在聚合无线发射/接收单元中用于电源管理的方法和设备

摘要

本发明是一种在聚合WTRU中用于最小化电源消耗的方法和设备。在优选实施方式中，通过调节由聚合WTRU支持的各种RAT的电池管理来最小化电源消耗。由聚合WTRU来使用调节的多RAT电池管理(CMRBM)单元，以最小化电源消耗。CMRBM单元监控由聚合WTRU支持的各种RAT的各电源和链路度量，并调节聚合WTRU的电源状态。

说明书

技术领域

本发明一般涉及无线通信系统。更具体地，本发明涉及在能够通过多种无线电接入技术(RAT)运行的聚合无线发射/接收单元(WTRU)中的电源管理。

背景技术

聚合WTRU是能够经由多种无线电接入技术(RAT)通信的移动设备。聚合WTRU提供丰富的服务，包括语音、对电子邮件和个人信息的移动访问、网站浏览、音频和视频回放和流传输、游戏等。然而，经由多种RAT的通信需要很多的电量，从而导致聚合WTRU电池的快速耗尽。

在聚合WTRU中，经由多种RAT的通信需要聚合WTRU以多种RAT中每一个来发送和接收。为了进一步解决该问题，聚合WTRU可具有多RF链，或者能够同时经由多RAT进行通信。由于聚合WTRU通常是便携式设备，所以不期望通过增加电池大小来满足电量的需求。因此，期望最小化在聚合WTRU中电量的消耗。

在聚合WTRU中的所有组件中，收发机通常消耗最多的电量。因此，保存电量的最简单方式是在不需要收发机时对其进行关闭或者降低其活跃性。这可通过将WTRU置于休眠状态或不连续接收(DRX)模式来实现。不同的无线电接入技术(RAT)具有它们自己的省电机制，并且一般都考虑到上述两种状态(有时使用与以下不同的术语)。

第一状态为唤醒状态，其时WTRU的无线电开启。在该状态下，WTRU可以积极地发送或接收数据，或者WTRU可以处于省电模式，其产生用以监控无线电的通信量，并且如果需要，其快速切换至数据的主动发送和接收。第二状态为休眠状态，其时WTRU的无线电被周期性关闭。WTRU间歇性唤醒以从网络接收信息，例如在IEEE 802.11RAT中的信标、在第三代合作伙伴计划(3GPP)RAT中的导频信道(PCH)等。网络端可在缓冲器中保存定位至休眠WTRU的分组，并且在WTRU处于唤醒状态时发送这些分组。

应注意的是，RAT协议对于给定技术定义了所需的和可选的电源管理模式。为了示出，在无线局域网(WLAN)中，为了减少无线客户机的电池消耗，客户机无线电将在两种状态之间交替，包括：(1)激活状态，其间无线客户机持续激活性地发送和接收；和(2)省电状态，在无线客户机间歇地休眠时发生该状态。

在基础构架网络中的WLAN接入点跟踪每一关联WTRU的状态。这些接入点将定向到处于休眠状态的WTRU的通信量缓存。以固定的时间间隔，AP将发送TIM(通信量指示映射)帧，其指示哪个休眠WTRU缓存了在接入点等待的通信量。处于休眠状态的WTRU将间歇性地启动其接收机，并接收TIM。如果WTRU具有等待的通信量，则其将发送分组交换(PS)轮询帧至AP。WTRU将等待通信量，直至其被接收，或者AP将发送用以指示不存在缓存的通信量的另一TIM帧。

在全球移动电信系统(UMTS)技术中，WTRU可以处于两个基本状态的任一种：空闲状态或连接状态。在空闲状态下，WTRU正“处于小区中”。然而，WTRU仍然能够接收信令信息，例如寻呼。WTRU将在空闲状态下等待，直至建立无线电资源控制器(RRC)连接。在UMTS中限定了各种连接状态模式，包括小区专用信道(CELL_DCH)、小区前向访问信道(CELL_FACH)、小区寻呼信道(CELL_PCH)和UMTS陆地无线电接入网络(UTRAN)登记区域寻呼信道(URA_PCH)，其中每个模式具有可变幅度通信功能和省电效果。

其它接入技术具有它们自己各自的电源管理状态和模式。上述的WLAN和UMT电源模式仅是示例性的，不表示对本发明范围的限制，其可应用于期望的任一无线电接入技术。

参照图1，在多RAT无线环境100中示出现有技术的聚合WTRU 110。各RAT(RAT₁、RAT₂、...、RAN_N)可用于经由它们各自协议的通信。聚合WTRU 110包括分别用于与每一RAT₁、RAT₂、...、RAN_N通信的多个RAT处理单元120₁、120₂、...120_N。通过各个RAT电池管理单元130₁、130₂、...130_N控制每一RAT处理单元120₁、120₂、...120_N的电源状态。这些RAT电池管理单元130₁、130₂、...130_N根据它们各自的RAT协议管理电源和资源。因此，聚合WTRU 110包括用以通过多RAT通信的功能和根据每一RAT协议和电源模式来管理电源和资源的功能。其它WTRU组件140包括各种其它组件和功能，包括显示器、输入设备、发射机等。为了示出，当聚合WTRU110使用RAT₁时，RAT₁处理单元120₁提供与其它WTRU组件140结合的RAT特定协议功能，同时RAT₁电池管理单元130₁管理电源资源和电源模式。

然而，由于每一RAT处理单元120₁、120₂、...120_N和关联的RAT电池管理单元130₁、130₂、...130_N彼此独立运行，所以聚合WTRU 110缺乏协作性。因此，失去了最小化电源消耗的机会。因此，期望一种方法和设备，以在聚合WTRU中协作多RAT电池管理。

发明内容

本发明提供一种在聚合WTRU中用于最小化电源消耗的方法和设备。在优选实施方式中，通过调节由聚合WTRU支持的各RAT的电池管理来最小化电源消耗。由聚合WTRU来使用调节的多RAT电池管理(CMRBM)单元，以最小化电源消耗。CMRBM单元监控由聚合WTRU支持的各RAT的各电源和链路度量，并调节聚合WTRU的电源状态。

附图说明

从以下关于优选实施方式的描述中可以更详细地了解本发明，这些优选实施例是作为实例给出的，并且是结合附图而被理解的，其中：

图1示出在聚合WTRU中的传统电池管理；

图2示出根据本发明优选实施方式的包括调节多RAT电池管理单元的聚合WTRU；

图3为图2的聚合WTRU的可能电源模式的状态机图；

图4为在图2的聚合WTRU中用以调节多RAT电池管理的方法的流程图；

图5为使用配置报告用以调节多RAT电池管理的方法的流程图；和

图6为在RAT之间的切换期间用以调节多RAT电池管理的方法的流程图。

具体实施方式

虽然本发明的特征和元素在优选的实施方式中以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以(在没有所述优选实施方式的其他特征和元素的情况下)单独使用，或在与或不与本发明的其他特征和元素结合的各种情况下使用。

如其中所使用的，WTRU包括但不限于用户设备(UE)、移动站、固定或移动用户单元、寻呼机或能够在无线环境中运行的任何其它类型的设备。

图2示出包括CMRBM单元220的聚合WTRU 210。CMRBM单元220调节各RAT电池管理单元230₁、230₂、...230_N(以下共同使用标号230)，这些RAT电池管理单元轮流控制每一RAT处理单元240₁、240₂、...240_N(以下共同使用标号240)的电源和资源管理。多RAT无线通信环境包括：RAT₁、RAT₂、...RAT_N(通过实例可以为这些，但是不限于本发明的范围)，通用分组无线电业务(GPRS)网络，通用移动电信(UMTS)网络，全球移动通信(GSM)网络，GSM增强数据速率的GSM演进(EDGE)无线接入网(GERAN)和无线局域网(WLAN)，例如IEEE 802.11x兼容网。聚合WTRU210包括其它WTRU组件250，其可包括收发机、存储器、显示器等。

CMRBM单元220调节聚合WTRU 210的各RAT电池管理单元240₁、240₂、...240_N。为了实现该操作，优选地由CMRBM单元220使用三种通用电源状态。第一电源状态为唤醒状态。在唤醒状态下，聚合WTRU 210主动地发送和/或接收数据。CMRBM唤醒状态类似于上述WLAN激活状态和UMTS连接状态。第二电源状态为休眠状态。在休眠状态下，RAT以降低功能性和减少电源消耗的方式运行，典型地仅周期性开启。休眠电源状态类似于上述的UMTS空闲状态。第三电源状态为关闭状态。在关闭状态下，RAT被完全关闭电源，并且不周期性发送或接收通信。

参照图3，示出由用以控制RAT电池管理单元的图2的聚合WTRU 210的CMRBM单元220所使用的状态机300。在关闭状态310中，完全关闭给定RAT处理单元。在开启状态320，启动给定RAT处理单元，并且至少RAT处理单元为部分可运行的。启动状态320还包括唤醒模式330和休眠模式340。在唤醒模式330下，RAT处理单元完全可运行，并且甚至可激活地发送数据至网络或从网络接收数据。在休眠模式340下，RAT处理单元以降低功能性的方式运行。典型地，在休眠模式340下，如上所述，RAT处理单元将周期性关闭其收发机，并减少控制消息传输。

应注意的是，CMRBM单元220电源状态是在调节多RAT电池管理时使用的一般性电源状态。给定的RAT协议可定义多种子状态或给定CMRBM电源状态的模式。例如，在UMTS接入技术中的激活状态包括至少四个子状态(如上所述URA_PCH、CELL_DCH、CELL_PCH和CELL_FACH)。在CMRBM单元220正常调节电池管理时，根据其各自的RAT协议由RAT电池管理单元最终确定由RAT电池管理单元所选择的特定子状态。这不限于唤醒模式330，并且包括CMRBM休眠模式340，以及对于各RAT协议特定的各种其它电源管理细节。

仍参照图3，由虚线表示状态改变。RAT电池管理单元可以通过接收状态改变请求从关闭状态310改变为开启状态320，反之亦然。在开启状态时，RAT电池管理单元可以通过状态改变请求的方式在唤醒模式330和休眠模式340之间选择。可替换地，RAT电池管理单元可以基于其各自RAT协议和电池管理结构单方面改变其状态或模式。

再参照图2，CMRBM单元220优选地通过以下表1中的实例的详细传送消息原语来与聚合WTRU 210的各RAT电池管理单元240₁、240₂、...240_N通信。也可以使用其它原语，并且以下讨论的原语根据需要可包含除了在说明书中清楚引用的其它附加信息元素。

表1

 

原语方向描述状态改变请求                    CMRBM单元→RAT电池管理单元          CMRBM单元请求RAT电池管理单元改变电源    状态。应注意的是，最后等到RAT电池管理单 元执行该请求。例如，在UMTS RAT中，WTRU   不能自动进入休眠状态；这是网络的决定。如果存在子状态，则也表示该子状态。        状态改变指示                    CMRBM单元←RAT电池管理单元          RAT电池管理单元指示其状态是否改变。该状 态改变可以是来自CMRBM单元的状态改变请   求的结果，或者基于RAT协议由RAT电池管理  单元启动的自动状态改变。在消息中指示这种新状态。                                状态信息请求    CMRBM单元←RAT电池管理单元 在RAT电池管理单元自动进入新状态之前，其从CMRBM单元请求状态改变的确认。在该消  息中指示新状态。                       状态信息响应            CMRBM单元→RAT电池管理单元 响应于状态信息请求，CMRBM单元通过指示   确认的状态来响应。应注意的是，最终状态决定取决于RAT电池管理单元。RAT电池管理单  元优选地通过状态改变表示消息通知CMRBM   

 

单元所选择的状态。开启请求        CMRBM单元→RAT电池管理单元 该命令使得CMRBM单元开启RAT电池管理单元，并随后开启RAT处理单元。         关闭请求        CMRBM单元→RAT电池管理单元 该命令使得CMRBM单元关闭RAT电池管理单元，并随后关闭RAT处理单元。         配置报告        CMRBM单元←RAT电池管理单元 RAT电池管理单元提供与其当前电源状态相关的内部配置参数至CMRBM单元。            配置请求        CMRBM单元→RAT电池管理单元 CMRBM单元使用其原语来定制RAT的电源状态参数，从而使得电源消耗最优化。    

图4为在图2的聚合WTRU中用以调节多RAT电池管理的方法的流程图400。CMRBM单元220监控在聚合WTRU 210中包含的各RAT电池管理单元240₁、240₂、...240_N以及RAT各种信号和链接度量(步骤410)。基于该监控，CMRBM单元220确定是否期望对任一RAT电池管理单元进行状态改变或模式改变(步骤420)。该确定可基于用以最小化聚合WTRU 220的电池电源的任一原理。例如，当不存在对于给定RAT(例如RAT₁)可用网络时，期望将相应的RAT电池管理单元230₁和RAT处理单元240₁置于关闭模式，以保存能量。同样，如果网络变为可用，则然后RAT电池管理单元230₁和RAT处理单元240₁可置于开启状态。可替换地，当聚合WTRU 210感测到较低电源功率水平时，预定RAT处理单元可持久地或周期性地被置于关闭模式，以保存电池能量。

可替换地，聚合WTRU 210的用户可配置CMRBM单元220，以根据需要调节电源模式和状态。可替换地，CMRBM单元220可请求RAT电池管理单元230的状态从休眠模式改变为唤醒模式，或者当即将切换至该RAT时，其基于其各自的电源管理协议拒绝RAT电池管理单元230改变为休眠模式，以下将参照图6更详细描述。CMRBM可利用链路质量度量以影响任一RAT的状态改变。例如，当WTRU 210被连接至多个RAT，并且在这些RAT上链路质量较好，则CMRBM可请求RAT改变其状态为休眠模式，或进行相反操作。

在CMRBM单元220确定在步骤420中需要状态改变或模式改变的情况下，CMRBM单元220请求RAT电池管理单元230进行状态改变或模式改变(步骤430)。优选地，CMRBM单元220使用在上述表1中定义的原语请求状态改变。具体地，CMRBM单元220发送“状态改变请求”消息至被请求改变状态或模式的RAT电池管理单元230。在接收到状态改变请求时，RAT电池管理单元230基于其RAT特定协议指示其将符合该请求，并优选地发送“状态改变指示”消息以确认其当前状态(步骤440)。

应注意的是，当特定RAT改变模式(例如从唤醒模式至休眠模式，或相反)时，典型地，通知网络这种模式改变或状态改变，从而可通过网络对定位至聚合WTRU 210的通信进行缓冲存储，如上所述，或者由于其它原因。利用将电源模式与网络同步的RAT特定协议，以实现该处理。

如果在步骤420，CMRBM单元220不期望状态改变，则确定任一RAT电池管理单元230是否期望状态改变(步骤450)。RAT电池管理单元230可基于RAT特定协议作出关于该状态的独立判断。如果没有RAT电池管理单元230期望状态改变，则该方法返回步骤410以进一步监控。如果RAT电池管理单元230期望状态改变，则RAT电池管理单元230请求来自CMRBM单元220的对于状态改变的许可(步骤460)。优选地，如上述表1中的描述，该请求为“状态信息请求”原语。在接收到状态改变请求时，CMRBM单元220确定是否准许状态改变请求，并相应地用信号通知该请求的RAT电池管理单元230(步骤470)。优选地，CMRBM单元220使用如上述表1中的“状态信息响应”消息来用信号通知该请求的RAT电池管理单元230。应注意的是，CMRBM单元220可以准许或不准许所请求的状态改变，而请求的RAT电池管理单元230可继续状态改变，而不考虑CMRBM单元220准许的许可或者拒绝。

在另一实施方式中，参照图5，示出使用配置报告用以调节聚合WTRU210中的多RAT电池管理的方法的流程图500。当聚合WTRU 210开启时(步骤510)，每一RAT电池管理单元230通知CMRBM单元220其各自的电池管理配置(步骤520)。优选地，RAT电池管理单元230向CMRBM单元220发送如上述表1中定义的“配置报告”消息。应注意的是，典型地，由特定RAT协议来规定初始电池管理配置。接下来，CMRBM单元220编译该报告，并确定是否需要请求任一RAT电池管理单元230进行状态改变，从而能量消耗最小化(步骤530)。如果CMRBM单元210确定不需要状态改变(即，聚合WTRU 210当前以最优电源配置的状态运行)，则该方法前进至步骤550。如果另一方面，CMRBM单元220确定期望状态改变(即，聚合WTRU210可更有效配置)，则CMRBM单元220请求RAT电池管理单元230进行状态改变(步骤540)。优选地，该请求处于如上述表1所定义的“配置请求”消息的形式。然后，请求改变状态的RAT电池管理单元230可根据其自身特定RAT协议确定是否进行状态改变。在下一配置报告中，将由RAT电池管理单元230指示所选择的状态。可选地，各RAT电池管理单元230周期性重复配置报告(步骤550)。该周期性报告可以以固定时间间隔进行，或者可基于用户控制或CMRBM单元220动态调整。

除了参照图4和图5所述的方法之外，CMRBM单元220可请求RAT电池管理单元230完全关闭电源，从而关闭其各自RAT处理单元240。优选地，通过发送如上述表1所定义的“关闭请求”消息来实现该处理。同样地，CMRBM单元220可请求处于电源关闭状态的RAT电池管理单元230开启。优选地，通过发送如上述表1所定义的“开启请求”消息来实现该处理。聚合WTRU 210可以对RAT电池管理单元230供电，从而相应的RAT处理单元240在各种情况下开启或关闭，以保存电量。例如，在不存在扫描的网络的情况下，当电源低于预定阈值时，或者当用户在预定量时间内不使用特定RAT网络时，CMRBM单元220可关闭RAT电池管理单元230和相应的RAT处理单元240。

在另一实施方式中，CMRBM单元220提供在RAT之间的切换期间的对聚合WTRU 210的有效电源管理的各种访问技术。在该实施方式中，参照图6，CMRBM单元220结合聚合WTRU 210的RAT之间的切换策略功能运行，以通过减少切换延迟来提高RAT之间的切换的执行。聚合WTRU 210的CMRBM单元220监控各RAT电池管理单元230和RAT信号质量和电源管理度量(步骤610)。基于聚合WTRU 210的RAT之间的切换测量，确定是否期望RAT之间的切换(步骤620)。例如，可期望从具有较低或减少的链路质量的RAT网络转换激活会话至具有较强或改善链路质量的RAT网络。当在步骤620中确定期望切换时，然后确定目标RAT处理单元240是否处于唤醒状态(步骤630)。如果目标RAT处理单元不处于唤醒状态，则CMRBM单元220用信号通知目标RAT电池管理单元230，以将目标RAT处理单元240置于适当的唤醒状态，以用于切换(步骤640)。这可以通过参照图4和图5的上述方法来实现(即各RAT信号通知或配置报告)。然后，目标RAT处理单元处于唤醒状态，聚合WTRU 210执行RAT之间的切换(步骤650)。最后，CMRBM单元220用信号通知在聚合WTRU 210中的各RAT电池管理单元230，从而实现最小电源消耗配置(步骤660)。

例如，当使用第一RAT处理单元240₁将聚合WTRU 210处于激活状态时，但是CMRBM单元220感测出链路质量降低(即指示切换的预定标准)，则CMRBM单元220请求第二RAT电池管理单元230₂，或者多个其它RAT电池管理单元230₂、...230_N，和当前处于休眠状态的相应的RAT处理单元240₁、240₂、...240_N，以改变为唤醒状态。CMRBM单元220可选择具有最好链路质量的RAT处理单元240₂、...240_N，或最适合于处理使用第一RAT处理单元240₁发送的通信类型的RAT处理单元240₂、...240_N。以这样的方式，切换目标RAT处于唤醒状态，并准备接收通信，从而最小化切换延迟。

实施例

1.一种在能够通过多个无线电接入技术(RAT)进行发送和接收的聚合无线发射/接收单元(WTRU)中用于最小化电源消耗的方法，该方法包括：

提供多个RAT特定电池管理单元给所述WTRU的多个RAT的每个。

2.根据实施例1所述的方法，还包括：

监控多个RAT电池管理单元的电源配置。

3.根据实施例2所述的方法，还包括：

确定是否期望电源状态改变。

4.根据实施例3所述的方法，其中期望电源状态改变是为了最小化WTRU的电源消耗。

5.根据实施例1所述的方法，还包括：

基于确定结果请求RAT电池管理的电源状态改变。

6.根据实施例5所述的方法，还包括：

在RAT电池管理单元接收电源状态改变请求。

7.根据实施例6所述的方法，还包括：

基于RAT电池管理单元的电池管理协议，在RAT电池管理单元确定是否实施所请求的电源状态改变。

8.根据实施例5-7中任一所述的方法，还包括：

RAT电池管理单元用电源状态改变请求指示其满足条件。

9.根据实施例3-8中任一所述的方法，其中还基于链路质量度量确定是否期望电源状态改变。

10.根据实施例9所述的方法，其中如果RAT的链路质量度量低于预定阈值，则请求在与该RAT关联的RAT电池管理单元的电源状态的改变。

11.根据实施例3-10中任一所述的方法，还包括：

每一RAT电池管理单元报告其电源管理配置，其中基于该报告确定是否期望电源状态改变。

12.根据实施例11所述的方法，其中通过每一RAT电池管理单元周期性重复报告。

13.根据任一先前实施例中所述的方法，还包括：

在每一RAT电池管理单元确定是否期望电源状态改变；和

当确定结果为肯定时，请求对改变电源状态的许可。

14.根据实施例13所述的方法，其中

在接收到许可时，在期望状态改变的RAT电池管理单元进行电源状态改变。

15.根据实施例3-14中任一所述的方法，其中基于用户偏好确定是否需要电源状态改变。

16.根据实施例3-15中任一所述的方法，其中基于多个RAT的数据速率确定是否需要电源状态改变。

17.根据实施例3-16中任一所述的方法，其中基于聚合WTRU的内部RAT切换策略确定是否需要电源状态改变。

18.一种聚合无线发射/接收单元(WTRU)，包括：

收发机；和

多个无线电接入技术(RAT)处理单元，每一RAT处理单元与配置的收发机结合，以通过不同的RAT发送和接收。

19.根据实施例18所述的WTRU，还包括：

多个RAT电池管理单元，对于每一RAT处理单元都有一个。

20.根据实施例19所述的WTRU，其中多个RAT电池管理单元中的每一个被配置以控制各RAT处理单元的电源状态。

21.根据实施例18-20中任一所述的WTRU，还包括：

调节的多RAT电池管理(CMRBM)单元，被配置以调节所述多个RAT电池管理的每一个，以最小化电源消耗。

22.根据实施例21所述的WTRU，其中CMRBM单元被配置以：

监控多个RAT电池管理单元的电源配置。

23.根据实施例22所述的WTRU，其中CMRBM单元还被配置以：

基于所述监控确定是否期望电源状态改变，以最小化WTRU的电源消耗。

24.根据实施例23所述的WTRU，其中CMRBM单元还被配置以：

基于确定结果请求RAT电池管理的电源状态改变。

25.根据实施例21-24中任一所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元被配置以从CMRBM单元接收电源状态改变请求。

26.根据实施例25所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元还被配置以基于RAT电池管理单元的协议确定是否实施所请求的电源状态改变。

27.根据实施例25或26所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元还被配置以用电源状态改变请求表示其满足条件。

28.根据实施例21-24中任一所述的WTRU，其中CMRBM单元还被配置以基于链路质量度量确定是否期望电源状态改变。

29.根据实施例21-24或28中任一所述的WTRU，其中CMRBM单元还被配置以在RAT的链路质量度量低于预定阈值时，则请求在给定RAT电池管理单元的电源状态的改变。

30.根据实施例21-24或28-29中任一所述的WTRU，其中CMRBM单元还被配置以基于该报告确定是否期望电源状态改变。

31.根据实施例25-27中任一所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元还被配置以报告其电源管理配置。

32.根据实施例31所述的WTRU，其中该报告被周期性重复。

33.根据实施例25-27或31-32中任一所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元还被配置以：

确定是否期望电源状态改变。

34.根据实施例25-27或31-33中任一所述的WTRU，其中每一RAT电池管理单元还被配置以：

当确定结果为肯定时，请求来自CMRBM单元的对改变电源状态的许可。