CN103179676B - 用于增强接入试探的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于增强接入程序的方法和无线通信装置。所述用于增强接入程序的无线通信装置包含收发器模块和通信协议模块。所述收发器模块执行到达网络的无线发射并从网络进行无线接收。所述通信协议模块将接入信道划分成多个窄带频分复用（FDM）信道，将多个反向链路FDM接入信道（R-FACH）分成多个R-FACH组，确定网络中的基站是否支持接入试探。如果支持，那么所述基站加入到至少一个R-FACH组中。所述无线通信装置在每个接入程序期间在所述至少一个反向链路频分复用接入信道组中发送所述接入试探。
Description
技术领域
本发明大体涉及用于无线通信的装置和方法，更确切而言，涉及用于增强接入程序的物联网装置和方法。
背景技术
物联网（Machine to Machine；M2）通信的定义为，用户站（或无线通信装置）与核心网络的服务器之间或仅仅是用户站之间的信息交换，该种通信无需任何人机交互便可以完成。由于M2M通信技术具有潜力，因此正针对无线接入网络来开发用于促进实现M2M通信的方法，所述无线接入网络为，例如，全球移动通信系统/通用分组无线业务（Global System for MobileCommunication/General Packet Radio Service；GSM/GPRS）、通用移动通讯系统（Universal Mobile Telecommunication System；UMTS）、1x码分多址2000（1x Code Division Multiple Access2000；1x CDMA2000）系统、1x高速率分组数据（1x High Rate Packet Data；1xHRPD）系统以及长期演进（Long TermEvolution；LTE）系统等。
然而，大多数M2M终端所使用的用于发射数据业务的接入信道是同一服务区域中所有M2M终端的共享公用信道。此外，由于大多数M2M通信是由模块驱动的，因此当模块渗透（module penetration）增大时，接入维度限制（access dimension limit）可能导致接入冲突。由于接入冲突，反向链路（reverse link；RL）热噪声增加量（rise over thermal；RoT）会增大并且报告/控制延迟会增长，而RL容量和模块电池寿命会减少。因此，需要这样一种接入试探，其在M2M终端增加时最小化现有服务所受的影响，并且需要提高M2M终端的接入成功率。另一方面，挑战还包括来自M2M终端的RoT贡献、当前RL信道的可能的维度限制以及其他相关问题，例如，宏分集和检测复杂度难题、网络失衡以及载荷和吞吐量难题。额外的考虑还可以包含实施方案、网络定位以及延长终端电池寿命。
发明内容
下文详细描述附图的若干示例性实施例，以进一步详细描述本发明。
本发明提供了一种通过无线通信装置来增强接入程序的方法，所述无线通信装置包含用于无线发射和接收的收发器模块。所述用于增强接入程序的方法包含以下步骤。通过网络从基站接收寻呼消息。经由收发器模块将至少一个接入试探发射到网络。此外，根据终止标准来终止所述至少一个接入试探中剩余的接入试探有效载荷的发射，其中发射接入试探所使用的发射功率低于第一阈值，并且发射接入试探所用的数据速率低于第二阈值。
本发明还提供了一种用于增强接入程序的无线通信装置，所述无线通信装置包含收发器模块和通信协议模块。所述收发器模块执行到达网络的无线发射并从网络进行无线接收。所述通信协议模块经由收发器模块并通过网络从基站接收寻呼消息，经由收发器模块将至少一个接入试探发射到网络，并根据终止标准来终止所述至少一个接入试探中剩余的接入试探有效载荷的发射。此外，发射接入试探所使用的发射功率低于第一阈值，并且发射接入试探所用的数据速率低于第二阈值。
本发明进一步提供了一种通过无线通信装置来增强接入程序的方法，所述无线通信装置包含用于无线发射和接收的收发器模块。所述用于增强接入程序的方法包含以下步骤。将接入信道划分成多个窄带频分复用（frequencydivision multiplexing；FDM）信道。将多个反向链路FDM接入信道（reverselink FDM access channel；R-FACH）分成多个R-FACH组。确定网络中的基站是否支持接入试探，如果支持，那么所述基站加入到至少一个R-FACH组中。在每个接入程序期间在所选择R-FACH中发送接入试探。
本发明进一步提供了一种用于增强接入程序的无线通信装置，所述无线通信装置包含收发器模块和通信协议模块。所述收发器模块执行到达网络的无线发射并从网络进行无线接收。所述通信协议模块将接入信道划分成多个窄带频分复用（FDM）信道，将多个反向链路FDM接入信道（R-FACH）分成多个R-FACH组，确定网络中的基站是否支持接入试探。如果支持，那么所述基站加入到至少一个R-FACH组中。无线通信装置在每个接入程序期间在所选择R-FACH中发送接入试探。
总的来说，本发明的实施例论述了用于增强接入程序的无线通信装置和方法，所述装置和方法能实现这样一种接入试探，其在M2M终端增加时最小化现有服务所受的影响，并且所述装置和方法能提高M2M终端的接入成功率。通过采用本发明所提出的装置和方法，可以减轻（例如）以下问题：来自M2M终端的RoT贡献、当前RL信道的可能的维度限制以及其他相关问题，例如，宏分集和检测复杂度难题、网络失衡以及载荷和吞吐量难题。本发明所提出的装置和方法还可以增强网络定位并增长终端电池寿命。
附图说明
将附图包含在内是为了进一步理解本发明，这些附图被并入本说明书中并且构成了本说明书的一部分。附图所示为示例性实施例，并且与描述一起解释本发明的原理。
图1是图示了无线通信装置的传统接入程序的示意图。
图2是对根据本发明的一个实施例的无线通信系统进行图示的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的接入试探结构的示意图，所述接入试探结构由图2所描绘的无线通信装置来发射。
图4是根据本发明一个实施例的用于增强接入程序的方法的流程图。
图5是根据本发明另一个实施例的用于增强接入程序的方法的流程图。
图6是根据本发明一个实施例的用于增强接入程序的无线通信系统的示意图。
图7是根据本发明一个实施例的用于增强接入程序的方法的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图来更加全面地描述本发明的一些实施例，附图中示出了本申请案的一些实施例，但非所有实施例。实际上，本申请案的各个实施例可以按照许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文所提出的实施例；实际上，这些实施例的提供使得本发明满足适用的法律要求。通篇中，相同参考标号指代相同元件。
在本发明中，提出了使用接入试探的接入程序增强方法和无线通信装置，所述方法和装置能最小化现有服务所受的影响、实现提前终止和宏分集以及减轻维度限制问题。
通篇中，无线通信装置可以指代用户设备（user equipment；UE）、移动台、高级移动台、无线终端通信装置、M2M装置等等。无线通信装置可以是（例如）数字电视、数字机顶盒、个人计算机、笔记本PC、平板PC、上网本PC、移动电话、智能手机、水表、气体流量计、电度表、紧急报警装置、传感装置、摄像机等等。此外，基站（base station；BS）可以指代节点B、增强型节点B（enhanced node B；eNB）等等。
图1是图示了无线通信装置的传统接入程序的示意图。参考图1，两个分开的无线通信装置，例如，移动设备，使用初始发射功率PE来发射现有服务的两个接入试探100和100S，并且时间段tg表示，例如，1x网络现有服务的两个接入试探(access probe)100与100S之间的接入间隙。通常来说，无线通信装置使用相对较强的发射功率PM来发射M2M接入试探110和110M，以避免接入冲突。M2M接入试探110和110M是使用相对较强的发射功率PM来发射的，希望这能使接入试探110和110M足够短暂，从而能在接入间隙tg内到达基站。然而，由于接入信道的维度限制会导致接入试探在时间上的重叠，并且例如，在使用纯ALOHA协议时，M2M装置之间缺少接入定时信息会产生干扰，例如，在使用纯ALOHA协议时，或者难以实施在接入间隙tg内到达的极短暂接入试探，因此接入试探100与110以及接入试探100S与110M之间可能发生冲突，如图1中所示。尽管现有服务的接入试探与未来M2M试探的重叠不总是产生冲突，但是当已重叠M2M接入试探110和110M的发射到基站的发射功率PM相对较强时，由于时间相对较短，能量在时间上相对集中，所以一旦时间上重叠，则更有可能发生冲突。
因此，本发明的实施例对M2M试探提出了码分复用（code divisionmultiplexing；CDM）和频分复用（FDM）相结合的二维机制以增强接入信道，从而克服现有技术的维度限制，以便减轻接入冲突并获得其他益处。在CDM方法中，可以增大每个接入试探前导的扩频增益，并且，通过减小接入试探的发射功率，可以减小每个接入试探有效载荷的数据速率。另一方面，在FDM方法中，可以使用FDM或正交频分多址（Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access；OFDMA）子信道，并且可以增大处理增益。
图2是对根据本发明的一个实施例的无线通信系统进行图示的示意图。参考图2，无线通信系统200可以包含无线通信装置210、网络220以及基站230-232。无线通信装置210包含收发器模块211和通信协议模块212。例如，收发器模块212能够执行到达网络220的无线发射以及从网络220进行无线接收，从而与基站230-232通信。基站230-232可以属于网络220的不同区段，或者基站230-232可以属于同一区段。
具体而言，收发器模块211可以包含基带单元（未示出）和射频（radiofrequency；RF）单元（未示出）。所述基带单元可以含有多个硬件装置以执行基带信号处理，所述处理包含模数转换（analog to digital conversion；ADC）/数模转换（digital to analog conversion；DAC）、增益调节、调制/解调、编码/解码等等。RF单元可以接收RF无线信号，将所接收RF无线信号转换成基带信号，基带单元对所述基带信号进行处理；或者，从基带单元接收基带信号，并将所接收基带信号转换成RF无线信号，随后发射所述RF无线信号。RF单元还可以含有多个硬件装置以执行射频转换。例如，RF单元可以包含混频器以使基带信号与载波相乘，所述载波以无线通信系统200的射频进行振荡，其中所述射频可以是GSM系统中使用的900兆赫、1800兆赫或1900兆赫，或者可以是WCDMA系统中使用的900兆赫、1900兆赫或2100兆赫，或者可以是其他频率，这取决于所使用的无线接入技术（radio accesstechnology；RAT）。此外，通信协议模块可以包含用于控制收发器模块211的其他功能组件，例如，用作MMI（人机界面）的显示单元和/或小键盘、对应用程序的程序代码或通信协议进行存储的存储单元等等。
更具体而言，通信协议模块212可以控制收发器模块211，以便执行接入到网络220和基站230-232的接入程序。通信协议模块212经由收发器模块211并通过网络220从基站230-232中的一者接收寻呼消息，并且随后经由收发器模块211将至少一个接入试探发射到网络220。
图3是根据本发明的一个实施例的接入试探结构的示意图，所述接入试探结构由图2所描绘的无线通信装置来发射。出于说明目的，在此实例中，通信协议模块212从基站230接收寻呼消息。如图3所示，接入试探320包括前导312、增强型接入报头314以及增强型接入数据316，其中，312、314和316的发射时间分别为可配置的或者固定的时间t0、t1和t2，而312、314和316的发射功率分别为P0、P1和P2。增强型接入报头314以及增强型接入数据316在反向导频信道318上传送。参考图2和图3，接入试探320在时间上可以足够长，通信协议模块212根据终止标准来终止至少一个接入试探320中剩余的接入试探有效载荷即增强型接入数据316的发射。发射接入试探320所使用的发射功率，例如，P0、P1和P2，低于第一阈值，并且发射接入试探320所用的数据速率低于第二阈值。根据本发明的一个实施例，终止标准的确定依据是，基站230是否已成功地对接入试探320进行解码，以及无线通信装置210是否已从基站230接收到确认。当基站230未成功地对接入试探320进行解码，或者无线通信装置210未从基站230接收到确认时，无线通信装置210继续发射接入试探320。因此，由于对发射功率P0、P1和P2的开环功率控制并不完善，并且存在干扰波动和信道时间分集，因此基站230可以在无线通信装置210完成发射之前检测出接入试探320并对接入试探320进行解码，从而实现接入试探320的提前终止。此外，因为接入试探320的持续时间可以是寻呼周期的倍数，所以提前终止对于接入试探320而言是有可能的。
参考图2和图3，根据本发明的另一个实施例，为了实现针对RL接入试探检测的宏分集或软切换，网络220的多个区段同时监测每个试探320。终止标准的确定依据为：网络220的至少一个区段是否已成功地检测出接入试探320，该检测用于将接入试探320的接入报头314和有效载荷数据即增强型接入数据316报告给服务基站230，以及通过该区段的寻呼信道发送确认；以及无线通信装置210是否已从受监测的前向链路寻呼信道（未示出）接收到确认。当没有区段成功地检测出接入试探320，或者无线通信装置210未从受监测的前向链路寻呼信道接收到确认时，无线通信装置210继续发射接入试探320。
根据本发明的一个实施例，第一阈值和第二阈值的确定依据为网络220中的现有服务的至少一个其他接入试探。例如，参考图1，接入试探320的发射功率和数据速率可以根据图1所示的接入试探100和/或100S的属性来确定，因此接入试探320可以填入接入间隙tg，而不会影响网络220中的现有服务的接入试探100和100S。例如，根据第一阈值和第二阈值的一个实例，图3中的接入试探320的数据速率小于9.6千比特/秒，例如，为2.4千比特/秒。接入试探320可以具有高处理增益，这意味着前导长度t0可以是标准化接入试探前导长度的倍数。发射功率P0-P2可以根据第一阈值来确定。接入试探320可以具有错误检测和向前纠错（forward error correction；FEC）机制，以及循环冗余校验（cyclic redundancy check；CRC）机制，例如，所述错误检测和向前纠错机制的低速率码R=1/4。此外，接入试探320的有效载荷持续时间t2可以是1.25毫秒的倍数，例如，80毫秒。例如，接入试探320的调制方案可以是正交相移键控（quadrature phase-shift keying；QPSK）。表1列出了示例性接入试探320的属性。
表1
上文描述了反向链路增强型接入信道（reverse link enhanced accesschannel；R-EACH），该信道适合于对现有服务产生最小影响的低功率接入试探，根据这些描述，可以获得通过无线通信装置来增强接入程序的方法，所述无线通信装置包含用于无线发射和接收的收发器模块。图4和图5是根据本发明实施例的用于增强接入程序的方法的流程图。参考图4，在步骤S410中，经由收发器模块并通过网络从基站接收寻呼消息。在步骤S420中，M2M装置经由收发器模块将至少一个接入试探发射到网络。在步骤S450中，根据终止标准来终止所述至少一个接入试探中剩余的接入试探有效载荷的发射。此外，发射接入试探所使用的发射功率低于第一阈值，并且发射接入试探所用的数据速率低于第二阈值。在一个实施例中，终止标准的确定依据是，基站是否已成功地对接入试探进行解码（步骤S430），以及M2M装置是否已从基站接收到确认（步骤S440）。当基站未成功地对接入试探进行解码，或者无线通信装置未从基站接收到确认时，进程返回到步骤S420，并且M2M装置继续发射接入试探。
参考图5，在步骤S510中，M2M装置经由收发器模块并通过网络从基站接收寻呼消息。在步骤S520中，M2M装置经由收发器模块将至少一个接入试探发射到网络。在步骤S560中，根据终止标准来终止所述至少一个接入试探中剩余的接入试探有效载荷的发射。在一个实施例中，终止标准的确定依据为：网络的至少一个区段是否已成功地检测出接入试探（步骤S530），该检测用于将接入试探的接入报头和有效载荷数据报告给服务基站，以及通过该区段的寻呼信道发送确认（S540）；以及M2M装置是否已从受监测的前向链路寻呼信道接收到确认（步骤S550）。当没有区段成功地检测出接入试探，或者无线通信装置未从受监测的前向链路寻呼信道接收到确认时，进程返回到步骤S520，并且无线通信装置继续发射接入试探。
在本发明的一些实施例中，可以减轻接入维度限制问题所引起的接入冲突，具体方式为，采用多信道多枢纽模型，并使用FDM或OFDMA正交频分多址（OFDMA）子信道且增大处理增益。下文将描述的网络接入机制结合上述图2到图5的系统和方法并基于多信道多枢纽模型，以实现高度宏分集、避免冲突、获得链路预算优势以及实现友好的RL定位。图6是根据本发明一个实施例的用于增强接入程序的无线通信系统的示意图。参考图6，装置群集631-634中所描绘的每个无线通信装置包括收发器模块和通信协议模块，所述收发器模块执行到达网络的无线发射并从网络进行无线接收。在当前实施例中，无线通信装置的通信协议模块可以将接入信道划分成多个窄带频分复用（FDM）信道。如图6所示，多个反向链路FDM接入信道（R-FACH A1-A3、R-FACH B1-B2以及R-FACH C1-C4）被分成多个反向链路频分复用接入信道组R-FACH组（R-FACH组A（620）、R-FACH组B（621）以及R-FACH组C（622））。此外，根据图6，确定网络中的基站（例如，区段1-3中的基站）是否支持接入试探。如果是，那么（区段1-3中的）所述基站加入到至少一个R-FACH组中。例如，如图6所示，在区段1中，尽管在一种替代网络规划中，基站610只可以加入到一个R-FACH组中或所有三个R-FACH组中，但是根据一种网络规划，基站610可以加入到R-FACH组A和C（反向链路频分复用接入信道组620和622）中，并且本发明并不限于此。在区段2中，基站611可以加入到R-FACH组A和B（反向链路频分复用接入信道组620和621）中，并且在区段3中，基站612可以加入到R-FACH组B和C（反向链路频分复用接入信道组621和622）中。装置群集631-634中的每个无线通信装置都会维护R-FACH组及其成员的本地表。此外，在每个接入程序期间，每个无线通信装置在所选择R-FACH中发送接入试探。
根据本发明的一些实施例，在所述基站加入到至少一个R-FACH组中之后，所述基站将所述基站具有成员资格的R-FACH组通知到无线通信装置，所述基站将所述基站的每个邻近基站都具有成员资格的R-FACH组通知到无线通信装置，并且当所述组的成员资格发生变化时，所述基站使无线通信装置更新。例如，基站610可以将基站610具有成员资格的R-FACH组通知到装置群集631-634中的无线通信装置。基站610可以进一步将基站610的每个邻近基站都具有成员资格的R-FACH组通知到装置群集631-634中的无线通信装置。此外，当所述组的成员资格发生变化时，基站610可以使装置群集631-634中的无线通信装置更新。
根据一个实施例，所述R-FACH组中的每一组是通过特有的伪噪声（pseudo noise；PN）长码掩码来识别的。例如，R-FACH组A（620）可以通过PN长码掩码A来识别，R-FACH组B（621）可以通过PN长码掩码B来识别，并且R-FACH组C（622）可以通过PN长码掩码C来识别，其中（例如）代码掩码A、B和C可以是不同的特有代码掩码。在另一个实施例中，当网络中的所述基站不支持接入试探时，所述基站以预定速率监测接入试探。在一个实施例中，不支持的基站监测接入试探所用的预定速率可以是1.2288兆赫。根据另一个实施例，每个R-FACH的带宽是6.4千赫的倍数。此外，每个接入信道中R-FACH的数目是可配置的。在一个实施例中，1.25兆赫CDMA信道的R-FACH的最大数目可以是192，以遵循1xHRPD数字学（numerology），但本发明并不限于此。
基于上文的描述，可以获得一种通过无线通信装置来增强接入程序的方法，所述无线通信装置包含用于无线发射和接收的收发器模块。图7是根据本发明一个实施例的用于增强接入程序的方法的流程图。在步骤S710中，将接入信道划分成多个窄带FDM信道。在步骤S720中，将多个R-FACH分成多个R-FACH组。在步骤S730中，确定基站是否支持接入试探。如果是，那么所述基站加入到至少一个R-FACH组中（步骤S750）。所述无线通信装置维护R-FACH组及其成员的本地表，并且在每个接入程序期间，所述无线通信装置在所选择R-FACH中发送接入试探（步骤S760）。如果所述基站不支持接入试探，那么所述基站以预定速率监测接入试探（步骤S740）。
鉴于前述内容，本发明的实施例论述了用于增强接入程序的无线通信装置和方法，所述装置和方法能实现这样一种接入试探，其在M2M终端增加时最小化现有服务所受的影响，并且所述装置和方法能提高M2M终端的接入成功率。通过采用本发明所提出的装置和方法，可以减轻（例如）以下问题：来自M2M终端的RoT贡献、当前RL信道的可能的维度限制以及其他相关问题，例如，宏分集和检测复杂度难题、网络失衡以及载荷和吞吐量难题。本发明所提出的装置和方法还可以增强网络定位并增长终端电池寿命。
本领域技术人员容易明白，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对所揭示实施例的结构做出各种修改和变化。鉴于前述内容，本发明应涵盖落入所附权利要求书及其等效物的范围内的本发明的所有修改以及变化。
Claims (10)
1.一种通过无线通信装置来增强接入程序的方法，所述无线通信装置包括用于无线发射和接收的收发器模块，所述方法包括：
将接入信道划分成多个窄带频分复用信道；
将多个反向链路频分复用接入信道分成多个反向链路频分复用接入信道组；
确定网络中的基站是否支持接入试探，如果支持，那么所述基站加入到至少一个反向链路频分复用接入信道组中；以及
在每个接入程序期间在所述至少一个反向链路频分复用接入信道组中发送所述接入试探。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
所述基站维护所述多个反向链路频分复用接入信道组及其成员的本地表；
所述基站将成员包括所述基站的所述至少一个反向链路频分复用接入信道组通知到所述无线通信装置；
所述基站将成员包括所述基站的邻近基站的各个反向链路频分复用接入信道组通知到所述无线通信装置；以及
当所述多个反向链路频分复用接入信道组的成员发生变化时，所述基站使所述无线通信装置更新。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个反向链路频分复用接入信道组中的每一组是通过特有的伪噪声长码掩码来识别的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述网络中的所述基站不支持所述接入试探时，所述基站以预定速率监测接入试探。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线通信装置是物联网装置。
6.一种用于增强接入程序的无线通信装置，包括：
收发器模块，其执行到达网络的无线发射并从网络进行无线接收；以及
通信协议模块，其将接入信道划分成多个窄带频分复用信道，将多个反向链路频分复用接入信道分成多个反向链路频分复用接入信道组，确定网络中的基站是否支持接入试探，如果支持，那么所述基站加入到至少一个反向链路频分复用接入信道组中，在每个接入程序期间在所述至少一个反向链路频分复用接入信道组中发送所述接入试探。
7.根据权利要求6所述无线通信装置，其特征在于，所述基站维护所述多个反向链路频分复用接入信道组及其成员的本地表，所述基站将成员包括所述基站的所述至少一个反向链路频分复用接入信道组通知到所述无线通信装置，所述基站将成员包括所述基站的邻近基站的各个反向链路频分复用接入信道组通知到所述无线通信装置，并且当所述多个反向链路频分复用接入信道组的成员发生变化时，所述基站使所述无线通信装置更新。
8.根据权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，所述多个反向链路频分复用接入信道组中的每一组是通过特有的伪噪声长码掩码来识别的。
9.根据权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，当所述网络中的所述基站不支持所述接入试探时，所述基站以预定速率监测接入试探。
10.根据权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置是物联网装置。
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