移动通信手持设备省电设计

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1、移动通信手持设备省电设计　　【摘要】省电设计是手持设备的关键技术之一，对用于野战环境的移动通信手持电台而言，连续工作时间更是其关键指标。为提高连续工作时间，从协议优化、硬件选型、软件部署等几个方面入手，采用VAD、间歇守候、闭环功率控制和显示控制等关键技术对移动通信手持电台进行省电设计，减少设备有效工作时间占空比，动态调整工作功率，有效降低了设备功耗，提升其连续工作时间。【关键词】协议优化软件部署连续工作时间VAD间歇守候功率控制1引言移动通信手持设备主要用于野外环境，通常情况下电力等基础设施都比较缺乏，其连续工作时间在电池容量

2、一定的情况下主要由其发射、接收和待机状态下的功耗决定。手持设备连续工作时间一般定义为Tx：Tr：Ts=1：1：8（Tx、Tr、Ts分别为发射、接收和待机时间）情况下单个电池供电的工作时间，除了降低接收发射工作状态下的功耗，更重要的是降低时间占比为80%的待机状态下的功耗。本文从系统设计的角度降低收发工作状态下的功耗，从软硬件优化的方向降低设备的待机功耗。2系统体系结构8本文研究的手持设备工作在超短波频段，采用有中心的入网方式工作，双工方式为TDD，多址方式为TDMA。其协议体系结构如图1所示。协议主要包含L1（物理层）、L2（链

3、路层）和L3（网络层），由于带宽较窄，其主要业务为话音和电路数据，均为电路域业务。MAC之上分为用户面和业务面[1]，便于将业务实体和控制实体分开实现、分别控制，更好地利用各种无线信道。同时针对不同的控制需求，可以采用不同的控制策略，更好地实现其系统功能。其中控制面采用了无线资源管理和逻辑链路控制两个功能实体，提供对无线信道的实时管理和多种链路控制策略，适应传输实时性要求的同时，保证控制信令的QoS；而用户面则直接和MAC层连接，提供电路域业务，减少内部控制流程，控制业务传输时延，降低处理功耗。3手持电台省电设计3.1协议体系优

4、化分别在发射、接收和待机三种状态下对协议进行了优化，如表1所示。3.2主要硬件选型8设备的硬件框图如图2所示，主要包括CPU、DSP、FPGA等3个部分，负责处理算法、协议和应用。PM为整机提供电源管理，HMI包括键盘和显示等人机接口部件，EXT则预留给SIM卡等扩展接口。主要硬件均支持动态电源管理（DPM）技术[2]的应用，为实现动态电源管理提供了保证。（1）CPU的选择PXA320是一款用于高性能、低功耗便携手持设备的CPU微处理器。它将XSCALE架构、工作电压和主频动态调整、复杂的功率管理等一体化设计[3]，可在宽工作频

5、率范围内提供领先的mW/MIPS性能，其待机功耗控制在5mA以下。（2）DSP的选择TI公司高性能、低功耗的定点DSP芯片TMS320C5510是TI低功耗典型产品，其芯片内核的功耗只有0.05mW/MIPS[4]。（3）FPGA的选择选择XILINX公司的高性能、低功耗的XC3SD1800A作为基带处理单元的FPGA芯片[5]。（4）音频功放的选择采用高效率D类音频功放，效率可达80%～90%，比AB类音频功放效率提高10%～20%。（5）存储器的选择选择功耗更低、速度更快的MCP存储器。（6）电源管理主控芯片的电源管理，选用

6、具有高效率DC/DC，并支持动态电压控制、具有多路高性能可控LDO输出的高度集成、功能丰富的集成电路。8DA9034是针对PXA3XX系列高性能处理器开发配套电源管理芯片[6]，提供一路具有输出电压可编程和动态电压控制（DVC）的核电压DC/DC高效率电源转换器（1MHz开关速率，最高效率可达95%），一路具有固定输出电压（1.8V或1.9V，700mA）和DVC功能用于存储器的DC/DC高效率电源转换器（2MHz开关速率，最高效率可达95%），多达15路采用SmartMirrorTM专利技术——具有极低静态电流消耗低噪的高性能

7、LDO可控可编程电压输出；提供预充、恒流、恒压、充电电流电压可编程设置等充电控制电路；具有过压、低压、过流、过热保护等功能。3.3合理进行软件部署针对功能需求和协议体系，软件部署采用的原则主要有：（1）运行越频繁的功能部署在功耗越低的芯片；（2）芯片级的高内聚、低耦合性，同一功能采用尽可能少的芯片参与工作；（3）待机状态下启动的芯片最少，功耗最低。根据以上原则对手持电台的软件进行部署，如图3所示：按图3所示的软件部署，手持电台发射、接收和待机状态下各处理芯片的工作情况如表2所示：3.4间歇守候技术8在TDMA体制下，采用有中心组

8、网方式，作为终端设备的手持电台时序上同步在基站上，接收通道无需常开。采用0.5ppm的TCXO作本地时钟，对应于42.667kbps的空中速率，产生一个1bit偏移所需时间为：Td（1）=（1/42667）/（0.5×10-6）=46.9s。本文研究的手持电台T