在无线通信单元中产生定时信号的方法和设备 背景
本申请人的发明一般涉及无线通信系统，而且更具体地涉及用于无线通信系统的远端单元中的定时信号产生。
商业无线通信的发展，特别是蜂窝无线电话系统的爆炸性增长推动了系统设计者寻找增加系统容量而不使通信质量降低到用户难以容忍的门限的方法，增加容量的一种方式是使用数字通信和多址技术，例如TDMA，它是在单一无线载波频率上为几个用户指定各自的时隙。
在TDMA蜂窝无线电话系统中，每个无线信道分成一串时隙，每个时隙包含来自数据源的信息突发，例如话音会话的数字编码部分。时隙组成具有预定持续时间的连续TDMA帧。每个TDMA帧中的时隙数与能够同时共享无线信道的不同用户数相关联。如果TDMA帧中的每个时隙分配给不同用户，TDMA帧的持续时间是分配给同一用户的前后时隙之间地最小时间量。
可以看到，TDMA蜂窝系统工作于缓存-突发或非连续传输模式：每个移动站只在它所分配的时隙中发送(和接收)。例如，在全速率，动态连接的移动站可以在时隙1中发送、在时隙2接收、在时隙3空闲、在时隙4发送、在时隙5接收、并在时隙6空闲，然后在下一个TDMA帧中重复这个循环。因此，电池供电的移动站可以在非发送或接收的时隙中被关闭或休眠，以节省功率。
除了话音或业务信道，蜂窝无线通信系统也提供寻呼/接入信道(也称为控制信道)，以便在基站和移动站之间传递呼叫建立消息。在一些系统中，空闲移动站被分配到预定的寻呼时隙。开机之后，空闲移动站只需要规则地监视它所分配的寻呼时隙。例如，当普通电话(陆地线路)用户呼叫移动用户时，呼叫从公共交换电话网(PSTN)被导向移动交换中心(MSC)，后者分析所拨的号码。如果所拨号码有效，MSC就请求多个无线基站中的一些或全部，通过在他们各自的控制信道上发送包括被叫移动站移动标识号码(MIN)的寻呼消息，来寻呼被叫移动站。基站将在分配给用户设备用于寻呼的时隙中向移动用户发送寻呼消息。每个空闲移动站在它所分配的寻呼时隙中接收寻呼消息，将接收的MIN与它自己存储的MIN相比较。存储MIN匹配的移动站在特定的控制信道上向基站发送寻呼响应，基站将寻呼响应转发到MSC。因此，空闲移动站可以在所分配的寻呼时隙以外的其它时隙中休眠以便保存电池能量。
除了使移动站所需的监视活动最少以便保存电池能量以外，可以进行内部调整，进一步增加这些单元的能效。例如，图1描绘了常规的系统配置，其中移动站有两个时钟信号发生器。一个时钟信号发生器10精确地调谐到用做整个系统定时的时间基准的外部定时参考。另一个时钟信号发生器12具有自己的本振晶体(未表示)而且是自由运行的。时钟信号发生器12比时钟信号发生器10的精度低，但是最佳适于低功耗操作。
计数器14从时钟信号发生器10接收时钟脉冲并输出明确定时的系统定时信号(有时称为“系统定时信号”)，该信号用于触发处理器16。处理器16控制移动站的多种处理中的各种收发功能。正如本领域技术人员所了解的，处理器16需要精确控制定时的触发信号，因此，通常由高精度时钟信号发生器10来提供时钟。在基于TDMA的无线通信系统中，除了其它事情之外，从计数器14接收的系统定时脉冲可以由处理器16用于标识分配给空闲移动站的时隙，以便用于对寻呼消息解码。
比较而言，低精度时钟信号发生器12一般用于定时要求不太严格的控制电路，例如实时时钟(RTC)18。RTC 18则可以提供本地时间，在移动站显示器19上输出。由于低精度时钟信号发生器12设计为低电流操作，可以从小容量电源例如后备电池(未表示)供电。
高精度时钟信号发生器10提供基本的系统参考时间，而且通常提供用于系统中大部分电路的时钟脉冲。由于它的重要性，高精度时钟信号发生器10还要包括精确控制电路，例如温度和生产差异的补偿。由于这种额外的复杂性以及分布很广泛的连接负荷，高精度时钟信号发生器10消耗的功率比低精度时钟信号发生器12大。
在激活模式中(即，当移动站通过业务信道连接到系统时)，大多数电路在上述系统中激活。但是在基于TDMA的电话系统中待机或空闲模式中(即，当移动站周期性地侦听控制或接入信道时)的激活是有限的。在空闲模式中，大多数活动与寻呼消息的解码有关，如上所述，寻呼消息是在分配的寻呼时隙中(即总时间的一部分中)发向特定移动站的。在所分配的寻呼时隙以外的时隙中，移动站可以进入不监视它的控制信道的休眠模式。这使得移动站降低了功耗并延长了电池寿命。
由于高精度时钟也是相对耗电较多而低精度时钟相对耗电较少，因此希望尽可能地使用低精度时钟以便延长电池充电之间的时间。不幸的是，常规的远端单元设计认识到：远端单元中的大多数功能电路都不能牺牲时钟精度。因此，图1的常规远端单元存在时钟信号发生系统内功耗过大的问题。尽管希望附属功能使用低精度时钟，但是与这个概念有关的问题包括：例如依据常规技术，低精度时钟所具有的精确度不足以触发处理器16。
发明概要
根据本发明的示范实施例，通过在休眠模式部分中而不是在移动站分配的寻呼时隙中关闭高精度时钟信号发生器、并代之以使用低精度时钟信号发生器来提供该时间内的定时信号，进一步降低功耗是可能的。但是由于寻呼消息解码的定时要求，当移动站被“唤醒”从而对其所分配的寻呼时隙中接收的寻呼消息进行解码时，则应该使用高精度时钟信号发生器。因此，由低精度时钟信号发生器在休眠模式中提供给处理器的定时信号足够精确是很重要的，这样移动站就能在恰当时间被唤醒，以便对所分配的寻呼时隙中接收的所有消息进行解码。根据本发明的示范实施例，低精度时钟信号发生器的精度要针对高精度时钟信号发生器周期性地进行测量。
例如，在根据本发明的时钟信号发生系统的测量模式中，第一计数器对来自高精度时钟信号发生器的输出脉冲进行计数，直到它收到了预定数目的脉冲为止。此时，第一计数器输出系统定时信号，该信号由处理器用于内部定时处理。当第一计数器正在计算来自高精度时钟信号发生器的脉冲时，第二计数器计算从低精度时钟信号发生器输出的脉冲。第二计数器也从第一计数器接收系统定时信号输出。在来自第一计数器的系统定时信号之间计算出的低精度时钟脉冲的数目是低精度时钟信号发生器相对精度的指示。此外，所计算出的每系统定时信号的低精度时钟脉冲数可以被加以存储，并加以平均，以便在高精度时钟关闭时提供最新的有关应该使用多少个低精度时钟脉冲来产生系统定时信号的指示。
因此，当工作在自由运行模式时，第二计数器计算从低精度时钟信号发生器接收的脉冲，直到到达门限为止，该门限基于测量模式中确定的值。因此，当从低精度时钟信号发生器接收的时钟脉冲数达到预定门限时，第二计数器输出系统定时信号。这个系统定时信号用于在远端单元不需要对接收的寻呼消息进行解码时触发休眠模式部分中的处理器。通过以上述方式周期性地测量低精度时钟信号发生器的精度，用于触发休眠模式中的处理器的系统定时脉冲可足够精确地使处理器能在恰当的时间“唤醒”接收和解码电路，以便对所分配的寻呼时隙中的寻呼消息精确解码。
根据本发明的其它示范实施例，低精度时钟信号发生器也用于为实时时钟功能提供时钟脉冲。实时时钟功能则提供当前时间，以便输出给远端站的显示器。这使得远端站的用户可以具有进行呼叫的时间参考。由于低精度时钟的精度如上所述周期性地被检验以便使休眠模式部分中的系统定时能够被低精度时钟信号发生器处理，这个信息也可用于补偿实时时钟的不精确度。例如，在上述测量模式中观察到与低精度时钟信号发生器有关的一定量的不精确度之后，远端单元的处理器可以指示实时时钟从其确定的当前时间中增加或减少一秒，以便补偿从低精度时钟信号发生器接收的时钟脉冲的不精确度。
附图的简要描述
当结合附图阅读了如下详细描述之后，本发明前述的以及其它的目的、特性和优点将会很容易理解，其中：
图1描绘了示范性的使用两个时钟的常规时钟信号发生系统；
图2A是说明根据本发明的示范实施例的在远端单元中保存功率的示范方法的第一部分流程图；
图2B是图2A流程图的第二部分；
图3表示根据本发明的示范实施例的包括时钟信号发生系统的部分无线通信设备；
图4表示根据本发明的另一个示范实施例的包括时钟信号发生系统的一部分无线通信设备。
详细描述
在如下描述中，为了解释而不是限制的目的，提出了特定细节，例如特定的电路、电路元件、技术等，以便提供对本发明的完整理解。尽管如此，对本领域技术人员显然的是，本发明可以在没有这些特定细节的其它实施例中实现。在其它情况下，熟知方法、设备和电路的详细描述会被略去，以免不必要的细节混淆本发明的描述。
根据本发明的示范实施例，通过使用低精度(以及低功耗)时钟脉冲发生器触发休眠模式中的远端单元处理器可以实现功耗降低。如上所述，短语“休眠模式”是指远端站可以使某些电路省电的低活动期。例如，当远端站不期望接收寻呼消息时-即在分配的寻呼时隙以外的其它时隙，可以进入休眠模式。在激活的移动站(即，通过业务信道连接到系统的移动站)不打算发送、接收或测量的时隙中，可以进入休眠模式。尽管如下例子说明本发明在前述类型的休眠模式中应用，但是本领域技术人员将会理解可以在其它休眠模式中以下述同样的方式关闭高精度时钟。本领域技术人员通常会很熟悉休眠模式，因此这里就不提供常规无线通信系统这种特性的进一步讨论。
图2A说明了根据本发明降低功耗的示范方法的一部分。其中，在步骤20，当远端单元不是激活地与系统连接时，远端单元通过使不重要的电路省电而进入休眠模式。根据本发明的示范实施例，这包括在步骤21使高精度时钟(也是高功耗时钟)省电。然后，使用低精度时钟触发远端单元的处理器，如步骤22所描述。这个步骤的前提是低精度时钟的定时在前面已经测量(如下所述)，从而保证使用低精度时钟可产生足够精度的触发。这种操作模式这里称为自由运行模式，因为低精度时钟的操作此时不依赖于高精度时钟。这个过程继续到对寻址到那个特定远端单元的寻呼消息解码的时间，即远端单元所分配的寻呼时隙到来的时间，如步骤23所示。
现在参考图2B，当远端单元分配的寻呼时隙到来时，系统对高精度时钟上电，如步骤24所示。在远端单元需要对所收的寻呼消息解码以便确定这些消息中是否有指向那个远端单元的消息的那段时间，高精度时钟产生的时钟脉冲则用于触发远端单元的处理器(步骤25)。尽管高精度时钟用于触发处理器，但是根据本发明的示范技术也使用高精度时钟周期性地校准低精度时钟的定时，如步骤26所示。因此，这种操作模式在这里称为根据本发明的时钟信号发生系统的“测量模式”。正如下面将详细描述的，基于高精度时钟生成的系统定时信号之间产生的低精度时钟脉冲数可以被加以存储及/或平均，以便在休眠模式低精度时钟再次用于触发远端单元的处理器时，可以使用低精度时钟产生相对精确的系统定时信号。当远端单元分配的寻呼时隙已经过去后，在步骤27，流程返回图2A，其中在步骤28确定休眠模式是否结束。如果结束了，则远端站的用户已经开始了激活连接，或者关闭了远端站而且处理结束。否则，执行另一次循环，在其中高精度时钟再次在非远端单元分配的寻呼时隙执行省电。当然，如果远端单元确实在所分配的一个寻呼时隙中收到了寻呼消息，表明它将被连接到支持一条连接的无线通信系统，则远端单元退出休眠模式，而且高精度时钟继续执行它作为远端单元的主时间参考源的功能。
已经对本发明的示范实施例如何通过周期性对高精度(以及高功耗)时钟实行省电来保存功率提供了一个概述，现在将对实现这种功能的设备及技术作更详细描述。根据本发明的示范实施例，远端单元(例如，移动电话)包括控制话机所提供的各种功能(例如包括接收和发送电路操作)的中央处理单元。为了提供这些控制功能，中央处理单元需要接收精确的参考定时输入，正如本领域的技术人员所理解的那样。例如，中央处理单元需要接收与处理器有关的预定操作频率的时钟脉冲。可以被根据本发明的中央处理单元所使用的另一个定时参考是系统定时信号(或系统“定时信号”)，其频率一般比也由中央处理单元接收的时钟脉冲低得多。
图3说明了本发明的一个示范实施例，其中的低精度时钟信号发生器30以及高精度时钟信号发生器32可以交替用于提供系统定时信号，以用于触发与远端单元关联的中央处理单元(CPU)34。高精度时钟信号发生器32接收通过空中接口接收的外部定时信息，而低精度时钟信号发生器则从本振33接收定时信息。如上所述，图3的时钟信号发生系统工作在两种模式。在测量模式，高精度时钟信号发生器32输出时钟信号脉冲，后者用于产生系统定时信号，后者再用于触发中央处理单元34。如上所述，例如在远端单元分配的寻呼时隙中将使用测量模式，以便当中央处理单元34对所收寻呼消息解码时，可以接收高精度定时信息。例如，来自高精度时钟信号发生器32的频率为f1的脉冲输出由计数器36计数。一旦计数器36从时钟32接收了预定数目-例如400-的时钟脉冲之后，计数器36就向复接器38输出系统定时信号。处于测量模式中时，中央处理单元34在信号线40上输出模式选择(MS)信号，它使计数器36产生的系统定时信号有选择地从复接器38输出到中央处理器单元34的触发(STROBE)输入。
同时，计数器36产生的系统定时信号也输入到计数器42。计数器42是来自低精度时钟信号发生器30的时钟脉冲接收者。处于测量模式中时，计数器42计算计数器36产生的各系统定时信号之间从时钟信号发生器30接收的低精度时钟脉冲的数目。这样可以使计数器42在远端站操作期间中的任何特定时刻确定每个系统定时间隔包括多少低精度时钟脉冲。正如对本领域技术人员很显然的，低精度时钟信号发生器30的精度(也就是各个系统定时间隔中低精度时钟脉冲的数目)将由于老化、温度等原因而随时间变化。
例如，假设精确时钟信号发生器32相对计数器36输出的每个系统定时信号产生400个时钟信号脉冲。但是，在计数器36输出的两个示范系统定时信号之间，计数器42只从低精度时钟信号发生器30收到390个时钟脉冲，而在随后产生的另两个示范系统定时信号之间，计数器42则从低精度时钟信号发生器30收到410个时钟脉冲。由于这个数目将随时间而变，测量值将由计数器42周期性地记录并存储，以便在下面将要描述的下一个自由运行模式中使用。如果需要的话，可以使用统计平滑功能(例如，平均)提供对包括系统定时间隔的来自低精度时钟信号发生器30的时钟脉冲数的最可能的估计。
在自由运行模式，计数器42用于产生系统定时信号。自由运行模式由处理器改变模式选择线40上的值来启动，这例如是发生在所分配的寻呼时隙结束而远端站仍处于空闲模式之后。因此，使用由测量模式存储在计数器42中的信息确定的预定门限，计数器42将计算从低精度时钟信号发生器30接收的时钟脉冲数，然后将系统定时信号输出到复接器38。在由CPU 34在信号线40上驱动的模式选择信号的控制下，复接器38接下来再将这个系统定时信号传送到中央处理单元34的触发(STROBE)输入端。同时，高精度时钟信号发生器32可以实行省电，因为在这部分休眠模式中不再需要它。当到达对这个特定远端单元所分配的寻呼时隙中接收的寻呼消息解码的时间时，中央处理器单元将再次切换回到测量模式，并再次对高精度时钟信号发生器32上电。复接器43将来自高精度时钟信号发生器30(当上电时)或低精度时钟信号发生器32(在另一种情况下)的时钟脉冲提供给CPU 34的CLK输入端。
根据本发明的另一个示范实施例，在这里用于保证以足够的精度产生系统定时信号(甚至当基于低精度时钟信号发生器脉冲时)的上述误差补偿，也可用于纠正实时时钟的定时。正如上面提到的，低精度时钟信号发生器的常规应用包括为用于驱动远端单元显示的实时时钟功能提供参考。根据上述本发明的示范实施例，由于低精度时钟信号脉冲的精度要周期性地被检查，该信息可以用于纠正实时时钟的输出，使得远端单元显示的当前时间更精确。例如，参考图4，其中与图3类似的单元用相同的参照号标出，在测量模式期间由计数器42确定的门限提供给CPU 34的CO输入端。CPU 34使用这个信号确定与低精度时钟信号发生器30有关的累计定时误差，并为实时时钟50提供校正的输出信号(ERR)。例如，因为CPU 34可以得知两个系统定时信号之间有多少个高精度时钟脉冲，CPU可以将这个数字与计数器42所测量到的门限数字相比较。因此，例如如果CPU 14的CO输入读到999，而且CPU得知系统定时信号之间有1,000个高精度时钟脉冲，那么每999个RTC秒时CPU将增加额外的一秒。这使RTC 50提供更精确的时间以供在显示器52上显示。
上述的示范实施例在所有方面的意图都是为了说明本发明，而不是对其的限制。因此，本发明能够由本领域技术人员从这里包含的描述中得到的具体实现中作出很多改变。例如，尽管前面的示范实施例是在休眠模式中对高精度时钟实行省电和等待指定寻呼时隙以便再次对高精度时钟上电的情况下描述的，但是本领域技术人员将会理解其它的远端单元活动也可用于触发高精度信号时钟的唤醒。例如，这种活动包括如下的一种或多种：测量空中接口的状态、基站的标识，使用GPS或其它技术确定远端单元的位置，以及记录电池的状态。所有这些变化和修改都认为是处于如下权利要求所定义的本发明范围和精神之内的。