CN102984787A - 用于执行测距的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于执行用于机器对机器（M2M）通信的专用测距的方法和设备。M2M装置从基站接收指示专用测距信道分配的寻呼消息。专用测距信道分配在专用测距分配定时器内是有效的。

Description

用于执行测距的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信，并且更具体地，涉及一种用于执行机器对机器（M2M）通信的测距的方法和装置。

背景技术

机器对机器（M2M）通信是一种包括不需要人交互的一个或多个实体的数据通信。M2M通信也可以被称为机器类型通信（MTC）。即，M2M通信涉及基于由不是由人直接地操作的机器装置使用的现有无线通信网络的通信的概念。在M2M通信中使用的机器装置可以被称为M2M装置。存在各种M2M装置，诸如自动售卖机、在水坝测量水位的机器等。

M2M装置具有与通常由人操作的装置的特征不同的特征。因此，对于M2M通信优化的服务可能与对于人与人的通信优化的服务不同。与传统的移动网络通信服务相比，M2M通信可以被表征为不同的市场情况、数据通信、较少的成本和努力、潜在的大量M2M装置、宽的服务区域、对于每一个M2M装置的低业务量等。

测距是用于初始化或者保持上行链路同步的程序。存在两种类型的测距：初始测距和周期性测距。在下行链路同步之后，移动站尝试执行与基站的初始测距。如果测距程序成功地完成，则移动站与基站上行链路同步。周期性测距是保持正确的移动站的上行链路传输参数的过程。

测距通常是基于竞争的测距，其中移动站之间出现冲突。例如，假定两个移动站经由相同的测距信道发射相同的测距码。基站不能够接收所有的测距码或者仅能够接收一个测距码。这意味着在随机回退之后，一个或者多个移动站站重新发射另一测距码。当移动站同时执行测距时冲突可能出现。

为了减少基于竞争的测距中的冲突的可能性，已经提出专用测距信道的分配。

然而，需要考虑M2M通信特征来使用专用测距信道执行测距。

发明内容

本发明提供了一种用于执行用于机器对机器（M2M）通信的测距的方法和装置。

在一个方面中，提供了一种用于执行用于机器对机器（M2M）通信的专用测距的方法。该方法包括：通过M2M装置进入空闲模式；在空闲模式下通过M2M装置从基站接收指示专用测距信道分配的寻呼消息，该寻呼消息包括专用测距信道信息和专用信道分配定时器；以及根据专用测距信道信息通过M2M装置将测距码发射到基站。专用测距信道信息在由专用信道分配定时器指示的持续时间内是有效的。

在另一方面中，提供一种配置为用于执行用于M2M通信的专用测距的机器对机器（M2M）装置。M2M装置包括：射频单元，该射频单元用于接收并且发射无线电信号；和处理器，该处理器与射频单元可操作地耦合，并且被配置为：进入空闲模式；从基站接收指示专用测距信道分配的寻呼消息，该寻呼消息包括专用测距信道信息和专用信道分配定时器；并且根据专用测距信道信息指令射频单元将测距码发射到基站。专用测距信道信息在由专用信道分配定时器指示的持续时间内是有效的。

附图说明

图1示出M2M（机器对机器）通信的示例。

图2示出IEEE 802.16m系统的示例性帧结构。

图3示出在IEEE 802.16m中的操作转换图。

图4是示出用于在IEEE 802.16m中的初始测距的过程的流程图。

图5是示出根据本发明的实施例的用于执行测距的方法的流程图。

图6示出实现本发明的实施例的无线通信系统的框图。

具体实施方式

图1示出M2M（机器对机器）通信的示例。

M2M通信也被称为机器类型通信（MTC），并且涉及在没有人交互的情况下经由基站（BS）15在M2M装置11和12之间的信息交换和经由BS在M2M装置11和M2M服务器18之间的信息交换。

M2M服务器18是用于与M2M装置11通信的实体。M2M服务器执行M2M应用，并且向M2M装置11提供M2M特定的服务。

M2M装置11是用于提供M2M通信的无线装置，并且可以是固定或移动的。M2M装置也被称为MTC装置。

使用M2M通信提供的服务可以与要求人干预的传统通信服务相区别，并且其服务范围是各种各样的，诸如跟踪、计量、支付、医疗领域服务、远程控制等。

M2M特征的各个服务要求的代表性示例可以如下。

1）时间控制特征：这是M2M装置仅在预先限定的特定持续时间中发射或接收数据的情况。因此，能够避免在该预先限定的特定持续时间之外执行不必要的信令。

2）时间容许特征：这是M2M装置能够延迟数据递送的情况。如果网络负荷大于预定的负荷阈值，则网络运营商能够限制M2M装置的网络接入或向另一个MTC装置的数据传输，并且能够动态地限制在特定区域中能够由MTC装置递送的数据量。

3）离线指示特征：这是当在M2M装置和网络之间不再可能进行信令时在适当的时间向M2M装置请求通知的情况。

4）PAM（优先级警告消息）特征：这是在出现盗窃、故意破坏或要求立即关注的紧急情况时，M2M装置优先地将此报告给网络的情况。

考虑在一个小区（或BS）中部署成百上千的M2M装置。因此，难以通过仅使用现有的用户设备标识符来识别M2M装置，并且因此考虑下面的标识符。

站标识符（STID）：STID用于在BS的域中识别M2M装置。BS可以向多个M2M装置指配同一STID。

M2M组标识符（MGID）：MGID是12比特值，其唯一地识别由在M2M组区内的一组M2M装置共享的下行链路多播服务流。M2M组区是包括一个或多个BS的逻辑区。M2M组区由M2M组区ID（M2MGROUP ZONE ID）识别。可以在动态服务添加（DSA）程序期间指配MGID。即使在空闲状态下，M2M也可以保留所指配的MGID，除非M2M装置从网络退出或网络明确地删除与该MGID相关联的服务流。

现在，将参考在2010年11月24日出版的IEEE（电气和电子工程师协会）P802.16m/D10“Part 16:Air Interface for Broadband WirelessAccess Systems:Advanced Air Interface”，来描述在基于IEEE 802.16m的系统中的空闲模式操作。然而，本发明应用到的无线通信系统不限于基于IEEE 802.16m的系统。因此，本发明也适用于诸如3GPP（第三代合作伙伴计划）LTE（长期演进）等的各种无线通信系统。

图2示出IEEE 802.16m系统的示例性帧结构。

超帧（SF）包括超帧头（SFH）和四个帧F0、F1、F2和F3。在SF中每一个帧可以具有相同的长度。SF的大小是20ms，并且每一个帧的大小是5ms。

帧包括多个子帧SF0、SF1、SF2、SF3、SF4、SF5、SF6和SF7。子帧能够用于上行链路传输或下行链路传输。子帧包括在时域中的多个正交频分复用（OFDM）符号。OFDM符号用于表达一个符号时间段，并且在多址接入方案或术语中没有限制。

子帧包括6个OFDM符号。这仅是为了示例性的目的。子帧可以包括5、7或9个OFDM符号，并且本发明不限于此。

可以根据在子帧中包括的OFDM符号的数量来限定子帧类型。例如，能够限定使得类型1子帧包括6个OFDMA符号，类型2子帧包括7个ODFMA符号，类型3子帧包括5个OFDMA符号，并且类型4子帧包括9个OFDMA符号。

能够将时分双工（TDD）方案或频分双工（FDD）方案应用到帧。在TDD帧中包括的子帧可以被划分为上行链路子帧和下行链路子帧。

SF的大小、在SF中包括的帧的数量、在帧中包括的子帧的数量和在子帧中包括的OFDM符号的数量可以改变，并且本发明不限于此。

SFH可以承载必要的系统参数和系统配置信息。可以在SF中包括的第一子帧的最后5个OFDM符号中发射SFH。

物理资源单元（PRU）是基本资源指配单元，并且在同一子帧中的连续OFDM符号中包括18个子载波。

在IEEE 802.16系统中，高级MAP（A-MAP）承载服务控制信息。非用户特定A-MAP承载不限于特定用户或特定用户组的信息。混和自动重传请求（HARQ）反馈A-MAP承载关于上行链路数据传输的HARQACK/NACK信息。功率控制A-MAP承载用于移动台（MS）的功率控制命令。

指配A-MAP承载资源指配信息。指配A-MAP包括多种类型的A-MAP，诸如下行链路（DL）基本指配A-MAP、上行链路（UL）基本指配A-MAP、码分多址（CDMA）分配A-MAP等。

CDMA分配A-MAP包括基于带宽请求的UL资源指配或基于测距请求的UL资源指配。

所有的A-MAP共享被称为A-MAP区域的物理资源区域。A-MAP区域存在于每一个DL子帧中。

A-MAP是用于在基于IEEE 802.16的系统中在BS和MS之间的通信的控制信息的一个实例。A-MAP能够根据无线通信系统而被不同地称为例如控制信息、控制信道、资源指配信息等等。

图3示出在IEEE 802.16m中的操作转换图。

在初始化状态下，移动台（MS）通过接收同步和系统配置来执行小区选择。

在接入状态下，MS执行网络进入。网络进入是包括测距、基本能力协商和相对于BS的鉴权的过程。

在连接状态下，MS在休眠模式、活动模式(active mode)和扫描模式中的任何一个中操作。在连接状态期间，MS保持在连接状态期间建立的连接。在活动模式下的MS能够总是发射或接收调度的数据。在休眠模式下，将无线电帧划分为休眠窗口和监听窗口。在休眠模式下的MS可以在监听窗口期间从BS接收数据。在扫描模式下的MS执行由BS指令的测量。

在空闲状态下，MS可以在空闲模式下操作。空闲模式包括寻呼监听间隔和寻呼不可用间隔。BS在寻呼不可用间隔中不发射任何DL业务（例如，寻呼消息等）。在寻呼不可用间隔期间，MS可以节电（powerdown）、扫描相邻的ABS、选择优选的BS、进行测距，或者执行MS将不会对此对于DL业务保证到任何BS的可用性的其它活动。MS可以基于寻呼周期(Paging Cycle)和寻呼偏移得到寻呼监听间隔的开始。一个寻呼周期包括寻呼监听间隔和寻呼不可用间隔。寻呼偏移可以用于确定在寻呼周期内的、寻呼监听间隔从其开始的超帧。

测距是用于初始化或者保持UL同步的程序。测距是获取正确的时序偏移、频率偏移、以及功率调整而使得MS的传输与BS对准，并且在适当的接收阈值内将其接收的过程。存在两种类型的测距：初始测距和周期性测距。在DL同步之后，MS尝试执行与BS的初始测距。如果测距程序成功地完成，则MS与BS UL同步。周期性测距是保持正确的MS的UL传输参数的过程。

图4是示出用于在IEEE 802.16m中的初始测距的过程的流程图。

在步骤S410中，在获取DL同步和UL传输参数之后，MS选择一个测距码和一个测距信道，并且在所选择的测距信道将所选择的测距码发射到BS。MS可以使用随机回退从所有可用的测距信道中选择测距信道。

在步骤S420中，BS响应于测距码发射测距应答（RNG-ACK）消息。

在步骤S430中，在接收RNG-ACK中的“成功”状态通知时，MS接收UL BW分配（即，CDMA分配A-MAP）。如果MS还没有接收到用于UL BW分配的CDMA分配，则MS可以重启初始化测距程序。

在步骤S440中，当接收UL BW分配时，MS发送测距请求（RNG-REQ）消息。

在步骤S450中，BS响应于RNG-REQ消息发送测距响应（RNG-RSP）消息。

在空闲模式下，MS可以发射用于网络重入（network re-entry）的测距码。MS从多个码集合中随机地选择该测距码，并且这被称为基于竞争的测距。

在M2M通信中，在一个BS域中可能存在成千上万的M2M装置。因为M2M装置的数目非常大，所以在基于竞争的测距中的冲突的可能性可能显著地增加。

低的电池消耗是M2M装置的主要设计因素之一。由于冲突的重复测距可能降低电池效率。

因此，为了减少在基于竞争的测距中的冲突的可能性，已经提出用于M2M装置的专用测距信道分配（即，测距机会）。在执行测距之前指配专用于M2M装置的测距信道。M2M装置通过使用专用测距信道发射测距码。此专用测距信道分配能够降低冲突的可能性。

然而，当前讨论的专用测距信道分配没有考虑空闲模式的操作。

本发明提出如何在空闲模式下将专用测距信道分配给M2M装置。

本发明也提出当将多个专用测距信道分配给M2M装置时，M2M装置如何处理专用测距信道。

存在能够指配给在空闲模式下的M2M装置的两种类型的ID。

（1）固定M2M注销ID（FMDID）：FMDID是16比特的值，其在BS的域中唯一地识别M2M装置。FMDID在空闲模式进入期间由BS指配给M2M装置，并且在网络重入期间释放。

（2）注销标识符（DID）：DID是18比特值，其用于在寻呼组ID、寻呼周期和寻呼偏移的集合内标识空闲模式下的装置。网络可以在空闲模式启动期间向每一个装置指配DID。

因此能够说FMDID用于在BS的域中识别M2M装置，并且DID用于在寻呼组或者寻呼控制器的域中识别M2M装置。

图5是示出根据本发明的实施例的用于执行测距的方法的流程图。

在步骤S510，M2M装置从BS接收基本专用测距信道分配。基本专用测距信道分配可以包括在系统配置描述符（SCD）消息中。

可以以周期性的间隔通过BS广播SCD消息来定义系统配置。无论何时更改此消息的内容，SCD消息中的配置改变计数（ConfigurationChange Count）可以以16为模增加1。

表1示出SCD消息的示例性格式。

基本专用测距信道分配包括当将M2M测距指示符设置为0b01时由SCD消息分配的专用测距信道信息（即，测距机会和/或M2M周期性）。

在步骤S520中，M2M装置进入空闲模式。能够在M2M装置的请求下或者在来自于BS的命令下而执行进入空闲模式。

例如，为了使M2M装置进入空闲模式，在步骤S511中，M2M装置可以向BS发送用于请求进入空闲模式的注销-请求（DREG-REG）消息。在步骤S512中，M2M装置可以从BS接收用于指令空闲模式开始的注销-响应（DREG-RSP）消息。

替代地，BS可以发射注销-命令（DREG-CMD）消息，以允许M2M装置进入空闲模式。

在步骤S530中，M2M装置从BS接收寻呼消息。寻呼消息可以是寻呼广告（PAG-ADV）消息。

PAG-ADV消息可以指示专用测距信道分配，其中PAG-ADV消息包括专用测距信道信息。

PAG-ADV消息可以是组寻呼消息和/或独立的寻呼消息。组寻呼消息包括MGID并且独立的寻呼消息包括DID和/或FMDID。

表2示出PAG-ADV消息的示例性格式。

<表2>

专用信道分配定时器（Dedicated Channel Allocation Timer）可以用于定义在PAG-ADV消息中的专用测距信道分配的有效性。被分配的专用测距信道在专用信道分配定时器内可以是有效的。

在空闲模式下可以将两个专用测距信道分配给M2M装置。当专用信道分配定时器正在运行时，PAG-ADV消息中的专用测距信道分配是有效的，但是基本专用测距信道分配不是有效的。如果专用信道分配定时器期满，则基本专用测距信道分配可以是有效的。

如果通过PAG-ADV消息分配的专用测距信道分配不同于经由SCD消息分配的基本专用测距信道分配，则可以将专用信道分配定时器包括在PAG-ADV消息中。

在步骤S540中，M2M装置根据在专用信道分配定时器内的专用测距信道分配选择一个测距码并且发射所选择的测距码。

BS能够经由SCD消息和/或寻呼消息将多个专用测距信道指配给M2M装置。M2M装置能够基于专用信道分配定时器选择多个专用测距信道中的一个。

使用在基于竞争的测距中的专用测距信道，能够减少冲突的可能性并且能够减少由于测距的电池消耗。

在上面的表格中，字段名称、大小和字段值仅用于示例性的目的，并且因此可以容易地被本领域普通技术人员修改为其他名称和其他值。并非全部在表格中提出的字段都是必要的，因此可以省略或添加特定的字段。

图6是示出要实现本发明的实施例的无线通信系统的框图。

M2M装置50包括处理器51、存储器52和射频（RF）单元53。存储器52连接到处理器51，并且被配置为存储用于处理器51的操作的各种信息。RF单元53连接到处理器51，并且被配置为发送和/或接收无线电信号。处理器51实现所提出的功能、处理和/或方法。在图5的所描述的实施例中，可以通过处理器51来实现M2M装置的操作。处理器51可以接收专用测距信道分配并且使用该专用测距信道分配执行测距。

BS 60包括处理器61、存储器62和RF单元63。存储器62连接到处理器61，并且被配置为存储用于处理器61的操作的各种信息。RF单元63连接到处理器61，并且被配置为发送和/或接收无线电信号。处理器61实现所提出的功能、处理和/或方法。在图5的所描述的实施例中，可以通过处理器61来实现BS的操作。处理器61可以发送SCD消息和寻呼消息以分配专用测距信道。

处理器可以包括专用集成电路（ASIC）、其他芯片组、逻辑电路和/或数据处理器。存储器可以包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存存储器、存储卡、储存介质和/或其他储存装置。RF单元可以包括用于处理无线电信号的基带电路。当以软件来实现上述实施例时，可以使用执行上面的功能的模块（过程或函数）来实现上述方案。模块可以存储在存储器中并且由处理器执行。存储器可以内部或外部地设置到处理器，并且使用多种众所周知的方式连接到处理器。

在上面的示例性系统中，虽然已经基于使用一系列步骤或块的流程图描述了方法，但是本发明不限于该步骤的顺序，并且可以将步骤中的一些以与剩余的步骤不同的顺序执行或可以与剩余的步骤同时地执行。此外，本领域技术人员将会理解，在流程图中所示的步骤不是排他的，并且可以在不影响本发明的范围的情况下包括其他步骤，或者可以删除流程图的一个或多个步骤。

Claims (14)

1.一种用于执行机器对机器（M2M）通信的测距的方法，包括：

通过M2M装置进入空闲模式；

在所述空闲模式下通过所述M2M装置从基站接收指示专用测距信道分配的寻呼消息，所述寻呼消息包括专用测距信道信息和专用信道分配定时器；以及

根据所述专用测距信道信息通过所述M2M装置将测距码发射到所述基站，

其中所述专用测距信道信息在由所述专用信道分配定时器指示的持续时间内是有效的。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过所述M2M装置从基站接收系统配置描述符消息，所述系统配置描述符消息包括基本专用测距信道信息，

其中除了所述基本专用测距信道信息之外，还分配所述专用测距信道信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述专用测距信道信息包括测距机会和M2M周期性，所述测距机会指示能够发射所述测距码的至少一个子帧，所述M2M周期性指示用于执行专用于所述M2M装置的测距的周期性。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述专用测距信道信息不同于所述基本专用测距信道信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述专用测距信道信息不同于所述基本专用测距信道信息时，将所述专用信道分配定时器包括在所述寻呼消息中。

6.根据权利要求2所述的方法，其中通过所述基站周期性地广播所述系统配置描述符消息。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述寻呼消息进一步包括M2M组标识符，所述M2M组标识符识别所述M2M装置所属的M2M组。

8.一种配置为用于执行M2M通信的测距的机器对机器（M2M）装置，包括：

射频单元，所述射频单元用于接收并且发射无线电信号；和

处理器，所述处理器与所述射频单元可操作地耦合，并且被配置为：

进入空闲模式；

从基站接收指示专用测距信道分配的寻呼消息，所述寻呼消息包括专用测距信道信息和专用信道分配定时器；并且

根据所述专用测距信道信息指令所述射频单元将所述测距码发射到所述基站，

其中所述专用测距信道信息在由所述专用信道分配定时器指示的持续时间内是有效的。

9.根据权利要求8所述的M2M装置，其中所述处理器被配置成从基站接收系统配置描述符消息，所述系统配置描述符消息包括基本专用测距信道信息，并且

其中除了所述基本专用测距信道信息之外，还分配所述专用测距信道信息。

10.根据权利要求9所述的M2M装置，其中所述专用测距信道信息包括测距机会和M2M周期性，所述测距机会指示能够发射所述测距码的至少一个子帧，所述M2M周期性指示用于执行专用于所述M2M装置的测距的周期性。

11.根据权利要求9所述的M2M装置，其中所述专用测距信道信息不同于所述基本专用测距信道信息。

12.根据权利要求11所述的M2M装置，其中当所述专用测距信道信息不同于所述基本专用测距信道信息时，将所述专用信道分配定时器包括在所述寻呼消息中。

13.根据权利要求8所述的M2M装置，其中通过所述基站周期性地广播所述系统配置描述符消息。

14.根据权利要求7所述的M2M装置，其中所述寻呼消息进一步包括M2M组标识符，所述M2M组标识符识别所述M2M装置所属的M2M组。

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