CN101084648A - 具有分组可变延迟的通信系统中的高能效数据接收 - Google Patents

Abstract

为了节能，终端运行为“节能”模式，其中，终端在接收呼入分组的概率较低时处于“睡眠”状态，而在预期接收到呼入分组时处于“唤醒”状态。在睡眠状态中，终端使尽可能多的电路断电。终端基于“ON”窗口在状态之间转移。基于分组到达时间的统计信息来确定窗口大小和布局。终端在ON窗口开启时进入唤醒状态，开启接收机，然后监测呼入分组。终端在接收到分组之后关闭接收机，更新到达时间的统计信息，然后计算下一呼入分组的窗口大小和布局。终端可以基于到达时间中的抖动来选择性地启用或停用节能模式。

Description

具有分组可变延迟的通信系统中的高能效数据接收

技术领域

本发明一般涉及通信，特别涉及用于在具有可变延迟的通信系统中接收数据的技术。

背景技术

通信系统被广泛用于提供例如语音、分组数据等各类通信服务。每种类型的服务可能有不同的特性与要求。例如，分组数据呼叫通常具有突发的性质，但通常能够容许可变的延迟量。因此，数据分组可以在其被产生时基于系统资源的可用性来进行发射。相比之下，语音呼叫通常在速率范围内连续产生语音数据，并且具有相对严格的延迟要求。

高速多址通信系统可以同时支持不同用户的不同类型呼叫。对于语音呼叫，终端可以按照规则的时间间隔接收语音数据分组，例如每20毫秒(ms)一个分组。但是，接收分组所花费的实际时间量可能很小(例如小于1ms)，并且可能仅仅是分组之间的时间间隔的一小部分。通常，终端会由于例如呼入(incoming)分组所观测到的可变延迟等各种原因而不知道这些分组的精确到达时间。在这种情况下，终端可能持续监测用于呼入分组的通信信道以确保接收到所有分组。

终端可以是由内部电池供电的便携式单元(例如手机)。对于这种终端，持续的通信信道监测将耗尽电池电量，并缩短电池再充电之间的“待机”时间以及活动通信的“开启”时间。人们非常希望尽可能地减小功耗以延长电池寿命。

因此，本领域需要用于在具有可变延迟的通信系统中有效地接收数据的技术。

发明内容

本文描述了用于以高能效(power-efficient)方式接收数据的技术。这些技术可以用于具有可变延迟的各种无线及有线通信系统和网络。这些技术还可以用于各种类型的呼叫，其中，除非在传输过程中遇到可变延迟，否则以规则的时间间隔或已知的时刻发送数据。

为了节能，终端可以运行为“节能”模式，其中，终端在接收呼入分组的概率较低时处于“睡眠”状态，而在预期接收到呼入分组时处于“唤醒”状态。在睡眠状态中，终端使尽可能多的电路断电，以降低功耗。终端可以基于“开启(ON)”窗口从睡眠状态转移到唤醒状态。可以基于终端先前接收到的分组的到达时间的统计信息来确定ON窗口的大小和布局。将ON窗口的起始时间设置为使得在该时刻之前接收分组的概率很低或者低于预定门限值。终端在ON窗口开启时进入唤醒状态，开启接收机，然后监测呼入分组。终端在接收到分组之后关闭接收机，更新分组到达时间的统计信息，计算用于下一呼入分组的ON窗口的大小和布局，然后进入睡眠状态，直到ON窗口开启为止。对每个呼入分组重复上述过程。

终端可以选择性地启用与停用节能模式。例如，如果分组的到达时间中存在较大变化(即大抖动)，则终端可以停用节能模式，而是一直开启接收机以避免丢失分组。终端继续监测所接收分组的统计信息，并且可以在到达时间的变化较小(即低抖动)时启用节能模式。

下面进一步详细描述本发明的各个方案和实施例。

附图说明

通过以下结合附图提供的详细描述，本发明的特征和特性将变得更加清楚，在附图中，相同的参考符号进行相应地标识，其中：

图1示出了用于语音呼叫的多个通信网络；

图2示出了用于语音呼叫的从PBX到终端的数据发射；

图3示出了终端接收的数据分组流；

图4示出了数据分组的到达间隔时间的概率分布以及确定ON窗口布局的第一实施例；

图5示出了确定窗口的大小和布局的第二实施例；

图6示出了终端在节能模式中的数据接收；

图7示出了在节能模式中的数据发射和接收；

图8示出了经由互联网发送的分组的抖动曲线图；

图9示出了终端的示例性状态图；

图10示出了用于在节能模式中接收分组的处理；以及

图11示出了终端的框图。

具体实施方式

在本文中词语“示例性的”用来表示“作为实例、例子或例证的”。不应将本文描述为“示例性的”任何实施例或设计认为是优选于或优于其它实施例或设计。

本文描述的高能效数据接收技术可以用于各种通信系统和网络以及用于各种类型的呼叫。为了清楚，以下具体针对包括无线网络的通信系统中的语音呼叫来描述这些技术。

图1示出了包括多个通信网络的通信系统100，其中所述多个通信网络共同进行操作但又彼此独立。终端110经由通信系统100与电话170通信，以进行语音呼叫。终端110与无线网络120内的接入点130交换数据。无线网络120可以为例如终端110和膝上型个人计算机(PC)112等任意数量的终端提供无线通信。接入点130还经由互联网140与其它远程实体交换数据。其它实体也可以经由互联网140交换数据，例如家用PC 142。电话170与公共交换电话网(PSTN)160通信，其中PSTN支持传统普通老式电话系统(POTS)的语音通信。专用小交换机(PBX)150耦接到PSTN 160和互联网140，将入站语音和数据呼叫路由到适当的目的地，并且协助(例如在终端110和电话170处的)末端用户之间的电话和数据交换。虽然图1中未示出，但是呼叫的末端可以是网络电话(VoIP)。例如，终端110可以与直接耦接到互联网140的或者经由其它无线或有线网络耦接到互联网140的另一终端通信。

终端110可以是固定的或移动的，并且也可以被称为移动台、台、无线电设备、用户设备或其它术语。终端110也可以是便携式单元，例如蜂窝电话、手持设备、无线模块、个人数字助理(PDA)等。

无线网络120可以是为有限的地理区域提供通信覆盖的无线局域网(WLAN)。例如，无线网络120可以是：(1)实施IEEE 802.11标准(例如802.11 a、b、g、h等)的IEEE 802.11无线网络；或者(2)采用蓝牙无线技术的蓝牙个域网(BT-PAN)。无线网络120也可以是为较大地理区域提供通信覆盖的无线广域网(WWAN)。例如，无线网络120可以是码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络等。CDMA网络可以实施一种或多种CDMA标准，例如IS-2000、IS-856、IS-95、宽带CDMA(W-CDMA)等。TDMA网络可以实施一种或多种TDMA标准，例如全球移动通信系统(GSM)。所述各种标准在本领域是已知的。一般来说，无线网络120可以是任何无线网络。为了清楚，以下描述假定无线网络120是IEEE 802.11无线网络。

图2示出了用于语音呼叫的从PBX 150到终端110的数据发射。对于远端话音，PBX 150作为语音呼叫的语音服务器，经由PSTN 160接收来自电话170的模拟语音信号，并将模拟语音信号数字化以获得数据采样。PBX 150内的语音编码器(声码器)接收数据采样并以规则的时间间隔产生语音数据分组，例如每20ms一个分组。一般来说，语音数据分组之间的时间间隔由用于语音呼叫的编码方案来确定。PBX 150在产生了语音数据分组时，经由互联网140向终端110发送这些语音数据分组。这些语音数据分组可以作为互联网协议(IP)分组而进行发送。

互联网140可以是任何数据网络，并且可以包括任意数量的路由器和/或其它接收、处理以及转发分组的网络实体。互联网140接收来自PBX 150的语音数据分组，并通常按照与其它IP分组相同的方式将这些分组转发到无线网络120。互联网140向来自PBX 150的语音数据分组引入可变延迟，其中延迟量和延迟的可变性由互联网140内的业务负载以及可能的其它因素来确定。

接入点130接收来自互联网140的语音数据分组，为每个语音数据分组生成物理层(PHY)协议数据单元(PPDU)(或简称为数据分组)，并经由无线信道将每个数据分组发射到终端110。接入点130通常运行为如下模式，即，接入点在经由互联网140接收到分组时，根据接入点处系统资源的可用性将分组发射到终端110。因此，接入点130可以在一接收到每个语音数据分组时就立即发射该分组，只要在该分组之前没有其它分组需要进行发射即可。如果需要先发送其它分组，则接入点130还可以对语音数据分组进行排队，然后，当资源变成可用时，可以按照接入点接收到所排队分组的顺序来发射每个所排队的分组。因此，无线网络120向PBX 150发送的语音数据分组中引入了附加的可变延迟，其中延迟量和延迟的可变性由无线网络的业务负载以及可能的其它因素来确定。

在图2中，将每个语音数据分组经由互联网140经历的延迟表示为D_nw1，其可能随不同的分组而变化。将每个分组经由无线网络120经历的延迟表示为D_nw2，其可能随不同的分组而变化。终端110经由互联网140和接入点130、在经历了总延迟D_tota1＝D_nw1+D_nw2之后接收到来自PBX 150的每个语音数据分组。一般来说，终端110接收的每个分组所经历的总延迟取决于分组从PBX 150到达终端110所经由的每个网络所引入的延迟。

终端110对从接入点130接收到的每个数据分组进行解码，确定分组是被正确地解码(良好的)还是被错误地解码(擦除的(erased))，以及如果分组被正确地解码则返回确认(ACK)，而如果分组是擦除的则返回否定的确认(NAK)。对于IEEE 802.11b，接入点130可以根据信道状况，以从1兆比特每秒(Mbps)到11Mbps范围内的任何数据速率发射每个数据分组。对于IEEE 802.11b支持的最高数据速率，向终端110发射数据分组和在接入点130接收到ACK的总时间量(T_on)可能小于0.3ms。该总传输时间表示PBX 150生成的语音数据分组之间的时间间隔的一小部分。对于其它IEEE 802.11标准(例如IEEE 802.11a、g和h)，总传输时间也相对较小。

为了降低功耗，终端110可以运行为节能模式，其试图只在语音数据分组之间的时间间隔的一小部分中向接收机和发射机加电。在节能模式中，只要接收到来自接入点130的呼入分组的概率较低时，终端110就进入睡眠状态。在睡眠状态中，终端110可以使尽可能多的电路断电，以节约电池电量。例如，终端110可以使接收机和发射机电路断电，但是保持存储器和振荡器处于活动状态。终端110可以在预期将从接入点130接收到呼入分组的时间之前从睡眠状态转移到唤醒状态。节能模式降低了终端110的平均功耗。

可以以各种方式实现节能模式。在一个实施例中，将ON窗口用于从睡眠状态转移到唤醒状态。ON窗口被设置在预期将接收到下一数据分组的将来时刻处。ON窗口的大小(即持续时间或宽度)是基于下一数据分组可能达到终端110的时间的不确定性来选择的。因此，窗口的大小和布局取决于适用于下一呼入分组的统计信息。当ON窗口为低时终端110处于睡眠状态，而当ON窗口为高时终端110处于唤醒状态。

图3示出了终端110从接入点130接收到的用于语音呼叫的数据分组流。将终端110接收到每个数据分组的时刻表示为向上的粗箭头。如图3所示，终端110在时间T₃处接收先前的分组P₃，在时间T₂处接收先前的分组P₂，在时间T₁处接收先前的分组P₁，以及在时间T₀处接收当前的分组P₀。给定分组P_x的到达间隔时间D[X]是分组P_x的到达时间T_x和紧接在前的分组P_y的到达时间T_y之间的差值，或者表示为D[x]＝T_x-T_y。给定分组P_x的到达间隔时间偏移(或者简称为时间偏移)d[x]是分组P_x的到达间隔时间D[x]和分组P_x与P_y之间的预期时间间隔T_int之间的差值，或者表示为d[x]＝D[x]-T_int，对于每隔20ms发送数据分组的语音呼叫的情况而言，d[x]＝D[x]-20。可以比到达间隔时间D[x]更高效地存储时间偏移d[x]。但是，两个参数d[x]和D[x]基本上都传送相同的信息。

在理想情况下，PBX 150每20ms产生并发送一个语音数据分组，互联网140引入恒定的延迟，接入点130每20ms接收一个语音数据分组并且每20ms发射一个(具有固定延迟的)相应的数据分组，从而终端110每20ms接收一个数据分组。对于这种理想情况，每个数据分组的到达间隔时间等于预期的时间间隔(即D[x]＝T_int)，并且时间偏移等于零(即d[x]＝0)。从而，终端110将知道每个新的数据分组将在何时由接入点130进行发送。从而，终端110可以在连续的数据分组之间的大部分时间内进入睡眠状态，而刚好在下一数据分组到达之前转移到唤醒状态以便接收该分组。

在大多数情况下，终端110不能以精确隔开的时间间隔来接收数据分组。这可能是由于PBX 150不是每20ms产生或发送语音数据分组、互联网140引入了可变延迟(例如由于变化的互联网业务负载)、接入点130引入了附加的可变延迟(例如由于不同的负载状况)等。为了确保将接收到下一呼入数据分组，终端110可以基于ON窗口而在预期接收该分组的时间之前醒来。可以用各种方式来确定窗口的大小和布局。

在第一实施例中，将ON窗口设置在零抖动点处，并且其大小由当前和先前的数据分组的到达间隔时间来确定。零抖动点是期望以零抖动接收下一呼入分组的时刻，这意味着下一呼入分组的延迟与当前分组的延迟相同。对于T_int＝20的语音呼叫，零抖动点是从当前分组的到达时间T₀开始的20ms处，或者表示为T_next＝T₀+20。当抖动为零时，终端110可以刚好在零抖动点之前醒来并接收下一数据分组。然而，由于抖动，下一数据分组可能比零抖动点更早到达。因此，终端110在零抖动点之前的某段时间处加电。

图4示出了终端110接收的数据分组的到达间隔时间的示例性概率分布。该概率分布可以通过接收呼入分组、确定每个接收分组的到达间隔时间以及计算不同到达间隔时间的概率来获得。一般来说，对于不同的通信网络、不同的负载状况等，可能会得到不同的概率分布。图4示出下一数据分组具有很大的可能性在零抖动点之前到达。

图4还示出了根据第一实施例的ON窗口的布局。ON窗口被设置为使得窗口的右边缘位于零抖动点处。从而，ON窗口从零抖动点向当前分组的到达时间T₀延伸。

可以基于当前和先前的数据分组的时间偏移来确定窗口大小，如下：

Win_size＝Min_size+max(d[0]，0)+...+max(d[Num_pac-1]，0)

方程(1)

其中，Min_size是最小的窗口大小；

Num_pac是在计算窗口大小时考虑的数据分组数量；

max(a，b)给出两个参数a和b的最大值；以及

Win_size是ON窗口的大小。

方程(1)按照考虑典型网络的传输特性的方式来计算窗口大小。如果在PBX 150和终端110之间的网络中没有拥塞，则PBX 150以规则的时间间隔发送语音数据分组，并且终端110也以规则的间隔接收数据分组。如果在互联网140和/或无线网络120中存在拥塞，则每个拥塞的网络可以对分组进行排队并尽快将其发送出去。因此，每个分组通过每个网络而经历的延迟量取决于该分组在该网络中的排队延迟量。通过给定网络的较长延迟在很大程度上可能是由于该网络中的较长排队延迟所引起的，其可以指示该网络中出现增大的拥塞。当拥塞消除时，网络可以迅速连续地发送队列中的所有分组。因此，在零抖动点之后到达终端110处的数据分组可以指示在一个或多个网络中出现增大的拥塞。如果在每个先前拥塞的网络中拥塞消除并且该网络能够发送其队列中的所有分组，则所述晚到达的分组还可以指示后续的数据分组可能早到达。

在方程(1)中，如果先前的分组P_x在其零抖动点之后到达，则项max(d[x]，0)(其中x＝0...(Num_pac-1))将影响窗口大小，其可能建议延迟形成(buildup)。先前分组的晚到达可能预示下一分组会由于上述原因而早于零抖动点到达，因此可以扩大ON窗口。当多个先前分组的延迟超过正常值并且这些分组在其零抖动点之后到达时，通过对所有的项max(d[0]，0)到max(d[Num_pac-1]，0)进行求和来扩大ON窗口。

例如，无线网络120中增大的拥塞可能使得先前的分组P₂被延迟到其零抖动点之后5ms，先前的分组P₁被延迟到其零抖动点之后2ms，而当前分组P₀被延迟到其零抖动点之后4ms。这导致当前分组P₀观测到形成了总计11ms的延迟。如果无线网络120中的拥塞消除，则下一分组可以在当前分组之后无任何延迟地或以9ms延迟进行发送。通过方程(1)，对晚到达分组的延迟进行累加，并且相应地扩大窗口大小。对于以上实例，窗口大小将为11ms，其中Num_pac＝3，并且窗口在当前分组的到达时间T₀后9ms处开启。由此，即使无任何排队延迟地发送下一呼入分组，终端110也能捕获该分组。

最小的窗口大小(Min_size)确保ON窗口在零抖动点之前的某段时间内开启。在真实的零抖动环境中，终端110可以使用该时间从睡眠状态中醒来，预热模拟电路，然后初始化数字电路，以接收下一呼入分组。最小的窗口大小主要是用于电路预热时间，但是也可以用于解决各种不准确源的问题。如果所测量的分组到达时间对应于完成分组接收的时间，则最小的窗口大小应该大于(完成接收的时间减去接收开始的时间)，这取决于分组传输的持续时间以及实际的通信系统。最小的窗口大小可以被设置为3ms或者其它值。

通过增加最小的窗口大小(Min_size)和/或用于计算窗口大小的分组数量(Num_pac)，可以将ON窗口扩大。数据分组数量可以被设置为三个(Num_pac＝3)或者其它值。较大的窗口大小减小了由于早到达而丢失呼入分组的可能性。较大的窗口大小也增加了终端110的通电时间，并因此增加了功耗。可以在不丢失呼入分组和节能两个目标之间进行适当的折衷。因而，可以为Min_size和Num_pac选择适当的值来实现预期的目标。

方程(1)基于保守的设计，其在确定窗口大小时“处罚”晚到达的分组但是忽略早到达的分组。通过max(d[x]，0)运算，(1)如果分组P_x在其零抖动点之后到达(在这种情况下，时间偏移d[x]大于零)，则提供正值；以及(2)如果分组P_x早到达或者准时到达，则提供零值。对于所有晚到达的分组，都将窗口大小增加所述正值；而对于早到达或按时到达的分组，所述零值不会对窗口大小产生影响。这导致产生了更大且更保守的窗口大小，以确保捕获下一呼入分组。

还可以按照考虑早到达和晚到达的分组的方式来计算窗口大小，如下：

Win_size＝Min_size+d[0]+...+d[Num_pac-1]    方程(2)方程(2)可以捕获例如由于网络中负载状况的变化而引起的延迟波动。例如，终端110可能在其零抖动点之后5ms处接收到先前的分组P₂，在其零抖动点之前2ms处接收到先前的分组P₁，并且在其零抖动点之后4ms处接收到当前分组P₀。从而，当前分组P₀的总延迟是7ms。如果网络中的拥塞消除，则下一分组可以在当前分组之后无任何延迟地或以13ms延迟进行发送。通过方程(2)，对分组P₀到P₂的时间偏移进行累加而得到7ms，从而，窗口大小被相应地扩大，并且窗口在当前分组的到达时间T₀后13ms处开启。可以将更保守的值用于方程(2)中的Min_size，以便获得更积极的计算窗口大小的方式。

如图4所示，与ON窗口的开启相对应的起始时间T_start可以计算如下：

T_start＝T₀+T_int-Win_size    方程(3)

其中，T_next＝T₀+T_int，其是零抖动点。终端110可以在接收到当前分组之后进入睡眠状态。终端110在ON窗口开启时加电，转移到唤醒状态，然后开始监测下一呼入分组。终端110保持在唤醒状态，直到接收到下一分组P_n。然后，终端110在考虑分组P_n的到达间隔时间D[n]的情况下计算用于后续分组的ON窗口，然后返回到睡眠状态。

在第二实施例中，基于为终端110接收到的分组所计算出的统计信息来确定窗口的大小和布局。例如，对于Num_pac个最新接收到的分组，平均到达间隔时间D_avg可以计算如下：

$D_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}}\·\underset{x=0}{\overset{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}-1}{\mathrm{\Σ}}}D\left[x\right]$ 方程(4)

从而，下一呼入分组的预期到达时间可以计算为：

T_next＝T₀+D_avg    方程(5)

对于Num_pac个最新接收到的分组，其到达间隔时间的标准偏差Std_dev可以计算如下：

$\mathrm{Std}\_\mathrm{dev}=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}}\·\underset{x=0}{\overset{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}-1}{\mathrm{\Σ}}}{(D\left[x\right]-D_{\mathrm{avg}})}^2}$ 方程(6)

从而，可以基于到达间隔时间的标准偏差计算窗口大小，例如，如下：

Win_size＝Scale×Std_dev    方程(7)

其中，Scale是缩放因子，其可以等于2、3或者其它整数或非整数值。

图5示出了根据第二实施例对窗口的大小和布局的确定。基于当前分组的到达时间T₀和平均到达间隔时间D_avg来计算下一分组的预期到达时间，如方程(4)和(5)所示。基于标准偏差计算窗口大小，如方程(6)和(7)所示。将ON窗口设置为使得右边缘对准下一分组的预期到达时间T_next。ON窗口向当前分组的到达时间T₀延伸，并且覆盖Scale乘以标准偏差。如果概率分布已知，则可以选择Scale值以获得捕获到下一呼入分组的预期概率。

以上描述了用于确定窗口的大小和布局的两个实施例。第一实施例仅使用加法(其极大地简化了实施)来导出窗口的大小和布局，并且为典型网络提供良好的数据接收性能。第二实施例可以为某些业务特性提供良好的性能。例如，如果到达间隔时间无关联，则该问题就简化成可将标准偏差作为可接受解决方案的经典问题。还可以按照其它方式并使用其它标准来确定窗口的大小和布局，其将落入本发明的范围之内。一般来说，可以基于任意数量分组的时间偏移d[x]或到达间隔时间D[x]的任何函数来确定窗口大小。例如，方程(1)可以包括用于每个时间偏移d[x]的比例因子。窗口大小的确定还可以基于其它标准，例如，功率可用性(当功率有限时可以使用更积极的窗口)、信道测量(当信号质量弱时可以使用并不很积极的窗口)等。

图6示出了终端110在节能模式中的数据接收。在与ON窗口的开启相对应的时间T_1a处，终端110从睡眠状态中醒来，进入唤醒状态，开启接收机，然后监测呼入分组。在时间T_1b处，终端110接收到呼入分组，对该分组进行解码，确定该分组被正确解码，然后向接入点130发回ACK。在时间T_1c处，终端110确定用于下一呼入分组的ON窗口，关闭发射机和接收机，然后进入睡眠状态。在与ON窗口的开启相对应的时间T_2a处，终端110从睡眠状态中醒来，进入唤醒状态，开启接收机，然后监测呼入分组。在时间T_2b处，终端110接收到呼入分组，对该分组进行解码，确定该分组被正确解码，然后发送ACK。在时间T_2c处，终端110确定用于后续分组的ON窗口，关闭发射机和接收机，然后进入睡眠状态。

对于双向语音呼叫，终端110在下行链路(DL)上接收呼入分组，而在上行链路(UL)上发射呼出(outgoing)分组。下行链路(或前向链路)是指从接入点到终端的通信链路，而上行链路(或反向链路)是指从终端到接入点的通信链路。对于近端语音，终端110将语音数据分组发送到PBX 150，以转发到电话170。终端110内的声码器每20ms产生一个语音数据分组。终端110可以在声码器产生每个语音数据分组时立即发射该分组。可选地，终端110可以尝试将呼出分组的发射与下一呼入分组的接收对准，以使终端加电的时间段尽可能短。

终端110可以使用用于在上行链路上进行发射的常规程序来发射语音数据分组。例如，IEEE 802.11要求终端110在从睡眠状态中醒来后执行初始化程序。对于该程序，终端110在一个时间段内监测无线信道，该时间段等于醒来之后的探测延迟(ProbeDelay)。ProbeDelay的典型值为100微秒(μs)。如果终端110在此监测周期期间检测到其它终端的发射，则终端110确定这些其它终端针对上行链路发射所请求的时间量，并在该时间量内将网络分配矢量(NAV)设置为“忙”。如果在该监测周期期间没有检测到其它发射，则终端110在ProbeDelay之后将NAV设置为零并开始正常的发射操作。当运行为节能模式时，终端110可以在从睡眠状态中醒来时执行初始化程序，而不考虑其是由于呼出分组的上行链路发射而醒来还是由于用于接收下行链路分组的ON窗口的开启而醒来。

对于频分双工(FDD)系统，为下行链路和上行链路分配不同的频带，并且下行链路和上行链路的发射可以在两个频带上独立地且同时地发生。对于时分双工(TDD)系统，下行链路和上行链路共享同一频带，并且下行链路和上行链路的发射在共享频带上在不同的时间处发生。TDD可被IEEE 802.11和各种其它网络采用。

图7示出了对于TDD网络，终端110在节能模式中的数据发射和接收。终端110基于ON窗口在时间T_1a、T_1b和T_1c处接收下行链路(DL)上的呼入分组，如以上针对图6所述。在时间T_1d处，终端110具有一个将要在上行链路(UL)上发射的分组，其从睡眠状态中醒来，进入唤醒状态，开启接收机，然后侦听一个无干扰(clear)无线信道。在完成初始化程序之后并且如果信道无干扰，则终端110在时间T_1e处开启发射机，在上行链路上发射呼出分组，然后侦听来自接入点130的ACK。在时间T_1f处，终端110从接入点130接收对于上行链路分组的ACK，确定下一呼入分组的ON窗口，关闭发射机和接收机，然后进入睡眠状态。后续上行链路和下行链路分组的数据发射和接收以同样的方式发生。

可以通过考虑PBX 150和终端110之间的各个网络的延迟特性来改善数据接收性能。网络可以同时处理不同类型的数据(例如语音数据和分组数据)。分组数据可能具有突发的性质，而语音数据可能更为恒定。每当发送一个大的突发分组数据时，都将影响到语音数据的传输。

图8示出了在三秒钟的观测时段内经由互联网140发送的分组的延迟或抖动曲线。给定分组的延迟(T_delay)是目的地实体处的到达时间(T_rx)和源实体处的发射时间(T_tx)之间的差值，或者表示为T_delay＝T_rx一T_tx。在图8中测量并绘制了经由互联网140接收到的分组的延迟。如图8中所示，延迟可能在一段时间内基本保持恒定，然后例如由于一个大的突发业务而突然出现尖峰。延迟尖峰可能持续几百毫秒到几秒。可以按照考虑网络抖动中的较大且快速的波动的方式来运行节能模式。

在一个实施例中，基于网络抖动来启用和停用节能模式，其中基于呼入分组的到达时间对网络抖动进行估计。如果检测到较大的延迟尖峰，则停用或禁用节能模式，从而终端110运行为始终开启模式并持续监测呼入分组。当再次检测到低抖动时，启用节能模式，从而终端110只在一段时间内加电以便接收呼入分组。

网络抖动可以估计如下：

Jitter_est＝max(abs(d[0])，abs(d[1])，...，abs(d[Num_pac_jit-1]))    方程(8)

其中，Num_pac_jit是用于估计抖动的分组数量；

abs(a)给出了a的绝对值；以及

Jitter_est是对网络抖动的估计值。

用于估计抖动的数据分组数量可以与用于计算窗口大小的数据分组数量相同或不同。Num_pac_jit可以被设置为五或其它值。方程(8)将相对于其零抖动点最早或最迟接收到的数据分组的时间偏移提供作为抖动估计值。这是对网络抖动的保守(即，高)估计值。

可选地，网络抖动可以估计如下：

$\mathrm{Std}\_\mathrm{dev}=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}\_\mathrm{jit}}\·\underset{x=0}{\overset{\mathrm{Num}\_\mathrm{pac}\_\mathrm{jit}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(d\left[x\right]\right)}^2}$ 方程(9)

方程(9)提供了对网络抖动的均方估计值，其等于或小于方程(8)提供的抖动估计值。还可以按照其它方式估计网络抖动，例如基于对接收分组的时间偏移的算术平均、几何平均等。

如果抖动估计值大于高门限值，则可将其视为大抖动。相应地，如果抖动估计值低于低门限值，则可将其视为低抖动，其中低门限值可被设置为低于高门限值以便提供迟滞。如果分组之间的时间间隔是20ms，则高门限值可被设置为15ms或其它值，而低门限可被设置为6ms或其它值。

图9示出了终端110的示例性状态图。在新呼叫开始时，终端110转移到始终开启模式910。在模式910中，终端110始终加电并且持续地监测呼入分组。当接收到分组时，终端110更新抖动估计值并确定是否已经检测到低抖动。在检测到低抖动时，终端110转移到节能模式920。在模式920中，终端110在睡眠状态922和唤醒状态924之间转移(例如基于ON窗口)，以便接收呼入分组以及发射呼出分组。当接收到分组时，终端110继续更新抖动估计值，并且确定是否已经检测到高抖动。在检测到高抖动时，终端110从节能模式920转移到始终开启模式910。如果发生如下条件中的任何一个，则终端110也可以转移到始终开启模式910：

·已经发起向另一接入点的切换。

·另一实体(例如接入点130或者PBX 150)知道终端110运行为节能模式并且指示终端退出该模式。

·呼入分组指示其已被重发。因为重发可能是由于原始分组在ON窗口之前到达且被终端110丢失所引起的，所以停用节能模式。

·接入点130运行为“定期”模式而不是“常规”模式，其中，在定期模式中在指定时间处向终端110发送分组，而在常规模式中在接入点接收到分组时发送这些分组。

定期模式可以是IEEE 802.11 PCF(点协调功能)模式，其由IEEE802.11标准定义但并不经常被使用。常规模式可以是IEEE 802.11DCF(分布式协调功能)模式，其也由IEEE 802.11标准定义并经常被使用。在名称为“Part II：Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications”(1999)的IEEE802.11文献中描述了PCF和DCF模式，该文献可被公众获得。

图10示出了在节能模式中用于接收分组的处理1000的流程图。首先(例如，在新呼叫开始时)，将终端110的运行模式设置为始终开启模式(方框1012)。然后，终端110监测呼入分组(方框1014)并在接收到该分组后对其进行处理(方框1016)。终端110确定刚刚接收到的分组的到达间隔时间和/或时间偏移(方框1018)并更新抖动估计值(方框1020)。

然后，确定终端110是否正运行为节能模式(方框1022)。如果答案是“否”，即呼叫开始的情况，则确定抖动是否为低(方框1024)。如果抖动为低，则将终端110的运行模式设置为节能模式(方框1026)，并且处理继续到方框1032。否则，如果抖动不为低，则处理返回到方框1014，然后，终端110监测下一呼入分组。

如果终端110正运行为节能模式(如方框1022中所确定的)，则确定抖动是否为高或者是否已经满足退出节能模式的其它条件(例如，以上列举的四个条件中的任意一种)(方框1028)。如果答案为“是”，则将终端110的运行模式设置为始终开启模式(方框1030)，并且处理返回到方框1014。否则，终端110基于接收分组的到达间隔时间和/或时间偏移来确定ON窗口的大小和布局(方框1032)，并且计算ON窗口的起始时间，其是终端下一次应当醒来的起始时间(方框1034)。然后，终端110进入睡眠状态直到起始时间为止(方框1036)，之后，转移到方框1014以监测下一呼入分组。

本文所描述的技术可以在多种操作环境下提供良好的数据接收性能并同时减少功耗。例如，在低网络业务负载的情况下并且参数Min_size＝3ms且Num_pac＝3时，终端110可以在大约70％的时间内处于睡眠状态，而不会丢失任何呼入分组。因此，可以实现实质上的节能，而不会使低业务负载的性能产生降低。终端110可以自动地运行为节能模式，而不必通知例如接入点130和PBX 150等其它网络实体。由此，简化了节能模式中的操作。

可将ON窗口的大小和布局确定为使得终端110能够接收来自接入点130的大部分的呼入分组。如果呼入分组在其预期到达时间之后到达，则对于节能模式和始终开启模式而言数据接收性能是相同的。如果呼入分组在ON窗口开启之前到达，则终端110将丢失该分组。当未收到对该分组的ACK时，接入点130可以重发该丢失的分组。接入点130可以在重发该分组之前等待一段时间(其通常被称为延时(backoff)窗口)，并且可以在每次失败重发之后把延时窗口加倍。对于IEEE 802.11，可以对重发处理重复7次，并且总时间跨度可以是大约80ms。由于保证ON窗口每20ms出现一次，所以终端110将能够接收到重发，从而，早到达的分组由于未在节能模式中被接收到而经历的最大额外延迟将小于20ms。早到达的分组的所述额外延迟是可以接受的，并且节能模式没有显著地降低服务质量(QoS)。

图11示出了终端110的实施例的框图。来自接入点130的下行链路信号被天线1112接收，通过双工器(D)1114路由，然后被提供到接收机单元(RCVR)1116。接收机单元1116调整(例如滤波、放大以及下变频)该接收信号，对经调整的信号进行数字化，并且提供数据采样。解调器(Demod)1118根据无线网络120所使用的调制方案对数据采样进行解调，并且提供解调数据。然后，解码器1120对解调数据进行去交织和解码，并且提供下行链路解码分组。对于语音呼叫，声码器(图11中未示出)接收解码分组并生成将提供给扬声器的模拟信号。对于上行链路，将要被终端110发射的数据被编码器1140编码和交织，接着被调制器(Mod)1142调制，然后被发射机单元(TMTR)1144调整(例如放大、滤波以及上变频)，以便产生上行链路信号。上行链路信号通过双工器1114路由，然后经由天线1112被发射到接入点130。

控制器1130指示终端110内部各个单元的操作。控制器1130可以接收各种输入，例如每个接收分组的状态(良好的或者擦除的)、每个分组被接收的时间等。控制器1130可以计算每个接收分组的到达间隔时间和时间偏移，导出抖动估计值，以及确定是否运行为节能模式。如果启用节能模式，则控制器1130确定用于下一呼入分组的ON窗口的大小和布局，计算终端110应该醒来的起始时间，以及将该起始时间载入计时器1134。控制器1130还可以通过发送控制信号而发起向睡眠状态的转移，以关闭发射机和接收机中的电路并启动计时器1134。时钟单元1136产生用于跟踪时间的时钟信号。计时器1134使用来自时钟单元1136的时钟信号对载入值进行倒计时，并且当计时器期满时提供指示。然后，控制器1130提供控制信号，以对接收机单元中的必要电路加电，从而能够接收呼入分组。必要时，控制器1130还提供控制信号，以对发射机单元中的电路加电。存储器单元1132为控制器1130以及可能的其它处理单元存储数据和程序代码。

为了清楚，已经针对与无线网络120通信的终端110描述了高能效数据接收技术。一般来说，这些技术可以用于希望节能的任何无线或有线设备。例如，这些技术可以实现在膝上型PC 112、家用PC 142等中。

可以通过各种手段实现本文所述的数据接收技术。例如，这些技术可以以硬件、软件或其组合的形式来实现。对于硬件实现，用于实现节能模式并执行数据接收的处理单元可以被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它被设计用于执行本文所述功能的电子单元或者其组合内。

对于软件实现，可以用执行本文所述功能的模块(例如程序、函数等)来实现数据接收技术。软件代码可以储存在存储器单元(例如图11中的存储器单元1132)中并由处理器(例如控制器1130)执行。存储器单元可以实现在处理器内部或者处理器外部。

以上提供了对所公开的实施例的描述，以使本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以将本文定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明并不旨在限制于本文所示的实施例，而应给予与本文公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (30)

1.一种经由通信网络接收数据分组的方法，包括：

确定经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间；

基于所述第一组多个数据分组的到达时间，确定开始监测来自所述通信网络的下一数据分组的起始时间；以及

从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

2.如权利要求1所述的方法，其中，除非所述多个数据分组在传输期间遇到可变延迟，否则预期以规则的时间间隔接收到所述多个数据分组。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个数据分组用于语音呼叫。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述起始时间之前使接收机电路断电。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述第一组多个数据分组的到达时间确定窗口大小，并且其中，基于所述窗口大小和所述下一数据分组的预期到达时间确定所述起始时间。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间和前一数据分组的到达时间确定该数据分组的时间偏移，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差；以及

基于所述第一组多个数据分组的时间偏移确定窗口大小，并且其中，基于所述窗口大小和所述下一数据分组的预期到达时间确定所述起始时间。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述窗口大小被确定为：

Win_size＝Min_size+max(d[0]，0)+...+max(d[Num_pac-1]，0)，其中，Min_size是最小的窗口大小；

Num_pac是用于计算所述窗口大小的数据分组数量；

d[x]是数据分组x的时间偏移；

max(a，b)给出参数a和b的最大值；以及

Win_size是所述窗口大小。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述起始时间被确定为：

T_start＝T₀+T_int-Win_size，其中，T₀是经由所述通信网络最新接收到的当前数据分组的到达时间；

T_int是所述下一数据分组相对于所述当前数据分组的到达时间的所述预期到达时间；

Win_size是所述窗口大小；以及

T_start是所述起始时间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一组多个数据分组的到达时间的统计信息确定所述窗口大小。

10.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一组多个数据分组的时间偏移的标准偏差确定所述窗口大小，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差。

11.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动，并且其中，如果所述抖动低于门限值，则从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述通信网络是IEEE802.11无线网络。

13.一种用于经由通信网络接收数据分组的设备，包括：

控制器，用于确定经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间，并且基于所述第一组多个数据分组的到达时间确定开始监测来自所述通信网络的下一数据分组的起始时间；以及

接收机单元，用于从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

14.如权利要求13所述的设备，其中，除非所述多个数据分组在传输期间遇到可变延迟，否则预期以规则的时间间隔接收到所述多个数据分组。

15.如权利要求13所述的设备，其中，所述控制器还用于：

基于所述第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间和前一数据分组的到达时间确定该数据分组的时间偏移，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差，

基于所述第一组多个数据分组的时间偏移确定窗口大小，以及

基于所述窗口大小和所述下一数据分组的预期到达时间确定所述起始时间。

16.如权利要求13所述的设备，其中，所述控制器还用于：

确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动，并且其中，如果所述抖动低于门限值，则所述接收机单元用于从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

17.一种包括权利要求13所述的设备的终端。

18.一种用于经由通信网络接收数据分组的设备，包括：

用于确定经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间的装置；

用于基于所述第一组多个数据分组的到达时间确定开始监测来自所述通信网络的下一数据分组的起始时间的装置；以及

用于从所述起始时间开始监测所述下一数据分组的装置。

19.如权利要求18所述的设备，还包括：

用于基于所述第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间和前一数据分组的到达时间确定该数据分组的时间偏移的装置，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差；以及

用于基于所述第一组多个数据分组的时间偏移确定窗口大小的装置，并且其中，基于所述窗口大小和所述下一数据分组的预期到达时间确定所述起始时间。

20.如权利要求18所述的设备，还包括：

用于确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动的装置，并且其中，如果所述抖动低于门限值，则从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

21.一种处理器可读介质，用于存储可在无线设备中运行的指令，所述指令用于：

确定经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组中每个数据分组的到达时间；

基于所述第一组多个数据分组的到达时间确定开始监测来自所述通信网络的下一数据分组的起始时间；以及

从所述起始时间开始监测所述下一数据分组。

22.一种经由通信网络接收数据分组的方法，包括：

选择第一模式或第二模式来监测来自所述通信网络的下一数据分组；

如果选择所述第一模式，则基于经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组的到达时间，确定开始监测所述下一数据分组的起始时间，并且从所述起始时间开始监测所述下一数据分组；以及

如果选择所述第二模式，则从经由所述通信网络最新接收到的当前数据分组开始监测所述下一数据分组。

23.如权利要求22所述的方法，还包括：

确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动，并且其中，基于所述抖动选择所述第一或第二模式。

24.如权利要求23所述的方法，还包括：

如果所述抖动超过高门限值，则从所述第一模式转移到所述第二模式；以及

如果所述抖动低于低门限值，则从所述第二模式转移到所述第一模式。

25.如权利要求23所述的方法，其中，所述抖动被确定为所述第二组多个数据分组的时间偏移中的最大绝对值，并且其中，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差。

26.如权利要求23所述的方法，其中，基于所述第二组多个数据分组的时间偏移的均方确定所述抖动，并且其中，每个数据分组的时间偏移指示该数据分组的实际到达时间和该数据分组的预期到达时间之间的误差。

27.一种用于经由通信网络接收数据分组的设备，包括：

控制器，用于选择第一模式或第二模式来监测来自所述通信网络的下一数据分组，并且如果选择所述第一模式，则基于经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组的到达时间，确定开始监测所述下一数据分组的起始时间；以及

接收机单元，如果选择所述第一模式，则从所述起始时间开始监测所述下一数据分组，并且如果选择所述第二模式，则从经由所述通信网络最新接收到的当前数据分组开始监测所述下一数据分组。

28.如权利要求27所述的设备，其中，所述控制器还用于：

确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动，并且其中，基于所述抖动选择所述第一或第二模式。

29.一种用于经由通信网络接收数据分组的设备，包括：

用于选择第一模式或第二模式来监测来自所述通信网络的下一数据分组的装置；

用于如果选择所述第一模式，则基于经由所述通信网络接收的第一组多个数据分组的到达时间来确定开始监测所述下一数据分组的起始时间的装置；以及

用于如果选择所述第一模式则从所述起始时间开始监测所述下一数据分组，并且如果选择所述第一模式则从经由所述通信网络最新接收到的当前数据分组开始监测所述下一数据分组的装置。

30.如权利要求29所述的设备，还包括：

用于确定经由所述通信网络接收的第二组多个数据分组的到达时间中的抖动的装置，并且其中，基于所述抖动选择所述第一或第二模式。

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