工作模式下TD-SCDMA多媒体终端省电的研究

D-SCDMA系统独特的TDD模式达到省电的目的。

WCDMA工作在FDD模式下，在该系统中，时间-频率平面被分割成M个离散的频率段，在频率轴上相邻分布，用户始终占用频率通道中某一频段并以100%的占空比传递信号能量。TD-SCDMA工作在TDD模式下，在该系统中，用户仅用部分时隙以较小的占空比传递信号能量。由于CDMA系统是一个自干扰受限系统，其系统容量主要取决于来自同系统内其他用户的多址干扰，因而以突发方式发射信号的TDD系统的平均发射功率必然明显小于FDD系统。在理想情况下，若UE仅用TD-SCDMA帧结构中7个时隙中的一个时隙发射信号[2]，即在发射相同信号功率（比如24 dBm）时TDD系统的平均发射功率是FDD系统的1/7，比FDD模式下少8 dB。

在图2中，TD-SCDMA的每一子帧（包含7个业务时隙3个特殊时隙）长度为5 ms，TX_ON为发射机打开的控制信号，RX_ON为接收机打开的控制信号。从图中可以看到，TDD系统仅在射频单元需要接收和发射有用信号的时隙打开相应的电路，在空闲时隙则关闭相应的射频电路，从而大大减小了射频单元的平均功耗。

图2　TD-SCDMA系统控制信号的时序

4.2　时钟门控技术

TD-SCDMA终端必须完成信道估计、卷积、矩阵相乘、Cholesky分解、下行同步、Turbo编解码、突发生成等信号处理流程，而这些流程多数是由相应的功能模块来完成的。根据TD-SCDMA终端在工作状态下的具体工作流程，合理地划分相应的功能模块和分配软硬件的工作，使各模块的功能相对独立，减小软硬件之间复制搬移数据的次数。然后利用时钟门控技术关闭不需要工作和某段时间不需要工作的电路单元，可大大减小终端的平均功耗。同样，在DSP完成相应的任务后终端立即进入睡眠模式，需要工作的时候重新唤醒，这样也可达到进一步省电的目的。

4.3　基带处理器和Modem IC的动态功耗管理

数字基带处理器是TD-SCDMA终端中第二大耗电单元。要减小CMOS芯片的功耗，降低时钟频率或供电电压是最直接有效的方法，但降频和降压在延时和功耗上需要取一个折中。单纯的降低频率并不会减小电路的能量消耗，因为此时处理器处理同样的任务需要更长的时间。然而，仍然有办法利用降频降压的方法在当前的处理器上节省功耗，那就是动态电压频率调整技术。目前的处理器在设计时大都考虑了系统最大的性能需求，而移动终端在大部分的工作时间里并不需要这样高的性能，因此，在处理器负荷较轻的情况下，同时降低时钟频率和供电电压就可以大幅降低平均功耗，同时又可以满足系统的性能要求。

根据所采用处理器的硬件特性，并结合TD-SCDMA终端不同业务对系统性能的不同需求，把所有的业务划分成几类不同等级的典型业务。在满足该等级业务性能需求的前提下，适当降低基带处理器的运行频率和工作电压，从而大幅降低平均工作电流。TD-SCDMA终端基带处理器和Modem IC在不同典型业务下的动态功耗管理结果如表1所示。

表1　TD-SCDMA终端基带处理器和Modem IC在不同典型业务下的动态功耗管理结果

从表1可以看出，当TD-SCDMA多媒体终端在提供视频业务的时候，采用动态功耗管理将使数字基带处理芯片的功耗节省20%以上，而在提供数据处理量较小的传统语音业务时节省功耗30%以上，从而大幅延长了终端的连续工作时间。

4.4　TD-SCDMA终端功放的动态功耗管理

射频收发信机中的功放是TD-SCDMA终端中最耗电单元之一。TD-SCDMA终端的线性功放有别于2G系统中普遍采用的非线性功放。线性功放非常适用于采用非恒定包络调制方式（如QPSK）的系统，可减小失真和邻道干扰[3，4]，但其最大的缺点是效率低，通常在30%左右。如何提高功放的实际平均效率以延长终端的连续工作时间呢?

根据统计分析可知，在绝大多数情况下，TD-SCDMA终端的发射功率都远低于其最大发射功率24 dBm，90%左右的发射功率都低于16 dBm，这得益于TD-SCDMA系统精确快速的功率控制，不仅克服了"远近效应"，而且提高了系统容量。因此，结合线性功放的结构特性，区别于传统的电池直接供电方式，TD-SCDMA终端功放的一种改进控制方案如图3所示，功放的供电电压由基带处理芯片通过数模转换器（DAC）的输出来控制。不同发射功率和其对应的供电电压以满足系统ACLR（邻信道泄漏功率比）要求为原则来确定，对于TD-SCDMA系统，要求在距中心频率±1.6 MHz处的ACLR为-33 dBc（ACLR1），在距中心频率±3.2 MHz处的ACLR为-43 dBc（ACLR2）[5]。

以终端方案中采用的MAXIM 2507中的集成功放为例，其ACLR1=-38.3 dBc、ACLR2=-53.5 dBc