用于使用移动检测来延长移动通信设备中的电池寿命的方法和装置的制作方法

专利名称：用于使用移动检测来延长移动通信设备中的电池寿命的方法和装置的制作方法
用于使用移动检测来延长移动通信设备中的电池寿命的方法和装置 发明领域
本发明涉及无线通信设备，且尤其涉及诸如蜂窝电话之类的以电池功率来 工作的此类设备。更具体而言，本发明涉及一种用于在这些设备中最小化功率 需求并延长电池电荷寿命的方法和装置。
背景技术：
诸如蜂窝电话或警方移动无线电之类的移动电信设备通过与基站进行的
射频(RF)信号的发射和接收来与其它电信设备通信，这些基站是无线网络电 信系统的一部分。当然，总的电信系统还可包括有线部分。将蜂窝电话仅用作 一个示例。

图1示出典型的蜂窝电信系统10的基本组件。在这种系统中，蜂 窝电话网络包括地理上相互分离的多个固定基站12。每个基站覆盖围绕该基站 12的一小地理区域(或小区)19。小区19通常相互重叠以便于确保完全覆盖 全部地理区域。诸如蜂窝电话14a之类的蜂窝电话经由RF信号16与诸如基站 12a之类的提供最强信号的基站建立联系并通信。基站与有线通信网络18耦 合，该有线通信网络18通过有线网络18将呼叫路由至另一电信设备。另一电 信设备可例如是另一蜂窝电话14b，在此情况下信号从有线网络18被路由至接 近另一蜂窝电话14b的另一蜂窝基站18b,在该蜂窝基站18b中它们被转换成 RF信号16并被广播至蜂窝电话14b。
为了提供高效的通信系统，网络以及每一蜂窝电话跟踪哪个蜂窝基站最接 近电话是重要的。特别地，每个电话14应知道哪个蜂窝基站18提供最强信号 以使它可与该基站而非任何其它基站通信，从而最小化发射到网络所需的功率 量。此外，网络必需为了同样的理由跟踪与每一蜂窝电话具有最佳通信链路的 基站，并且也使它可知道在进行针对特定蜂窝电路的呼叫时将呼叫路由至哪个 基站。.
因此，蜂窝电话14通常将从待机模式苏醒以按预定间隔侦听来自基站的寻呼。用于典型的蜂窝电信系统的寻呼间隔可以在约0.5秒-2.5秒的范围内。 寻呼周期的持续时间通常可以是约25-100毫秒。具体地，在常规寻呼期间， 蜂窝电话将基于先前的一个或多个寻呼已预先确定与其通信的默认基站。该电 话将开启其接收电路以侦听来自该默认基站的发射，以便确定例如该基站是否 正在发射指示该电话具有呼入呼叫的信号。此过程在此将称为"监视"默认基 站。此外，在寻呼期间，电话检査默认基站以及它可与其通信的任何其它基站 的信号强度以确保它总是与具有最强信号的基站(大概(虽然不是必然地)是 最接近的基站)通讯。此过程在此将称为"轮询"。在典型的邻近小区轮询过 程中，电话在邻近基站可在其上发射的各种频率上侦听来自射程内的任何基站 的信号。蜂窝电话然后确定响应的每一个基站的接收信号强度并且确定响应基 站的任何一个是否具有大于默认基站的接收信号强度。
如果在邻近小区轮询期间，电话确定存在具有更强信号的邻近小区基站， 则电话将默认基站切换到新基站。本领域的技术人员将理解，以上描述是高度 简化的并且许多系统将结合更复杂的算法，这些更复杂的算法在确定哪个蜂窝 基站为任何给定电话提供(或至少可能提供)最佳通信链路并且因此将被指定 为默认基站时考虑各种准则。
如上所述，蜂窝电话寻呼通常可需要约25-100毫秒，其近一半消耗在监 视默认基站并且近另一半消耗在轮询邻近小区上。在寻呼期间，蜂窝电话相比 它在待机模式时消耗多得多的功率。具体地，包括滤波器和放大器在内的基本 上所有的接收路径电路都被开启并调整。此外，处理器处理诸如所有邻近基站 的接收信号强度数据之类的数据，并且确定哪个提供最佳信号。
寻呼是对蜂窝电话的电池的最大消耗之一。例如，典型的蜂窝电话在寻呼 时可从电池提取相比其在待机时大约25至50倍量级的功率。
在设计基本上所有的移动电信设备时的一个共同目标是最小化其功耗，以 使电池可在充电之间持续尽可能长的时间和/或以便于减小电池的尺寸以使电 信设备可做得更小且更轻。
因此，本发明的一个目的是最小化移动电信设备中的功耗。
本发明的另一目的是最小化在移动电信设备中花费在轮询邻近小区的时发明概要
根据本发明，一种电信设备配备有用于检测指示该电信设备的位置的变化 或移动的现象的全球定位系统(GPS)或其它电路。这种其它电路可包括用于 确定该电信设备的加速度的加速计(有或没有用于将加速度转换成速度或距离 的积分器)。替换地，默认基站信号强度的变化可被用作设备的移动的指示。
根据本发明的原理，使用GPS或其它电路来确定电信设备是否已移动。 在电信设备被确定为基本固定的周期期间，电信设备保持在固定模式，在该模 式期间它要么不执行邻近基站轮询，要么以比在该设备被确定为移动时大得多 的间隔来轮询邻近基站。
在检测到移动时，该设备进入移动模式，在该模式中，设备以较小的间隔 轮询邻近小区。它保持在移动模式中，直到确定该设备已再次变得固定。
附图简述
图1是示出常规无线电信网络设备的基本组件中的某一些的框图。
图2是根据本发明的原理的无线电信设备的基本组件中的某一些的框图。 图3是示出根据本发明的一个实施例的步骤的流程图。
发明详细描述
根据本发明的原理，移动或无线电信设备的电池寿命通过在该设备固定时 增大轮询邻近基站之间的间隔来增大。在此将关于示例性蜂窝电话无线网络来 描述本发明。然而，本发明对于被设计成轮询多个基站以便于确定它应使用哪 个基站来通信的实际上任何无线通信设备具有宽广得多的应用。本发明例如在 军事通信系统、基于卫星的通信系统、警方和消防电信系统、商用无线通信系 统(出租车、货运公司)等中具有应用。
蜂窝电话在寻呼之间通常采用在约0.5秒与2.5秒之间的寻呼间隔。在寻 呼周期期间，电信设备侦听默认基站以便于接收来自该基站的信息。它还轮询 邻近蜂窝基站以便于确定在射程内的所有邻近基站的信号强度，从而准备好在 万一特定邻近基站的信号强度相比默认基站的信号强度变得更强时潜在地切换到新的默认基站。在典型的蜂窝电话中，这两种功能，即监视默认基站以及 轮询邻近基站，在每次寻呼期间执行，且每个功能消耗某一部分时间。
为了提供移动通信设备用户视为必要的服务质量，此邻近基站的频繁轮询 是必要的。轮询周期(例如为了监视和轮询，电话接收路径电路和数字数据处
理被开启的持续时间)对于典型的蜂窝电话在约25-100毫秒的量级，该时间
的约一半专用于监视默认基站并且其另一半专用于邻近小区的轮询。寻呼在电 信设备中消耗大量功率。因此，本发明的一个目标是增大领近基站的轮询之间 的间隔以便于降低设备消耗的功率，并且因此增加电池寿命。
本发明通过在设备固定(即，不能移动预定距离)时增大邻近基站的轮询 之间的间隔(或完全停止这种轮询)来达到此目标。
许多便携式无线电信设备、尤其是蜂窝电话现在被制造成带有内置全球定
位系统(GPS)。这些GPS系统在蜂窝电话以及其它移动通信设备中具有许多 有价值的应用。例如，配备有GPS的蜂窝电话在紧急情况中通过向网络发射 其位置来定位电话的用户。此外，GPS可结合诸如应用软件之类的便利特征来 使用，应用软件可确定蜂窝电话的位置并且然后向用户提供到诸如最近的电影 院、最近的埃塞俄比亚餐馆、或者最近的公共休息室之类的感兴趣的地点的指 示。
此外，GPS系统可被用来检测蜂窝电话的移动并且该信息可被用来调节邻 近基站轮询间隔。GPS系统通过接收来自卫星的信号并且然后相对于该GPS 系统从中接收信号的三个或更多个卫星在地球的表面上对其位置作三角测量 来确定其定位。
无论如何，在好的环境条件下，GPS系统可检测位置中的变化直到约15 至30英尺。典型的小区(即，由单个蜂窝基站服务的地理区域)是在约1-3 英里的量级。因此，GPS的距离分辨率比蜂窝电话为使其切换到默认蜂窝基站 而必须移动的典型距离要小得多。
根据本发明，配备有GPS的蜂窝电话可被编程为确定蜂窝电话何时已移 动某一预定最小距离(例如，100英尺)。电话可被编程为进入并保持在固定 操作模式中，在该模式中只要设备自进入固定模式以来已移动的距离小于预定 距离它就以相对大的间隔(即，以相对低的频率)轮询邻近小区。该预定距离可以是GPS (或其它运动检测)装置的最小分辨率(即，任何可检测的运动)。 然而，当微处理器检测到大于预定距离的移动时，它切换到其中它以小得多的 间隔(即，以更大的频率)轮询邻近基站的移动模式。在替换实施例中，轮询 可被完全停止(即，轮询间隔是无限的)直到自设备进入该固定模式以来检测 到预定最小距离的移动。
注意，寻呼的监视部分优选地，虽然不是必需地，连续以相同的、相对小
的间隔执行，而不管设备是处于移动模式还是处于固定模式；在一优选实施例
中，仅轮询过程的间隔被更改。因而，例如，在本发明的一个实施例中，当设 备处于移动模式时，轮询过程在每一寻呼周期都执行，然而，当设备处于固定
模式时，轮询过程每X个寻呼周期仅执行一次，其中X是诸如5-50之类的合 理整数。以此方式并使用X-50作为示例，对于每50个寻呼中的49个，寻呼 周期减少约一半，从而显著降低电池的损耗。
在其中轮询在固定模式中未完全停止、而是改为降低频率的本发明的进一 步实施例中，设备可被控制以基于设备的所检测到的最小速度、而非位置中的 最小变化(即，距离)在模式之间切换。设备的速度可通过将所检测到的移动 距离除以其发生的时间段来计算。替换地，速度(而非距离)可诸如通过使用 加速计和积分器来直接检测，如以下更完整地讨论的。
在本发明的一个优选实施例中，设备将在检测到最后一次运动(或速度) 之后保持在移动模式中某一预定时间段。
仅作为根据本发明的原理的优选方法的一个示例，设备可被设计成在检测 到该电信设备的最后一次移动之后保持在移动模式直到60秒。因而，例如， 在一个实施例中， 一旦通信设备进入移动模式，它停留在该模式，只要在最后 一次检测任何运动的60秒内检测到任何运动。在一个简单的实施例中，定时 器在设备进入移动模式时起动并且计数到60秒。只要在设备处于移动模式时 检测到任何进一步的运动，定时器就被重置。在另一个实施例中，在移动模式 重置定时器所需的运动量可被设置成在预定时间段中的某一最小距离，例如30 秒中的30英尺。
(1)用于进入移动模式的最小距离、(2)为了重置进入固定模式，不可 发生检测到的运动的时间量、(3)在固定模式中的轮询间隔、以及(4)在移动模式中的轮询间隔都可根据实际考虑进行设置。以上给出的各示例仅是示例 性的。
在一个示例中，移动模式轮询间隔可以是约0.5秒至2.5秒，固定模式轮 询间隔可以是约2.5秒至1分钟，用于切换到移动模式的最小距离可以是约15 英尺至约150英尺，重新进入固定模式所需的自最后一次检测到的运动以来的 时间量可以是约20秒至约3分钟，并且保持在移动模式中(即，重置返回到 固定模式定时器)所需的最小的检测到的距离可以是从距离检测电路的最小距 离分辨率到30秒周期上的约50英尺的任何距离。在一个特定优选实施例中， 固定模式轮询间隔是10秒，移动模式轮询间隔是1秒，用于切换到移动模式 的最小距离是15英尺，重新进入固定模式所需的自最后一次检测到的运动以 来的时间量是60秒，并且保持在移动模式(即，重置上述60秒时间段)所需 的最小的检测到的距离是距离检测电路的最小距离分辨率。
在移动停止之后保持在移动模式中诸如60秒之类的预定时间是可取的， 因为存在其中电信设备可能仍然移动、但未被立刻检测到的多种情况。例如，
有时电信设备可与GPS卫星失去联系，尤其在厚云层覆盖下，因而阻止一短 时间段内对连续运动的检测。或者，行人可相对于GPS的15至30英尺分辨 率相对较慢地移动。因此，缓慢行进的人可导致其中有若干秒未检测到该人的 连续移动的情况。此外， 一旦运动已开始，更可能的是即使运动暂时停止，它 将不久再次开始。例如，当某人处于移动汽车中时，在红绿灯或停止标记处暂 时停止可能是必要的，但很快地运动将再次开始。因此，这种内置时间延迟将 防止设备在移动与固定状态之间不必要频繁地反弹。
图1是根据本发明的原理的示例性蜂窝电话20的基本组件中的某一些的 框图。电话20包括用于控制电话的各种功能的一个或多个微处理器21。它还 包括用于存储程序指令和数据的存储器23。存储器23可包括一种或多种类型 的一个或多个单独的存储模块。例如，程序指令可被存储在诸如只读存储器 (ROM)之类的非易失性存储器中或者诸如EPROM或EEPROM之类的可编 程非易失性存储器中，而数据可被存储在诸如随机存储存储器(RAM)之类的 易失性存储器中。
此外，该设备可包括GPS单元27或类似物、发射电路24和接收电路25、以及天线31。此外，该设备还包括诸如话筒28、扬声器29以及键区22之类 的在蜂窝电话中找到的典型组件。上述组件中的一些或所有将由可再充电电池 26供电。
以上结合本发明在此所述的步骤、算法以及过程通常由微处理器21执行， 该微处理器又如在此所述地控制电话的其它组件。例如，微处理器在寻呼周期 期间开启接收电路25。
使用GPS来检测设备的运动仅是示例性的。可使用其它技术、装置和/或 电路来合理地检测运动或可能指示设备的运动的其它现象。例如， 一个或多个 加速计可被包含在电信设备内以便于检测设备的加速度。在本发明的一个简单 实施例中， 一旦检测到设备的加速，则使设备进入移动模式并且在最后一次检 测到加速情况之后保持在移动模式中一预定时间段。虽然加速的缺乏不一定指 示运动的缺乏(而是仅缺乏速度或运动方向的变化)，但是作为实际情况，运 动中的个人或车辆可能因粗糙公路、山丘或行走的恒定加速和减速而有规律地 经历加速。在本发明的一个更复杂的实施例中，(一个或多个)加速计的(一 个或多个)输出可被馈送到可被编程为对加速计的输出进行积分以将它转换成 速度或甚至距离的一个或多个积分器，并且该数据(而非直接的加速度数据) 可被观察来检测移动。
电信设备可配备有适用于在所有六个自由度，即X、 Y、 Z以及绕X、 Y 和Z轴的旋转检测加速度的六个加速计。这一系统将提供更准确的移动检测， 但是将增大设备的尺寸、重量、复杂性以及功率需求。特别地，结合六个加速 计、相关联的积分器的需求，以及处理所有这些信息所需的处理功率将是相当 大的。因此，在本发明的一个更优选实施例中，仅采用三个加速计以仅在X、 Y和Z方向上检测加速度。优选地，作为实际情况，旋转运动与本发明的概念 基本无关，因为是设备线性移动的距离指示是否必要改变默认基站，而非设备 绕固定轴的任何旋转。
实际上，仅两个或甚至一个加速计就可足以在至少大部分时间正确地检测 运动。
正如以上结合本发明的基于GPS实施例所描述的，在移动和固定模式之 间切换可服从于某一最小距离、速度、和/或时间要求。在本发明的又一实施例中，不是使用GPS或加速计来检测运动，而是运 动可从如在向默认基站注册期间确定的来自默认蜂窝基站的接收信号强度中 的显著变化来推测。
特别地，虽然由蜂窝电话所检测到的默认基站信号强度经常可由于环境条 件以及电话与基站之间的距离的变化而改变，但是大于特定最小阈值的信号强 度中的变化通常将是蜂窝电信设备的移动的合理指示。此外，即使通信设备有 时由于由环境条件而非移动引起的信号强度的变化而错误地切换到移动模式， 系统也一般仍通过在设备是固定的大多数时间将设备置于固定模式来提供显 著的节能。
如在以上所述的各实施例中，在一个优选实施例中，系统被编程为当自从 进入固定模式以来或者在预定间隔内，例如在任何20个连续的寻呼间隔期 间；或者在10秒内，来自默认基站的信号强度改变预定量，例如改变超过IO %时进入移动模式，然后该设备进入移动模式。它将保持在移动模式中，只要 信号强度在例如60秒内继续改变超过预定阈值(这可以是同样的10%或者不 同的值)。如前所述，可使用每次自定时器被最近重置以来信号变化超过10
%时其就被重置的定时器。此外，如先前结合本发明的其它各实施例所述的， 不是将轮询间隔改变为更大的值，而是设备在处于固定模式的同时可仅完全不 执行轮询。
虽然已描述了本发明的若干不同的实施例，但是所有这些仅是示例性的。 例如，可以使用除了以上所述的那些之外的其它技术来检测移动或者至少认为 是移动的合理指示的现象。例如，可采用大气压传感器来检测海拔中的变化， 这将是对移动的合理预测。
此外，用于运动检测的技术可相互结合地使用。例如，在本发明的一个实
施例中，GPS可如先前所述地被用来检测运动，并且在设备处于固定模式时完
全没有轮询可发生。然而，如果默认基站的接收信号强度在设备处于固定模式 时改变预定量，则该设备切换到移动模式或第三模式，在该第三模式中它确实 执行轮询操作，但是以比移动模式大的间隔执行。
在其它各实施例中，可存在具有不同轮询间隔的多个固定模式。特定固定 模式可基于设备表现为固定的时间量来选择，从而随着自从最后一次检测到运动以来的时间量的增加而切换到越来越长的间隔。
更进一步地，在其中当在固定模式中时轮询确实发生(以降低的频率)的 那些实施例中，包括这样一个特征可能是可取的通过该特征，设备在默认基 站的每一改变之后切换到移动模式预定时段而不管任何运动检测。
图3是示出根据本发明的基本步骤的流程图。典型地，这些步骤将由微处 理器21在软件程序的指令下执行。然而，可能通过其它手段，如组合逻辑电 路、状态机、模拟或数电路等，来执行这些步骤。
该过程在步骤300处开始。在本发明的一个优选实施例中，在通电之后， 设备进入其中以大间隔轮询邻近小区(或者完全不轮询)的固定模式(步骤
302)。然而，在本发明的其它各实施例中，在启动之后，设备可默认为移动
模式而非固定模式。
在步骤304，使用在此以上所述的任何技术或者任何其它适当的技术来确 定设备自进入固定模式以来是否已移动预定最小距离。如没有，则设备保持在 固定模式中。然而，如果检测到这种运动，则处理继续到其中设备进入移动模 式的步骤306，在该模式中它以较小间隔轮询邻近小区。接着，在步骤308， 根据在此以上所述的任何技术确定设备是否已是固定一预定时间段。如果不 是，则它保持在移动模式中。然而，如果在步骤308确定设备己固定一预定时 间段，则处理返回到步骤302并且设备重新进入固定模式。微处理器运行通过 步骤302至308，直到设备断电。
在如此描述了本发明的一些具体实施例之后，本领域的技术人员将容易地 想到各种变化、修改以及改进。由此公开内容而变得明显的这些变化、修改以 及改进虽然未在此明确地指出，但旨在是此说明书的一部分，并且旨在本发明 的精神和范围之内。因此，上述描述仅作为示例，而非限制性的。本发明仅如 以下权利要求书及其等效方案所定义地受限。
权利要求
1.一种使用无线通信设备的方法，所述方法包括以下步骤当所述无线通信设备固定时，以第一持续时间的固定间隔轮询基站；以及当所述无线通信设备处于运动中时，以第二持续时间的固定间隔轮询所述基站。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 确定所述无线通信设备是否在运动中；其中所述第一轮询步骤在所述无线通信设备被确定为在运动中加上其之 后的预定时段执行。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括检测指示 所述电信设备的移动的可能性的物理现象。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括经由GPS 检测所述无线通信设备的位置的变化。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括检测所述 无线通信设备的加速度。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定步骤还包括对所述 加速度积分以计算所述无线通信设备的速度。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定步骤还包括对所述 加速度积分以计算所述无线通信设备移动的距离。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括检测来自 所选择基站的接收信号强度的变化。
9. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤还包括确定所 述无线通信设备在预定时段内是否已移动了至少预定最小距离。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定时段是自所述设备 已处于所述固定模式以来的时间长度。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述基站轮询步骤包括 以各种频率接收由基站发射的信号；以及处理所接收信号以确定每个所接收信号的信号强度。
12. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电信设备以第三间隔周 期性地寻呼特定基站，并且其中所述第一间隔是所述第三间隔的第一整数倍、 且所述第二间隔是小于所述第一整数倍的所述第三间隔的第二整数倍。
13. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二间隔是无限的。
14. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一间隔是在约2.5秒 至约IO秒的范围内，并且所述第二间隔是在约0.5秒至约2.5秒的范围内。
15. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括检测所述 设备的速度。
16. —种供无线通信网络中的无线通信设备为确定多个基站的相应信号 强度而轮询所述多个基站的方法，所述方法包括以下步骤检测所述无线通信设备的运动；响应于对所述无线通信设备的运动的检测，从其中使用第一轮询间隔的第 一操作模式切换到其中使用第二轮询间隔的第二操作模式，所述第一轮询间隔 比所述第二轮询间隔长；以及响应于未能检测到所述无线通信设备的运动，从所述第二操作模式切换到 所述第一操作模式。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一切换步骤包括响 应于自所述设备处于所述第一操作模式以来对第一预定距离的运动的检测而 切换。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二切换步骤包括响 应于在预定时段内未能检测到第二预定距离的运动而切换。
19. 一种适用于轮询无线电信网络的多个基站的无线电信设备，其包括-用于向基站发射信号的发射电路； 用于从基站接收信号的接收电路； 用于检测所述电信设备是否在运动中的电路；以及处理器，其适用于控制所述发射电路和所述接收电路并且用于处理所发射 和接收的信号，所述处理器适用于控制所述接收电路以在所述无线通信设备固 定时以第一持续时间的固定间隔轮询基站、并且在所述无线通信设备在运动中 时以第二持续时间的固定间隔轮询所述基站。
20. 如权利要求19所述的无线电信设备，其特征在于，所述处理器还适用于在所述无线通信设备被确定为在运动中加上其之后的预定时段内以所述 第二间隔轮询。
21. 如权利要求20所述的无线电信设备，其特征在于，所述用于检测的 电路包括全球定位系统。
22. 如权利要求21所述的无线电信设备，其特征在于，所述用于检测的 电路包括加速计。
23. 如权利要求22所述的无线电信设备，其特征在于，所述用于检测的 电路还包括耦合到所述加速计的输出的积分器。
24. 如权利要求21所述的无线电信设备，其特征在于，所述用于检测的 电路包括用于检测来自基站的接收信号强度的变化的电路。
全文摘要
一种电信设备配备有可检测指示或预示该电信设备的运动的现象的电路，诸如GPS电路。当该电路确定该电信设备固定时，它控制该设备以相对大的间隔执行邻近小区轮询或者完全不执行轮询。然而，当电路确定该电信设备正在移动时，它控制该设备更频繁地轮询邻近小区。
文档编号H04W60/04GK101568799SQ200680056809
公开日2009年10月28日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者S·赖因霍尔德, X-A·王 申请人:阿杰瑞系统股份有限公司