DE10304200A1

DE10304200A1 - Verfahren zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät

Info

Publication number: DE10304200A1
Application number: DE10304200A
Authority: DE
Inventors: Janos-Gerold Dr. Enderlein; Jörg Dipl.-Ing. Walbracht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Also published as: KR20050095913A; WO2004068704A2; CN1745515A; JP2006515976A; WO2004068704A3; EP1588486A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät, das ein Akku mit einer zeitabhängigen Akkuspannung und einen Leistungsverstärker umfasst, bei dem vor Senden eines Signals von einer Steuer- und Kontrolleinheit die Akkuspannung bestimmt und mit einer vorgegebenen oberen Schwellenspannung U_nenn* verglichen wird, das Signal mit einer vorgegebenen Sendeleistung unter Erzeugung eines mit der vorgegebenen Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U1 gesendet wird, wenn die Akkuspannung oberhalb der oberen Schwellenspannung U_nenn* liegt, das Signal mit einer reduzierten Sendeleistung unter Erzeugung eines mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 gesendet wird, wenn die Akkuspannung kleiner oder gleich der oberen Schwellenspannung U_nenn* ist, wobei die reduzierte Sendeleistung so gewählt wird, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Schwellenspannung U_Burst ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät, eine geeignete Schaltung und ein mobiles Kommunikationsendgerät mit einer derartigen Schaltung. Mobile Kommunikationsendgeräte, insbesondere Mobiltelefone nach GSM Standard müssen die Anforderungen des GSM Standards TS45005 erfüllen. Mobile Kommunikationsendgeräte werden im Allgemeinen mit einem Akku betrieben. In dieser Spezifikation wird in Annex D 2.2 Voltage beschrieben, welche Eigenschaften bei welchem Akkutyp zu erfüllen sind. Ein Akku besitzt eine maximale Akkuspannung U_nenn im voll geladenen Zustand. In oben genannter Spezifikation wird nun unter anderem definiert, dass bei einem Absinken der Akkuspannung bis auf einen definierten Spannungswert, wie beispielsweise U_nenn* = 0.85 bzw. 0.9·U_nenn, eine bestimmte Sendeleistung bzw. Performance gewährleistet werden muss. So muss beispielsweise ein Signal mit einer Sendeleistung, die einen bestimmten Wert P_reduc_spec erreicht, gesendet werden können.
Weiter schreibt der Standard vor, dass bei Betrieb unterhalb dieses definierten Spannungswertes, das heißt beispielsweise unterhalb von 0.85 bzw. 0.9·U_nenn, sichergestellt sein muss, dass keine Nachbarkanäle gestört werden.
Bislang wird bei Mobiltelefonen und GSM Modulen bei sehr strenger Auslegung der Spezifikation so verfahren, dass auch unterhalb des definierten Spannungswertes, wie beispielsweise unterhalb von U_nenn* = 0.85 bzw. 0.9·U_nenn, die Sende leistung mindestens einen Wert P_reduc_spec erreichen kann. Kann die Sendeleistung nicht erreicht werden, so wurde das mobile Kommunikationsendgerät automatisch abgeschaltet. Letzteres ist aber hinsichtlich der Spezifikation TS45005 nicht erforderlich.
Ein großer Nachteil der bekannten Vorgehensweise besteht darin, dass ein Akku bezüglich seiner Kapazität nicht optimal ausgenutzt wird. Vielmehr wird das mobile Kommunikationsendgerät bereits lang vor Verbrauch des Akkus abgeschaltet. Im Falle eines Mobiltelefons ist dadurch auch die Sprechzeit stark begrenzt.
Es ist nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit bereitzustellen, mit deren Hilfe die Kapazität eines Akkus eines mobilen Kommunikationsendgerätes besser ausgeschöpft werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Schaltung gemäß Anspruch 5 sowie durch ein mobiles Kommunikationsendgerät gemäß Anspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den entsprechenden Unteransprüchen aufgeführt.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät bereitgestellt, das einen Akku mit einer zeitabhängigen Akkuspannung und einen Leistungsverstärker umfasst, bei dem

– vor Senden eines Signals von einer Steuer- und Kontrolleinheit die Akkuspannung bestimmt und mit einer vorgegebenen oberen Schwellenspannung U_nenn* verglichen wird,
– das Signal mit einer vorgegebenen Sendeleistung unter Erzeugung eines mit der vorgegebenen Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U1 gesendet wird, wenn die Akkuspannung oberhalb der oberen Schwellenspannung U_nenn* liegt,
– das Signal mit einer reduzierten Sendeleistung, die von der Steuereinheit bestimmt wird, unter Erzeugung eines mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 gesendet wird, wenn die Akkuspannung kleiner oder gleich der oberen Schwellenspannung U_nenn* ist, wobei die reduzierte Sendeleistung so gewählt wird, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Schwellenspannung U_Burst ist.

Generell bekannt ist, dass mit einer abnehmenden Akkukapazität die Spannung des Akkus abnimmt. Der Leistungsverstärker in einem mobilen Kommunikationsendgerät ist innerhalb des Gerätes der größte Stromverbraucher. Beim Senden eines Signals kommt es zu einem Stromfluss, wodurch über einen Innenwiderstand des Akkus stets ein Spannungseinbruch entsteht. Bei Senden einer Reihe von Signalen ist der zeitliche Stromverlauf impulsförmig, wodurch auch pulsförmige Spannungseinbrüche entstehen. Die Spannungseinbrüche bestimmen letztlich den Abschaltzeitpunkt des mobilen Kommunikationsendgerätes. Die Spannungseinbrüche sind mit der entsprechenden Sendeleistung korreliert. Gemäß der genannten Spezifikation TS45005 muss der Spannungseinbruch Δ U1 bis zum Absinken auf einen bestimmten Spannungswert der Akkuspannung, wie beispielsweise U_nenn = 0.85 bzw. 0.9 *U_nenn konstant sein. Unterhalb dieses definierten Spannungswertes U_nenn* wird bisher durch eine Leistungsbegrenzung des Leistungsverstärkers die Sende leistung auf P_reduc_spec reduziert, was einhergeht mit einer Reduzierung des Spannungseinbruchs auf einen Spannungseinbruch Δ U2. Dieser Spannungseinbruch Δ U2 bleibt aber dann konstant. Unterschreitet dann die Akkuspannung abzüglich des Spannungseinbruches Δ U2 eine vorgegebene Abschaltspannung U_Abschalt, so wird das mobile Kommunikationsendgerät abgeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es nun, bis zu einem definierten Spannungswert, wie beispielsweise U_nenn* = 0.85 bzw. 0.9 * U_nenn eine gemäß der Spezifikation geforderte maximale Sendeleistung zu liefern. Unterhalb dieses definierten Spannungswertes kann nun aber im Gegensatz zu der bisherigen Vorgehensweise das mobile Kommunikationsendgerät mit verringerter Sendeleistung bis fast zu einer vollständigen Entladung des Akkus in Betrieb gehalten werden, da unterhalb des definierten Spannungswertes U_nenn* kein konstanter Spannungseinbruch Δ U2, d.h. keine konstante Sendeleistung geliefert wird. Erfindungsgemäß wird jedoch sichergestellt, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Schwellenspannung U_Burst ist. Somit ist gewährleistet, dass alle zu versorgenden Schaltungsbauelemente ausreichend versorgt und somit funktionsbereit bleiben. Wichtige Schaltungsbauelemente sind dabei ein Spannungsregler und ein Leistungsverstärker.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mobile Kommunikationsendgerät abgeschalte, wenn der Spannungseinbruch Δ U2 gleich oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenspannungseinbruch ist.
Besonders bevorzugt wird dabei die Sendeleistung, die mit einem bestimmten Spannungseinbruch korreliert, solange reduziert bis eine vorgegebene, beispielsweise von einer Basis station geforderte minimale Sendeleistung erreicht ist. Erst dann wird das mobile Kommunikationsendgerät abgeschaltet.
Vorzugsweise wird, wenn die Akkuspannung kleiner oder gleich der oberen Schwellenspannung U_nenn* ist, die Sendeleistung in Abhängigkeit von der Akkuspannung derart reduziert, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 gleich der unteren vorgegebenen Schwellenspannung U_Burst ist. Die Reduzierung der Sendeleistung über der Entladezeit des Akkus ist kontinuierlich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich erhebliche Vorteile. So kann eine vorhandene Akkukapazität wesentlich besser ausgenutzt werden. Ferner erhöht sich im Falle eines Mobiltelefons die Sprechzeit erheblich. Gleichzeitig werden durch das erfindungsgemäße Verfahren auch die in der Spezifikation TS45005 beschriebenen technischen Parameter auch unter Extrembedingungen eingehalten. Die erfindungsgemäß vorgesehene Reduzierung der Sendeleistung unterhalb eines definierten Spannungswertes U_nenn* der Akkuspannung ist spezifikationskonform.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine Schaltung zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät. Die erfindungsgemäße Schaltung umfasst dabei mindestens die folgenden Elemente:

– einen Akku mit einer zeitabhängigen Akkuspannung,
– eine Empfangs- und Sendeeinheit zum schnurlosen Empfangen und Senden von Signalen,
– einen Leistungsverstärker zur Einstellung einer Sendeleistung eines zu sendenden Signals,
– einen Basisbandcontroller,
– eine Steuer- und Kontrolleinheit, wobei die Steuer- und Kontrolleinheit mit dem Akku zum Abfragen der Akkuspannung, mit der Empfangs- und Sendeeinheit zum Abfragen einer erforderlichen minimalen Sendeleistung und mit dem Leistungsverstärker zum Einstellen der von der Steuer- und Kontrolleinheit bestimmbaren Sendeleistung verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Steuer- und Kontrolleinheit in dem Basisbandcontroller integriert. Denkbar ist es auch die Steuer- und Kontrolleinheit in dem Leistungsverstärker oder der Empfangs- und Sendeeinheit zu integrieren. Vorteilhaft findet die Integration in einem sogenannten Basisbandkontroller statt, da in einem Basisbandkontroller alle Informationen zur Berechnung einer Steuer- bzw. Regelgröße des Leistungsverstärkers vorliegen.
Letztlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein mobiles Kommunikationsendgerät, wobei eine erfindungsgemäße Schaltung darin integriert ist.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen anhand der folgenden Figuren näher erläutert werden. Es zeigen
1 Gegenüberstellung des Verlaufs einer Akkuspannung eines Akkus eines mobilen Kommunikationsendgerätes als Funktion der Zeit gemäß einer Betriebsführung nach dem Stand der Technik (1a) mit dem Verlauf einer Akkuspannung eines Akkus eines mobilen Kommunikationsendgerätes als Funktion der Zeit gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (1b);
2 Schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung
1a zeigt einen Verlauf einer Akkuspannung als Funktion der Zeit, wie er bei Betrieb eines mobilen Kommunikationsendgerätes gemäß dem Stand der Technik aussieht. Ausgehend von einer Maximalspannung U_nenn nimmt die Akkuspannung mit der Zeit ab, auch wenn keine Signale gesendet werden, wie beispielsweise im Verlaufsabschnitt 1. Kommt es zum Senden eines Signals, so tritt, wie eingangs erläutert, ein Spannungseinbruch Δ U1 auf. Dieser Spannungseinbruch Δ U1 ist gekoppelt mit einer bestimmten Sendeleistung P. Erreicht die Akkuspannung einen vordefinierten Spannungswert U_nenn*, der sich beispielsweise ergibt als U_nenn*x, wobei der Faktor x=0.85 oder 0,9 ist, wird die Sendeleistung P auf P_reduc_spec reduziert, was einhergeht mit einem reduzierten Spannungseinbruch Δ U2. Danach bleibt der Spannungseinbruch Δ U2 konstant. Unterschreitet die Betriebsspannung während des Sendens, d.h. die Akkuspannung abzüglich des Spannungseinbruchs Δ U2 eine vorgegebene Abschaltspannung U_Abschalt, so schaltet sich das mobile Kommunikationsendgerät aus.
Demgegenüber schaltet sich das mobile Kommunikationsendgerät in 1b unter Anwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer gleichen Sendefrequenz wesentlich später aus. Unterhalb des vordefinierten Spannungswertes U_nenn* werden die jeweils auftretenden Spannungseinbrüche Δ U2, die beim Senden von Signalen auftreten, nicht nur einmal auf einen bestimmten Wert reduziert und dann bei allen nachfolgenden Sendeaktionen konstant gehalten, sondern die reduzierte Sendeleistung wird so gewählt, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der reduzierten Sendeleistung kor relierenden Spannungseinbruchs Δ U2 größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Schwellenspannung U_Burst ist, d.h. der mit der reduzierten Sendeleistung korrelierende Spannungseinbruchs Δ U2 wird sukzessiv reduziert. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab. Vorzugsweise wird der mit der reduzierten Sendeleistung korrelierende Spannungseinbruchs Δ U2 bis zu einem bestimmten vorgegebnen Schwellenspannungseinbruchswert reduziert, der beispielsweise durch eine Basisstation mittelbar vorgegeben wird, wenn diese eine Mindestsendeleistung erfordert. Die untere Schwellenspannung U_Burst wird durch alle in dem mobilen Kommunikationsendgerät zu versorgenden Schaltungselemente vorgegeben. Vorzugsweise schaltet sich das mobile Kommunikationsgerät erst aus, wenn der Spannungseinbruch Δ U2 unter einen vorgegebenen Schwellenspannungseinbruch fällt. Diese Schwellenspannungseinbruch, der ja mit einer bestimmten Schwellensendeleistung gekoppelt ist, kann beispielsweise von einer Basisstation vorgegeben werden, die eine vordefinierte Schwellensendeleistung im Sinne einer Mindestsendeleistung erfordert.
Wie durch Vergleich der beiden Verläufe aus den 1a und 1b erkennbar, kann ein mobiles Kommunikationsendgerät mit einer Leistungsregelung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich länger senden. Die Kapazität des Akkus wird besser ausgenutzt.
2 stellt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung dar. Dargestellt ist ein Akku 1. Der Akku 1 ist über eine Verbindung a verbunden mit einer Steuer- und Kontrolleinheit 2. Diese Steuer- und Kontrolleinheit 2 wiederum ist über eine Verbindung b verbunden mit einer Sende- und Empfangseinheit 3 und über eine Verbindung c mit einem Leistungsverstärker 4. Über die Verbindung a der Steuer- und Kontrolleinheit 2 mit dem Akku 1 erhält die Steuer- und Kontrolleinheit 2 Information über die jeweils aktuelle zur Verfügung stehende Akkuspannung. Über Verbindung b erhält die Steuer- und Kontrolleinheit 2 Informationen über eine, beispielsweise von einer Basisstation geforderten Mindest- bzw. Schwellensendeleistung. Innerhalb der Steuer- und Kontrolleinheit 2 wird nun erfindungsgemäß bestimmt, welche Sendeleistung, verbunden mit einem damit korrelierenden Spannungseinbruch, an dem Leistungsverstärker 4 realisiert werden soll. Diese Information bzw. Steueranweisung wird über Verbindung c an den Leistungsverstärker 4 weitergegeben, der entsprechend dieser Steueranweisung die entsprechende Sendeleistung realisiert. Ferner ist noch ein Basisbandcontroller vorgesehen, in welchen vorzugsweise die Steuer- und Kontrolleinheit 2 integriert ist. Neben den genannten Elmenten ist noch ein Empfangsverstärker 5, ein sogenannter Low Noise Verstärker, für eingehende Signale vorhanden.

Claims

Verfahren zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät, das einen Akku (1) mit einer zeitabhängigen Akkuspannung und einen Leistungsverstärker (4) umfasst, bei dem – vor Senden eines Signals von einer Steuer- und Kontrolleinheit (2) die Akkuspannung bestimmt und mit einer vorgegebenen oberen Schwellenspannung U_nenn* verglichen wird, – das Signal mit einer vorgegebenen Sendeleistung unter Erzeugung eines mit der vorgegebenen Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U1 gesendet wird, wenn die Akkuspannung oberhalb der oberen Schwellenspannung U_nenn* liegt, – das Signal mit einer reduzierten Sendeleistung unter Erzeugung eines mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 gesendet wird, wenn die Akkuspannung kleiner oder gleich der oberen Schwellenspannung U_nenn* ist, wobei die reduzierte Sendeleistung so gewählt wird, dass die Akkuspannung abzüglich des mit der reduzierten Sendeleistung korrelierenden Spannungseinbruchs Δ U2 größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Schwellenspannung U_Burst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Kommunikationsendgerät abgeschaltet wird, wenn der Spannungseinbruch Δ U2 gleich oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenspannungseinbruch ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenspannungseinbruch und somit die damit korrelierende Schwellensendeleistung durch eine Basisstation vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schwellenspannung U_Burst von der Steuer- und Kontrolleinheit (2) vorgegeben wird.
Schaltung zur Leistungsregelung für ein mobiles Kommunikationsendgerät mit mindestens den folgenden Elementen: – ein Akku (1) mit einer zeitabhängigen Akkuspannung, – eine Empfangs- und Sendeeinheit (3) zum schnurlosen Empfangen und Senden von Signalen, – ein Leistungsverstärker (4) zur Einstellung einer Sendeleistung eines zu sendenden Signals, – ein Basisbandcontroller, – eine Steuer- und Kontrolleinheit (2), wobei die Steuer- und Kontrolleinheit (2) mit dem Akku (1) zum Abfragen der Akkuspannung, mit der Empfangs- und Sendeeinheit (3) zum Abfragen einer erforderlichen minimalen Sendeleistung und mit dem Leistungsverstärker (4) zum Einstellen der von der Steuer- und Kontrolleinheit bestimmbaren Sendeleistung verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (2) in dem Basisbandcontroller oder in der Empfangs- und Sendeeinheit (3) integriert ist.
Mobiles Kommunikationsendgerät mit einer integrierten Schaltung nach einem der Ansprüche 5 oder 6.