CN101103646A - 使用基于位置的服务发现的无线通信方法和装置 - Google Patents

Abstract

无线通信设备采用接入技术选择的方法，该方法包括分析无线信号，用于指示设备的当前物理环境。响应于该分析，确定两个或更多个候选环境中的哪一个是无线通信设备最有可能的当前物理环境。然后，无线通信设备在所有可能的接入技术中选择所确定的环境的典型接入技术的子集。然后，无线通信设备在与所述子集对应的频率上执行无线接入发现，并选择由该发现过程找到的合适的接入技术。

Description

使用基于位置的服务发现的无线通信方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信的装置、方法和处理器控制代码。特别但非排它地，本发明涉及在多个可能的无线接入技术中建立无线通信。

背景技术

近年来，可用的无线接入技术的数量已经激增，包括例如蓝牙、无线局域网和3G。每个接入技术向用户提供不同类型的连接，基于所期望的数据速率，提供覆盖区域和移动性。

图1说明了用于根据数据速率选择常用的接入技术的移动性特性。可以看出，每个接入技术向用户提供不同的能力，并且可以明显地看出，没有一个接入技术是代替所有其它接入技术的合适候选。

因此，寻求提供大部分或全部可用能力的移动通信设备需要实现包括所有这些接入技术的水平通信模型。在这样的模型中，一个设备可以接入广域、诸如2G、2.5G和3G的蜂窝网络、诸如IEEE 802.16的无线城域网、诸如IEEE 802.11和HIPERLAN-1/2的无线局域网、以及诸如蓝牙和BRAN的个人局域网。

在第4代无线(4G)中，期待这样的使用这些已有的接入系统的水平通信模型可以优先于新的统一空中接口的发展而采用。该策略限制了对相关的其它基础设施的需要，也限制了解决与现有和新出现的接入系统之间的兼容性要求的需要。它还允许不同的接入机制互相补充，例如在地铁站提供无线热点代替蜂窝覆盖。

至此，期望当在4G通信模式中时，不同的接入系统使用通常的基于因特网协议(IP)的过程，因此提供多样的无缝路由到IP通信核心网络。

由于这些接入技术中的每一个都基于互不兼容的标准和协议，因此希望4G、3G或其它类似的移动设备可高度配置以能够依次采用每个所选的接入系统。已经开发出以提供这样的适应性的技术是软件定义的无线电(SDR)。

图2概略地说明了作为本发明的背景的示例的无线通信设备20。设备20包括处理器24，用于执行存储在工作存储器26中的和/或从大容量存储设备22中获得的机器代码指令。通过通用总线25，用户可操作输入装置30与处理器24进行通信。在本例中，用户可操作输入装置30包括键盘和触摸板、但是也可以包括鼠标或其它定点设备、该设备的显示单元上的接触灵敏的表面、写字板、语音识别装置、触摸式输入装置或任何其它可以解释用户输入行为并且将其转换为数据信号的装置。

音频/视频输出装置32也被连接到通用总线25，用于向用户输出信息。音频/视频输出装置32包括视觉显示单元和扬声器，但是也可以包括其它任何能够向用户显示信息的装置。

通信单元100被连接到通用总线25，并还连接到天线102。通过通信单元100和天线102，设备20能够建立与另一个设备的无线通信。通信单元100用于根据以前建立的由适合使用设备20的系统使用的通信协议，将传送到总线25的数据转换成射频(RF)信号载波。

在图2的设备20中，工作存储器26存储用户应用28，当处理器24执行时，这些应用导致用户接口的建立，以能够进行用户之间的数据通信。因此，应用28建立通用或特定的用户习惯使用的计算机实现的工具。

在图3中，通信单元100被显示为理想化的软件可定义无线电SDR。SDR 100包括模拟部分和数字部分(分别是120和130)。模拟部分120包括天线102、带通滤波器104和低噪音放大器106。在经过放大后，信号通过数字部分130，其中，该信号被模拟数字转换器108进行数字化，然后由可重编程基带数字信号处理器110进行处理。信号处理器110根据所选择的接入技术要求的标准和协议进行配置。

实践中，对于4G，每个接入技术的不同要求和它们因此采用的不同的无线频率意味着需要超过一个的天线以覆盖所要求的频带的全部范围，因此可以假定存在多个天线。

可以意识到，采用如此多的方式接入同一个4G设备，移动设备必须决定哪一个是对于其目前的需要最好的可接入模式。例如，在汽车里使用语音呼叫的用户可以通过2G或2.5G蜂窝系统得到最好的服务，而坐在咖啡馆里观看视频流的用户可以通过WLAN热点获得最好的服务。

为了决定最好的用于给定的应用的接入模式，设备应当评估由每个接入技术提供的可能的服务质量(QOS)。这将是应用的要求、接入技术的固有能力、设备的移动性以及每个接入技术的当前质量或可用性的函数。为了判断该后一个因素，设备必须在称为无线接入发现的过程中确定哪些接入服务是当前可用的。

然而，无线接入发现是移动设备的重要工作。由可能的4G接入技术占用的频谱是非常宽的，范围从GSM的400MHz到HIPERLAN-2/BRAN的典型的5至11GHz，并且包含了由不同的技术使用的超过20个的子范围。由于该频率的宽度和必须解释的不同的接入技术，移动设备必须在选择一个可用的无线网络并配置自己以接入该网络之前，扫描和处理所搜索的可用无线网络的全部候选频谱。这可引起移动设备的电池的相当大的负荷，也可引起在安排应用的连接中的显著延迟。

假定特定的应用或数据类型可通过一个接入技术得到最好的服务、并且因此仅扫描该技术的频率是不够的。主要的原因是，首先，许多高带宽接入技术具有有限的范围和可用性，因此不能保证在给定的点对移动设备可用；第二，空中接口是可变的，因此即使最近使用的链路也可能证实在连接时间具有比可选的一个更差的质量。

在一个简化无线接入发现的努力中，即Salkintzis，A.K.等的“WLAN-GPRS integration for next-generation mobile data networks(下一代移动数据网络的WLAN-GPRS融合)”(无线通信，IEEE，2002年10月5日出版的第9卷，第112-124页)，提出了通用分组无线交换(GPRS)和无线局域网(WLAN)技术的紧密结合，其中WLAN在其可用的时候提供可选的GPRS的高带宽无线传输。然而，该解决方案有明显的不足，即当移动设备在WLAN接入点的范围之外时，将不断地搜索新的接入点信标信号。该搜索浪费电力，而这是移动设备中的有限的资源。

此外，上述的提议仅是无线接入发现的普遍问题的部分解决方案，因为它只考虑了可用的接入技术的子集。

因此，希望找到一种改进的设备和方法，以进行评估并从多个不同无线接入技术中选择。

发明内容

因此，本发明寻求解决或减轻上述问题。

在本发明的第一个方面，一种移动通信设备包括无线信号分析器，并用于根据无线信号的分析确定所述移动通信设备是否在第一物理环境中。

在上述方面的结构中，移动通信设备包括确定装置，用于确定该移动通信设备最有可能位于多个物理环境中的哪一个。

在上述方面的结构中，确定装置响应于提供以下任何一个或全部的分析：信号多普勒频移、信号到达角度、多径信号、信道扩展、信号定时提前和相关系数。

在上述方面的结构中，扫描与那些由所确定的环境的典型接入技术使用的频带对应的频率的子集。

在上述方面的结构中，扫描顺序受以下的任何一个或所有的影响：无线通信设备移动性、所期望的数据速率、每个所选择的接入技术在所确定的环境中的相对流行、接入成本以及任何用户配置文件中的重要信息，诸如接入类型优选。

在上述方面的结构中，无线通信设备包括软件可定义无线电。

在本发明的第二个方面，一种接入技术选择方法包括：分析无线信号以指示设备的当前物理环境，然后，响应于该分析确定两个或更多个候选环境中的哪一个是最有可能的当前物理环境；选择一组所确定的环境的典型接入技术，并在与所述组对应的频率上执行无线接入发现过程，以选择由该发现过程找到的适合的接入技术。

在上述方面的配置中，在启动与服务所选择的无线接入技术的接入点之间的通信链路之前，无线通信设备在使用中还获取与所选择的无线接入技术对应的软件，并且适当地安装和配置该软件。

在上述方面的配置中，获取软件包括访问存储在无线通信设备的存储装置中的软件。

在上述方面的配置中，获取软件包括从服务所选择的无线接入技术的接入点下载软件。

在上述方面的配置中，下载软件包括在下载、适当地安装和配置该软件之前，请求必需的数据和验证其来源。

在上述方面的配置中，下载软件还包括与接入点协商以确定随后的可影响服务质量的通信的方面。

在上述方面的配置中，一旦发起通信，则该方法还包括检查无线通信设备的物理环境已变化的证据，或者根据环境或者通过设备移动性的变化水平。

在上述方面的配置中，如果根据证据，所述检查步骤产生设备的物理环境已变化的确定，则重复上述接入技术选择的过程。

在本发明的第三个方面，驻留在数据载体上的代码包括指令，所述指令在被加载到计算机时使得该计算机充当如权利要求所述的无线通信设备。

附图说明

图1是说明根据数据速率选择的通常的接入技术的移动性的图，其中X轴是数据速率，Y轴是移动性。

图2是本领域已知的无线通信设备的示意性示例。

图3是软件可定义无线电架构的简化示意图。

图4是说明根据本发明的实施例的接入技术选择方法的流程图。

图5是说明根据本发明的实施例的软件下载和安装方法的流程图。

图6是根据本发明的实施例的无线通信设备的示意性示例。

图7是根据本发明的实施例的软件可定义无线电架构的简化示意图。

具体实施方式

现在将参照附图以例子的方式描述本发明的实施例。

公开了一种无线通信设备和接入技术选择的方法。在以下的描述中，为了提供本发明的实施例的详尽理解，给出了许多特定细节。然而显然地，对于本领域的普通技术人员，实现本发明不需要采用这些特定细节。

在本发明的实施例中，移动通信设备分析环境对其附近的无线传播的影响，以确定该设备在室内还是室外。通过识别可能的环境，可以选择和扫描最有可能在该环境中出现的所有接入技术的子集，因此减少了用于扫描适当的接入技术的时间和电力。

现在参照图4，说明根据本发明的实施例的接入技术选择的方法。在该方法的步骤s1，在启动要求无线通信的设备或设备上的应用后，评估本地无线传播环境。在步骤s2，根据该无线传播环境推断物理环境，并且提供给步骤s3A和s3B的扫描过程。

评估和推断可以使用多个指标。例如，多普勒频移可以指示高移动性，并因此指示在室外的车辆里的可能性。同样，多个天线之间的信号到达角度可以指示例如封闭空间内的多径影响，或者经过诸如路边基站的点源。类似地，信道扩展可以显示仅仅略微不同的多个路径，并因此指示室内反射，或者可选择地，可以显示在室外的路径长度上的更大差别。其它指标对于本领域的技术人员来说是显而易见的，诸如定时提前或路径延迟相关系数，并且在本发明范围内可以设想。这些指标中的一个、一些或全部都可以用于推断物理环境。

例如，在本发明的实施例中，设备可以使用标准化的频道，诸如导频信道、广播信道、GPS信号或其它希望的信号源，以得到这些指标。

因此，上述指标可被动地得到。可选择地或者另外的，在本发明的实施例中，移动设备可以传输信号并检测所引起的传播效应，例如指示在室内或室外的反向散射的水平、方向和定时。

在步骤s3A中，在本发明的实施例中，所推断的物理环境用于选择用于无线接入发现的接入技术的子集。在步骤s3B中，选择一个接入技术。

因此，例如，如果推断是室内环境，则选择频率的子集用于与在室外环境中期望的接入技术对应的无线接入发现。

在本发明的实施例中，频率的子集被进一步限定于那些在所推断的环境中期望的接入技术，其中所推断的环境能够满足所请求的应用的数据和/或移动性要求。

可选地，基于以下的任何一个或所有：

i.数据速率限制；

ii.移动性限制；以及

iii.普遍存在(ubiquity)；

对于无线接入发现还可以优先考虑子集，以得到频率扫描顺序。

例如，如果推断是室内环境，则首先扫描满足应用要求最多的接入技术。如果发现该第一接入技术并且其满足可接受的QoS标准(例如，在诸如延迟、误码率和通过量的方面)，那么进行连接并不再进行扫描。否则，扫描下一个接入技术，并且只在发现其满足QoS标准时才使用。这个过程按照扫描顺序继续，直到选择一个接入机制。

对于本领域的技术人员来说明显地，可用于对优选分等级的接入技术的其它方面可以包括在构成频率扫描顺序中，例如接入类型的服务成本和历史用户等级。

在以上任何一个实施例中，如果在所选择的子集中没有发现接入技术或者没有接入技术具有可接受的QoS，那么剩余的接入技术也被扫描并在其中选择。这考虑到环境被错误识别的情况，例如，如果在驾驶通过隧道时推断为室内环境。

一旦已经选择了接入技术，那么在步骤s4，管理通信的适当的软件或者从移动通信设备内的存储装置中取得，或者被下载。在本发明的实施例中，这种下载可以包括影响QoS的协商阶段(例如编解码压缩比率、价格表、用户优先级)。

现在参照图5，在本发明的实施例中，对于将通信软件下载到软件可定义无线电的特殊情况，更详细地显示步骤s4。

在步骤s4A，请求适当的软件模块和重配置指令(如果分开的)的请求被发送到接入点。在步骤s4B，SDR验证接入点为软件的可信任来源。在步骤s4C，SDR可选择地与接入点协商。这些协商可以与软件下载的方式有关，也可以关于是依赖软件或应用的随后的连接。在步骤s4D，下载软件。在步骤s4E，校验软件，并且必要时重新获得，在步骤s4F，安装该软件，并且SDR被重配置。

现在回到图4，在步骤s5中，SDR被配备成使用所选择的无线接入技术进行通信。

可选择地，步骤s6考虑到SDR例如通过使用多普勒频移监控移动性而不间断地检查所推断的环境还没有变化。如果环境看起来可能已经变化，那么SDR可在保持其当前通信时执行新的无线接入发现，并且决定移动到更好的可用接入点，假设切换过程满足QoS要求。

可选择地或者另外地，步骤s6允许SDR监控自己的移动性，其在相同的环境中(例如，进入或者离开交通拥塞的车辆)可以变化。如果移动性变化了阈值水平，那么类似地，SDR可在保持其当前通信时执行新的无线接入发现，并且决定移动到更好的可用接入点，假设切换过程满足QoS要求。对于本领域的技术人员清楚地，移动性的阈值可以与当前的移动性、绝对值或两者的组合相关。

对于本领域的技术人员也显而易见地，在仅考虑两种环境(例如，室内和室外)的情况下，仅确定在所述环境中的一个中的可能性以进行推断就足够了。

相反地，如果要区分更多的环境(例如，室内静止、室外步行和快速运行)，那么可能需要评估这些环境中的一些或所有的证据。

图6示意性地示出根据本发明的实施例的无线通信设备21。为了清楚起见，基本上与图2所示的本领域已知的设备的组件类似的无线通信设备21的组件保留相同的标记。

新的通信单元200在图7中被显示为根据本发明的实施例的理想化的SDR 200。SDR 200包括模拟和数字部分(分别是220和230)。模拟部分(220)包括天线202、带通滤波器204和低噪音放大器206。在放大后，信号被传递到数字部分(230)，其中，信号由模拟数字转换器208进行数字化，然后由可重编程基带数字信号处理器210进行处理。然后，被处理的信号由分析装置240进行分析，确定装置250确定SDR 200是否在给定的环境中。

以前，在4G的实践中，每个接入技术的不同要求和它们因此采用的不同无线频率意味着需要超过一个的天线以覆盖所要求的频带的全部范围。为清楚起见，图7中仅显示了一个这样的天线202。

对于本领域的技术人员显而易见地，分析装置240和确定装置250可以每一个或都合并到DSP 210中。类似地，对于本领域的技术人员显而易见地，这样的分析装置和确定装置可以用于从任何为了确定SDR的环境而提供有用信息的SDR的元件中获得输入。

有利地，本发明的上述实施例减少了在无线接入发现过程期间需要被扫描的频率的典型数量，获得更快的到所选择的服务的总体连接时间，并且通过缩短发现任务而延长电池的寿命。

此外，与Salkintaik，A.K.等人的不同，上面的实施例独立于可用于SDR的接入技术的类型。

Claims (17)

1.一种移动通信设备，包括信号分析装置和环境确定装置，所述移动通信设备用于根据无线信号的分析确定所述移动通信设备是否在第一物理环境中。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统，其中，所述确定装置用于确定所述移动通信设备最有可能位于多个物理环境中的哪一个。

3.根据权利要求1或2所述的移动通信设备，其中，所述物理环境的确定响应于提供以下任何一个或所有的分析：

i.信号多普勒频移；

ii.信号到达角度；

iii.多径信号；

iv.信道扩展；

v.信号定时提前；以及

vi.相关系数。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的移动通信设备，其中，无线接入发现过程受限于那些可能服务所确定的环境的接入技术。

5.根据权利要求4所述的移动通信设备，其中扫描接入技术的顺序取决于以下的任何一个或所有：

i.设备移动性；

ii.所期望的数据速率；

iii.接入技术在所确定的环境中的相对流行；

iv.接入成本；以及

v.用户配置文件数据。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的移动通信设备，其中所述移动通信设备包括软件可定义无线电。

7.一种接入技术选择方法，包括以下步骤：

分析无线信号，用于证实无线通信设备的当前物理环境；

响应所述分析，确定最有可能的当前物理环境；

选择一组适合于所确定的环境的接入技术；

对所选择的一组接入技术执行无线接入发现；以及

选择由所述发现过程识别的一个接入技术。

8.根据权利要求7所述的接入技术选择方法，还包括以下步骤：

获取与所选择的无线接入技术对应的软件；

适当地安装和配置所述软件；以及

启动与服务所选择的无线接入技术的接入点之间的通信链路。

9.根据权利要求8所述的接入技术选择方法，其中，获取软件的步骤包括：访问存储在所述无线通信设备的存储装置中的软件。

10.根据权利要求8所述的接入技术选择方法，其中，获取软件的步骤包括：从服务所选择的无线接入技术的接入点下载所述软件。

11.根据权利要求10所述的接入技术选择方法，其中，下载所述软件包括以下步骤：

请求所述软件和任何其它需要的重配置数据；

验证所述接入点；

下载所述软件；以及

适当地安装和配置软件。

12.根据权利要求11所述的接入技术选择的方法，其中，下载所述软件还包括：与所述接入点协商以确定随后的可影响服务质量的通信的方面的步骤。

13.根据权利要求7至12任意一项所述的接入技术选择的方法，还包括监控无线信号以指示在使用所选择的接入技术进行通信期间物理环境的变化的步骤。

14.根据权利要求13所述的接入技术选择的方法，其中，如果确定为所述物理环境已变化，则重新评估一组适当的无线接入技术，并执行新的选择性的无线接入发现；如果优选可选择的接入点，那么执行到该优选的接入点的通信切换。

15.根据权利要求13所述的接入技术选择的方法，其中，如果确定为所述无线通信设备的移动性已经变化了一个阈值量，则重新评估一组适当的无线接入技术，并执行新的选择性的无线接入发现；如果优选可选择的接入点，那么执行到该优选的接入点的通信切换。

16.一种数据载体，包括计算机可读指令，所述指令在被加载到计算机中时，使得所述计算机充当根据权利要求1-6任意一项所述的无线通信设备。

17.一种数据载体，包括计算机可读指令，所述指令在被加载到计算机中时，使得所述计算机执行根据权利要求7-15任意一项所述的方法。

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