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| 新通訊元件雜誌 |
| ▋技術前瞻 |
| WLAN/藍牙耗電議題發酵 無線省電協定抬頭 |
| 新通訊 2008 年 10 月號 92 期 |
| 文． |
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| 雖然有相當多的方法可用於減少無線區域網路(WLAN)和藍牙(Bluetooth)應用程式的耗電量，但其中大多數須以晶片層級(Chip Level)的方式建置，且其傳輸和接收電源層級方面的效用並不明顯。若要將系統層級的耗電量減至最少，了解這些方法的運作是極為重要。 |
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| 由於省電協定和系統解決方案對耗電量的影響重大，故本文著重於此類方法如何有效減少耗電量，同時還能確保高度的無線系統效能。
無線實體狀態以組合形式建立協定模式
當無線裝置進行運作時，其實體(PHY)會處於下列的五種狀態之一：
| ‧ |
關閉 |
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唯一的電源消耗為漏電流(Leakage Current)，但是要離開關閉狀態將耗費很長一段時間(許多毫秒)。 |
| ‧ |
睡眠/待命 |
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裝置可能只消耗175微瓦，除非關閉主要振盪晶體，否則可以快速喚醒。 |
| ‧ |
聆聽 |
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裝置正在聆聽封包抵達，因此必須開啟大部分的無線電接收器(Radio Receiver)。處於此模式之WLAN和藍牙裝置最佳功率數分別為110和46毫瓦。 |
| ‧ |
主動式Rx |
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與聆聽狀態類似，但使用額外的電路系統可能會將WLAN(802.11g)和藍牙裝置的耗電量分別擴增為140和52毫瓦。 |
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主動式Tx |
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在傳輸狀態時，裝置的主動元件包含RF功率放大器，通常用於控制高功率傳輸系統。802.11g WLAN裝置的最佳耗電量為450毫瓦(功率為15 dBmTx時)；藍牙裝置的值則為78毫瓦(功率為3 dBmTx時)和55毫瓦(功率為18dBm時)。 |
各種無線實體狀態將以組合的方式來建立無線協定模式，包括搜尋網路、連結但處於閒置狀態、媒體資料流量以及最大輸出資料流量。
以下用圖來比較兩個模式之間的不同，圖1顯示各種狀態在搜尋網路時所耗費的時間，圖2則顯示媒體資料流量的狀態。當搜尋網路時，裝置幾乎將所有的時間耗費於睡眠模式。
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| 圖1 無線電源模式：搜尋網路 |
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| 圖2 無線電源模式：媒體資料流量 |
在最大輸出狀態時，無線裝置會嘗試盡快移動大量的資料(如檔案傳輸)，裝置通常會在此模式中進行短脈衝(Short Burst)。資料傳輸率愈高，裝置回復閒置的時間愈快。
利用省電協定有效提升效率
雖然看起來將每個協定模式的耗電量減至最小，似乎可以將整體耗電量降之最低，但卻與事實大相逕庭。實際上，裝置使用協定模式的方法才是造成差異的主因。
若欲了解其原因，請思考一下現今可用的標準省電協定，包含舊有的省電模式，即原始的802.11省電方式；非排程自動省電模式(Unscheduled Automatic Power Save Delivery, u-APSD)，係定義在11e中作為基本802.11標準的修正和強化省電模式；802.11n特有的多重輸入多重輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)省電模式；以及802.11n中同時定義多重輪詢省電模式(Power Save Multi-poll, PSMP)。
圖3顯示舊有省電模式的運作方式。裝置告知基地台(AP)本身即將進入睡眠模式，當裝置處於睡眠模式時，AP將保留準備進入裝置的資料。
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資料來源：IEEE 802.11規格
圖3 舊有的省電模式 |
AP使用名為延緩通訊指示映射(Delivery Traffic Indication Message, DTIM)的特殊信標，它能夠指示是否含有欲提供給特定裝置的單點傳輸(Uni-cast)資料流。
廣播和多點傳輸(Multi-cast)資料流同時也留給處於省電模式的裝置使用，AP保留住這些訊息，並在DTIM信標之後立即傳送它們。
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