用于确定在移动设备中在一个周期内所消耗的电荷的方法和电路装置

摘要

公开了一种用于在观测周期Δt中基于移动设备、尤其是移动无线电系统的移动站在该周期Δt中可能处于的不同的可能的系统状态sk (20－24)来计算该设备的功率消耗的方法。在第一步骤中，根据系统状态，分别为在周期Δt中出现的系统状态sk (20－24)确定量Δk的值。在第二步骤中，在周期Δt中的功率消耗如此被计算，使得量Δk和依赖于系统的典型电流ik被考虑。

说明书

本发明涉及一种用于计算在具有独立于干线的电源的移动设备中关于周期Δt所消耗的电荷Q的方法和电路装置。

为了能够在通常利用电池或者蓄电池工作的移动设备中执行仍待预期的操作时间的预计算，已经知道的是确定关于周期Δt所消耗的电荷Q。

在数字移动无线电系统的移动站中，尤其在操作期间在各自的功率消耗方面存在很大的差别。其原因在于移动站根据无线电传输链路的存在或不存在而具有极其不同的功率消耗。

为了能够计算功率消耗，有两种可能性。

第一种可能性在于借助电流测量和功率变化在时间上的积分来确定移动设备的功率消耗。如上所述，因为功率消耗经受非常大的波动，所以电流测量可能是相当复杂的。可能需要高分辨率模拟/数字转换器。

可被应用于诸如蓝牙的面向分组的移动无线电系统中的第二种可能性在于针对不同分组类型存储平均功率消耗。蓝牙具有大量用于不同(同步的/异步的)连接和任务(连接建立、轮询(pollen)等)的分组类型。通过监控所发射和所接收的分组类型，可以通过把与分组相关的典型功率消耗加在一起来推断在观测周期中所消耗的电荷。但是，该方法具有以下缺点：

1.因为分组典型的电荷消耗包括多个部分，所以计算实际功率消耗的估计值可能会很复杂。在这方面，尤其必须考虑恒定部分、例如与分组连接的载频变化相关的部分和例如取决于每个分组所发送的数据的数量的可变部分。

2.在将以先前所存储的数据速率的功率消耗转换为当前数据速率时，即使完全考虑，也只能以极大花费考虑不完整的数据分组或者也考虑数据在不同时隙上的不均匀分布。

3.如果尽管数据速率恒定，但系统仍是非周期的，则该影响不能在计算功率消耗时被考虑。系统的周期特性可能受复杂的软件过程或者外部发起的事件干扰。

上述缺点是该方法相对不精确地工作的原因。

本发明所基于的目的是说明一种用于确定移动设备的功率消耗的方法，所述方法以足够的精确性和最小的花费工作。另外，本发明的目的是提供一种具有上述特征的相应电路装置。

构成本发明基础的该目的通过方法权利要求1的特征和装置权利要求14的特征来实现。

应该指出的是，术语“关于周期Δt所消耗的电荷Q”可以被解释为电荷变化并且被解释为在周期Δt内的平均功率消耗，并且在本文中被简写为术语“功率消耗”。

根据本发明的用于计算具有独立于干线的电源的移动设备中的功率消耗的方法基于设备在观测周期Δt内可能处于的不同的可能的系统状态s_k。根据本发明的方法被分为以下步骤：

a)在第一步骤中，在周期Δt内出现的系统状态s_k的量Δ_k的值分别根据系统状态来确定，特征量Δ_k描述在周期Δt内系统状态s_k的周期Δt_k。量Δ_k和Δt_k也可能是相同的。

b)在第二步骤中，在观测周期Δt中的功率消耗以这样的方式来计算，使得针对在周期Δt中出现的系统状态考虑在第一步骤中所确定的特征量Δ_k和依赖于状态的典型电流i_k。

依赖于状态的计算使得与待使用的状态相关的功率消耗部分能够直接用于功率消耗的确定。

如果获得功率消耗的依赖于状态的大的差别，则能够利用很简单的装置通过只考虑与相应状态相关的重要功率消耗部分来相对精确地确定功率消耗。因此，根据本发明的方法提供以下优点，即用于确定功率消耗的方法简单地并且以最小花费、但以足够的精确性工作。

在实施方案的优选变型中，移动站(在这种情况下是移动无线电系统的移动站)可能处于的系统状态包括以下状态：

1.所述移动站在接收模式中或在发送模式中工作的接收/发送状态，或者替代地

2.所述移动站在接收模式中工作的接收状态，和所述移动站在发送模式中工作的发送状态，和

3.变频状态，在该状态中在所述移动站中执行载频的改变，和/或

4.未激活状态，在该状态中所述移动站既不处于所述接收/发送状态，或替代地既不处于所述接收状态也不处于所述发送状态，也不处于所述变频状态，但是仍然为所述移动站的处理器提供时钟和电压，和/或

5.低能模式，在该状态中为所述处理器提供减少的或不连续的时钟和/或降低的或不连续的电压。

上述几种状态使得能够全面地面向状态地表征移动无线电设备。用这种方法，可以以简单的方式、也就是说通过少量的计算和存储操作以足够的精确性来确定功率消耗；为此仅仅必要的是，少数依赖于状态的典型电流i_k是已知的、也即被存储在存储设备中。

在根据跳频方法工作的移动无线电系统中，移动站处于变频状态的周期可以等于观测周期Δt的值得考虑的比例。这与总的功率消耗的值得考虑的比例相关。尤其是在基于每个符号周期使用多个载频的快速跳频方法的系统中，该部分可以是相对大的部分，并且因此在计算功率消耗时应被考虑。

在有利的实施方案中，所述接收/发送状态或替代地所述接收状态和/或所述发送状态被细分为分别具有不同数据速率的不同的接收/发送状态或接收状态或发送状态。

由于在根据本发明的计算功率消耗的该实施方案中考虑一些事实，即在现代移动无线电系统中数据速率可以(部分地甚至以自适应形式)与各个边界条件相匹配，所以考虑多个具有不同数据速率的接收/发送状态或替代地多个接收状态或发送状态是有利的。如果例如在给定的信/噪比和特定的数率速率时不能实现通信，则尤其通过改变调制的类型或利用不同的编码来降低数据速率。

根据对此有利的实施方案，假设在多个接收/发送状态的情况下或替代地在多个接收状态和/或发送状态的情况下，不同的数据速率由不同的符号速率引起。在该情况中，这些接收/发送状态或接收状态和发送状态的依赖于状态的典型电流i_k分别与这些状态的符号速率成比例。

这提供以下优点，即因为由于已知的比例而需要在存储器中存储更少量的关于典型电流i_k的信息，所以通常可以以非常简单的方式来执行功率消耗的计算。

根据有利的实施方案，接收状态/发送状态或替代地接收状态或发送状态的特征量Δ_k的值分别根据方法步骤a)这样来确定，使得在相应的状态中确定在周期Δt内分别所接收和所发送的或所接收的或所发送的符号或比特的数量。尤其借助于以硬件或者软件所实施的计数器来进行符号或比特的数量的确定。如果移动无线电系统是CDMA(码分多址)系统，其中每个符号都由多个码片组成，则也可以代替符号或比特的数量分别确定码片的数量或对码片的数量进行计数。当相应的数量并且因此量Δ_k已经分别借助于计数器被确定，则当数据速率是已知的时相应的周期Δt_k可以容易地由此间接地被导出。

在另一优选实施方案中，变频状态的特征量Δ_k的值类似地分别根据方法步骤a)通过对在周期Δt内出现的变频状态进行计数来确定。替代地，该量的值可以通过测量在周期Δt内出现的、移动站处于变频状态的周期Δt_k来确定。

因为载频通常经由锁相环(PLL)来选择，所以PLL从一个载频到下一载频的捕捉(pu11-in)特性可以借助PLL的特征量(例如带宽和衰减)来确定。所产生的捕捉时间可以在制造商侧被存储在移动无线电设备中或者可以在工作时借助于简单的分析方程式来确定。于是，周期Δt_k可以简单地由PLL的捕捉时间与在周期Δt内出现的变频状态的数量相乘来获得。

在确定了在周期Δt中出现的所有其他状态的特征量Δ_k的值之后，低能状态的特征量Δ_k的值有利地被确定。在该上下文中，周期Δt和在周期Δ_k中出现的所有其他系统状态的周期Δt_k之差在步骤a)中被形成。

这提供以下优点，即在低能状态期间无需直接测量就可以确定低能状态(也被称为LPM(低功率模式))的特征量Δ_k的值。因此，根据本发明，低能状态的特征量Δ_k的间接确定避免在工作于低能状态中期间为电流测量目的而引起的附加功率消耗。另外，由于该间接确定，与低能状态相关的另一计数器可以被省略。

在另一有利实施方案中，根据本发明的方法这样被改进，使得一个或多个依赖于状态的电流i_k取决于一个或多个另外的参数。尤其可以使电流i_k与两个量、即电源电压或温度相关联。另外，部件公差也可以通过使依赖于状态的电流i_k参数化而被考虑。

这提供以下优点，即计算方法的精确性可以被进一步提高。因为电源电压的实际值和瞬时芯片温度的值在移动无线电设备中通常是可用的或可以容易地被确定，所以为此所需要的花费是低的。通过包括部件公差，针对功率消耗可以附加地确定所谓的最坏或最好情况值(上限或下限)。另外，通过在制造商侧存储相应特征值也可以容易地考虑电荷特定的或甚至移动设备特定的影响。

本发明的其它有利实施方案在从属权利要求中说明。

在下文中，将借助一个示例性实施例并且参考附图来更详细地描述本发明，其中：

图1示出一个数字移动无线电系统的移动站的图形表示；

图2示出系统状态的表示和在观测周期Δt中系统状态在时间上的出现；

图3示出包含计数器S₁-S₄和相应计数Δ₁-Δ₄的计数装置的表示；和

图4示出具有5个存储有依赖于状态的典型电流i₁-i₅的存储单元S₁-S₅的存储器的表示。

下列考虑涉及数字移动无线电系统、特别是蓝牙或DECT系统中的移动站；然而，本发明不仅涉及移动通信领域中的应用，而且也适用于所有类型的电操作移动设备。

图1示出根据本发明执行功率消耗测量的移动站1的结构。

天线2被双向地连接到单片集成射频芯片3(RF-IC)上。RF-IC3具有到单片集成基带芯片4(BB-IC)的双向接口。在BB-IC4中，处理器5被电连接到存储器6上，并且存储器5被电连接到计数装置25上。电池7被电连接到两个芯片、即BB-IC和RF-IC上。

在该装置中，在天线2中所接收的或者所辐射的信号在RF-IC 3中分别被解调或调制。所接收的信号的进一步处理或待发送的信号的预处理在BB-IC 4中被执行。该装置包括涉及根据本发明的功率消耗计算的处理器5、存储器6和计数装置25。芯片3、4都由电池7提供操作电压。另外，该电池也为移动站1的这里没有示出的其他部件提供操作电压。

假设移动站在周期Δt期间可能处于下列状态中的一种或者多种：

a)处于多个接收/发送状态(每个状态分别被称为RX-TX阶段)，在所述接收/发送状态中，移动站在接收模式或者发送模式中工作，其中接收/发送状态分别不同在于，信息传输分别以不同的数据速率进行，或者

b)处于变频状态(也被称为PLL调整阶段)，在所述变频状态中，载频的改变在移动站中进行，或者

c)处于未激活状态，在该状态中移动站既不处于接收/发送状态也不处于变频状态，但是移动站的处理器仍被提供时钟和电压，或者

d)低能模式，在该模式中处理器被提供减少的或不连续的时钟和/或降低的或不连续的电压。

在下文中，为了简化的目的，假设只可能存在两种具有不同数据速率的接收/发送状态。

在图2中，针对示例性情况示出在观测周期Δt中可能的5种系统状态20-24在时间上的出现。从时间t₁到时间t₂，移动站处于变频状态22中。从时间t₂到时间t₃，移动站处于具有第一数据速率的第一接收/发送状态21中。在进一步的时间过程中，逐渐经过其他状态。

为了确定在观测周期Δt中的功率消耗，执行下面的操作：

1.通过位于计数装置25中的计数器C₁对在周期Δt内出现的变频状态22的数量Δ₁进行计数，并且

2.借助于位于计数装置25中的计数器C₂(例如通过对系统循环进行计数)来测量在周期Δt内出现的移动站处于未激活系统状态23的周期Δt₂，其中Δ₂＝Δt₂，并且

3.对于具有第一数据速率的接收/发送状态21经由位于计数装置25中的计数器C₃来对所发送和所接收的符号或比特的数量Δ₃进行计数，并且

4.对于具有第二数据速率的接收/发送状态20经由位于计数装置25中的计数器C₄来对所发送和所接收的符号的数量Δ₄进行计数。

图3示出包括以硬件实施的计数器C₁-C₄ 13-16的计数装置25，其中这些计数器显示相应的计数Δ₁-Δ₄。如果计数器C₁-C₄以软件来设计(也即由处理器5执行计数)，则计数装置25被省略。

针对1.、3.和4.中的操作的结果，在处理器6中在周期Δt之后根据计数装置25的计数器13、15、16中存在的计数Δ₁、Δ₃、Δ₄来确定分别要分配的周期Δt₁、Δt₃和Δt₄。

假设Δ₃表示符号的数量，则如下得到移动站曾处于具有第一数据速率的接收/发送状态21的周期Δt₃：

Δt₃＝Δ₃×t_symbol，1    (1a)，

其中t_symbol，1表示具有第一数据速率的状态21的符号周期。

作为替代方案，如果Δ₃表示比特的数量，则如下得到移动站处于具有第一数据速率21的接收/发送状态的周期Δt₃：

Δt₃＝(Δ₃/N₁)×t_symbol，1    (1b)，

其中t_symbol，1表示具有第一数据速率的状态21的符号周期，并且每个符号包括N₁个比特。

关于符号或比特的计数的相同陈述适用于确定具有第二数据速率的接收/发送状态20的周期Δt₄。如果数字Δ₄说明比特的数量，则具有第二数据速率的接收/发送状态22的相应周期被确定为：

Δt₄＝(Δ₄/N₂)×t_symbol，2    (2)，

其中t_symbol，2表示具有第二数据速率的状态20的符号周期，并且每个符号于是包括N₂个比特。

可以在两种特殊情况之间进行区分：

1.在由不同类型的调制(例如DQPSK调制和DCPSK调制)所引起的不同速率的情况下，以下适用：

t_symbol，1＝t_symbol，2并且N₁≠N₂    (3)。

2.在由不同符号速率所引起的不同数据速率的情况下，以下适用：

t_symbol，1≠t_symbol，2并且N₁＝N₂    (4)。

变频状态22的特征在于PLL仍未与所选择的载频同步地工作的事实，移动站曾处于变频状态22中的周期Δt₁可以如下被确定：

Δt₁＝Δ₁×t_settle            (5)，

其中t_settle说明PLL的具有频率变化的捕捉周期。捕捉周期t_settle通过PLL的特征量、即带宽和衰减来确定，并且在应用该方法时已被存储在存储器中。

因此，间接地由Δt₁、Δt₂、Δt₃和Δt₄经由

Δ₅＝Δt₅＝Δt-(Δt₁+Δt₂+Δt₃+Δt₄)    (6)来获得低能模式24的特征量Δ₅或周期Δt₅，在该低能模式24中，处理器被提供减少的或不连续的时钟和/或降低的或不连续的电压。

因此，在处理器5中利用对被存储在存储器6中的量i_k的存取如下计算在观测周期Δt中所消耗的电荷ΔQ：

ΔQ＝Δt₁×i₁+Δt₂×i₂+Δt₃×i₃+Δt₄×i₄+Δt₅×i₅

                                              (7)，

其中量i_k说明相应状态的依赖于状态的典型电流。

图4示出依赖于状态的电流i_k对存储器6的占用。在这方面，在计算功率消耗时处理器6所使用的相应的依赖于状态的典型电流i₁-i₅被存储在存储单元S₁-S₅ 8-12内。

如果在不同符号速率时典型电流i₃和i₄彼此成比例(情况2)，并且在步骤b)中的计算中通过比例系数P以i₄＝P×i₃来利用该比例，则根据方程式(7)的计算可以被简化。

此外，除了方程式(7)中的计算外，在周期Δt中的平均功率消耗I_mean可以被计算。这被确定为：

T_mean＝ΔQ/Δt                  (8)

应该指出的是，当标准化的量Δt_k/Δt被用来代替Δt_k或者i_k/Δt被用来代替i_k时，在没有首先确定电荷量ΔQ的情况下，i_mean也可以直接根据方程式(7)来确定。