CN103636145B - 在无线通信系统中由移动站进行测距传输的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

所公开的是一种测距传输方法，包括：移动站从基站接收包括回退窗口信息的消息；和移动站基于回退窗口信息执行测距传输，其中回退窗口信息包括表示第0个回退窗口的尺寸K0的信息，其中第nx(x是非负的整数)个回退窗口的尺寸Kx是根据Kx=K0/(2x)确定的，其中x表示测距重试计数。

Description

在无线通信系统中由移动站进行测距传输的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信，尤其涉及在无线通信系统中用于由移动站测距传输的方法和装置。
背景技术
测距是当移动站执行网络再进入和网络进入的时候，移动站调整用于与基站上行链路通信的传输参数(频率偏移、时间偏移和发射功率)的过程。
特别地，测距过程用于以下的四个目的：初始测距、切换测距、周期测距和带宽请求测距。初始测距指的是当用户设备尝试初始网络进入的时候，上行链路时间同步(即，时间和频率同步)的处理。切换测距指的是当用户设备从源基站切换到目标基站的时候，在用户设备和目标基站之间建立初始同步的处理。周期测距用于用户设备周期地更新上行链路同步。带宽请求测距用于用户设备向基站请求上行链路资源。
当移动站尝试进入网络的时候，该移动站选择测距信道，选择测距码，并且经由选择的测距信道将选择的测距码发送给基站。一旦收到测距码，基站将表示已经成功地接收了该测距码的消息发送给移动站。
进入网络的移动站的数目随着通信技术发展而增加。当处于空闲状态之中的很多的移动站尝试网络进入/再进入的时候，出现接入冲突和接入拥塞，导致通信性能的恶化。因此，需要用于解决这个问题的方法。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种通过其移动站与基站通信的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过其基站与移动站通信的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种与基站通信的移动站。
本发明的另一个目的是提供一种与移动站通信的基站。
问题的解决方案
在以下的描述中将阐述本发明的额外的特征和优点，并且部分地将从该描述中清晰可见，或者可以通过本发明的实践获悉。通过在撰写的说明书及其权利要求以及所附的附图中特别指出的结构，将实现和获得本发明的目的和其他的优点。
为了实现这些目的和其他的优点，并且根据本发明的目的，如在此处实施和广泛地描述的，一种测距传输方法，包括：移动站从基站接收包括回退窗口信息的消息；和移动站基于回退窗口信息执行测距传输，其中回退窗口信息包括表示第0个回退窗口的尺寸K0的信息，其中第x(x是非负的整数)个回退窗口的尺寸Kx是根据Kx＝K0/(2x)确定的，其中x表示测距重试计数。
为了进一步实现这些和其它的优点，并且根据本发明的目的，一种用于从移动站接收测距传输的方法，包括：基站将包括回退窗口信息的消息发送给移动站；和基站基于回退窗口信息与移动站执行测距过程，其中回退窗口信息包括表示第0个回退窗口的尺寸K0的信息，其中第x(x是非负的整数)个回退窗口的尺寸Kx是根据Kx＝K0/(2x)确定的，其中x表示测距重试计数。
为了进一步实现这些和其它的优点，并且根据本发明的目的，一种在无线通信系统中配置为执行对基站测距传输的移动站，该移动站包括：接收机；发射机；和处理器，被配置为控制接收机，其中处理器被配置为控制接收机从基站接收包括回退窗口信息的消息，并且基于回退窗口信息执行测距过程，其中回退窗口信息包括表示第0个回退窗口的尺寸K0的信息，其中处理器被配置为根据Kx＝K0/(2x)确定第x(x是非负的整数)个回退窗口的尺寸Kx，其中x表示测距重试计数。
为了进一步实现这些和其它的优点，并且根据本发明的目的，一种在无线通信系统中配置为从移动站接收测距传输的基站，该基站包括：接收机；发射机；和处理器，配置为控制接收机和发射机，其中处理器被配置为控制发射机将包括回退窗口信息的消息发送给移动站，并且基于回退窗口信息执行与移动站测距过程，其中回退窗口信息包括表示第0个回退窗口的尺寸K0的信息，其中第x(x是非负的整数)个回退窗口的尺寸Kx是根据Kx＝K0/(2x)确定的，其中x表示测距重试计数。
优选地，根据权利要求1的测距传输方法，其中该消息是寻呼消息。
优选地，根据权利要求1的测距传输方法，其中第0个回退窗口的尺寸K0大于2。
发明的有益效果
根据本发明，移动站可以迅速地和有效地执行网络再进入，同时将其对在无线通信系统中其它的移动站的影响减到最小。
应该明白，本发明的上文的概述和后面的详细说明两者是示范性和说明性的，并且提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
该伴随的附图被包括以提供对本发明进一步的理解，并且被结合进和构成本申请的一部分，其图示本发明的实施例，并且与该说明书一起可以起解释本发明原理的作用。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的移动站和基站的方框图；
图2图示在作为无线通信系统的IEEE 802.16m系统中由移动站执行的基于冲突的网络再进入过程；
图3是图示常规的宽带随机接入回退方法的流程图；
图4图示关于常规的随机接入和根据本发明的第一个方法的随机接入的实验结果；
图5图示关于常规的随机接入、根据本发明的第一个方法的随机接入，和根据本发明的第二个方法的随机接入的实验结果；
图6图示根据本发明，根据用于对准随机接入回退窗口起始点的第三个方法的实验结果；和
图7是图示根据本发明的一个实施例的随机接入方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考伴随的附图详细介绍本发明的优选实施例。该详细说明将在下面参考伴随的附图给出，其意欲解释本发明示范的实施例，而不是示出仅仅可以根据本发明实现的实施例。例如，虽然以下的详细说明包括特定的细节以便提供对本发明彻底的理解，对于本领域技术人员来说显而易见，本发明可以无需上述特定的细节来实践。例如，在使用3GPP LTE移动通信系统的假设之下给出以下的详细说明。但是，除了3GPP LTE系统固有的特定的特点之外，该描述适用于任何其它的移动通信系统。
在有些情况下，已知的结构和设备被省略，或者以方框图形式示出，聚焦在结构和设备的重要的特点上，以便不使本发明的概念难以理解。贯穿本说明书将使用相同的附图标记以指代相同的或者类似的部分。
在以下的描述中，假设用户设备(UE)指的是移动或者固定的用户终端设备，诸如，移动站(MS)、高级移动站(AMS)等等，并且假设术语“基站(BS)”指的是网络端的任何节点，诸如与UE通信的节点B、增强的节点B(eNB或者e节点B)、接入点(AP)等等。本发明聚焦于IEEE802.16m。但是，本发明的技术特征适用于其它的通信系统，诸如3GPPLTE、LTE-A等等。
在本发明中，M2M(机器对机器)通信指的是没有用户干预经由基站在移动站之间，或者在基站和移动站之间的信息交换。鉴于此，M2M设备指的是能够支持M2M通信的移动站。用于M2M服务的接入服务网定义为M2M接入服务网(ASN)，并且与M2M设备通信的网络实体被称作M2M服务器。M2M服务器执行M2M应用，并且对一个或多个M2M设备提供M2M特定服务。M2M特点指的是M2M应用的特点，并且一个或多个特点可以是提供该应用所必需的。M2M设备组表示共享一个或多个通用特点的一组M2M设备。如上所述，根据M2M方案执行通信的设备可以称为各种术语，诸如M2M设备、M2M通信设备、机器型通信(MTC)设备等等。为了解释方便起见，常规的移动站称为人型通信(HTC)移动站，或者人对人(H2H)设备，以与在以下的描述中的M2M设备的区分。
随着机器应用类型的数目增加，在特定的网络中M2M设备的数目逐渐地增加。所讨论的机器应用类型包括：(1)安全，(2)公共安全，(3)跟踪和踪迹，(4)支付，(5)医疗，(6)远程维护和控制，(7)测量计，(8)客户设备，(9)销售点(POS)和在安全相关的应用市场中的队列管理，(10)售货机的M2M通信，(11)机器和设备的远程监控，和用于测量建筑机械设备的操作时间和自动地测量热量或者耗电量的智能测量，(12)安防相机的监视视频通信等等。但是，机器应用类型不受限于此，并且其它的各种机器应用类型正在讨论中。随着机器应用类型的数目增加，M2M设备的数目可以随着H2H设备的数目而迅速地增加。
位于单个基站中的许多的M2M设备可能导致在M2M设备和现有的设备，即H2H设备，之间的接入拥塞，和在M2M设备之间的接入冲突。这需要论述有关如何有效地分配有限的资源给新的M2M设备，同时将对现有的移动站(H2H设备)的影响减到最小。换句话说，当多个M2M设备采用从空闲模式再入网络过程的时候，这适用于现有的移动站，即H2H设备，由于M2M设备的特点，出现在H2H设备和M2M设备之间的接入拥塞，并且因此，网络再进入过程需要部分地修改。
将给出对于M2M通信适用于IEEE 802.16m情形的本发明实施例的描述。但是，本发明不受限于此，并且本发明的实施例以同样方式适用于其它的系统，诸如3GPP LTE等等。
图1是根据本发明的一个实施例的移动站和基站的方框图。
参考图1，移动站100和基站150可以分别地包括RF单元110和160、处理器120和170，并且选择性地存储器130和180。RF单元110和160可以分别地包括发射机111和161以及接收机112和162。在移动站100中，发射机111和接收机112可以被配置为向基站150和其它的移动站发送信号/从基站150和其它的移动站接收信号，并且处理器120可以与发射机111和接收机112功能地连接以控制发射机111和接收机112向其它装置发送信号/从其它装置接收信号。此外，处理器120可以处理要发送的信号，然后将处理的信号发送给发射机111，并且处理由接收机112接收的信号。如果需要的话，处理器120可以在存储器130中存储在交换的消息中包括的信息。具有这种配置的移动站100可以执行根据本发明的实施例的以下的方法。根据其应用类型，移动站100可以包括额外的配置，其没有在图1中图示。如果移动站100用作智能测量计，则移动站100可以包括用于测量功率的额外的配置。移动站100可以在图1示出的处理器120，或者单独配置的处理器(未示出)的控制下执行功率测量操作。
虽然图1图示在移动站100和基站150之间的通信，但是根据本发明的通信方法可以在移动站之间执行。在这种情况下，移动站的装置可以具有与图1相同的配置，并且执行根据本发明的实施例的以下的方法。
在基站150中，发射机161和接收机162可以被配置未向其它的基站、M2M服务器、移动站发送信号/从其它的基站、M2M服务器、移动站接收信号，并且处理器170可以功能地连接到发射机161和接收机162以控制发射机161和接收机162向其它装置发送信号/从其他装置接收信号。此外，处理器170可以处理要发送的信号，然后将处理的信号发送给发射机161，并且处理由接收机162接收的信号。如果需要的话，处理器170可以在存储器180中存储在交换的消息中包括的信息。具有这种配置的基站150可以执行根据本发明的实施例的方法。
移动站100和基站150的处理器120和170分别引导(控制、调整、管理等等)移动站100和基站150的操作。处理器120和170可以分别地连接到存储程序代码和数据的存储器130和180。存储器130和180连接到处理器120和170，并且存储操作系统、应用程序和一般文件。
处理器120和170也可以被称作控制器、微控制器、微处理器或者微型计算机。处理器120和170可以被配置为硬件、固件、软件或者其组合。当本发明的实施例使用硬件实现的时候，适用于实现本发明的专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程序逻辑设备(PLD)，或者现场可编程门阵列(FPGA)可以包括在处理器120和170中。
另一方面，如果本发明的实施例使用固件或者软件实现，该固件或者软件可以被配置为包括执行根据本发明的功能或者操作的模块、过程、功能等等。该固件或者软件可以包括在处理器120和170中，或者存储在存储器130和180中，并由处理器120和170从存储器120和170调用。
图2图示在作为无线通信系统的IEEE 802.16m系统中的移动站的基于冲突的网络进入/再进入过程。
在IEEE 802.16m系统中用于移动站的网络进入/再进入的测距过程中，移动站在寻呼不可用的间隔中将功率减到最小，并且在寻呼收听间隔中接收从基站发送的AAI-PAG-ADV消息。AAI-PAG-ADV消息包括发送该消息的基站所属于的寻呼组的ID，表示需要位置更新或者网络进入/再进入的移动站的MAC地址哈希(hash)信息，和描述需要由每个移动站执行的过程的动作码。
如果存在指定用于以空闲模式操作的移动站的业务，则基站在下一个寻呼收听间隔将AAI-PAG-ADV消息发送给移动站。一旦收到AAI-PAG-ADV消息，移动站从空闲模式进入正常模式。
当从空闲模式执行网络再进入和网络进入的时候，移动站调整用于与基站的上行链路通信的传输参数(频率偏移、时间偏移和发射功率)的过程被称作测距。
参考图2，移动站获得下行链路同步和上行链路传输参数，并且使用随机回退选择测距信道。当使用随机回退的时候，移动站经由统一的随机处理选择一个对应于回退窗口的可用信道。该随机回退使用二进制指数算法以便计算回退窗口。一旦选择测距信道，移动站经由统一的随机处理选择测距码。然后，移动站经由选择的测距信道将基于冲突的测距码发送给基站(S110)。当成功地接收到测距码的时候，基站以广播方式将AAI-RNG-ACK消息发送给移动站(120)。AAI-RNG-ACK消息对应于表示测距码已经成功地经由测距信道被接收和检测的响应。此外，基站以随机接入标识符(RA-ID)掩蔽CDMA分配A-MAP IE，其对应于用于移动站发送AAI-RNG-REQ消息的上行链路资源分配信息，并且发送掩蔽的CDMA分配A-MAP IE(S130)。移动站经由分配给其的上行链路资源将AAI-RNG-REQ消息发送给基站(S140)。基站将要通过其来发送AAI-RNG-RSP消息的下行链路资源分配信息发送给移动站(S150)。在这里，下行链路资源分配信息可以经由以RA-ID掩蔽的广播DK基本分配A-MAP IE或者CDMA分配A-MAPIE被发送给移动站。随后，移动站可以经由对应于下行链路资源分配信息的下行链路资源接收AAI-RNG-RSP消息(S160)。
图3图示在作为无线通信系统的IEEE 803.16m系统中移动站增加回退窗口尺寸，并且执行基于冲突的网络再进入的过程。
IEEE 802.16的MAC层定义测距信道。构成测距信道的子信道以UL-MAP消息描述。移动站被允许在测距信道上相互冲突。在IEEE802.16测距子系统中，多个移动站使用用于同时接入的码分多址(CDMA)随机接入协议执行测距。当产生要从移动站发送给基站的消息的时候，码从一组伪噪声(PN)码中选择出来，并且消息被使用选择的PN码扩展，而且经由CDMA发送。
通常，时隙ALOHA协议用作移动站的随机接入协议。根据时隙ALOHA协议，移动站执行基于时隙的即时接入以便接入基站。因此，当单个移动站尝试经由一个时隙接入基站的时候，数据被成功地发送，而当两个或更多个移动站尝试经由相同的时隙接入基站的时候，数据传输由于冲突而失败。当数据传输失败的时候，在等待预定的时间之后，移动站尝试接入基站。如果数据传输已经失败的移动站在等待相同的时间之后尝试接入基站，则由于在其间的冲突导致数据传输再次失败。为了避免这种连续的冲突，采用二进制指数回退(在下文中称为“BEB”)算法，其是移动站回退算法。BEB算法基于每个移动站的冲突数目确定用于重传的回退窗口。在BEB算法中的回退窗口(或者冲突窗口)包括最小冲突窗口和最大冲突窗口。
指数回退算法是广泛使用的冲突解决算法。指数回退算法尝试在用于重传的冲突窗口内接入随机选择的信道。冲突窗口的尺寸根据冲突的数目指数地增加。根据BEB，感测冲突的移动站以2的幂提高冲突窗口的尺寸。移动站在以指数提高尺寸的冲突窗口内随机地确定测距传输时间。例如，在第一次传输尝试期间经历冲突的移动站的冲突窗口具有8的尺寸，移动站在从当前信道开始的8个帧内确定测距传输时间用于第二次传输尝试。如果选择5，则移动站尝试在第五信道上测距传输。在这里，5对应于回退值或者选择的测距机会。当再次出现冲突的时候，冲突计数变为2，并且作为冲突窗口的用于重传的回退窗口的尺寸变为16。然后，第三传输尝试在从冲突发生时间开始的16个帧内随机地确定。也就是说，冲突不断地出现，系统识别负载已经增加，并且通过提高对应于冲突窗口的回退窗口的尺寸，来降低由于当前重传导致的系统负载，从而解决冲突。但是，甚至当其它的移动站没有使用由移动站占据的无线电频带时，不断地经历多个冲突的移动站指数地提高冲突窗口尺寸，这导致显著的传输等待时间。
参考图3，要从移动站200发送给基站250的原始数据被立即从移动站200传送给基站250(211)。在以上提及的随机接入方案中，消息可以经由相同的时隙使用相同的PN码发送。在这种情况下，从多个移动站发送的消息相互冲突。已经发送消息的移动站操作定时器(213)。一旦收到消息，基站250将测距响应消息发送给移动站。当移动站在预定的时间内没有接收测距响应消息的时候，移动站考虑发送的消息经历冲突，并且执行BEB算法。由于冲突出现一次，在CWminX20的回退时段(215)中选择适宜的整数。这个整数变为回退时间(215)，即测距机会。在等待回退时间之后，移动站重发消息(217)。在这里，CW(竞争窗口)指的是冲突窗口尺寸，并且可以指的是回退窗口尺寸。CWmin表示初始回退窗口尺寸，并且CWmax表示可用的最大回退窗口尺寸。重传以与初始传输相同的方式执行。移动站操作定时器(219)，并且当它们没有在预定的时间内接收到测距响应消息的时候，经由BEB算法确定回退时间。因为冲突出现两次，在CWminX21的回退时段(221)中选择适宜的整数。这个整数变为回退时间(221)。在等待回退时间之后，移动站重发消息(223)。
数学图1
[数学公式1]
CW＝CWmin×2x
随着冲突数目增加，回退时段增加(225)。这个回退时段不能超出CWmax，并且因此，回退时段对应于min(CWmin*2k-1,CWmax)。在这里，k表示冲突的数目。IEEE 802.16系统将冲突的最大数限制为15。在这种情况下，CWmax可以具有CWmin*214的值。当在15次传输尝试内从基站(227)接收到测距响应消息的时候，数据被成功地发送，并且当第十六次冲突出现的时候，数据被放弃。当在无线网络中共享相同信道的移动站的数目增加的时候，在移动站之间的冲突是不可避免的，因为移动站可以同时地发送消息，因为它们不知道何时其它的移动站开始发送消息。为了降低这个不可避免的冲突，随机接入协议使用如上所述的BEB算法。BEB算法根据每个移动站的冲突数目设置回退时段，并且在设置的回退时段中确定回退时间。在等待确定的回退时间之后，每个移动站立即发送消息。当冲突再次出现的时候，前面提到的过程被重复。随着冲突数目增加，回退时段增加。
当移动站的数目与无线电信道容量相比很小的时候，BEB算法有效地分配移动站。但是，当移动站的数目增加的时候，单个移动站很少尝试接入无线电信道，并且如果移动站的数目进一步增加，则所有无线电资源不能使用。也就是说，当接入一个无线电信道的移动站的数目增加的时候，BEB算法是不适宜的。目前趋势是在使用M2M设备方面的增加，导致在接入一个无线电信道的移动站数目方面的增加。
大多数常规的通信是经由基站使用用户设备的人对人(H2H)通信。但是，通信技术的发展允许M2M通信。M2M通信指的是在电子设备之间的通信。虽然M2M通信从广义来说指的是在电子设备之间的有线或者无线通信，但其通常表示在电子设备之间的无线通信。
虽然当M2M通信引进的时候M2M通信被认为是远程控制或者远距通信，并且在90年代初期其市场非常有限，但是M2M通信在过去几年已经快速地增长，引起海外和国内市场的关注。此外，由于M2M设备的应用类型多样化，所以很多的M2M设备将存在于同一基站之中。当处于空闲状态之中的许多的M2M设备尝试网络再进入的时候，许多的接入冲突和接入拥塞可能出现，并且通信性能可能恶化。但是，仍然要提出处于空闲状态之中的M2M设备的网络再进入过程，其具有不同于常规的移动站(H2H设备)的特点。
当移动站的数目增加的时候，尝试接入系统的移动站的数目也增加。但是，如上所述，很少的移动站使用BEB算法成功地接入系统。换句话说，系统变得不稳定。BEB算法不能快速地恢复不稳定的系统。此外，根据BEB算法，执行初始测距的移动站和经历若干冲突的移动站在相同的时隙中相互竞争。
虽然经历若干冲突的移动站需要在执行初始测距的移动站之前接入系统，但是因为回退时段由于二进制指数增加而快速地增加，所以经历若干冲突的移动站经历长的等待时间。这被称作“公平的问题”。
已经成功地接入系统的移动站的冲突数目被初始化为“0”。当尝试接入系统的移动站的数目增加的时候，遇到延时冲突问题，其中当成功的移动站重新接入该系统的时候，冲突概率进一步增加。
因此，常规的BEB算法具有当确定回退时间的时候不能考虑无线电信道状态的问题，当移动站的数目增加的时候，效率快速地恶化，并且除了公平的问题和延时冲突问题之外，系统不稳定状态不能快速地恢复。为了解决这些问题，本发明提出当初始测距传输失败的时候确定用于重传的窗口尺寸的方法。现在将描述设置由本发明提出的适宜的窗口尺寸的方法。根据给出的方法，初始回退窗口尺寸可以无需基站的控制，考虑到尝试接入基站的移动站的数目和移动站组确定，而不是由移动站确定，并且基站可以将确定该回退窗口需要的信息发送给移动站。因此，每个移动站可以根据每个移动站所属于的移动站组，在由基站示意的初始回退窗口尺寸内执行随机接入。基站可以基于在一个帧中成功接入基站的移动站的数目和接入尝试的数目将初始回退窗口尺寸参数发送给移动站。
由本发明提出的第一个方法保持回退窗口尺寸。根据第一个方法，基站将要由一个或多个移动站使用的回退窗口尺寸提供给一个或多个移动站。
由于测距接入尝试被以大多数的测距接入尝试集中在较早机会上这样的方式来分配，所以很难确保测距接入的成功。换句话说，考虑到接入负载在回退窗口内集中在前面的帧中，必须在特定的窗口尺寸内分配接入负载。如果在一个帧中允许一个随机接入以允许测距，则在第一随机接入过程中在接入基站时几乎所有移动站失败。
为了解决这个问题，基站可以将有关特定的窗口尺寸的信息下载给移动站，使得移动站可以在特定的窗口尺寸内随机地选择测距信道。M2M设备的测距尝试的成功取决于如何对每个测距尝试设置特定的窗口尺寸。
图4图示关于常规的随机接入和根据本发明的第一个方法的随机接入的实验结果。根据本发明的第一个方法适用于由于显著地大量的移动站导致通信负载繁重的情形。由于M2M设备应用类型，诸如智能测量计是多样化的，与常规通信设备的数目相比，M2M通信设备的数目可以显著地增加。如果很多的M2M设备经由常规的一对一的通信方案与基站通信，则由于在M2M设备和基站之间的信令，预期网络过载。M2M设备具有下述特征，它们处于长的睡眠模式之中，并且尝试接入网络以在短时间内发送少量的数据。因此，当处于一组中的30,000个以上的M2M设备，诸如智能测量计同时操作的时候，在常规的BEB方案中出现冲突。因此，本发明提出增加用于随机接入的初始回退窗口尺寸以便减少冲突的方法。
对于图4的图形，假设一个移动站组包括200个设备，横轴表示对应于一个帧的机会，并且以每帧一次机会来成功执行测距。图形的纵轴表示测距重试的数目。
图4(a)图示关于在初始回退窗口尺寸被设置为2，并且一个移动站组包括200个设备的条件之下执行的随机接入的实验的结果。
当初始回退窗口尺寸被设置为2的时候，可以从图4(a)看到，不进行分配，并且机会集中在前面的帧中。也就是说，当回退时间被随机地确定的时候，在很多情况下设置短的回退时间。因此，初始测距重试的数目到达近似40，并且大多数移动站的测距尝试由于冲突而失败。图4(b)图示关于在初始回退窗口尺寸和用于重传的回退窗口尺寸两者被设置为60，并且一个移动站组包括200个设备的条件之下执行的随机接入的实验的结果。在这种情况下，相比于图4(a)的情形来实现分配，并且测距尝试的数目显著地减少。也就是说，考虑到大量的M2M设备，能够通过从2增加适用于以常规的一对一的通信方案操作的移动站的初始回退窗口尺寸，来减少在最初的测距尝试期间出现冲突的数目。因此，初始随机接入尝试的成功概率可以提高，并且跟随初始随机接入尝试的随机接入重试的数目可以减少，从而减小等待时间。因此，基站可以通过估算接入基站的M2M移动站的数目来设置适宜的初始回退窗口尺寸，以减少随机接入重试的数目和实现统一的分配。从图4可以看到，由于冲突导致的测距重试的数目显著地减少，冲突的数目减小，并且当初始回退窗口尺寸k被从2提高到60的时候，成功率提高50％。
当移动站(或者属于M2M组的移动站)尝试网络进入/再进入的时候，移动站在回退窗口尺寸中随机地(或者根据特定的规则)选择特定的测距机会以便避免接入拥塞。此时，移动站可以划分为一个组，并且预先确定的组可以同时地执行网络进入。基站可以基于尝试接入的移动站的数目，和属于一个移动站组的移动站设备的数目来调整用于重传的窗口尺寸，并且将初始回退窗口尺寸参数发送给移动站。移动站可以使用从基站接收的初始回退窗口尺寸参数执行随机接入。
在这里，当移动站虽然已经初始发送了测距信号但不能在预定时间内接收成功确认信号的时候，移动站可以通过重发测距信号尝试接入。
已经在上面描述了在通过将初始回退窗口尺寸缩放2^x(x表示关于重试数目的参数)而增加的窗口尺寸中随机选择机会的BEB算法。
本发明的第二个方法尝试重传，同时减小由基站示意的回退窗口尺寸，这不同于常规的BEB算法。根据本发明的第二个方法，像在第一个方法中一样，基站将表示大于2的初始回退窗口尺寸的信息发送给移动站。此外，基站确定一个初始值(称为K)，并且将这个值发送给移动站。不同于初始回退窗口尺寸等于用于重传的回退窗口尺寸的第一个方法，每当重试的数目增加时，本发明的第二个方法降低回退窗口尺寸。例如，移动站可以计算窗口尺寸P，其中将根据以下的数学图选择用于重试的机会。
数学图2
[数学公式2]
P＝k/(Bx)
在这里，B是大于1的整数，并且x表示移动站的测距重传计数。例如，当B是2的时候，P＝k/(21)用于第一重传，并且P＝k/(22)用于第二重传。当由移动站选择用于重传的机会是Q的时候，Q可以表示如下。
数学图3
[数学公式3]
Q＝n+(0～P)之间机会的随机选择
在这里，n表示在先前的传输的事件中的机会(回退时间或者回退值)。
优选地，将选择用于重传的机会的窗口尺寸具有等于或者大于2的值。
当基站没有将窗口尺寸设置为2的指数因子的时候，P可以被设置为以下的三个的一个。
-P＝下取整(K/(2^x))；该窗口尺寸被对准，使得其不超出关于重传设置的窗口尺寸边界。
-P＝上取整(K/(2^x))
-P＝f(K/(2^x))，这里f(y)是输出最大2的指数因子的函数，其不超出y。例如，当K是300的时候，当x＝1的时候，P对应于2^7＝128，并且当x＝2的时候，对应于2^6＝64。
图5图示关于常规的随机接入、根据本发明的第一个方法的随机接入，和根据本发明的第二个方法的随机接入的实验结果。
图5(a)和图5(b)对应于图4(a)和图4(b)，并且图5(c)图示本发明的第二个方法在初始回退窗口尺寸和在图5(a)和图5(b)中用于重传的回退窗口尺寸两者被设置为60的条件之下适用的实验结果。图5(c)图示关于在初始回退窗口尺寸被设置为256，并且用于重传的回退窗口尺寸被作为反指数回退窗口尺寸以2x的速度逐渐地降低的条件之下执行的随机接入的实验结果。在本发明的第二个方法中，回退窗口尺寸可以被设置使得在数学图1中x被表示为非负的整数。当不同于回退窗口尺寸被指数地增加(图5(a))的情形，反指数回退窗口尺寸以2x的速度逐渐地降低的时候，如在图5(c)中图示可以实现显著的增益提高。参考图5(c)，重传尝试计数被保持为1，直到帧的数目达到200为止，并且因此，测距可以经由一次尝试成功地执行。由于随机接入成功可以在三个随机接入重试内实现，因此即使初始回退窗口尺寸被设置为256，系统也可以在512的窗口内实现，因为第二回退窗口尺寸是128，并且第三回退窗口尺寸是64。这降低了延时。也就是说，当初始回退窗口尺寸被设置为256，并且用于重传的回退窗口尺寸被降低的时候，可以实现显著的增益提高。
因此，如图5的表所示，根据本发明的第二个方法可以对于124个相同的测距尝试获得102的成功计数，如图5(c)所示。
根据本发明的第二个方法基于接入负载集中在前面的帧中的分配特征增加初始回退窗口尺寸，并且根据在后面的帧中分配的接入负载的数目减小的特征来减小用于重传的回退窗口尺寸。此外，可以通过反向应用用于发送有关初始回退窗口尺寸的信息来重传的常规方法，来减小实施例的复杂度。也就是说，可以采用常规方法，同时使用反指数回退窗口尺寸而不是指数回退窗口尺寸，以便于实施。本发明的第二个方法通过B(B是大于1的正整数)的指数反向地减小回退窗口尺寸，并且设置大的初始回退窗口尺寸，以便减小用于测距请求的帧的数目，从而降低随机接入重试计数和延时。
本发明的第一个和第二个方法根据BEB算法将初始回退窗口尺寸设置为特定的窗口值，优选地，大于2的值。对于第一测距尝试，当初始回退窗口尺寸像在常规的BEB方案中一样是2的时候，大多数测距过程经历冲突。因此，在由本发明提出的第一个和第二个方法中，基站检测能够接入基站的移动站的数目，调整初始回退窗口尺寸，在寻呼消息中包括调整的初始回退窗口尺寸，并且将寻呼方法发送给移动站。与常规的初始回退窗口尺寸相比，当没有接收到测距确认消息的时候执行的测距尝试的数目可以通过增加初始回退窗口尺寸来减小。也就是说，移动站在适宜的初始回退窗口尺寸中尝试测距以在图5(c)的基站中在3个测距尝试内实现成功接入。
表1至9示出当窗口尺寸被设置的时候通过改变寻呼周期以小的延迟提高成功率和提高接入速率的试验性的示例。在表1、2和3中接入速率是40/s，并且在表1中寻呼周期是1s，在表2中是2.5s，且在表3中是5s。
表1
[表1]
术语 A B
目标成功率 超过99％ 超过99％
初始回退窗口尺寸 4 64
平均延迟(需要的帧) 0.53s(102个帧) 0.3s(60个帧)
表2
[表2]
术语 A B
目标成功率 超过99％ 超过99％
初始回退窗口尺寸 8 256
平均延迟(需要的帧) 1.23s(246个帧) 0.98s(196个帧)
表3
[表3]
术语 A B
目标成功率 超过99％ 超过99％
初始回退窗口尺寸 16 512
平均延迟(需要的帧) 2.55s(510个帧) 1.96s(392个帧)
在表4、5和6中接入速率是60/s，并且在表4中寻呼周期是1s，在表5中是2.5s，且在表6中是5s。
表4
[表4]
表5
[表5]
表6
[表6]
在表7、8和9中接入速率是80/s，并且在表7中寻呼周期是1s，在表8中是2.5s，且在表9中是5s。
表7
[表7]
术语 A B
目标成功率 超过90％ 超过90％
初始回退窗口尺寸 128 256
平均延迟(需要的帧) 4.16s(832个帧) 1.55s(310个帧)
表8
[表8]
术语 A B
目标成功率 超过90％ 超过90％
初始回退窗口尺寸 128 512
平均延迟(需要的帧) 9.74s(1948个帧) 2.86s(572个帧)
表9
[表9]
术语 A B
目标成功率 超过90％ 超过90％
初始回退窗口尺寸 128 1024
平均延迟(需要的帧) 15.3s(3060个帧) 5.57s(1114个帧)
如表1至9所示，本发明与常规的BEB方案相比可以实现显著的技术效果。
参考表1至9，接入速率被设置为40/s、60/s和80/s的各种值，并且寻呼周期被设置为1s、2.5s和5s的各种值，以及分析根据初始回退窗口尺寸的目标成功率。以上提及的BEB算法对应于A，并且减小回退窗口尺寸和调整回退窗口开始时间的方法对应于B。如表1至9所示，在减小回退窗口尺寸的方法B中，在接入速率40/s和60/s的情况下，重叠下一个寻呼间隔的寻呼尝试不出现。重叠寻呼尝试称作溢出。为了防止重叠寻呼的出现，初始回退窗口尺寸被设置为大的值，并且用于测距重传的寻呼间隔起点以回退窗口尺寸逐渐减小来示意，以便根据下一个测距重传来减小与移动站的冲突。随着接入速率增加，冲突增加。因此，基站需要基于移动站设备的数目设置适宜的回退窗口尺寸。当在由基站设置的初始回退窗口尺寸中在2或者3个随机接入尝试内成功地进行随机接入的时候，根据随机接入重试的延时可以被减小。参考表1至9，与方案A相比较，方案B可以降低平均延迟，即，需要的帧的数目，以相同的接入速率和相同的寻呼周期实现相同的成功率。甚至当初始回退窗口尺寸在B情况下比在A情况下更大时，在初始回退窗口尺寸被设置之后，请求的帧的数目降低，并且因此，方案B可以降低随机接入重试计数和延时。
但是，在60/s，方案A增加请求的帧的数目，并且由于重叠寻呼产生溢出。将给出根据本发明用于防止溢出的第三个方法的描述。
图6图示关于根据随机接入回退窗口开始时间调整的本发明的第三个方法的实验结果。
为了减小如表1至9所示导致重叠帧的溢出，本发明提出用于调整回退窗口开始时间的方法。
本发明的第三个方法可以优化由本发明提出的第二个方法。第三个方法考虑到第(i-1)个回退窗口区的终点来确定第i个回退窗口区的起点。
根据前面提到的第一和第二个方法，当在回退窗口尺寸内的特定机会传输失败的时候，在下一个窗口尺寸内的机会被基于传输失败时间来选择。在用于重传的窗口开始时间以在本发明的第二个方法中这样的方式确定，并且在回退窗口的前面的机会传输失败的情形下，当移动站在用于下一个传输的减小的窗口尺寸内选择机会的时候，在回退窗口的后部分的机会处，该传输与另一个移动站的第一传输重叠的概率高。例如，当初始回退窗口尺寸被设置为256的时候，随机接入时间可以在测距过程期间在256的窗口内随机地选择。当在256个帧的第64个帧，其对应于回退窗口的前部，尝试随机接入的时候，如果由于冲突导致随机接入失败，则重试随机接入。用于随后的随机接入的第二窗口回退尺寸变为256/(2^1)，即128。因此，当在于其中尝试第一随机接入的64个帧之后具有128个帧的窗口内执行重传随机接入的时候，这个随机接入重试可能与由在256的初始回退窗口尺寸内的另一个移动站执行的初始随机接入尝试(例如，在第160个帧执行的随机接入尝试)重叠，从而进一步增大冲突概率。因此，本发明提出确定回退窗口尺寸起点以便防止进行第二随机接入和第一随机接入的窗口区相互重叠的方法。在以上提及的示例中，当在第64个帧随机接入由于冲突失败的时候，回退窗口尺寸起点被设置第256个帧，使得在256个帧之后的时间尝试下一个随机接入。
因此，第三个方法对于下一个重传适用对应于特定延迟的时间间隙以便避免重叠。当由移动站选择用于重传的机会是Q的时候，Q由以下的数学图表示。
数学图4
[数学公式4]
Q＝n+(0～P)之间机会的随机选择+时间间隙，
时间间隙＝(窗口尺寸–先前传输的n)
在数学图4中，n表示先前的传输的机会。在这里，考虑到选择用于第一传输的窗口的最后机会的移动站，时间间隙可以被设置如数学图4。
换句话说，由移动站选择的用于重传的机会Q可以由在窗口尺寸P中随机选择的机会(从0至P中选择出来的值)和先前的传输的窗口尺寸的和表示。
由本发明提出的第三个方法可以将设置为回退窗口起点，使得移动站可以在回退窗口起点处尝试测距。当先前的传输的窗口尺寸增加的时候，随机接入尝试不与在由另一个移动站执行的先前的传输的窗口尺寸中的随机接入尝试冲突。
P可以使用前面提到的第二个方法设置，并且对于每个传输设置Q。
当时间间隙被如上所述设置的时候，第i个重传的Qi可以表示如下(先前的传输的Qo的总和)。
数学图5
[数学公式5]
Pi窗口尺寸下的随机选择
在这里，P0表示初始回退窗口尺寸K，并且Pi表示第i个回退窗口尺寸。被认为是第i个重传的回退窗口起点。通过以这样的方式设置回退窗口起点，能够根据在稍后机会与不同的移动站的第一个传输重叠，来防止由于测距重试导致的冲突。基站可以设置初始回退窗口尺寸，并且将其示意给移动站。移动站可以使用初始回退窗口尺寸计算用于重传的回退窗口尺寸和回退窗口起点，并且执行随机接入过程。
在这里，可以考虑系统的特定的处理延迟因素。例如，范围从发送测距码到接收到测距确认(在802.16e系统中AAI-RNG-ACK，或者RNG-SCK)消息的时间是T31(在802.16e中T3)。本发明可以考虑到T31如下确定回退窗口开始时间。
数学图6
[数学公式6]
由于超出用于第i个重传的回退窗口尺寸的随机接入可能由于根据接收测距确认消息花费的时间的延迟而执行，所以可以通过将回退窗口起点设置为在第0个至第(i-1)个重传的回退窗口尺寸的总和，和第(i-1)个测距机会Qi-1和T31的总和之间的最大值来避免由于消息接收时间延迟导致的冲突。例如，当第0个至第(i-1)个重传的回退窗口尺寸的总和是384，第(i-1)个测距机会Qi-1对应于370，并且延迟大于14个帧的时候，用于第(i-1)个重传的随机接入尝试和用于第i个重传的随机接入尝试可能相互冲突。因此，可以通过将第i个回退窗口起点设置为在第0个至第(i-1)个重传的回退窗口尺寸的总和，和第(i-1)个测距机会Qi-1和T31的总和之间的最大值来避免重叠出现。
因此，第i个机会Qi被设置如下。
数学图7
[数学公式7]
Pi窗口尺寸下的随机选择
在数学图7中，P0表示初始回退窗口尺寸K，Pi表示第i个回退窗口尺寸，并且被认为是第i个重传的回退窗口起点。
本发明提出第四个方法，其自适应地支持作为常规回退机制的BEB、本发明的第一个方法、第二个方法和/或第三个方法。当BEB和本发明的第二个方法同时存在的时候，无线通信系统可以被实现为使得用于测距重试的以因子2提高指数回退窗口尺寸的方法，和用于测距重试的以特定因子减小回退窗口尺寸的方法可以根据特定的系统环境同时存在。基站可以发送表示适用于每个移动站的系统环境的回退窗口尺寸的信号。基站可以通过在寻呼消息、注册请求消息或者注册响应消息中包括测距回退窗口指示符，并且将包括测距回退窗口指示符的消息发送给移动站来控制由移动站使用的回退机制。例如，基站可以通过将具有1比特的测距回退窗口指示符设置为0b0来示意移动站使得移动站使用增加回退窗口尺寸的增加机制，并且通过将测距回退窗口指示符设置为0b1示意移动站使得移动站使用减小回退窗口尺寸的减小机制。基站期望移动站将根据以上提及的机制发送测距信号。因此，基站根据本发明的一个实施例在根据本发明的一个实施例的回退窗口内接收由移动站发送的测距信号。
虽然一个回退机制适用于H2H设备，但是存在用于M2M设备的各种应用类型，并且M2M设备可以以组来操作。可以对于一组M2M设备，诸如智能测量计，使用减小机制来设置测距回退窗口尺寸，并且常规的BEB机制适用于具有少量设备的M2M设备组以增加的回退窗口尺寸执行随机接入。通过以这样的方式自适应地设置随机接入方案，能够减少延时冲突计数，减小延时，和提供随机接入回退方法。移动站和基站可以经由AAI-REG-REQ/RSP协商可适用于M2M设备的测距回退机制以设置回退窗口尺寸。对于每个寻呼组，基站可以确定适用于每个M2M设备的测距回退机制。可以根据移动站(或者M2M设备)的特征采用增加机制和减小机制两者作为测距回退机制。根据本发明，基站可以在寻呼消息中包括测距回退窗口指示符，其表示可适用于移动站的环境的测距回退机制，并且基站可以将该寻呼消息发送给移动站。此外，移动站和基站可以经由包括测距回退窗口指示符的注册请求消息或者注册响应消息来协商是否移动站可以支持测距回退减小机制。
当移动站的数目很少的时候，当为了不同的目的请求使用测距的时候，移动站必须使用常规的BEB机制。也就是说，当产生要从移动站发送给基站的业务的时候，每个移动站可以根据BEB对准回退窗口尺寸，并且在用于请求上行链路频带的带宽请求测距过程期间使用该系统。因此，能够实现适用于系统的随机接入方案。
基站可以在信道上发送测距回退窗口指示符，其示意初始回退窗口尺寸，或者在寻呼消息(在802.6m系统中AAI-PAG-ADV消息)中包括测距回退窗口指示符，并且发送包括测距回退窗口指示符的寻呼消息。
测距回退窗口指示字段可以在一个系统中自适应地适用，并且通过操作者期望的方法实现。
图7是图示根据本发明的一个实施例的随机接入回退方法的流程图。基站将包括初始回退窗口尺寸的寻呼消息发送给移动站(S701)。移动站基于初始回退窗口尺寸执行测距过程(S702)。当移动站没有成功地从基站接收到测距确认消息的时候，移动站基于第二回退窗口尺寸重发测距请求消息给基站(S703)。当移动站未能再次从基站接收到测距确认消息的时候，移动站基于第三回退窗口尺寸重发测距请求消息给基站(S704)。当成功地发送根据随机接入的测距请求消息的时候，基站将测距响应消息发送给移动站(S705)。
本发明的实施例可以适用于在图1中图示的移动站100和基站150。图1的移动站100可以是H2H设备或者M2M设备。参考图1，移动站100的处理器120控制接收机112从基站150接收包括回退窗口信息的消息。移动站100的处理器120被配置为基于回退窗口信息执行测距过程。该回退窗口信息包括表示第0个回退窗口尺寸K0的信息。处理器120被配置为根据Kx＝K0/(2x)确定第x个回退窗口尺寸Kx，这里x表示测距重试计数。处理器120可以控制发射机111当移动站100没有接收到测距响应消息的时候基于回退窗口信息重发测距请求消息。此外，处理器120可以控制接收机110响应于对基站150的测距请求消息接收测距响应消息，并且基于测距响应消息对基站150执行网络进入过程。第x个回退窗口尺寸可以具有大于2的值。该消息可以包括测距回退窗口指示符，其表示用于测距重传的回退窗口尺寸的增加或者减小。该处理器120可以当测距回退窗口指示符表示回退窗口尺寸增加的时候，增加用于测距重传的回退窗口尺寸，并且当测距回退窗口指示符表示回退窗口尺寸减小的时候，减小用于测距重传的回退窗口尺寸。此外，处理器120可以控制接收机112从基站150接收包括回退窗口信息的消息。处理器120被配置为使用该回退窗口信息确定用于第x(x是非负的整数)个测距传输的第x个回退窗口。另外，处理器120控制发射机111将第x个测距信号在第x个回退窗口内发送给基站150，并且被配置为考虑到第x个回退窗口终点来确定第(x+1)个回退窗口起点。
做为选择，处理器120可以被配置为将第(x+1)个回退窗口起点设置为从第0个回退窗口尺寸到第x个回退窗口尺寸的总和与第x个测距传输时间和预定时间的总和中更大的值。
基站150的处理器170可以控制基站150的发射机161将包括回退窗口信息的寻呼消息发送给移动站100，并且被配置为基于该回退窗口信息执行测距过程。基站150的处理器170可以控制接收机162从移动站100接收测距请求消息。此外，处理器170可以控制发射机161响应于测距请求消息将测距响应消息发送给移动站100。
处理器170可以控制接收机162在使用回退窗口信息确定的第x个回退窗口内从移动站100接收第x个测距传输，并且控制接收机162在使用回退窗口信息确定的第(x+1)个回退窗口内从移动站100接收第(x+1)个测距传输。此外，处理器170可以被配置为考虑到第x个回退窗口的终点确定第(x+1)个回退窗口的起点。
在此描述的本发明的实施例是本发明的要素和特点的组合。除非另作说明，否者要素或者特点可以被选择性的考虑。每个要素或者特点可以无需与其他要素或者特点结合来实践。此外，本发明的一个实施例可以通过组合要素和/或特点的一部分构成。在本发明的实施例中描述的操作顺序可以重新安排。任何一个实施例的某些结构可以包括在另一个实施例中，并且可以以另一个实施例的相应的结构替换。对于本领域技术人员来说显而易见，在所附的权利要求书中未明确地相互引用的权利要求可以以组合形式呈现作为本发明的实施例，或者在本申请申请之后，通过后续的修改被包括作为新的权利要求。
本领域技术人员应该理解，除了在此处阐述的那些之外，在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，本发明可以以其他特定的方式实现。以上所述的实施例因此在所有方面解释为说明性的和非限制性的。本发明的范围将由所附的权利要求及其合法的等效来缺点，而不由以上的描述确定，并且落在所附的权利要求的含义和等效范围内的所有变化意欲被包含在其中。
工业实用性
虽然已经在此处参考选实施例描述和举例说明了本发明，对于本领域技术人员来说显而易见，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在其中进行各种改进和变化。因此，意图是本发明覆盖落在所附的权利要求及其等效的范围内的本发明的改进和变化。

Claims (6)

1.一种用于在移动站处的测距传输的方法，所述方法包括：
从基站接收表示初始回退尺寸K0的回退窗口信息；
根据Kx=K0/(2x)确定第x个回退窗口尺寸Kx，其中x是测距重试数目；以及
在所述回退窗口尺寸Kx内执行所述测距传输。
2.根据权利要求1所述的测距传输方法，其中，所述回退窗口信息被包括在寻呼消息中。
3.根据权利要求1所述的测距传输方法，其中，所述初始回退尺寸K0大于2。
4.一种在无线通信系统中配置为对基站执行测距传输的移动站，所述移动站包括：
接收机K
发射机；和
处理器，所述处理器被配置为控制所述接收机，
其中，所述处理器被配置为控制所述接收机从所述基站接收表示初始回退尺寸K0的回退窗口信息，并且根据Kx=K0/(2x)确定第x个回退窗口尺寸Kx，其中x是测距重试数目；以及在所述回退窗口尺寸Kx内执行所述测距传输。
5.根据权利要求4所述的移动站，其中，所述回退窗口信息被包括在寻呼消息中。
6.根据权利要求4所述的移动站，其中，所述初始回退尺寸K0大于2。
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