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3G移动通信终端耗电性能的研究

2006/2/28/14:45 来源:泰尔网 作者:王世良
  [导读]本文从终端耗电性能的重要性入手,详细阐述终端耗电性能测试的通用测试方法和参考测试模型,着重分析了影响终端耗电性能的各种可能因素,归纳和分析了当前3G终端耗电性能的新特点,并进一步对提高终端耗电性能提出了建议措施。 

  1、引言 

  移动通信终端(简称终端),它是移动通信系统的重要组成部分,处在移动通信系统和广大移动用户“亲密”接触的最前端,是移动用户享受所有移动通信服务业务的最终实现平台,由此可见终端的重要性。综合评价终端的整体能力不仅要考虑业务功能的支持能力,更要重点关注终端的总体性能,而终端耗电性能就是评价移动终端总体性能的一项重要指标。2G终端的耗电性能一直备受人们的关注,用户对终端的省电要求越来越高,事实上终端的耗电性能已成为影响广大移动用户对移动通信服务满意度的一个重要因素。 

  在3G运营网络中,要求3G终端支持的业务将更加丰富,并且用户对3G通信服务质量的期望会更高,用户在享用丰富多样的业务时,对终端耗电性能也将提出更高的要求。可以说,对于我国未来商用的3G移动运营网络,3G终端耗电性能的好坏会很大程度上影响着3G用户对3G服务质量的满意度和对3G移动通信服务的认可度。因此,运营商、终端厂商等各方对3G终端的耗电性能都给予了高度重视。 

  2、终端耗电性能测试方法 

  目前,国际上各主要的电信标准组织还没有制定对终端耗电性能的统一测试标准,基本的测试方法仅在我国通信标准化协会CCSA的TC5WG4组起草的cdma2000 1X终端测试规范中有所描述。在本文中作者会结合近几年来对2G商用终端和3G试验终端耗电性能测试的经验和总结,对终端耗电性能的通用测试方法和测试模型进行详细的介绍。 

  (1)终端耗电性能的技术指标 

  衡量终端整机耗电性能的主要技术指标有待机时长和通话时长,其中通话时长可以根据业务类型细分为语音通话时长、可视电话通话时长、FTP上传/下载时长、流媒体业务时长等。 

  待机时长是指终端(电池电量充满)保持空闲状态直至电量耗尽关机的持续时间。 

  通话时长是指终端(电池电量充满)保持某种业务通话状态直至电量耗尽关机的持续时间。 

  (2)测试方法和测试模型 

  ●测试环境 

  终端耗电测试的系统环境可以分为现网环境和实验室模拟系统环境,现网环境又可以分为固定测试环境和移动测试环境。 

  现网环境是直接使用移动运营网络的无线覆盖环境。现网环境的优点在于测试环境本身就是终端的实际工作环境,耗电测试结果能最直接反映终端在移动用户使用过程中的耗电性能表现,但其不便之处就是网络系统参数难以调控,耗电测试结果和特定的网络参数及无线环境相关。 

  模拟系统环境是在屏蔽良好的实验室内,使用基站模拟系统来提供无线网络环境,终端和基站模拟系统通过空间传播进行通信或使用射频线缆直接连接,实验室内模拟系统的无线信号单纯稳定,且信号强度可调。基站模拟系统的参数设置灵活方便,可以根据具体需求模拟配置各种无线环境。 

  ●待机时长和通话时长的测试方法 

  终端的待机时长和通话时长可以直接测量,即直接记录终端维持在空闲状态或通话状态的持续时间,直接测量方法简单,对测试仪表要求较低,测试结果直观,能够反映终端整机(括电池)的耗电性能,缺点是对不同终端的耗电性能差异不便深入分析,而且比较费时费力;更为有效的方法是通过测量终端待机时的耗电电流和通话时的耗电电流,然后根据终端电池的标称容量折算出待机时长和通话时长,即间接测量,间接测量方法的关键在于要保证耗电电流和电池标称容量的准确性,因此对测试仪表精确度要求较高,优点在于可以排除终端电池性能本身的影响,能够从耗电电流大小和电流质量来反映终端的耗电性能,更有利于深入分析不同终端耗电性能产生差异的原因。 

  ●参考测试模型 

  通过以上对终端耗电测试环境和测试方法的讨论,我们可以看出终端耗电性能的测试模型根据具体的测试需求会有不同的选择,不同测试模型使用的测试环境和测试方法可能不同。当仅对终端裸机耗电性能进行研究时,可以采用如图1所示参考测试模型。  

图1  终端耗电测试连接图(参考测试模型)

图1  终端耗电测试连接图(参考测试模型)

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  终端通过恒压直流电源提供所需的标称工作电压,由具备求平均值功能的电流计来测量终端的耗电电流,电流计的测量精读要在1/10毫安以上。通常较为精密的恒压直流电源本身就具备精确测量输出电流的功能,因此若使用这类恒压直流电源则可以不需要使用电流计。 

  终端的工作环境由基站模拟系统来模拟实现,通过在基站模拟系统中设置适当的网络参数,可以方便灵活地生成所需的系统环境。测试终端的射频接口和基站模拟系统的射频接口通过低损耗RF线缆直接相连接,保证网络信号质量的稳定性。 

  终端的待机时长和通话时长通过间接测量的方法计算而得。 

  3、影响终端耗电水平的主要因素 

  3.1 终端内在因素 

  (1)基带处理芯片的耗电量 

  基带处理芯片是终端主要的耗电单元,基带编解码等处理技术的复杂程度直接决定了基带数据处理量的大小和基带芯片结构的复杂程度,数据处理量越大、芯片结构越复杂,则在相同的半导体制造工艺水平下基带处理芯片耗电量就越大。 

  (2)无线收发信机(射频芯片组)的耗电量 

  无线收发信机是终端另一个主要耗电单元,在通话过程中无线收发信机处于工作状态,终端发射功率越大耗电也就越大。不同的调制技术需要不同类型的射频功率放大器,而功率放大器的功放效率很大程度上影响终端的耗电量。比如CDMA系统均有复杂的功率控制,要求终端发射功率动态范围很大,约有80dB,所以对射频功率放大器的线形度要求很高,就需要使用甲类功率放大器,而甲类放大器的功放效率低(约30%),因此在发射相同功率时CDMA终端无线收发信机就要消耗较大的电量。 

  (3)终端显示屏、扬声器键盘背光灯等外围器件的耗电量 

  终端显示屏大小、背光灯亮度、扬声器类型(蜂鸣器或高位和弦乐)和声音强度、键盘灯强度等因素也影响着终端工作时的耗电量。 

  (4)终端的电源管理方案和省电优化措施 

  终端软件控制上是否具备有效的电源管理功能和省电优化措施对终端耗电性能有着举足轻重的作用,高效节能的电源管理方案能够保证终端在各种工作状态时既方便用户使用又能将终端各耗电单元的能耗降到最低,关闭不必要的耗电电路和器件。 

  (5)终端电池性能 

  很显然,电池容量越大,终端的待机时长和通话时长就越大,但受电池制造工艺水平的影响,电池容量和电池体积、重量存在相互制约的关系,终端的电池容量不得不控制在一定的范围之内。 

  3.2 和网络环境相关的外在因素 

  (1)无线网络质量 

  如无线信号强度、网络覆盖情况、基站交叠覆盖区域的信号稳定性等。终端若频繁进行网络系统捕获则必然增加终端待机时的耗电量。 

  (2)终端的移动情况 

  相对而言,终端移动次数越频繁越容易耗电。 

  (3)网络参数值的设置 

  如cdma2000系统中的SCI参数,WCDMATD-SCDMA系统中的DRX参数,这两个参数决定终端在空闲状态时醒来监听寻呼信道消息的时间间隔,时间间隔大意味着终端醒来的次数就少,则终端待机时间相对就长,这两个参数对终端待机耗电影响比较明显。其它参数如基于时间登记的周期计时器,也会对终端待机耗电产生影响。 

  4、3G终端耗电性能的特点 

  (1)总体来看,目前3G终端耗电量略高于2G终端 

  这一方面和3G技术的复杂性相关。3G的CDMA技术复杂,基带数据处理量大,射频功率放大器的线形度要求很高,结合前面的分析就不难理解这些特点都会导致3G终端基带处理芯片和射频芯片组的耗电量相对增加。 

  另一方面也和3G终端能够提供的业务质量水平有关。3G终端为了更好地支持多媒体业务和提供更好的服务质量,终端一般都是彩色显示屏且较大,扬声器使用高位和弦乐,基本都具备高分辨率摄像头,图像质量较高,这些高品质的功能器件在提升通信服务质量的同时也无不增加了终端能耗。 

  (2)不同终端的耗电水平差异较大 

  说明3G终端总体的耗电水平还有很大的提高空间。 

  (3)3G终端提供的业务种类丰富,而不同业务耗电量差距很大。 

  (4)USB数据线可以为终端供电 

  这在一定程度上降低了联机时分组数据业务对终端耗电性能的要求。 

  5、提高终端耗电性能的建议措施 

  (1)从终端自身性能改进 

  要从根本上提高终端的耗电性能必须从终端的整体解决方案入手,努力降低核心芯片组的能耗,选取能耗低的外围器件,合理设计整机电路结构,并强化电源管理功能,进行有效的省电控制。 

  (2)优化运营网络环境 

  进一步提高无线网络覆盖质量,减少服务盲区,尽可能实现无缝覆盖;并优化网络参数设置,使终端在保证业务功能正常的前提下能更省电的工作。 

  虽然目前国际上还没有制定相关标准对终端耗电性能的具体指标进行明确的量化要求,但为了更好地满足广大移动用户高水平通信服务质量的要求,终端厂商和网络运营商应对终端耗电性能给予高度重视,并采取切实有效的措施共同努力提高终端的待机时长和通话时长。 

  终端的耗电性能是评价终端总体性能的一项重要指标,并且和移动用户密切相关,因此改善终端耗电性能对提高移动用户满意度有重要的现实意义,特别是对于我国未来3G移动用户,高水平的终端耗电性能将会很大程度上提升大家对3G通信服务质量的满意度,从而促进3G通信市场的繁荣。  
  
 

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