CN101690347A - 在宽带无线通信系统中建立休眠模式操作的方法 - Google Patents

在宽带无线通信系统中建立休眠模式操作的方法 Download PDF

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Abstract

在无线通信系统中提供一种在移动台及其服务基站之间的建立休眠模式操作的方法。当休眠模式操作启动时，移动台进入一系列休眠周期，且每一休眠周期包含带有休眠窗口的监听窗口。在一个创新方面，每一休眠周期与一组休眠周期参数相关，一组休眠周期参数包含休眠周期长度与可调监听窗口长度。基于移动台及其服务基站之间的数据传输流的特定业务特性，确定每一组休眠周期参数。为实时业务、非实时业务、混合实时与非实时性业务以及多速率传输业务，提供了休眠周期参数的不同实施例。通过利用休眠周期的参数设定，休眠模式操作的效率得到了改善。

Description

在宽带无线通信系统中建立休眠模式操作的方法
相关申请的交叉引用
依据美国专利法第119条，本申请主张享有于2008年7月7日提交的美国临时专利申请第61/078,523号(名称为“用于宽带无线访问系统的省电类别”)的在先申请权，此份专利申请在此引用作为参考。
技术领域
本发明揭示的实施例总体上有关于无线通信网络，并且尤其有关在无线通信系统中的省电类别(class)以及休眠模式(sleep mode)操作。
背景技术
在无线通信系统中，移动台(Mobile Station，MS)于正常模式操作中维持与服务基站(Base Station，BS)之间的通信，在此期间移动台主动接收并发送数据包(data packet)。为了将电力消耗最小化，移动台会不时进入休眠模式操作中，于此期间移动台会从服务基站的空中接口传输(conduct)暂时消失预商定(pre-negotiated)的一段时间。因此，除了最小化电力消耗以外，休眠模式还可设计为减少对服务基站空中接口资源的占用，以及模拟(mimic)通讯服务的业务特性。当休眠模式启动时，移动台将进行一系列休眠窗口(sleep window)与监听窗口(listening windows)的连续切换。在每一监听窗口中，移动台以正常模式操作，接收并传送数据包。在每一休眠窗口中，服务基站不应传送任何数据包至移动台。
图1(现有技术)显示IEEE802.16e无线通信系统中休眠模式操作的例子。如图1中所示的，基于不同的业务特性，定义了省电类别(Power SavingClasses，PSCs)的三种类型。第I型PSC(PSC type-1)为非实时可变速率(Non-Real-Time Variable Rate，NRT-VR)业务以及尽力型(Best Effort，BE)业务所设计。在第I型PSC中，移动台利用固定时间长度的监听窗口，以监控下传的协议数据单元(Protocol Data Units，PDUs)。移动台从初始休眠窗口长度为TMIN(S0＝TMIN)开始，且每一后来的休眠窗口Sk按指数增长，直至达到最终休眠窗口长度TMAX(Sk＝min{TMIN*2k，TMAX})。当业务指示消息指示为正时，或是当后续监听窗口中有PDUs时，移动台回到正常模式操作中。第II型PSC(PSC type-2)为实时可变速率(Real-Time Variable Rate，RT-VR)业务以及非请求型带宽分配(Unsolicited Grant Service，UGS)业务所设计。在第II型PSC中，每一休眠窗口具有固定长度(Sk＝S0)。第III型PSC(PSC type-3)为多播(multicast)业务或管理业务所设计。在第III型PSC中，移动台进入固定长度休眠窗口(S0＝最终休眠窗口)以处理多播或管理业务，完成后回到正常模式操作。
图2(现有技术)显示的是在NRT-VR/BE业务中第I型PSC的电力浪费问题。在图2所示的例子当中，可变长度的数据突发(variable-sized data bursts)由服务基站依据可变服务到达时间间隔(variable arrival intervals)而产生。当业务指示消息指示正业务时，移动台返回正常模式操作。当休眠模式操作被重新启动时，休眠窗口的长度重置为初始休眠窗口(initial sleep window)长度。对于NRT-VR/BE服务而言，在两个连续的数据突发之间通常会有很长的静寂时间(silence time)。然而，由于休眠窗口的长度重置为初始休眠窗口长度，导致移动台在长静寂期间无必要地醒来(wake up)而浪费额外的电力。
图3(现有技术)显示的是在RT-VR业务中第II型PSC的电力浪费问题。在图3所示的例子当中，每一监听窗口具有固定长度。对于RT-VR业务而言，可变长度的数据突发由服务基站依据固定到达时间间隔而周期性地产生。由于每一监听窗口具有固定长度，即使当没有在接收数据包时，移动台依旧保持对下传的PDUs进行监控。因此，固定监听窗口长度的方法效率不佳而浪费额外的电力。
图4(现有技术)显示的是在RT-VR业务中第II型PSC的修改版所衍生之非必要延迟(latency)问题。在图4所示的例子当中，每一监听窗口具有可调长度，而每一休眠窗口具有固定长度。对于RT-VR业务而言，可变长度的数据突发由服务基站依据固定到达时间间隔而周期性地产生。如果下传的PDUs在移动台休眠时到达，那么移动台就必须等待下一个监听窗口以接收这些PDUs。因此，由于每一休眠窗口具有固定长度，而引入了不必要的延迟。
对于上述的基于休眠窗口的休眠模式操作的问题，多种解决方案已经被提出。在第7,289,804号美国专利中，每一初始休眠窗口的长度非固定，而是根据每一休眠模式的计数而改变。在美国专利公开号为2008/0009328的专利申请中，每一休眠窗口的长度以指数方式增长，且搭配附加参数，如：休眠模式比率，来修改增长的速度。在美国专利公开号为2008/0075026的专利申请中，监听窗口的长度可根据数据接收时间延长。在LTE系统中(如3GPP TS36.321)，固定的DRX周期与可调整接收时间(On-duration)一并应用。然而这些解决方案并未消除上述的能量浪费问题与延迟问题；此外，当前的PSC机制并不适用于多速率业务(multi-rate traffic)传输应用。人们仍在寻求一种解决方案。
发明内容
在无线通信系统中，提供一种在移动台及其服务基站之间的休眠模式操作的建立方法。当休眠模式操作启动时，移动台进入一系列休眠周期(sleepcycle)，且每一休眠周期包含一监听窗口，以及跟随其后的一休眠窗口。在一个创新方面，每一休眠周期与一组休眠周期参数相关，一组休眠周期参数包含休眠周期长度与可调监听窗口长度。基于移动台及其服务基站之间的数据传输流的预定业务特性，确定每一组休眠周期参数。为实时业务、非实时业务、实时业务与非实时业务的混合以及多速率传输业务，提供了休眠周期参数的不同实施例。通过利用基于休眠周期概念(sleep cycle-based)的参数设定而非休眠窗口概念(sleep window-baed)的参数设定，可以更好的模拟业务特性，减少基站空中接口资源消耗，最小化移动台电力使用，以及改善整体的休眠模式操作效率。
在一个实施例中，对于实时业务或者实时业务与非实时业务的混合，每一休眠周期具有固定的休眠周期长度并且搭配有可调整的监听窗口长度。监听窗口长度具有固定的默认值，但可动态调整，以便用于数据传送以及MAC控制信号传输。监听窗口的长度可通过隐含方式或外显方式调整。当移动台自其服务基站接收到控制信号时，可终止监听窗口。
在另一个实施例中，对于非实时业务或尽力型业务，若业务指示消息为负或者在前一监听窗口期间没有数据业务，移动台进入休眠模式操作，其休眠周期长度设定为初始休眠周期长度(initial sleep cycle length)，且以指数增长直至达到最终休眠周期长度(final sleep cycle length)。监听窗口长度可为固定以接收业务指示消息。监听窗口长度也可变动以用于可变长度的数据传输。若业务指示消息为正或者在前一监听窗口期间有数据业务，休眠周期的长度则重置为新初始休眠周期(new initial sleep cycle length，NISC)。在一个例子中，新初始休眠周期等于旧初始休眠周期与休眠偏移(sleep offset)相加。在另一个例子中，新初始休眠周期等于前一休眠周期长度的分数值(fractionalvalue)。
在另一个实施例中，多组休眠周期参数应用于多速率业务传输。每一组休眠周期参数与一个休眠周期代码(sleep cycle identification，SCID)相关。在具有静寂抑制(silence suppression)的VoIP业务的一个例子中，在主动对话期间应用具有较短休眠周期长度的第一SCID1，在静寂期间应用具有较长休眠周期长度的第二SCID2。不同SCID之间的交替切换可用隐含或外显方式来实现。
其它实施例与优点具体描述如下。本发明内容并非用以定义本发明。本发明由权利要求定义。
附图说明
结合以下图式举例描述本发明，其中相同的标号表示相同的组件。
图1(现有技术)显示的是在IEEE802.16e无线通信系统中休眠模式操作的例子。
图2(现有技术)显示的是在NRT-VR业务中第I型PSC的电力浪费问题。
图3(现有技术)显示的是在RT-VR业务中第II型PSC的电力浪费问题。
图4(现有技术)显示的是在RT-VR业务中第II型PSC的非必要延迟问题。
图5是根据本一个创新方面的无线通信系统的概念性区块示意图。
图6显示的是无线系统中用于实时业务的休眠模式操作的两个实施例的示意图。
图7显示的是无线系统中用于非实时业务的休眠模式操作的一个实施例。
图8显示的是无线系统中用于非实时业务的具有休眠偏移的休眠模式操作的实施例。
图9是在具有及不具有休眠偏移的情况下，不同平均读取时间的监听率模拟比较图。
图10是在具有及不具有休眠偏移的情况下，不同平均读取时间的平均延迟模拟比较图。
图11显示了无线系统中用于多速率业务的休眠模式操作的一个实施例示意图。
图12显示的是具有静寂抑制的VoIP业务休眠模式操作的一个实施例。
具体实施方式
对于本发明的一些实施例提供如下细节以供参考，其中的举例于所附图标中显示。
图5是根据一个创新方面的无线通信系统的概念性区块示意图。无线系统51包含移动台52以及服务基站53。移动台52包含耦接于天线55的收发机54，天线55通过数据传输流56与服务基站53进行数据通信。在正常模式操作期间，在需要的时候移动台52主动发送并接收数据包。移动台52还包含休眠模式操作模块57，休眠模式操作模块57与服务基站53协商休眠模式操作参数。当休眠模式启动时，移动台52进入一系列休眠周期，并且每一休眠周期包含监听窗口，以及跟随其后的休眠窗口。在处于休眠模式的每一监听窗口期间，移动台52如在正常模式操作状态中一样接收所有下行(downlink)传输。在处于休眠模式的每一休眠窗口中，服务基站53并不自动传送至移动台52，而移动台52会将其一个或更多物理操作组件的电源关闭，或实施其它动作(如扫描)。
在一个创新方面，每一休眠周期与一组休眠周期参数相关，而休眠周期参数基于移动台52与服务基站53之间的预定义业务特性而设定。每一组休眠周期参数主要由两个参数组成：休眠周期长度与监听窗口长度。在一般原则下，移动台52与基站53按照以下式子更新每一休眠周期的长度：当前休眠周期＝min{2*前一休眠周期，最终休眠周期}。监听窗口的长度也可动态调整。此外，每一组休眠周期参数可包含参数，如初始休眠周期长度(InitialSleep Cycle Length，ISC)、最终休眠周期长度(Final Sleep Cycle Length)、休眠偏移(Sleep Offset)以及/或减少率(Reduction Ratio)等，每一参数将会详细描述如下。
图6显示的是无线系统51中用于实时业务的休眠模式操作的两个实施例的示意图。在第一实施例中，如图6的上部所示，在移动台52与服务基站53之间进行实时业务传输。通常，实时应用产生具有固定到达时间间隔的周期性数据突发。因此，每一休眠周期具有固定休眠周期长度以模拟这样的业务特性。在固定休眠周期长度的休眠模式操作下，最终休眠周期长度等于初始休眠周期长度，而这数值是基于实时业务的固定到达时间间隔。根据一个创新的方面，不是利用基于休眠窗口概念的参数(如休眠窗口长度)，取而代之的是利用基于休眠周期概念的参数(如休眠周期长度)以更好的模拟实时业务特性，藉此改善实时业务的休眠模式操作的效率。移动台52因此可接收并处理周期性输入的数据包，而在每一监听窗口可动态调整长度的情况下也避免产生不必要的延迟。
在第二实施例中，如图6的下部所示，在移动台52与服务基站53之间进行实时可变速率业务的通信。通常，具有可变位速率的实时应用产生具有固定到达时间间隔的可变长度的数据突发。因此，每一休眠周期具有固定休眠周期长度并且搭配可调整的监听窗口长度。监听窗口长度具有固定的默认值，而可动态调整以便用于数据传送以及MAC(Medium Access Control)控制信号传输。如图6中所示的，当要接收的是较少的PDUs时，可缩短监听窗口的长度，而当要接收的是较多的PDUs时，可延长监听窗口的长度。监听窗口的长度可通过隐含(implicit)方式或外显(explicit)方式来调整。在第一例子中，MAC标头(MAC header)或MAC管理消息(MAC management message)可额外插入于指示数据包突发的数据包结尾；在第二例子中，MAC标头或MAC管理消息可用于显性地(explicitly)指示对监听窗口进行缩短或是延长。移动台52也可以在接收到服务基站53的控制信号时终止监听窗口。根据一个创新方面，基于RT-VR业务的实际可变速率来调整每一监听窗口的长度，移动台52能够尽可能长地停留在休眠窗口以将能量浪费最小化，或者能够尽可能长地停留在监听窗口以将数据传输延迟降低。RT-VR业务的休眠操作也适用于实时业务与非实时业务的混合。
图7显示的是无线系统51中用于非实时业务的休眠模式操作的一个实施例。通常而言，非实时应用产生可变长度的数据突发，且该数据突发具有可变的到达时间间隔。因此，为了模拟这样的业务特性，在业务指示消息为负或者在前一监听窗口期间没有数据业务的情况下，第一休眠周期以最小的初始休眠周期长度TMIN(SC0＝TMIN)开始，而每一后来的休眠周期SCk以指数增长，直至达到最大的最终休眠周期长度TMAX(SCk＝min{TMIN*2k，TMAX})。在图7所示的例子中，第二休眠周期SC1＝2SC0，第三休眠周期SC2＝2SC1，以及所有后续的休眠周期(SC3、SC4以及其它的)具有的休眠周期长度等于最大的最终休眠周期长度TMAX。在非实时业务的这种休眠模式操作下，监听窗口长度同样可调整。在一个例子中，移动台52的每一监听窗口具有固定的长度，以便接收业务指示消息。在另一个例子中，在移动台52与服务基站53之间协商可变长度的(variable-length)监听窗口以用于可变长度的数据传输。上述例举的非实时业务休眠模式操作也适用于尽力型业务的应用。
图8显示的是无线系统51中用于非实时业务的具有休眠偏移的休眠模式操作的实施例。如图8中所示，在移动台52与服务基站53之间，进行具有可变长度的数据突发与可变到达时间间隔特性的非实时业务。如果业务指示消息是正的或者在前一监听窗口期间有数据业务，那么休眠周期的长度重置为新初始休眠周期(New Initial Sleep Cycle，New ISC)。根据一个创新方面，新初始休眠周期长度可被调整。在一个例子中，如图8所示，新初始休眠周期等于旧初始休眠周期与休眠偏移相加(即新初始休眠周期＝旧初始休眠周期+休眠偏移)。休眠偏移可由统计方法确定(如平均数据传输流到达时间)。对于非实时业务(如来自网站浏览应用的数据包)，在两个连续的数据传输流之间通常会有较长的静寂时间(如读取时间)。因此，通过加上休眠偏移，移动台52不需要在该长读取时间期间非必要地醒来，而可减少能量浪费。在另一个例子当中，新初始休眠周期等于前一休眠周期长度的分数值(即新初始休眠周期＝1/N*前一休眠周期)，其中N表示减少率，是从基站53至移动台52传送的配置参数。
图9是具有及不具有休眠偏移的情况下，不同平均读取时间的监听率模拟比较图。水平轴表示非实时业务的平均读取时间，如来自网站浏览应用的数据包，而垂直轴表示监听率百分比。如图9所示，不具有休眠偏移的监听率高于具有休眠偏移的监听率。模拟结果显示了休眠偏移的利用降低监听率与电力消耗，因此改善休眠模式操作的效率。
图10是在具有及不具有休眠偏移的情况下，不同平均读取时间的平均延迟模拟比较图。水平轴表示非实时业务的平均读取时间，如来自网站浏览应用的数据包，而垂直轴表示平均延迟。如图10所示，不具有休眠偏移的平均延迟高于具有休眠偏移的平均延迟。模拟结果显示，采用休眠偏移降低了平均延迟，因此改善休眠模式操作期间的数据传输效率。
图11显示了无线系统51中用于多速率业务的休眠模式操作的一个实施例示意图。多速率业务包含具有多种不同特性与不同速率的数据业务。在一个创新方面，多组(multiple sets)休眠周期参数可应用于同一数据传输业务的多种业务速率。通常而言，如果在多速率业务流中存在N种不同的业务速率，那么N组不同的休眠周期参数则可分别应用于N种不同的业务速率。移动台52与基站53进行协商，在当前数据传输业务的特性改变时，应用不同组的休眠周期参数。
如图11中所示，每一组休眠周期参数与休眠周期代码(Sleep CycleIdentity，SCID)相关，而SCID与固定休眠周期长度以及可变监听窗口长度相关。将多个SCID分配给移动台52，以支持多速率传输。例如，在具有静寂抑制(silence suppression)类型应用的因特网语音(Voice over IP，VoIP)中，将具有20毫秒休眠周期长度的第一SCID1应用于在主动对话期间(正常模式)的休眠周期1与休眠周期2；将具有160毫秒休眠周期长度的第二SCID2应用于在静寂期间(静寂抑制模式)的休眠周期3与休眠周期4。对于第一SCID1，将20毫秒的较短休眠周期长度应用于移动台52以处理在主动对话期间具有较短到达时间间隔的数据包。此外，每一监听窗口可调整为具有相对较长的监听窗口长度，以令移动台接收更多的输入数据包。另一方面，对于第二SCID2，将160毫秒的较长休眠周期长度应用于静寂期间，以及每一监听窗口可调整为相对较短的监听窗口长度，以用于接收静寂插入描述符(Silence InsertionDescriptor，SID)。
图12显示的是在移动台52及其服务基站53之间的具有静寂抑制的VoIP业务休眠模式操作的一个实施例。在图12所示的例子中，在移动台52与基站53之间建立静寂抑制功能的VoIP多速率业务。在初始时，移动台52在主动对话期间(正常模式)进入具有第一SCID1的休眠模式操作。当移动台52侦测到静寂状态时，移动台52发送上行(uplink)指示消息给其服务基站53，指示将要应用第二SCID2于静寂期间(静寂抑制模式)。之后，当移动台52侦测到对话时，移动台52发送另一上行指示消息给其服务基站53，指示移动台52将切换回具有第一SCID1的休眠模式操作。因此，在当前业务流的状态改变时，移动台52在第一SCID1与第二SCID2之间交替变化。
在不同的SCID之间进行切换可通过隐含方式或者外显方式实现。隐性地，若业务特性以及服务质量(Quality of Service，QoS)参数改变，那么SCID可相应改变。在一个例子当中，移动台或其服务基站可通过在多个连续的监听窗口中接收任何语音包来侦测业务特性的改变。在另一个例子中，移动台或其服务基站发送信号以指示业务特性或QoS参数的改变，而休眠周期参数的改变则通过接收该信号而显性地完成。SCID参数应当与特定QoS参数保持一致地应用，如首选许可(Primary Grant)与轮询间隔(Polling Interval)以及首选许可大小(Primary Grant Size)。显性地，MAC管理消息可由移动台或其服务基站利用以指示SCID的改变。
上述实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何普通技术人员可轻易完成的改变或均等性安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求书为准。

Claims (22)

1.一种建立休眠模式操作的方法，其中所述休眠模式操作建立在无线通信系统中的移动台与服务基站之间，所述休眠模式包含多个休眠周期，所述方法包含：
确定在所述移动台与所述服务基站之间的数据传输流的预定义的业务特性；以及
基于所确定的所述业务特性，将一组或多组休眠周期参数应用至每一休眠周期，其中每一休眠周期包含休眠窗口与监听窗口，以及其中每一组休眠周期参数包含休眠周期长度与监听窗口长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务特性为实时业务，并且其中每一休眠周期具有固定休眠周期长度并且带有可调整的监听窗口长度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每一监听窗口配置为具有预设监听窗口长度，进一步包含：
当MAC标头或MAC管理消息指示突发数据包的数据包结尾时，修改所述预设监听窗口长度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据MAC标头或MAC管理消息的指示，延长或终止所述监听窗口中的一个。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述业务特性为实时业务与非实时业务的混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务特性为非实时业务，其中所述休眠模式以原初始休眠周期长度开始，以及其中，当业务指示消息指示没有数据业务时，每一休眠周期长度以指数增长，直至达到最终休眠周期长度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每一监听窗口的长度固定，以接收所述业务指示消息。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每一监听窗口长度动态调整，以用于接收长度可变的数据传输。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述业务指示消息指示正的数据业务时，重新确定新初始休眠周期长度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述新初始休眠周期长度等于所述原初始休眠周期长度与休眠偏移相加。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述休眠偏移基于平均数据传输流到达时间。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述新初始休眠周期长度等于前一休眠周期长度的分数值。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务特性为多速率业务，其中第一组休眠周期参数应用于第一业务速率，而其中第二组休眠周期参数应用于第二业务速率。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述多速率业务为具有主动对话期间以及静寂期间的IP语音，以及其中所述第一组休眠周期参数包含较短的休眠周期长度以用于主动对话期间，而其中所述第二组休眠周期参数包含较长的休眠周期长度以用于静寂期间。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，每一休眠周期与一个休眠周期代码相关，所述休眠周期代码具有一组休眠周期参数，以及其中不同的休眠周期代码分配给多速率业务的不同业务速率。
16.一种移动台，应用于无线通信系统中，包含：
收发机，通过数据传输流与基站进行通信，所述数据传输流具有预定义的业务特性；以及
休眠模式操作模块，基于所述业务特性，与所述基站协商一组或多组休眠周期参数以用于建立休眠模式操作，所述休眠模式包含多个休眠周期，其中每一休眠周期包含休眠窗口与监听窗口，而其中每一组休眠周期参数包含休眠周期长度与监听窗口长度。
17.根据权利要求16所述的移动台，其特征在于，所述业务特性为实时业务，并且其中每一休眠周期具有固定休眠周期长度并且带有可调整的监听窗口长度。
18.根据权利要求17所述的移动台，其特征在于，所述业务特性为实时业务与非实时业务的混合。
19.根据权利要求16所述的移动台，其特征在于，所述业务特性为非实时业务，其中所述休眠模式以原初始休眠周期长度开始，以及其中，当指示消息指示没有数据业务时，每一休眠周期长度以指数增长，直至达到最终休眠周期长度。
20.根据权利要求19所述的移动台，其特征在于，每一监听窗口的长度固定，以接收所述指示消息；或者该监听窗口长度可动态调整，以接收可变长度的数据传输。
21.根据权利要求19所述的移动台，其特征在于，当所述业务指示消息指示正的数据业务时，重新确定新初始休眠周期长度。
22.根据权利要求16所述的移动台，其特征在于，所述业务特性为多速率业务，其中第一组休眠周期参数应用于第一业务速率，而其中第二组休眠周期参数应用于第二业务速率。
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