TWI542235B - 建立休眠模式操作的方法 - Google Patents

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Description

建立休眠模式操作的方法
本發明揭示的實施例總體上有關於無線通信網路，並且尤其有關於無線通信系統中的省電類別(class)以及休眠模式(sleep mode)操作。
在無線通信系統中，移動台(Mobile Station,MS)於正常模式操作中維持與服務基地台(Base Station,BS)之間的通信，在此期間移動台主動接收並發送資料封包(data packet)。為了將電力消耗最小化，移動台會不時進入休眠模式操作中，於此期間移動台會從服務基地台的空中介面傳輸(conduct)暫時消失一預商定(pre-negotiated)時期。因此，除了最小化電力消耗以外，休眠模式還可設計為減少對服務基地台空中介面資源的佔用，以及模擬(mimic)通訊服務的訊務特性。當休眠模式啟動時，移動台將進行一系列休眠窗口(sleep window)與監聽窗口(listening windows)的連續切換。在每一監聽窗口中，移動台以正常模式操作，接收並傳送資料封包。在每一休眠窗口中，服務基地台不應傳送任何資料封包至移動台。
第1圖(先前技術)顯示IEEE802.16e無線通信系統中休眠模式操作的例子。如第1圖中所示的，基於不同的訊務特性，定義了省電類別(Power Saving Classes,PSCs)的三種類型。第I型PSC(PSC type-1)為非實時可變速率(Non-Real-Time Variable Rate,NRT-VR)訊務以及盡力型 (Best Effort,BE)訊務所設計。在第I型PSC中，移動台利用固定時間長度之監聽窗口，以監控下傳之協定資料單元(Protocol Data Units,PDUs)。移動台從初始休眠窗口長度為TMIN(S0=TMIN)開始，且每一後來的休眠窗口Sk按指數增長，直至達到最終休眠窗口長度TMAX(Sk=min{TMIN * 2k,TMAX})。當訊務指示消息指示為正時，或是當後續監聽窗口中有PDUs時，移動台回到正常模式操作中。第II型PSC(PSC type-2)為實時可變速率(Real-Time Variable Rate,RT-VR)訊務以及非請求型頻寬分配(Unsolicited Grant Service,UGS)訊務所設計。在第II型PSC中，每一休眠窗口具有固定長度(Sk=S0)。第III型PSC(PSC type-3)為多播(multicast)訊務或管理訊務所設計。在第III型PSC中，移動台進入固定長度休眠窗口(S0=最終休眠窗口)以處理多播或管理訊務，完成後回到正常模式操作。
第2圖(先前技術)顯示的是在NRT-VR/BE訊務中第I型PSC的電力浪費問題。在第2圖所示的例子當中，可變長度的資料叢發(variable-sized data bursts)由服務基地台依據可變服務到達時間間隔(variable arrival intervals)而產生。當訊務指示消息指示正訊務時，移動台返回正常模式操作。當休眠模式操作被重新啟動時，休眠窗口的長度重置為初始休眠窗口(initial sleep window)長度。對於NRT-VR/BE服務而言，在兩個連續的資料叢發之間通常會有很長的靜寂時間(silence time)。然而，由於休眠窗口的長度重置為初始休眠窗口長度，導致移動台在長靜寂期間無必要地醒來(wake up)而浪費額外的電力。
第3圖(先前技術)顯示的是在RT-VR訊務中第II型PSC的電力浪費問題。在第3圖所示的例子當中，每一監聽窗口具有固定長度。對於RT-VR訊務而言，可變長度的資料叢發由服務基地台依據固定到達時間間隔而週期性地產生。由於每一監聽窗口具有固定長度，即使當沒有在接收資料封包時，移動台依舊保持對輸入的PDUs進行監控。因此，固定監聽窗口長度的方法效率不佳而浪費額外的電力。
第4圖(先前技術)顯示的是在RT-VR訊務中第II型PSC的修改版所衍伸之非必要延遲(latency)問題。在第4圖所示的例子當中，每一監聽窗口具有可調長度，而每一休眠窗口具有固定長度。對於RT-VR訊務而言，可變長度的資料叢發由服務基地台依據固定到達時間間隔而週期性地產生。如果輸入的PDUs在移動台休眠時到達，那麼移動台就必須等待下一個監聽窗口以接收這些PDUs。因此，由於每一休眠窗口具有固定長度，而引入了不必要的延遲。
對於上述的基於休眠窗口的休眠模式操作的問題，多種解決方案已經被提出。在第7,289,804號美國專利中，每一初始休眠窗口的長度非固定，而是根據每一休眠模式的計數而改變。在美國專利公開號為2008/0009328的專利申請中，每一休眠窗口的長度以指數方式增長，且搭配附加參數，如：休眠模式比率，來修改增長的速度。在美國專利公開號為2008/0075026的專利申請中，監聽窗口的長度可根據資料接收時間延長。在LTE系統中(如3GPP TS 36.321)，固定的DRX週期與可調整接收時間(On-duration) 一併應用。然而這些解決方案並未消除上述的能量浪費問題與延遲問題；此外，當前的PSC機制並不適用於多速率訊務(multi-rate traffic)傳輸應用。人們仍在尋求一種解決方案。
有鑑於此，根據本發明的實施例，提供一種建立休眠模式操作的方法以及無線通信系統中的移動台。
於無線通信系統中，提供一種在移動台及其服務基地台之間的休眠模式操作的建立方法。當休眠模式操作啟動時，移動台進入一系列休眠週期(sleep cycle)，且每一休眠週期包含一監聽窗口，以及跟隨其後之一休眠窗口。在一個創新方面，每一休眠週期與一組休眠週期參數相關，一組休眠週期參數包含休眠週期長度與可調監聽窗口長度。基於移動台及其服務基地台之間的資料傳輸流的預定之訊務特性，確定每一組休眠週期參數。為實時訊務、非實時訊務、實時訊務與非實時訊務的混合以及多速率傳輸訊務，提供了休眠週期參數的不同實施例。通過利用休眠週期概念(sleep cycle-based)之參數設定而非休眠窗口概念(sleep window-baed)之參數設定，可以更好的模擬訊務特性，減少基地台空中介面資源消耗，最小化移動台電力使用，以及改善整體的休眠模式操作效率。
在一個實施例中，對於實時訊務或者實時訊務與非實時訊務的混合，每一休眠週期具有固定的休眠週期長度並且搭配有可調整的監聽窗口長度。監聽窗口長度具有一固 定的預設值，但可動態調整，以便用於資料傳送以及MAC控制信號傳輸。監聽窗口的長度可通過隱含方式或外顯方式調整。當移動台自其服務基地台接收到控制信號時，可終止監聽窗口。
在另一個實施例中，對於非實時訊務或盡力型訊務，若訊務指示消息為負或者在前一監聽窗口期間沒有資料訊務，移動台進入休眠模式操作，其休眠週期長度設定為初始休眠週期長度(initial sleep cycle length)，且以指數增長直至達到最終休眠週期長度(final sleep cycle length)。監聽窗口長度可為固定以接收訊務指示消息。監聽窗口長度也可變動以用於可變長度之資料傳輸。若訊務指示消息為正或者在前一監聽窗口期間有資料訊務，休眠週期的長度則重置為新初始休眠週期(new initial sleep cycle length,NISC)。在一個例子中，新初始休眠週期等於舊初始休眠週期與休眠偏移(sleep offset)相加。在另一個例子中，新初始休眠週期等於前一休眠週期長度的分數值(fractional value)。
在另一個實施例中，多組休眠週期參數應用於多速率訊務傳輸。每一組休眠週期參數與一個休眠週期代碼(sleep cycle identification,SCID)相關。在具有靜寂抑制(silence suppression)的VoIP訊務的一個例子中，在主動對話期間應用具有較短休眠週期長度的第一SCID1，在靜寂期間應用具有較長休眠週期長度的第二SCID2。不同SCID之間的交替切換可以隱含或外顯方式來實作之。
藉此，通過利用休眠週期概念的參數設定，本發明可 改善休眠模式操作的效率，將降低能量浪費或者降低資料傳輸延遲。
其他實施例與優點具體描述如下。本發明內容並非用以定義本發明。本發明由申請專利範圍定義。
對於本發明的一些實施例提供如下細節參考，其中的舉例於所附圖示中顯示。
第5圖是根據一個創新方面的無線通信系統的概念性區塊示意圖。無線系統51包含移動台52以及服務基地台53。移動台52包含耦接於天線55的收發機54，天線55通過資料傳輸流56與服務基地台53進行資料通信。在正常模式操作期間，在需要時移動台52主動發送並接收資料封包。移動台52還包含休眠模式操作模組57，休眠模式操作模組57與服務基地台53協商休眠模式操作參數。當休眠模式啟動時，移動台52進入一系列休眠週期，並且每一休眠週期包含一監聽窗口，以及跟隨其後之一休眠窗口。在處於休眠模式的每一監聽窗口期間，移動台52如在正常模式操作狀態中一樣接收所有下行(downlink)傳輸。在處於休眠模式的每一休眠窗口中，服務基地台53並不自動傳送至移動台52，而移動台52會將其一個或更多物理操作組件的電源關閉，或實施其他動作(如掃描)。
在一個創新方面，每一休眠週期與一組休眠週期參數相關，而休眠週期參數基於移動台52與服務基地台53之間的預定義訊務特性而設定。每一組休眠週期參數主要由 兩個參數組成：睡眠週期長度與監聽窗口長度。在一般原則下，移動台52與基地台53按照以下式子更新每一休眠週期的長度：當前休眠週期=min{2 *前一休眠週期，最終休眠週期}。監聽窗口的長度也可動態調整。此外，每一組休眠週期參數可包含參數，如初始休眠週期長度(Initial Sleep Cycle Length,ISC)、最終休眠週期長度(Final Sleep Cycle Length)、休眠偏移(Sleep Offset)以及/或減少率(Reduction Ratio)等，每一參數將會詳細描述如下。
第6圖顯示的是無線系統51中用於實時訊務的休眠模式操作的兩個實施例的示意圖。在第一實施例中，如第6圖的上部所示，在移動台52與服務基地台53之間進行實時訊務傳輸。通常，實時應用產生具有固定到達時間間隔的週期性資料叢發。因此，每一休眠週期具有固定休眠週期長度以模擬這樣的訊務特性。在固定休眠週期長度的休眠模式操作下，最終休眠週期長度等於初始休眠週期長度，而這數值是基於實時訊務的固定到達時間間隔。根據一個創新的方面，不是利用基於休眠窗口概念的參數(如休眠窗口長度)，取而代之的是利用基於休眠週期概念的參數(如休眠週期長度)以更好的模擬實時訊務特性，藉此改善實時訊務的休眠模式操作的效率。移動台52因此可接收並處理週期性輸入的資料封包，而在每一監聽窗口可動態調整長度的情況下也避免產生不必要的延遲。
在第二實施例中，如第6圖的下部所示，在移動台52與服務基地台53之間進行實時可變速率訊務的通信。通常，具有可變位元速率的實時應用產生具有固定到達時間 間隔的可變長度之資料叢發。因此，每一休眠週期具有固定休眠週期長度並且搭配可調整的監聽窗口長度。監聽窗口長度具有固定的預設值，而可動態調整以便用於資料傳送以及MAC(Medium Access Control)控制信號傳輸。如第6圖中所示的，當要接收的是較少的PDUs時，可縮短監聽窗口的長度，而當要接收的是較多的PDUs時，可延長監聽窗口的長度。監聽窗口的長度可通過隱含(implicit)方式或外顯(explicit)方式來調整。在第一例子中，MAC標頭(MAC header)或MAC管理消息(MAC management message)可額外插入於指示資料封包叢發的封包結尾；在第二例子中，MAC標頭或MAC管理消息可用於顯性地(explicitly)指示對監聽窗口進行縮短或是延長。移動台52也可以在接收到服務基地台53的控制信號時終止監聽窗口。根據一個創新方面，基於RT-VR訊務的實際可變速率來調整每一監聽窗口的長度，移動台52能夠盡可能長地停留在休眠窗口以將能量浪費最小化，或者能夠盡可能長地停留在監聽窗口以將資料傳輸延遲降低。RT-VR訊務的休眠操作也適用於實時訊務與非實時訊務的混合。
第7圖顯示的是無線系統51中用於非實時訊務的休眠模式操作的一個實施例。通常而言，非實時應用產生可變長度之資料叢發，且該資料叢發具有可變的到達時間間隔。因此，為了模擬這樣的訊務特性，在訊務指示消息為負或者在前一監聽窗口期間沒有資料訊務的情況下，第一休眠週期以最小的初始休眠週期長度TMIN(SC0=TMIN)開始，而每一後來的休眠週期SCk以指數增長，直至達到最 大的最終休眠週期長度TMAX(SCk=min{TMIN * 2k,TMAX})。在第7圖所示的例子中，第二休眠週期SC1=2SC0，第三休眠週期SC2=2SC1，以及所有後來的休眠週期(SC3、SC4以及其他的)具有的休眠週期長度等於最大的最終休眠週期長度TMAX。在非實時訊務的這種休眠模式操作下，監聽窗口長度同樣可調整。在一個例子中，移動台52的每一監聽窗口具有固定的長度，以便接收訊務指示消息。在另一個例子中，在移動台52與服務基地台53之間協商可變長度的(variable-length)監聽窗口以用於可變長度的資料傳輸。上述例舉的非實時訊務休眠模式操作也適用於盡力型訊務之應用。
第8圖顯示的是無線系統51中用於非實時訊務的具有休眠偏移的休眠模式操作的實施例。如第8圖中所示，在移動台52與服務基地台53之間，進行具有可變長度的資料叢發與可變到達時間間隔特性之非實時訊務。如果訊務指示消息是正的或者在前一監聽窗口期間有資料訊務，那麼休眠週期的長度重置為新初始休眠週期(New Initial Sleep Cycle,New ISC)。根據一個創新方面，新初始休眠週期長度可被調整。在一個例子中，如第8圖所示，新初始休眠週期等於舊初始休眠週期與休眠偏移相加(即新初始休眠週期=舊初始休眠週期+休眠偏移)。休眠偏移可由統計方法確定(如平均資料傳輸流到達時間)。對於非實時訊務(如來自網站瀏覽應用的資料封包)，在兩個連續的資料傳輸流之間通常會有較長的靜寂時間(如讀取時間)。因此，通過加上休眠偏移，移動台52不需要在該長讀取時 間期間非必要地醒來，而可減少能量浪費。在另一個例子當中，新初始休眠週期等於前一休眠週期長度的分數值(即新初始休眠週期=1/N *前一休眠週期)，其中N表示減少率，是從基地台53至移動台52傳送的一配置參數。
第9圖是具有及不具有休眠偏移的情況下，不同平均讀取時間的監聽率模擬比較圖。水平軸表示非實時訊務的平均讀取時間，如來自網站瀏覽應用的資料封包，而垂直軸表示監聽率百分比。如第9圖所示，不具有休眠偏移的監聽率高於具有休眠偏移的監聽率。模擬結果顯示了休眠偏移的利用降低監聽率與電力消耗，因此改善休眠模式操作的效率。
第10圖是在具有及不具有休眠偏移的情況下，不同平均讀取時間的平均延遲模擬比較圖。水平軸表示非實時訊務的平均讀取時間，如來自網站瀏覽應用的資料封包，而垂直軸表示平均延遲。如第10圖所示，不具有休眠偏移的平均延遲高於具有休眠偏移的平均延遲。模擬結果顯示，採用休眠偏移降低了平均延遲，因此改善休眠模式操作期間的資料傳輸效率。
第11圖顯示了無線系統51中用於多速率訊務的休眠模式操作的一個實施例示意圖。多速率訊務包含具有多種不同特性與不同速率的資料訊務。在一個創新方面，多組(multiple sets)休眠週期參數可應用於同一資料傳輸訊務的多種訊務速率。通常而言，如果在多速率訊務流中存在N種不同的訊務速率，那麼N組不同的休眠週期參數則可分別應用於N種不同的訊務速率。移動台52與基地台53進 行協商，在當前資料傳輸訊務的特性改變時，應用不同組的休眠週期參數。
如第11圖中所示，每一組休眠週期參數與休眠週期代碼(Sleep Cycle Identity,SCID)相關，而SCID與固定休眠周期長度以及可變監聽窗口長度相關。將多個SCID分配給移動台52，以支援多速率傳輸。例如，在具有靜寂抑制(silence suppression)類型應用的網際網路語音(Voice over IP,VoIP)中，將具有20毫秒休眠週期長度的第一SCID1應用於在主動對話期間(正常模式)的休眠週期1與休眠週期2；將具有160毫秒休眠週期長度的第二SCID2應用於在靜寂期間(靜寂抑制模式)的休眠週期3與休眠週期4。對於第一SCID1，將20毫秒的較短休眠週期長度應用於移動台52以處理在主動對話期間具有較短到達時間間隔的資料封包。此外，每一監聽窗口可調整為具有相對較長的監聽窗口長度，以令移動台接收更多的輸入資料封包。另一方面，對於第二SCID2，將160毫秒的較長休眠週期長度應用於靜寂期間，以及每一監聽窗口可調整為相對較短的監聽窗口長度，以用於接收靜寂插入描述符(Silence Insertion Descriptor,SID)。
第12圖顯示的是在移動台52及其服務基地台53之間的具有靜寂抑制的VoIP訊務休眠模式操作的一個實施例。在第12圖所示的例子中，在移動台52與基地台53之間建立靜寂抑制功能的VoIP多速率訊務。在初始時，移動台52在主動對話期間(正常模式)進入具有第一SCID1的休眠模式操作。當移動台52偵測到靜寂狀態時，移動台52 發送上行(uplink)指示消息給其服務基地台53，指示將要應用第二SCID2於靜寂期間(靜寂抑制模式)。之後，當移動台52偵測到對話時，移動台52發送另一上行指示消息給其服務基地台53，指示移動台52將切換回具有第一SCID1的休眠模式操作。因此，在當前訊務流的狀態改變時，移動台52在第一SCID1與第二SCID2之間交替變化。
在不同的SCID之間進行切換可通過隱含方式或者外顯方式實作。隱性地，若訊務特性以及服務品質(Quality of Service,QoS)參數改變，那麼SCID可相應改變。在一個例子當中，移動台或其服務基地台可通過在多個連續的監聽窗口中未接收任何語音封包的方式，來偵測訊務特性的改變。在另一個例子中，移動台或其服務基地台發送信號以指示訊務特性或QoS參數的改變，而休眠週期參數的改變則通過接收該信號而顯性地完成。SCID參數應當與特定QoS參數保持一致地應用，如首選許可(Primary Grant)與輪詢間隔(Polling Interval)以及首選許可大小(Primary Grant Size)。顯性地，MAC管理消息可由移動台或其服務基地台利用以指示SCID的改變。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。
51‧‧‧無線系統
52‧‧‧移動台
53‧‧‧基地台
54‧‧‧收發機
55‧‧‧天線
56‧‧‧資料傳輸流
57‧‧‧休眠模式操作模組
結合以下圖式舉例描述本發明，其中相同的標號表示相同的組件。
第1圖(先前技術)顯示的是在IEEE802.16e無線通信系統中休眠模式操作的例子。
第2圖(先前技術)顯示的是在NRT-VR訊務中第I型PSC的電力浪費問題。
第3圖(先前技術)顯示的是在RT-VR訊務中第II型PSC的電力浪費問題。
第4圖(先前技術)顯示的是在RT-VR訊務中第II型PSC的非必要延遲問題。
第5圖是根據本一個創新方面的無線通信系統的概念性區塊示意圖。
第6圖顯示的是無線系統中用於實時訊務的休眠模式操作的兩個實施例的示意圖。
第7圖顯示的是無線系統中用於非實時訊務的休眠模式操作的一個實施例。
第8圖顯示的是無線系統中用於非實時訊務的具有休眠偏移的休眠模式操作的實施例。
第9圖是在具有及不具有休眠偏移的情況下，不同平均讀取時間的監聽率模擬比較圖。
第10圖是在具有及不具有休眠偏移的情況下，不同平均讀取時間的平均延遲模擬比較圖。
第11圖顯示了無線系統中用於多速率訊務的休眠模式操作的一個實施例示意圖。
第12圖顯示的是具有靜寂抑制的VoIP訊務休眠模式 操作的一個實施例。
52‧‧‧移動台

Claims (4)

  1. 一種建立休眠模式操作的方法，其中所述休眠模式操作建立在一無線通信系統中的一移動台與一服務基地台之間，所述休眠模式包含多個休眠週期，所述建立休眠模式操作的方法包含：確定在所述移動台與所述服務基地台之間的一資料傳輸流的一預定義的訊務特性；以及基於所確定的所述訊務特性，將一組或多組休眠週期參數應用至每一休眠週期，其中每一休眠週期包含一休眠窗口與一監聽窗口，以及其中每一組休眠週期參數包含一休眠週期長度與一監聽窗口長度，其中，所述訊務特性為多速率訊務，其中一第一組休眠週期參數應用於一第一大於零的訊務速率，而其中一第二組休眠週期參數應用於一第二大於零的訊務速率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之建立休眠模式操作的方法，其中，每一監聽窗口配置為具有預設監聽窗口長度，進一步包含：當一MAC標頭或一MAC管理消息指示一叢發資料封包的封包結尾時，修改所述預設監聽窗口長度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之建立休眠模式操作的方法，其中，依據一MAC標頭或一MAC管理消息之指示，終止所述監聽窗口中的一個。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之建立休眠模式操作的方法，在一監聽窗口中接收一MAC管理消息並依據該MAC管理消息終止該監聽窗口，其中該MAC管理消息指 示該叢發資料封包的封包結尾。
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