专利名称：用于在便携式电池供电的无线电设备中省电的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电通信，具体地涉及用于在电池供电的便携式无线电设备中省电的方法和装置。
背景技术：
和概要便携式无线电通信要求电池供电。因为电池寿命有限，所以正努力提供较长持久的电池和发现使电池消耗最小的新技术。虽然省电的一种方法是关断无线电设备直至用户想要发送消息，但这样的无线电设备具有有限价值，因为外部用户不能到达该用户。结果，便携式无线电设备一般监视至少一个通信信道以便从在那个信道上发送的外部信号源中接收信息/消息。很遗憾，如果接收机连续监视这样的信道以便检测和处理那个无线电设备用户所感兴趣的那些消息，则电流连续被汲取、不断消耗功率和电池寿命减少。因此，便携式无线电设备的有用寿命有限，除非用户屈从于携带附加电池所带来的不便。
包括数字通信能力的无线电系统，诸如现代集群无线电与蜂窝系统，一般利用被指定(常常是专用的)为控制信道的一个射频信道来控制和协调便携或无线电通信。一旦无线电设备没有通过一个工作信道的收发信机或中继器在工作信道上有效地进行通信，则它们在中央控制器或对其中有该无线电设备的地理位置或蜂窝区域负责的管理器的控制下调谐到通过一个控制信道的收发信机/中继器所发送的控制信道频率来检测和处理数字控制消息。在这个控制信道上，无线电设备发送数字工作信道请求消息(例如，在用户按下“按下通话”键时)和状态信令，并且控制器发出包括发送与接收频率在内的工作信道分配用于通信/呼叫以及其他控制信令消息。
为保证无线电设备总是能确认它们被调谐到并正监视控制信道，中央控制器在控制信道上生成连续的数字控制消息流。结果，在控制信道收发信机范围内的无线电设备总是能调谐或重新调谐到控制信道频率、获得数字通信所要求的同步并检测与处理所接收的数字消息。一些控制信道消息包含无线电设备需要处理的信息，并且一旦处理，可能要采取一些应答动作，例如，信道分配指定。然而，控制信道上的大多数业务是重复发送的消息，有时称为“空闲消息”。一个空闲消息的示例是中央控制器的识别号或其它代码，它识别控制信道、控制器位置或蜂窝区等等。
对于每个接收的消息，不管消息类型如何，无线电设备把那个消息解调为二进制1与0并执行有关那个解调消息的各种数据处理任务以便确定消息的有效性，消息的类型及其内容。每个控制信道消息帧普遍包括多个消息拷贝，每个消息拷贝具有包含在与主要消息字段一起的纠错字段中的纠错比特。在每个消息帧中的多个消息拷贝被接收的无线电设备用来增加接收正确消息的概率。例如，为保证接收数据的准确度的一个消息处理操作是在消息帧中执行对接收消息拷贝的表决操作并选择在大多数消息拷贝中找到的那些比特，即多数表决的比特作为那个消息帧的主要消息比特和纠错比特。随后，已表决的消息的纠错比特和主要消息比特根据诸如常规循环冗余校验算法(CRC)那样的一些类型的检错和/或纠错算法进行处理。无线电设备微处理器然后典型地以某种形式解码此消息以便检测，例如，接收的消息类型，诸如，空闲消息，信道分配消息等。
遗憾地，当无线电设备的微处理器根据存储在程序存储器中的程序指令对在控制信道上接收的每个消息执行这些多数表决和CRC类型数据处理操作时，微处理器消耗相当大的电流。每次对每个接收的消息执行表决与CRC处理，微处理器激活许多寄存器，寻址和从存储器中恢复指令并执行许多算术与操作运行，为支持这些运行的电池的功率消耗显著。
本发明的发明人认识到无线电设备可以监视控制信道上的数字信令并与之同步而不必连续处理和解码冗余的空闲类型消息到上述的程度。根据本发明的便携式无线电设备监视各种控制消息并保持与无线电控制信道同步，无线电设备完全地处理并解码一个或多个初始接收的消息以便检测和保持比特与字同步并检测消息类型。如果此消息是一个空闲消息，无线电设备将此空闲消息存储在存储器中，将在控制信道上接收的每个后续消息与存储的消息进行比较以确定它们是否相符，而不对每个接收的消息进行表决、CRC和解码。如果它们相符，无线电设备则进入一个低功耗操作模式，在此模式中那个消息作为冗余的空闲消息被忽略。通过避免进行任何进一步的处理和解码，延长了无线电设备电池寿命。
换句话说，如果无线电设备正接收与先前已进行完全处理、解码和存储的空闲消息一致的一串冗余空闲消息，无线电设备避免这些相同空闲消息的进一步处理和解码，并节省电池功率直到接收到下一消息为止。简单的匹配操作比起以上所述的在常规便携式无线电设备中典型地实施的完全消息处理消耗少得多的功率。
如果比较的消息不相符，则本发明还用来表决后续消息的多个拷贝并随后把表决的消息和存储的消息进行比较以查看它们是否相符。通常，检测出不相符只是错误地接收的消息拷贝的结果。许多错误能被消除并且通过利用对接收消息的多个拷贝的简单的逐个比特表决算法确定有效地接收的消息。虽然表决操作耗费一些数据处理开销和因此一些附加的电池消耗。但它显著地小于CRC检错/纠错处理所要求的电池消耗。因此，如果表决消息与存储消息相符，无线电设备能避免进行CRC错误检测/检验数据处理并从而省电直至接收到下一个消息。
本发明提供电池供电的便携式无线电设备，用于监视消息的特定无线电信道，例如无线电控制信道，同时还省电。在一个实施例中，可编程的无线电设备处理器通过执行存储的程序指令处理接收的消息。至少一个接收的消息被进行完全处理并被存储在存储器中。缓冲器用于存储从无线电设备的收发信电路接收的消息。当处理器确定先前由处理器存储的处理过的消息与存储在缓冲器中的接收消息相同时，处理器停止那个消息的进一步处理以便使此无线电设备工作于电池省电模式中。
缓冲器是通用异步接收机发射机(UART)的一部分，它缓冲对应单个消息帧长度的预定数量的数字字(字节)，当那个数量的字节被存储在UART缓冲器中时，UART给无线电设备处理器发送一个中断以便将处理器唤醒，脱离其电池省电模式。处理器随后确定缓冲的消息是否与处理器先前存储的消息相符，如果相符，则无线电设备返回到电池省电操作模式。
在本发明的另一个示例的实施例中，专用集成逻辑电路被具体构建以执行(1)对消息帧中的每个接收的消息拷贝的表决操作以便生成一个表决消息和(2)有效性检验操作以便检验表决消息的有效性。因为集成逻辑被设计为通过利用硬件电路来具体地和有效地执行这些表决与有效性检验操作，所以相对于如果那些相同操作通过利用由可编程处理器执行的软件编程指令来执行将会消耗的功率来说，消耗少得多的电池功率。另外，集成逻辑电路为进一步处理只给可编程无线电设备处理器发送与先前接收消息不同的有效接收的消息。
附图简述本发明的这些和其他目的与优点通过参考下列详细的描述和附图将变得更加明显，其中
图1是一个示例无线电通信系统的功能方框图；图2是根据本发明的一个示例实施例的便携式无线电设备的功能方框图；图3(a)是在无线电信道上所发送的一个代表性的消息序列；图3(b)是在无线电信道上所发送的单个消息的示例格式；图3(c)是在无线电信道上所发送的消息的另一个示例格式；图4是根据本发明便携式无线电设备为节省电池功率所执行的流程图；图5是说明根据本发明的另一实施例由便携式无线电设备为节省电池功率而执行的程序的流程图；和图6是根据本发明另一实施例的便携式无线电设备的功能方框图。
优选实施例的详细描述在下面的描述中，为了解释而不是限制目的，阐述了具体细节，诸如特定电路、接口、技术等以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说将很明显，本发明可以在不同于这些具体细节的其他实施例中实施。在其他情况中，省略对众所周知的方法、设备、电路、电路组件等的详细描述以便不致由于不必要的细节而使本发明的描述模糊。
一个本发明可以在其中被使用的示例无线电通信系统在图1中总的被描述为标号10。中央控制器12通过通信链路16连到包括多个有时称为“中继器”的收发信机的基站14。每个基站收发信机在一个特定射频上发射而在偏离其发射频率的另一射频上接收。一个基站收发信机起着控制信道(cc)的作用，用于在控制信道的发射频率上发送各种数字控制消息并用于接收来自在由该无线电通信系统服务的位置/蜂窝区/区域中的无线电设备的数字控制消息。图1显示了便携式无线电设备(PR)18与20以及移动无线电设备(MR)22与24的例子。这些无线电设备请求工作通信信道(WC)以进行呼叫并例如经过控制信道接收工作信道频率分配。
本发明的一个具体应用是用到数字集群无线电中继系统，诸如在授与Childress等人的美国专利4905302中所公开的，此美国专利4905302的公开内容在此引用作为参考。这样的一个集群无线电中继系统可用在例如公共业务集群(PST)系统应用中。Childress的302专利提供其中数字集群无线电通信可通过利用数字控制信道被调整的一个示例方式的详细描述。
应认识到虽然为了说明和便于描述的目的本发明针对数字集群无线电通信系统进行描述，但本发明同样地适用于包括蜂窝无线电话在内的其他无线电通信系统。而且，虽然本发明很适合并因此针对采用数字控制信道的数字无线电通信系统进行描述，但它不限于数字通信或使用控制信道的无线电通信系统。相反，本发明可用在更常规的模拟无线电环境中，在此环境中电池供电的无线电设备监视着发射任何类型的冗余空闲消息的无线电信道。
根据本发明一个示例实施例的便携式/移动式无线电设备30的功能方框图被表示在图2中。天线32被耦合到其中包括解调器36在内的常规无线电收发信机34。当收发信机34(例如，响应于来自无线电设备微处理器46的命令)被调谐以在控制信道的射频上接收时，收发信机34/解调器36将经天线32接收的RF信号变换为基带信号，此基带信号随后由常规位片器38变换为数字比特序列。由位片器38生成的二进制0与1的比特流在执行许多功能的常规通用异步接收机-发射机(UART)40中进行处理，其中一个功能包括将比特串行流组合为8比特字节(即串行-并行变换)和将接收数据的消息帧(例如，36字节)存入先入先出(FIFO)缓冲器42中。在这个示例中，36字节的信息被存入FIFO42中，因为这个字节数对应于在一个优选实施例中经数字控制信道发送的单个消息帧长度。但是，本领域的技术人员将意识到任何消息长度和因此的任何字节数能被存储在FIFO缓冲器中。
当36字节的信息的消息帧被存入FIFO缓冲器42中时，UART 40通过控制线路50给无线电设备微处理器46发送一个中断信号(INT)。响应于该中断信号，无线电设备46经过并行数据总线48从UART 40中恢复36字节的FIFO数据。无线电设备微处理器46根据藉利用常规地址、数据与控制总线52而从快速电可擦可编程只读存储器(EEPROM)56中恢复的程序指令对所接收的消息帧执行各种处理操作。无线电设备微处理器46将随机存取存储器(RAM)54用作工作存储器并存储包括先前进行处理与解码的空闲消息在内的信息。
便携式无线电设备30包括给无线电设备中的所有电路提供电源的常规电池44，此无线电设备包括收发信机34、解调器36、位片器38、UART40、FIRO缓冲器42、无线电设备微处理器46和RAM54。未显示出电池44至每个单元的连接线。本发明通过消除控制信道上诸如空闲消息的冗余消息的不必要的处理来节省无线电设备30中的电池功率。
图3(a)表示在由便携式/移动式无线电设备30监视的数字控制信道上被发送的消息序列示例。如在“发明背景”这一节中所描述的，此消息序列包括通常一个接一个通过控制信道重复发射的大量的空闲消息。偶尔地，也发射一些类型的消息而不是空闲消息，诸如信道分配消息。
图3(b)表示单个消息帧的示例格式。因为无线电通信信道特别易受由于衰落、相邻信道干扰、噪声、弱信号强度等而引起的破坏的影响，所以在单个消息帧中发射多个单个消息拷贝。图3(b)中所示的示例格式包括三个消息拷贝。更具体地，每个消息帧包括一个初始同步字段(SYNC)以允许无线电设备同步到控制信道基准定时，后面跟有消息的三个拷贝，每个消息拷贝包括消息部分或字段和校验字部分或字段。此校验字字段包括由位于控制信道收发信机中的处理器根据诸如CRC算法那样的常规检错/纠错编码算法为那个特定消息所计算的纠错比特。
图3(c)表示优选消息帧格式的再另一个示例，一个初始同步字段包括与三个消息拷贝一起的同步比特(虚线)和字同步比特(Barker码)。为了进一步提高数据接收准确度和便于差错的检测，以补码或相反形式反射第二消息拷贝。便携式无线电设备随后在表决和进一步处理之前把第二消息拷贝倒相。
图4是表示用于实施本发明的示例程序的流程图。首先，无线电设备以第一功率电平处理在监视的控制信道上接收的一个初始消息/消息帧(方框60)。这样的处理可包括消息解调、位片与串行-并行变换、表决与纠错以确认消息的有效性以及消息类型检测，如上所述。例如，包括消息内容比特及其校验字比特的三个消息拷贝在多数表决比较中被逐个比特地进行比较。每个比特的值根据三中取二“多数规则”算法进行确定。表决的消息随后通过利用表决校验字执行CRC解码算法进行检错。假定一个有效消息被解码并确定是一个空闲类型消息，那个消息在方框62中被存储在存储器(例如，RAM54)中。
每个后续接收的消息在包括表决和CRC校验的进一步处理之前与存储在存储器中的消息进行比较(方框64)，在方框66中作出后续消息与存储的初始消息是否相符的决定。如果它们相符，则后续消息被确认为冗余的空闲消息，不必进一步进行处理，并且无线电设备被切换到第二功率节省电平(方块68)直至收到另一消息用于在方框64中进行比较为止。如果比较的消息不相符，处理后续消息(方块70)，例如包括如上所述的表决和检错/纠错。如果处理的消息有效，则消息内容被解码以确定消息类型(例如，信道分配、状态请求、信道更新等)，随后采取适当响应动作(方框72)(例如，调谐到工作信道等)。
适合于在图2所示的无线电设备30中省电的本发明的一个示例实施例现在将结合图5所示的流程图来进行描述。在这个实施例中，无线电设备微处理器通过执行存储在EEPROM中的编程指令在软件控制下执行消息处理操作。在方框80中，无线电设备微处理器46设置为低功率、电池省电操作模式，在其中它不执行消息处理。在此模式期间也可以采取其他电池省电操作。UART40将消息字节存储在它的FIFO缓冲器42中(方框82)。当对应一个消息帧长度的预定数量字节被存储在FIFO缓冲器42中时，UART40发送一个中断(INT)给微处理器46。如由方框84中的环回形式所表示的，无线电微处理器46处在低功率电池省电模式中直至收到这样的一个中断为止，此时微处理器退出低功率电池省电模式并恢复FIFO缓冲数据(方框86)。
在方框88中进行/执行缓冲数据是否与微处理器46存储的最后有效空闲消息相符的判决/比较操作(方框88)。如果没有先前的空闲消息在以前已处理和存储过，或者数据根本就不符，则控制前进至方框90。否则，如果相符，无线电设备微处理器返回到低功率电池省电模式(方块89)并等待来自UART 40的中断(方框84)。在方框90中，来自缓冲的消息帧的新近收到的多个消息拷贝被表决，并在方框92中作出表决的消息是否与微处理器46存储的最后有效空闲消息相符的判决。如果相符，则微处理器46返回到等待来自UART 40的中断(方框84)的低功率省电模式中(方框89)。
如果不相符，无线电设备微处理器则离开电池省电模式并利用例如如上所说明的CRC类型算法执行确定接收消息完整性/有效性所必需的处理(方框94)。如果消息在方框96中确定为无效(例如，错误的和无法校正的)，微处理器返回到低功率电池省电模式(方框89)并继续查找来自UART 40的中断。如果收到有效消息，微处理器解码此消息以确定消息类型，例如空闲消息、信道分配消息等(方框98)。如果此消息是空闲消息，则存储它，而如果它不是空闲消息，则由无线电设备微处理器进一步处理此消息的主要内容(方框100)。此后，无线电设备微处理器返回到电池省电模式，等待一个表示接收到另一完整消息帧的中断。
图6表示本发明另一特定示例实施例。根据图6的无线电设备110包括如图2所述的天线32、数据总线48、中断线路50、微处理器46、电池44、RAM 54、快速EEPROM56以及地址、数据、控制总线52。然而，一个专用集成电路(ASIC)114被使用来执行由图2所示的分立元件与微处理器所执行的许多处理功能。具体地，收发信机112把射频信号变频为中频信号，随后输入给ASIC 114。集成在ASIC 114中的硬件电路被特别地设计和最优化以便有效地执行把接收信号解调到基带频率、生成存储在ASIC上的缓冲器中的串行8比特字节的位片与字成帧，以及表决和检错/纠错。ASIC芯片的设计和制造对于本领域的技术人员是公知的，特定硬件设计当然取决于与本应用无关的许多因素，并只需通过使用常规集成硬件逻辑电路实施逐个比特的多数表决和CRC检错/纠错操作。
ASIC硬件被设计和被专用于执行这些操作，与由无线电设备微处理器执行这些操作相比，ASIC硬件比能执行这些操作的无线电设备微处理器更快并以显著减少的电流消耗来执行这些操作。换句话说，信号被处理而无需EEPROM存储器中的程序指令的寻址、那些指令的恢复、那些指令的缓冲、这些指令的执行以及由微处理器CPU及有关寄存器对数据的实际操作来执行那些操作。虽然ASIC 114增加一些附加电路与费用并缺乏可编程装置的灵活性，但ASIC提供就电池省电来说的显著优点。
ASIC 114能被设计为在硬件逻辑电路中实施图4的流程图中所描绘的处理。可替换地，由于其有效的低功率操作，ASIC114能全部处理每个接收的消息并只在全部处理的消息不是重复空闲消息时才中断无线电设备微处理器。
虽然本发明已结合现在认为是最实际的和优选的实施例进行描述，但应理解本发明不限于所公开的实施例，而相反，本发明打算覆盖被包括在所附的权利要求书的精神与范畴内的各种修改和等效安排。
权利要求
1.对监视用于各种控制消息的无线信道的便携式无线电设备进行操作的一种方法，包括以下步骤以第一功率模式处理在此信道上接收的一个初始消息；存储处理的消息；对于在此信道上接收的每个后续消息，将此后续消息与存储的消息进行比较；和如果此后续消息与存储的消息相符，进入比第一功率模式消耗更少功率的第二功率模式。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中无线电设备在第一功率模式中比在第二功率模式中使用更多的功率。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中接收的消息是以数字的形式并包括多个消息拷贝，每个消息包括一个消息字段和一个差错检验字段，而处理步骤包括表决多个消息拷贝以便生成一个表决的消息。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，其中处理步骤包括通过利用差错检验字段中的信息对表决的消息执行差错检验操作以确定此消息是否是准确接收的并存储此差错检验的消息以便在比较步骤中进行使用。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，其中无线电信道是由无线电设备监视的用于控制消息的数字控制信道，而存储的差错检验的消息是在控制信道上没有不同类型的消息时在控制信道上重复的一个空闲消息。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，其中如果所述后续消息与存储的消息不相符，则还包括以下步骤表决多个后续消息拷贝；比较表决的消息与存储的消息；和如果表决的消息与存储的消息相符，则抛弃表决的消息并将无线电设备转换为第二功率电平模式。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中如果所述后续消息与存储的消息相符，则不处理该后续消息，而如果后续消息与存储消息不相符，则以第一功率模式处理该后续消息。
8.监视用于消息的无线电信道的一种电池供电的便携式无线电设备，包括收发信电路，用于经无线电信道发射和接收无线电消息；一个缓冲器，用于存储从收发信电路中接收的消息；一个处理器，包括用于存储程序指令的存储器，用于根据程序指令选择地处理存储在缓冲器中的接收消息并存储处理的消息；其中当处理器确定由处理器存储的先前处理的消息与存储在缓冲器中的接收消息相同时，处理器以电池省电模式操作此无线电设备。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，其中电池省电模式包括处理器停止进一步处理接收的消息。
10.根据权利要求8的便携式无线电设备，其特征在于，还包括一个异步的发信机，它在接收的消息存储在缓冲器中时发送一个中断信号给处理器，此中断信号使无线电设备离开电池省电模式以确定处理器存储的消息是否与存储在缓冲器中的接收消息相同以及是否使无线电设备返回到电池省电模式。
11.根据权利要求8的便携式无线电设备，其特征在于，其中每个接收的消息包括多个消息拷贝，每个消息拷贝包括一个消息字段和一个差错检验字段。
12.根据权利要求11的便携式无线电设备，其特征在于，其中当接收的消息不同于处理器存储的消息时，处理器通过利用多个消息拷贝来对接收的消息执行一个表决操作以便产生一个表决的消息。
13.根据权利要求12的便携式无线电设备，其特征在于，其中如果处理器确定此表决的消息与处理器存储的消息相同，则处理器使无线电设备处于电池省电模式中直至下一个接收的消息被存储在缓冲器中为止。
14.根据权利要求12的便携式无线电设备，其特征在于，其中如果处理器确定此表决消息不同于处理器存储的消息，则处理器通过利用此表决消息的差错检验字段中的信息来对此表决消息进行差错检验操作，和如果差错检验的消息是有效的，处理器进一步处理此消息以确定此消息是否为要被存储的类型。
15.根据权利要求8的便携式无线电设备，其特征在于，其中无线电设备是监视由基站在数字控制信道上发射的数字控制信息的数字集群无线电设备，其中此无线电设备每次始发一个呼叫时，此无线电设备通过控制信道请求一个工作的无线电信道。
16.根据权利要求15的便携式无线电设备，其特征在于，其中基站在其他类型的周期性地发射的消息之间发射识别此基站的几乎连续的冗余消息流，和其中对冗余消息的处理消耗电池功率。
17.用于在电池供电的数字集群便携式无线电设备中省电的一种方法，此无线电设备监视由基站收发信机在数字集群无线电控制信道上发射的控制消息，此控制消息包括在控制信道上重复发射的空闲消息，此方法包括以下步骤处理在控制信道上接收的一个初始空闲消息并存储该处理的消息；接收经控制信道发射的后续消息并比较接收的消息与存储的消息；和如果比较的消息相符，则节省电池功率。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包括以下步骤如果比较的消息不相符，则继续处理接收的消息。
19.根据权利要求17的方法，其特征在于，其中节省电池功率包括停止对接收的消息的消息处理，直至收到下一个消息为止。
20.监视用于数字控制消息的数字控制信道的一种电池供电便携式无线电设备，包括收发信电路，用于发射和接收数字消息，每个消息包括多个消息拷贝，每个消息拷贝包括一个消息字段和一个差错检验字段；集成逻辑电路，用于通过利用多个消息拷贝对由收发信电路接收的每个消息执行一个表决操作以便生成一个表决的消息、对此表决的消息执行有效性检验操作、比较当前的消息与先前处理的消息并确定有效表决的消息是否与先前接收的消息相符；和一个可编程处理器，包括用于存储程序指令的存储器，用于当集成的逻辑电路检测到不相符时，处理从集成逻辑电路中发送的不同的有效消息，其中集成逻辑电路使用比可编程处理器所使用的更少的功率来执行表决和有效性检验操作。
21.根据权利要求20的无线电设备，其特征在于，其中集成逻辑电路是一个专用集成电路。
全文摘要
一种电池供电便携式无线电设备在此无线电设备监视经一个无线电信道(例如无线电控制信道)发射的消息的同时节省电池功率,消息处理电路处理检测的消息并将那个消息存储在存储器中。在处理后续检测的消息之前,把后续消息与存储的消息进行比较。如果它们相符,无线电设备微处理器把那个后续消息作为冗余消息忽略以节省电池功率。
文档编号H04B7/26GK1190505SQ96195365
公开日1998年8月12日 申请日期1996年5月16日 优先权日1995年5月18日
发明者M·D·普里斯特 申请人:艾利森公司