DE10157948A1

DE10157948A1 - Mobilfunk-Endgerät mit reduziertem Stromverbrauch

Info

Publication number: DE10157948A1
Application number: DE10157948A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Hofmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Endgerät mit einer Modemeinheit 1, einer Anwendungseinheit 2 und einer Mesch-Maschine-Einheit 3. Das Endgerät weist eine Zentraleinheit 20 auf, welche mindestens eine andere Einheit von einem Bereitschaftszustand in einen Aktivzustand versetzt. Durch die Erfindung wird u. a. der Stromverbrauch im Bereitschaftszustand reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Endgerät mit einer Modemeinheit, einer Anwendungseinheit und einer Mensch-Maschine-Einheit, und ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunk- Endgeräts.
Um Mobilfunkgeräte unabhängiger vom regelmäßigen Aufladen der Batterie zu machen, ist es notwendig, die Stand-By-Zeit, d. h. die Bereitschaftszeit des Mobilfunk-Endgeräts, zu erhöhen. Die Stand-By-Zeit ist abhängig von dem Stromverbrauch des Mobilfunkgeräts im Bereitschaftszustand. Erste Mobilfunkgeräte hatten einen Stromverbrauch von mehreren 100 mA, wohingegen bei heutigen Mobilfunkgeräten der im Stand-By-Zustand benötigte Strom auf ca. 3 bis 4 mA reduziert wurde.
Dennoch ist es wünschenswert, den Stromverbrauch von Mobilfunkgeräten im Bereitschaftszustand weiter zu reduzieren, um das Mobilfunkgerät noch unabhängiger vom Festspannungsnetz zu machen.

Immer mehr Anwendungsfunktionen wie z. B. verbesserte Texteingabesysteme oder Zellfunkdienste werden in die Mobilfunkgeräte integriert. Aus diesem Grund werden die Mobilfunkgeräte der Zukunft zusätzliche Speicherkapazitäten für die weiteren Funktionen benötigen. Folglich wird der Stromverbrauch der Speicherbausteine für die Energiebilanz eines Mobilfunkgeräts immer wichtiger. Der Stromverbrauch heutiger SRAMs liegt zwischen 120 und 2400 µA und der Stromverbrauch von eDRAMs zwischen 50 und 900 µA. Bei dem Einsatz größerer Speicherbausteine wird somit der Stromverbrauch steigen.

Zur Reduzierung des im Bereitschaftszustand benötigten Stroms wurde bereits die Struktur des Mobilfunkgerätes geändert. Es erfolgte eine Aufteilung zwischen den Einheiten Modem, Anwendungsbereich und Mensch-Maschine-Schnittstelle wie sie z. B. in Fig. 2 gezeigt ist. Das Modem 1 umfasst dort eine zentrale Steuereinheit (CPU) 30 mit integrierten Schreib-Lese- Speicher (RAM) 31. Über die Verbindung 33 ist die Steuereinheit 30 mit dem Schnell-Speicher (Flash-Memory) 5 verbunden. Des Weiteren ist die Steuereinheit 30 mit den Peripherieeinheiten und Schnittstellen 4 verbunden. Die Anwendungseinheit 2 weist eine zentrale Steuereinheit (CPU) 9, einen Nicht- Flüchtigen-Speicher (Flash-Memory) 10 und einen Schreib-Lese- Speicher (RAM) 11 auf. Die zentrale Steuereinheit 9 mit den Peripherieeinheiten und Schnittstellen 8 bzw. den Speicherbausteinen 10, 11 verbunden. Die zentrale Steuereinheit 9 ist über die Leitung 13 mit der Anzeige- und Mensch-Maschine- Schnittstelle 3 verbunden. Alle Einheiten sind ständig betriebsbereit. Sämtliche Speicherelemente 5, 31, 10, 11 verbrauchen auch wenn sie nicht beschrieben oder entlesen werden Strom.

Wie beschrieben, werden die Speicher in Zukunft immer größer, und die CPUs und digitale Signalverarbeitungseinheiten (DSPs - Digital Signal Processing Units) werden immer schnellere Verarbeitungszeiten aufweisen. Auch die Peripheriegeräte werden immer komplexer und die Anzeige und die Mensch-Maschine- Schnittstelle werden immer mehr Möglichkeiten bieten. Somit ist die aus dem Stand der Technik bekannte Änderung der Architektur nicht ausreichend, eine weitere Reduktion des im Bereitschaftszustand des Mobilfunkgeräts benötigten Stroms zu gewährleisten.

Folglich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Mobilfunk-Endgerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunk-Endgeräts mit reduziertem Stromverbrauch im Bereitschaftszustand bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mobilfunk-Endgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunk-Endgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Endgerät mit einer Modemeinheit, einer Anwendungseinheit und einer Mensch- Maschine-Einheit. Das Endgerät weist eine Zentraleinheit auf, welche mindestens eine andere Einheit von einem Bereitschaftszustand in einen Aktivzustand versetzt.

Bereitschaftszustand bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die nicht benötigten Einheiten abgeschaltet oder im Falle der zentralen Steuereinheit heruntergetaktet werden. Entsprechend bedeutet Aktivzustand einen Zustand, bei dem die jeweilige Einheit im normal Betriebszustand arbeitet.

Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunk-Endgeräts mit einer Modemeinheit, einer Anwendungseinheit und einer Mensch-Maschine-Einheit.

Die Modemeinheit beinhaltet eine zentrale Steuereinheit. (CPU), eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) mit integriertem Schreib-Lese-Speicher (RAM), einem Fest-Speicher (ROM - Read Only Memory) und einem Schnell-Speicher (Flash- Memory). Des Weiteren weist die Modemeinheit Periphereinheiten und Schnittstellen auf.

Die Anwendungseinheit führt sämtliche Anwendungsfunktionen des Mobilfunk-Endgeräts aus. Dazu zählt z. B. die Telefonbuchfunktion oder integrierte Spiele. Die Anwendungsfunktion umfasst ebenfalls eine zentrale Steuereinheit (CPU), eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP), einen Schreib-Lese- Speicher (RAM), einen Schnell-Speicher (Flash-Memory) und Periphereinheiten bzw. Schnittstellen.

Die Mensch-Maschine-Einheit umfasst eine Anzeige und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, d. h. Vorrichtungen wie z. B. Tastatur oder Sprachsteuerung.

Als zusätzliche Einheit weist das Mobilfunk-Endgerät eine Zentraleinheit auf. Die Zentraleinheit ist eine Steuereinheit und kann jede der Einheiten Modemeinheit, Anwendungseinheit oder Mensch-Maschine-Einheit von einem Bereitschaftszustand in einen Aktivzustand versetzen. Hinter dem Einsatz einer Zentraleinheit zur Steuerung anderer Einheiten steckt die Idee, dass während des Bereitschaftszustandes nicht sämtliche Einheiten aktiv sein müssen. Da aktive Einheiten Energie verbrauchen, ist es wünschenswert, die Einheiten nur bei Bedarf aus einem Bereitschaftszustand (dem sogenannten Sleep- Mode) zu aktivieren.

Die Modemeinheit wird zum Beispiel nur im Sende- bzw. Empfangsbetrieb benötigt. Es macht aus diesem Grund keinen Sinn, die Modemeinheit im Bereitschaftszustand aktiv zu halten. Entsprechendes gilt für die Anwendungseinheit und die Mensch- Maschine-Einheit.

Die in den jeweiligen Einheiten enthaltenen Speicherbausteine sollten auch ohne Strom die gespeicherte Information behalten. Für die Speicherelemente werden bevorzugt nichtflüchtige Speicherelemente, wie z. B. FeRAMs (Ferro-Electric RAMs) eingesetzt. FeRAMs haben den Vorteil, dass sie im Bereitschaftszustand keinen Strom verbrauchen, die gespeicherte Information jedoch nicht verloren geht.

Wird eine der Einheiten Modemeinheit, Anwendungseinheit oder Mensch-Maschine-Einheit benötigt, so versetzt die Zentraleinheit die entsprechende Einheit in den Aktivzustand. Nach der Aktivierung ist die jeweilige Einheit voll funktionsfähig. Die Zentraleinheit kann auch sämtliche Einheiten gleichzeitig aktivieren. Will zum Beispiel der Nutzer eines Mobilfunkgeräts einen Anruf absetzen, so aktiviert die Zentraleinheit zum Anrufaufbau die Modemeinheit. Falls der Nutzer des Mobilfunkgeräts eine Telefonnummer aus dem in dem Mobilfunkgerät enthaltenem Telefonbuch benötigt, so wird die Anwendungseinheit aktiviert. Entsprechend wird in diesen Fällen auch die Mensch-Maschine-Einheit zur Ein- bzw. Ausgabe verwendet. Folglich steuert die Zentraleinheit die anderen Einheiten. Zur Steuerung muss die Zentraleinheit auch ständig den Status der anderen Einheiten kennen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Versetzung der Einheiten von dem Bereitschaftszustand in den Aktivzustand zeitoptimiert. Da der Nutzer die Einheiten sofort verwenden will, und sie nach dem Stand der Technik ständig aktiv sind, muss eine Aktivierung der Einheiten in einem kurzen Zeitintervall erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Zentraleinheit im normalen Funkrufbetrieb, dem sogenannten Paging-Mode, aktiv. Beim Paging wird funktechnisch eine "Einbahnstraße" aufgebaut, d. h. es werden nur Informationen empfangen, die von einer Basisstationen (Sender) ausgestrahlt werden. Die anderen Einheiten befinden sich im Paging-Mode in einem inaktiven Zustand. Somit verbraucht im Funkrufbetrieb auch nur die Zentraleinheit Strom, wohingegen die anderen Einheiten abgeschaltet sind.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Zentraleinheit ein Mikroprozessor. Die Zentraleinheit ist dabei ein speziell für solche Anwendungsfälle entwickelter Mikroprozessor, welcher nur wenig Strom verbraucht. Die Zentraleinheit soll im Bereitschaftszustand weniger oder gleich 1 µA verbrauchen. Um auch im Funkrufbetrieb ausreichende Steuerungsfunktionen bereitzustellen, weist die Zentraleinheit eine Aktivierungszeit von weniger oder gleich 6 µs auf. Eine solche Aktivierungszeit ist ca. hundertmal schneller als bei üblicherweise eingesetzten Mikroprozessoren.

Bevorzugt werden in der Modemeinheit und der Anwendungseinheit auch Mikroprozessoren mit einer kurzen Aktivierungszeit eingesetzt.

Die Zentraleinheit kann auch mit einer Stromsparfunktion kombiniert werden. Stromsparfunktion bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass unbenutzte Zeitgeber und Teile des Endgeräts, wie VCC (Voltage Controlled Oscillator), Empfänger oder Anzeige, temporär abgeschaltet werden. Die Stromsparfunktion kontrolliert zum Beispiel auf intelligente Weise, wann ein Zeitgeber für den Betrieb des Endgeräts im Bereitschaftszustand nicht notwendig ist.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Zentraleinheit mit einer Burst-Mode-Steuereinheit kombiniert. Ein Burst ist ein Datenpaket, welches zwischen Mobilfunkgerät und Basisstation (Base Transceiver Station - BTS) ausgetauscht wird. Die Burst-Mode-Steuereinheit führt ständig wiederkehrende Aufgaben wie Kanalcodierung oder Funkaufbau aus. Die Burst-Mode-Steuereinheit wird dabei nur für den Funkruf- Betrieb verwendet und ist bevorzugt in Hardware ausgeführt.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung versetzt die Zentraleinheit die mindestens eine andere Einheit wieder in den Bereitschaftszustand zurück. Nachdem die Zentraleinheit mindestens eine der Einheiten Modemeinheit, Anwendungseinheit oder Mensch-Maschine-Einheit aktiviert hat, und die entsprechende Einheit, nach Ausführung der gewünschten Funktion, nicht mehr benötigt wird, kann diese wieder in den Bereitschaftszustand zurückversetzt werden. Die Zentraleinheit steuert dabei, wann eine der Einheiten nicht mehr benötigt wird und folglich wieder in den Bereitschaftszustand versetzt werden kann. Es ist denkbar, vor einer Zurückversetzung in den Bereitschaftszustand, ein bestimmtes Zeitintervall abzuwarten, um mögliche unmittelbare erneute Aktivierungen zu vermeiden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Endgerät im Bereitschaftszustand einen Stromverbrauch von kleiner oder gleich 300 µA auf. Bei einem solchen Stromverbrauch im Bereitschaftszustand ist es möglich, den Strombedarf mit Hilfe von Solarzellen zu decken. Es wäre folglich denkbar, eine Reihe von Solarzellen, ähnlich wie bei einem Taschenrechner, an dem Gehäuse des Mobilfunkgeräts anzubringen. Befindet sich das Mobilfunkgerät zum Beispiel bei normaler Zimmerbeleuchtung auf dem Schreibtisch des Nutzers, so reicht die mit Hilfe der Solarzellen gewonnene Energie für den Strombedarf im Bereitschaftszustand aus. Bei Nutzern, welche ihr Mobilfunkgerät nur selten verwenden, ist es darüber hinaus möglich, dass eine Kompensation der durch die Gesprächszeit verbrauchte Energie mit Hilfe der Solarzellen stattfindet.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Systemarchitektur eines Mobilfunkgeräts; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Systemarchitektur eines Mobilfunkgeräts nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die schematischen Darstellung offenbart die Systemarchitektur eines Mobilfunkgeräts. Die Modemeinheit 1 umfasst eine zentrale Steuereinheit 6 mit integrierten Schreib-Lese- Speicher, Fest-Speicher und Schnell-Speicher 7. Die zentrale Steuereinheit 6 ist, wie durch den Pfeil 18 dargestellt, mit den Peripherieeinheiten bzw. Schnittstellen 4 verbunden. Die Anwendungseinheit 2 weist wiederum eine zentrale Steuereinheit 9, einen Nicht-Flüchtigen-Speicher 10, einen Schreib- Lese-Speicher 11 und Peripherieeinheiten bzw. Schnittstellen 8 auf. Des Weiteren ist in Fig. 1 die Anzeige und die Mensch-Maschine-Schnittstelle 3 gezeigt. Darüber hinaus zeigt Fig. 1 die Zentraleinheit 20. Wie durch die Pfeile 25, 26 und 27 ersichtlich ist, steuert die Zentraleinheit 20 die Modemeinheit 1, die Anwendungseinheit 2 und die Anzeige- bzw. Mensch-Maschine-Einheit 3. Die Zentraleinheit 20 kennt auch den jeweiligen momentanen Status der Einheiten 1, 2, 3. Über die Verbindungen 23 ist die Zentraleinheit 20 mit einer Stromsparfunktion 21 gekoppelt. Des Weiteren ist eine Burst- Mode-Steuereinheit 22 über die Verbindung 24 an die Zentraleinheit 20 gekoppelt.
Im Bereitschaftszustand ist nur die Zentraleinheit 20, die Stromsparfunktion 21 und der Burst-Mode-Steuereinheit 22 aktiv. Sobald eine zusätzliche Einheit benötigt wird, kann die Zentraleinheit 20 diese aktivieren. Soll zum Beispiel ein Anrufaufbau ausgeführt werden, so aktiviert die Zentraleinheit 20 über die Verbindung 25 die Funktion der Modemeinheit 1. Entsprechendes findet bei Bedarf für die Anwendungseinheit 2 und die Anzeige bzw. Mensch-Maschine-Einheit 3 statt.
Es ist auch denkbar, Teile, die funktionell getrennt sind, zusammenzufassen. Es könnte z. B. ein gemeinsamer Rechnerkern, oder gemeinsame Hardware (alles in einem integrierten Schaltkreis) genutzt werden. Die Aufteilung von Modem- und Anwendungseinheit ist insbesondere bei Einfachgeräten nicht zwingend.
Durch die vorliegende Erfindung werden die Komponenten Modem, Anwendungseinheit und Mensch-Maschine-Schnittstelle nur dann mit Strom versorgt bzw. aktiviert, wenn sie benötigt werden. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Architektur ist eine erhebliche Energieeinsparung möglich, was die Unabhängigkeit eines Mobilfunkgerätes vom Ladegerät erhöht.

Claims

1. Mobilfunk-Endgerät, aufweisend:
eine Modemeinheit (1);
eine Anwendungseinheit (2); und
eine Mensch-Maschine-Einheit (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mobilfunk-Endgerät eine Zentraleinheit (20) aufweist, welche mindestens eine andere Einheit (1, 2, 3) von einem Bereitschaftszustand in einen Aktivzustand versetzt.

2. Mobilfunk-Endgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine andere Einheit mindestens eine der Einheiten Modemeinheit (1), Anwendungseinheit (2) oder Mensch-Maschine-Einheit (3) ist.

3. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versetzung in den Aktivzustand zeitoptimiert erfolgt.

4. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) im normalen Funkrufbetrieb aktiv ist.

5. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) ein Mikroprozessor ist.

6. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) im Bereitschaftszustand weniger oder gleich 1 µA verbraucht.

7. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) in weniger oder gleich 6 µs aktiviert werden kann.

8. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) mit einer Stromsparfunktion (21) kombiniert ist.

9. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) mit einer Burst-Mode- Steuereinheit (22) kombiniert ist.

10. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) die mindestens eine andere Einheit (1, 2, 3) wieder in den Bereitschaftszustand versetzt.

11. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilfunk-Endgerät im Bereitschaftszustand einen Stromverbrauch von kleiner oder gleich 300 µA aufweist.

12. Mobilfunk-Endgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bereitschaftszustand benötigte Strom von Solarzellen stammt.

13. Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunk-Endgeräts mit einer Modemeinheit (1), einer Anwendungseinheit (2) und einer Mensch-Maschine-Einheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentraleinheit (20) in dem Mobilfunk-Endgerät mindestens eine andere Einheit (1, 2, 3) von einem Bereitschaftszustand in einen Aktivzustand versetzt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine andere Einheit mindestens eine der Einheiten Modemeinheit (1), Anwendungseinheit (2) oder Mensch-Maschine-Einheit (3) ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versetzung in den Aktivzustand zeitoptimiert erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) im normalen Funkrufbetrieb aktiv ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) ein Mikroprozessor ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) im Bereitschaftszustand weniger oder gleich 1 µA verbraucht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) in weniger oder gleich 6 µs aktiviert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) mit einer Stromsparfunktion (21) kombiniert wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) mit einer Burst-Mode- Steuereinheit (22) kombiniert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (20) die mindestens eine andere Einheit (1, 2, 3) wieder in den Bereitschaftszustand versetzt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilfunk-Endgerät im Bereitschaftszustand einen Stromverbrauch von kleiner oder gleich 300 µA aufweist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bereitschaftszustand benötigte Strom von Solarzellen stammt.