
因此，當蜂窩電話100工作於減小的傳輸模式時，它產生不是源於惡化的信號條件的擦處；此擦除實質上為專用的擦除。在此情況下，基站102將該擦除視為所希望的擦除而不是視為源於信號傳播條件的擦除。例如，基站102利用功率控制算法進行工作。基站接收來自蜂窩電話100的信號，並且改變它的發射功率，或者發射命令到蜂窩電話100，以根據基站102從蜂窩電話100接收到的信號電平和/或根據基站102是否檢測到擦除來減小蜂窩電話100的發射功率。因此，如果蜂窩電話100工作在減小的傳輸模式，基站102將檢測擦除，否則指示蜂窩電話100增加它的發射功率。然而，在示出的實施例中，基站功率控制算法包括第一功率控制算法和第二功率控制算法。
當蜂窩電話100不工作於減小的傳輸模式時，基站102經過第一即常規的功率控制算法來工作。當蜂窩電話100工作在減小的傳輸模式時，基站102經第二功率控制算法工作。在第二功率控制算法中，基站102忽略擦除，而實際利用在每一特定的擦除之前的數據幀，以進行功率控制和分析。
因此，當基站102在工作於第二功率控制算法期間檢測到擦除時，基站102隻是使用在特定的擦除之前的最後的信息幀。因此，功率控制算法的一個輸入為幀速率，且在減小的傳輸模式期間，基站102不是接收1/8、1/8、1/8的幀指示，而是接收1/8、1/8擦除、1/8的指示等。基站102隻是忽略擦除指示，並且利用前面的20毫秒數據幀。
而且，當蜂窩電話100工作於減小的傳輸模式時，基站102必須改變基站102的工作方式，可以其它方式來進行改變。特別地，當基站102在與蜂窩電話100進行信號通信時，基站執行掉線呼叫分析。例如，通常，如果基站102檢測到在預定時間內的預定的擦除指示數量，基站認為與蜂窩電話100的信號連接已經斷開(例如，發生了掉線呼叫)。然而，在改變的工作方式中，基站102不包括掉線呼叫分析擦除，其在減小的傳輸模式中工作期間進行監測。
在優選實施例中，當可變速率語音編碼器122(圖1)將八分之一速率編碼速率改變為(增加到)新的、更高的編碼速率時，控制器116(圖1)檢測這一改變。然後，控制器116使發射器126(圖1)中止在減小的傳輸模式中的工作。
基站102利用速率確定算法，並且通過檢測蜂窩電話100發射源於不同於八分之一速率的編碼速率的連個連續幀來檢測蜂窩電話100在編碼速率上的改變。因此，基站將改變它的工作方式，以將接收到的擦除作為由不良的/惡化的信號條件產生的擦除而不是作為所希望的擦除。此外，蜂窩電話100可以將一個特定的消息發送給基站102，以通知基站102蜂窩電話退出減小的傳輸模式，相應地，蜂窩電話增加它的工作佔空度。
而且，在替換的實施例中，基站102將消息發送到蜂窩電話100，命令蜂窩電話100中止在減小的傳輸模式中的工作。基站102在這樣的條件下如此操作例如，如果基站檢測到接收到的信號的質量下降，這種下降是由於蜂窩電話100位於基站102小區的邊緣造成的。其它的條件如下如果有較大的衰減速率，或者如果其它系統參數用於蜂窩電話100被允許工作於減小的傳輸模式而改變。
通過工作在減小的傳輸模式，蜂窩電話節省了電池功率以增加蜂窩電話的可用通話時間。例如，對於7dBm的蜂窩電話輸出功率和40％的語音有效因素(VAF)(例如，典型的語音呼叫)，蜂窩電話電流消耗的節約量大約為3％。而且，當蜂窩電話輸出功率為23dBm，並且VAF為40％時(在基站小區的外圍提供呼叫)，電流節省大約為6.5％。而且，當輸出功率為23dBm，並且可變速率語音編碼器輸出數據都為1/8速率幀，(例如，蜂窩電話正在下載文件或者處於靜音)，電流消耗大約減少50％。
上面的三個電流節約的例子對應於蜂窩電話工作於通常稱為IS-95A或IS-95B標準的速率集1或2。當蜂窩電話工作於稱為IS-2000的速率集3時(例如，其中蜂窩電話發射反向鏈路導頻信號)，也節約功耗。例如，當蜂窩電話以23dBm輸出功率和所有的1/8速率幀進行發射時，當工作在減小的傳輸模式時，功耗大約節約10％。
上面的對優選實施例的介紹被提供來使任何本領域普通技術人員實現優選實施例。對於本領域的普通技術人員來說，對這些實施例的修改是顯而易見的，不需要使用創造性的能力，就可以將在此限定的一般原理應用到其它實施例中。
權利要求
1.在一種能夠以多種不同速率對信息幀進行編碼的無線電話中，一種減少從所述無線電話到遠程基站的傳輸的方法，該方法特徵在於檢測編碼速率中的降低量；響應於檢測，將請求發送到所述遠程基站以進入減少的傳輸模式；和減少所述無線電話的發射佔空度以進入所述減少的傳輸模式。
2.根據權利要求1的方法，其中所述無線電話可工作於碼分多址(CDMA)蜂窩電話系統中。
3.根據權利要求2的方法，其特徵進一步在於接收來自所述遠程基站的減少的傳輸模式確認，其中所述無線電話響應於接收所述減少的傳輸模式確認而減少所述發射佔空度。
4.根據權利要求2的方法，其中所述編碼速率包括對數位化的語音進行編碼的速率。
5.權利要求4的方法，其特徵進一步在於確定語音活動的電平；和響應於所述語音活動的電平，降低所述編碼速率。
6.根據權利要求1的方法，其中所述檢測步驟包括檢測八分之一幀速率工作的當前編碼速率。
7.根據權利要求7的方法，其特徵進一步在於接收一命令以中止在所述減小的傳輸模式中的工作；和響應於接收所述命令，增加所述發射佔空度。
8.根據權利要求1的方法，其中所述檢測步驟包括所述無線電話以在所述多個不同速率中的最小編碼速率進行工作。
9.根據權利要求1的方法，其特徵進一步在於通知中止在所述減少的傳輸模式中的工作的意圖。
10.根據權利要求1的方法，其中，減少所述發射佔空度包括下述任何之一周期地禁止所述無線電話中的至少一部分發射器電路；和周期地減少加到至少一部分所述發射器電路上的DC功率量。
11.在一種能夠以多種不同速率對信息幀進行編碼的碼分多址(CDMA)無線電話中，一種減少從所述CDMA無線電話到遠程基站的傳輸量的方法，該方法特徵在於檢測編碼速率中的降低量；將請求發送到所述遠程基站以進入減少的傳輸模式；接收來自所述遠程基站的減少的傳輸模式確認；和減少所述CDMA無線電話的發射佔空度以工作於所述減少的傳輸模式。
12.根據權利要求11的方法，其中減少所述發射佔空度包括將所述CDMA無線電話的發射佔空度從工作的當前佔空度減少大約50％。
13.根據權利要求11的方法，其中所述檢測步驟包括所述CDMA無線電話以在所述多個不同速率中的最小編碼速率進行工作。
14.根據權利要求13的方法，其中所述CDMA無線電話能夠以全速率、1/2速率、1/4速率、和1/8速率對信息進行編碼，且其中，檢測在所述編碼速率中的降低量包括檢測以八分之一速率的工作。
15.根據權利要求11的方法，其特徵進一步在於發射消息以退出所述減少的傳輸模式。
16.根據權利要求11的方法，其特徵進一步在於在工作於所述減少的傳輸模式期間，將信號發射到所述遠程基站，所述信號包括源於在所述減少的傳輸模式中工作的擦除；在所述遠程基站接收所述信號；和響應於接收所述信號，將所述擦除視為所希望的擦除而不是作為源於信號傳播條件的擦除。
17.根據權利要求16的方法，其中當所述CDMA無線電話沒有工作於所述減少的傳輸模式時，所述遠程基站工作在第一功率控制算法，且當所述CDMA無線電話工作在所述減少的傳輸模式中，所述遠程基站工作在第二功率控制算法，其中所述「視為步驟」包括當利用第二功率控制算法時忽略所述擦除；和在使用第二功率控制算法期間，利用在擦除之前的數據幀，以進行功率控制計算。
18.根據權利要求17的方法，其中所述視為步驟包括所述遠程基站不包括在所述減少的傳輸模式工作期間檢測到的掉線呼叫分析檢測的擦除。
19.根據權利要求11的方法，其特徵進一步在於退出所述減少的傳輸模式；和在所述遠程基站檢測從所述減少的傳輸模式的退出。
20.根據權利要求11的方法，其特徵進一步在於退出所述減少的傳輸模式；和通知所述遠程基站退出所述減少的傳輸模式。
21.根據權利要求11的方法，其中減少所述發射佔空度包括下述任意之一周期地禁止CDMA無線電話中的至少一部分發射器電路；和周期地減少加到至少一部分所述CDMA無線電話發射器電路上的DC功率量。
22.在一種碼分多址(CDMA)蜂窩電話中，一種減少蜂窩電話傳輸量的裝置，該裝置特徵在於語音編碼器，其接收輸入信號，並且響應於在所述輸入信號中的音頻信息量以多種幀速率中的任意之一對所述輸入信號進行編碼；發射器，將信號發射到遠程站；和連接到所述語音編碼器和所述發射器的控制器，所述控制器在所述語音編碼器以預定速率對所述輸入信號進行編碼時進行檢測，所述發射器響應於所述語音編碼器檢測在所述預定速率中的工作而減少工作的佔空度。
23.根據權利要求22的裝置，其中所述預定速率包括在所述多個幀速率中的最小編碼速率。
24.根據權利要求22的裝置，其中所述發射器能夠響應於所述語音編碼器檢測在所述預定速率中的工作而將減少的傳輸模式請求發送到遠程基站。
25.根據權利要求24的裝置，其中所述發射器能夠響應於所述CDMA蜂窩電話接收來自所述遠程基站的確認消息，減少所述工作的佔空度，以工作於減少的傳輸模式。
26.根據權利要求25的裝置，其中減少所述工作佔空度包括下述任意之一周期地禁止所述發射器中的至少一部分電路；和周期地減少加到至少一部分所述電路上的DC功率量。
27.一種碼分多址(CDMA)蜂窩電話系統，其特徵在於移動站，其包括語音編碼器，其接收輸入信號，並且響應於在所述輸入信號中的音頻信息量而以多個幀速率中的任何一個對所述輸入信號進行編碼，連接到所述語音編碼器的移動站發射器，和移動站控制器，其檢測所述語音編碼器的編碼速率，並且產生使所述語音編碼器工作於預定速率的指示，其中，所述發射器響應於所述指示而發射減少的傳模式請求，和基站，其包括基站接收器，其接收所述減少的傳輸模式請求，和基站發射器，其發射所述減少的傳輸模式請求的確認，其中所述移動站發射器響應於接收所述確認而減少工作的佔空度。
28.根據權利要求27的CDMA蜂窩電話系統，其中減少所述工作佔空度包括下述任意之一周期地禁止所述至少一部分移動站發射器；和周期地減少加到至少一部分所述移動站發射器上的DC功率量。
29.根據權利要求27的CDMA蜂窩電話系統，其中所述基站進一步包括連接到所述基站發射器的功率控制電路，所述功率控制電路經第一功率控制算法和第二功率控制算法而工作，其中所述功率控制電路響應於發射所述減少的傳輸模式請求的確認，經第二功率控制算法來工作。
30.根據權利要求29的CDMA蜂窩電話系統，其中當所述移動站發射器減少所述工作的佔空度，所述基站忽略源於移動站傳輸的擦除指示。
31.根據權利要求30的CDMA蜂窩電話系統，其中當所述移動站發射器減少所述工作的佔空度，所述基站不考慮掉線呼叫分析中的擦除指示。
32.根據權利要求30的CDMA蜂窩電話系統，其中所述功率控制電路在經第二功率控制算法工作期間不使用所述擦除指示。
33.根據權利要求32的CDMA蜂窩電話系統，其中在經第二功率控制算法工作期間，將在特定擦除幀之前的信息幀用於對應於所述特定擦除幀的功率控制計算。
34.根據權利要求27的CDMA蜂窩電話系統，其特徵進一步在於基站控制器連接到所述基站接收器，並且用於檢測所述移動站發射器已經中止以減少的佔空度進行工作的指示。
35.根據權利要求34的CDMA蜂窩電話系統，其中所述指示包括下述任意之一移動站傳輸源於不同於所述預定速率的編碼幀速率的兩個連續幀；和由所述移動站發射的消息。
全文摘要
本發明公開了一種碼分多址(CDMA)蜂窩電話(90)，其具有從CDMA蜂窩電話(90)到遠程基站(102)的減少的傳輸。可變速率語音編碼器(122)能夠接收輸入信號，並且響應於在輸入信號中的音頻信息量而以多個幀速率中任意之一對輸入信號進行編碼。控制器(116)監視可變速率語音編碼器(122)的工作的編碼速率，並且在可變速率語音編碼器(122)以預定速率工作時進行檢測。然後，控制器(116)使連接到可變速率語音編碼器(122)的發射器(126)減少工作的佔空度。
文檔編號H04L1/00GK1443423SQ01813118
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月19日 優先權日2000年7月21日
發明者麥可·金納維, 威廉·摩根, 威廉P·阿爾貝特 申請人:摩託羅拉公司