用于窄帶信道的多址方案的制作方法
【專利說明】用于窄帶信道的多址方案
【背景技術】
[0001] 概括地說，下文設及無線通信，更具體地說，設及機器對機器（M2M)無線廣域網(wǎng) (WAN)中的通信。已廣泛地部署無線通信系統(tǒng)，W提供各種類型的通信內(nèi)容，例如語音、視 頻、分組數(shù)據(jù)、消息傳送、廣播、傳感器數(shù)據(jù)、跟蹤數(shù)據(jù)等。該些系統(tǒng)可W是能通過共享可用 的系統(tǒng)資源（例如，時間、頻率和功率）來支持與多個用戶的通信的多址系統(tǒng)。該樣的多址 系統(tǒng)的例子包括碼分多址（CDMA)系統(tǒng)、時分多址（TDMA)系統(tǒng)、頻分多址（抑MA)系統(tǒng)和正 交頻分多址（OFDMA)系統(tǒng)。
[0002] 通常，無線多址通信系統(tǒng)可W包括多個基站，每個基站同時支持多個設備的通信。 在一些例子中，該些設備可W是被配置為采集數(shù)據(jù)，并經(jīng)由基站將該數(shù)據(jù)發(fā)送給終端服務 器的傳感器和/或計量器。該些傳感器和/或計量器可W被稱為M2M設備?；究蒞在前 向鏈路和反向鏈路上與M2M設備進行通信。每個基站都具有覆蓋范圍，該覆蓋范圍可W被 稱為小區(qū)的覆蓋區(qū)域。M2M設備可W在反向鏈路上向基站發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0003]M2M設備在反向鏈路上向基站發(fā)送數(shù)據(jù)所使用的信道可W是隨機接入信道。設備 可W選擇信道，并嘗試發(fā)送它們的數(shù)據(jù)。如果該信道是不可用的，則可能導致沖突。設備可 W選擇不同的信道，并使用另外的能量和功率來再次嘗試發(fā)送其數(shù)據(jù)。該個過程造成數(shù)據(jù) 在反向鏈路上的傳輸?shù)难舆t。另外，因為M2M設備嘗試通過基本的反復試驗過程來識別可 用的信道，所W該些設備的寶貴功率和資源被浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 概括地說，所描述的特征設及：用于使在M2M無線廣域網(wǎng)（WAN)中通信的M2M設備 的功率使用最小化的一個或多個改進的系統(tǒng)、方法和/或裝置。在一種配置中，可W將M2M 設備用于在反向鏈路上與基站的通信的操作頻帶劃分成一個或多個窄帶頻率信道?？蒞在 從基站發(fā)送的每個前向鏈路帖的時隙的至少一部分期間，向M2M設備發(fā)送信道狀態(tài)信息。 該信道狀態(tài)信息可W指示所述一個或多個頻率信道中的每個頻率信道的當前狀態(tài)。M2M設 備可W隨機地選擇具有空閑狀態(tài)的信道，W用于反向鏈路上的傳輸。該設備可W向基站發(fā) 送對在反向鏈路帖中使用所選擇的信道的請求。在下一個前向鏈路帖中發(fā)送的信道狀態(tài)信 息可W向該M2M設備指示是否已經(jīng)向該M2M設備指派了所請求的信道W用于反向鏈路上的 傳輸。當基站對M2M設備在指派的信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)進行成功地解碼和解調(diào)時，基站可W 轉(zhuǎn)換該狀態(tài)信息，W指示該信道現(xiàn)在是空閑的。在檢測到該信道的狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為空閑時， M2M設備可W終止數(shù)據(jù)的傳輸，因而節(jié)省功率和資源。
[0005]本文描述了 一種用于管理M2M無線WAN中的無線通信的方法。將M2M無線WAN的 操作頻帶劃分成至少第一頻率信道和第二頻率信道。第一頻率信道和第二頻率信道用于反 向鏈路上的通信。向一個或多個M2M設備廣播第一信道狀態(tài)信息和第二信道狀態(tài)信息。第 一信道狀態(tài)信息指示第一頻率信道的狀態(tài)。第二信道狀態(tài)信息指示第二頻率信道的狀態(tài)。 在一個實施例中，該狀態(tài)包括空閑狀態(tài)或繁忙狀態(tài)。
[0006] 在一個例子中，從M2M設備接收對使用第一頻率信道W在反向鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)的 請求。第一頻率信道可W包括空閑狀態(tài)?？蒞將第一頻率信道指派給該M2M設備。指派 第一頻率信道可W包括；將第一信道狀態(tài)信息從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換為指示繁忙狀態(tài)；W及向所 述一個或多個M2M設備廣播所轉(zhuǎn)換的第一信道狀態(tài)信息。在一種配置中，在第一頻率信道 上從該M2M設備接收數(shù)據(jù)。第一頻率信道可W包括繁忙狀態(tài)。在對從該M2M設備接收的數(shù) 據(jù)進行了解碼時，可W將第一信道狀態(tài)信息從繁忙狀態(tài)轉(zhuǎn)換為指示第一頻率信道的空閑狀 態(tài)，W及向所述一個或多個M2M設備廣播所轉(zhuǎn)換的第一信道狀態(tài)信息。
[0007]在一種配置中，可W從至少兩個M2M設備接收對使用第一頻率信道W在反向鏈路 上發(fā)送數(shù)據(jù)的請求。第一頻率信道可W包括空閑狀態(tài)。可W選擇所述至少兩個M2M設備中 的一個M2M設備，W及可W將第一頻率信道指派給所述M2M設備中的所選擇的一個M2M設 備。選擇所述至少兩個M2M設備中的一個M2M設備，可W包括；估計從所述至少兩個M2M設 備中的每個M2M設備接收的反向鏈路的強度；W及部分地基于至少從所選擇的M2M設備接 收的反向鏈路的所估計的強度，選擇所述至少兩個M2M設備中的所述一個M2M設備。。在一 個實施例中，選擇所述至少兩個M2M設備中的一個M2M設備，可W包括；識別所述至少兩個 M2M設備中最近在反向鏈路上發(fā)送了數(shù)據(jù)的所述M2M設備；W及選擇所述至少兩個M2M設 備中最近在反向鏈路上發(fā)送了數(shù)據(jù)的所述一個M2M設備。
[000引在一個例子中，指派第一頻率信道可W包括；將第一信道狀態(tài)信息從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn) 換為指示繁忙狀態(tài)；生成用于標識所選擇的M2M設備的指派消息；W及向所述至少兩個M2M 設備廣播所轉(zhuǎn)換的第一信道狀態(tài)信息和所述指派消息。
[0009] 在一個實施例中，可W識別第一群組的M2M設備。所述第一群組的M2M設備可W 按照第一數(shù)據(jù)速率在前向鏈路上接收數(shù)據(jù)。還可W識別第二群組的M2M設備。所述第二群 組的M2M設備可W按照第二數(shù)據(jù)速率在前向鏈路上接收數(shù)據(jù)。所述第二數(shù)據(jù)速率可W大于 所述第一數(shù)據(jù)速率?？蒞識別第S群組的M2M設備。所述第S群組的M2M設備可W按照第 =數(shù)據(jù)速率在前向鏈路上接收數(shù)據(jù)。所述第=數(shù)據(jù)速率可W大于所述第二數(shù)據(jù)速率。
[0010] 在一個例子中，可W按照第一數(shù)據(jù)速率，向所述第一群組的M2M設備廣播第一群 組的頻率信道的信道狀態(tài)信息。該信道狀態(tài)信息可W是在第一前向鏈路帖的第一時隙的至 少一部分期間發(fā)送的。還可W按照第二數(shù)據(jù)速率，向所述第二群組的M2M設備廣播第二群 組的頻率信道的信道狀態(tài)信息。該信道狀態(tài)信息可W是在第二前向鏈路帖的第一時隙的至 少一部分期間發(fā)送的。此外，可W按照第S數(shù)據(jù)速率，向所述第S群組的M2M設備廣播第S 群組的頻率信道的信道狀態(tài)信息。該信道狀態(tài)信息可W是在第=前向鏈路帖的第一時隙的 至少一部分期間發(fā)送的?？蒞使用第一頻率信道和第二頻率信道，實現(xiàn)用于反向鏈路上的 通信的頻分多址（FDMA)。
[0011] 還描述了一種被配置用于M2M無線WAN中的反向鏈路上的無線通信的基站。該基 站可W包括處理器和與所述處理器電子通信的存儲器。可W在所述存儲器中存儲有指令。 所述指令可由所述處理器執(zhí)行，W將所述M2M無線WAN的操作頻帶劃分成至少第一頻率信 道和第二頻率信道。第一頻率信道和第二頻率信道可W用于反向鏈路上的通信。所述指令 還可由所述處理器執(zhí)行，W向一個或多個M2M設備廣播第一信道狀態(tài)信息和第二信道狀態(tài) 信息。第一信道狀態(tài)信息可W指示第一頻率信道的狀態(tài)。第二信道狀態(tài)信息可W指示第二 頻率信道的狀態(tài)。
[0012] 還描述了一種被配置用于M2M無線WAN中的反向鏈路上的無線通信的裝置。該裝 置可W包括；用于將M2M無線WAN的操作頻帶劃分成至少第一頻率信道和第二頻率信道的 單元。第一頻率信道和第二頻率信道可W用于反向鏈路上的通信。該裝置還可W包括；用 于向一個或多個M2M設備廣播第一信道狀態(tài)信息和第二信道狀態(tài)信息的單元。第一信道狀 態(tài)信息可W指示第一頻率信道的狀態(tài)。第二信道狀態(tài)信息可W指示第二頻率信道的狀態(tài)。
[0013] 還描述了一種用于管理M2M無線WAN中的反向鏈路上的無線通信的計算機程序產(chǎn) 品。所述計算機程序產(chǎn)品可W包括非暫時性計算機可讀介質(zhì)，所述非暫時性計算機可讀介 質(zhì)存儲有可由處理器執(zhí)行，W將M2M無線WAN的操作頻帶劃分成至少第一頻率信道和第二 頻率信道的指令。第一頻率信道和第二頻率信道可W用于反向鏈路上的通信。所述指令還 可由所述處理器執(zhí)行，W向一個或多個M2M設備廣播第一信道狀態(tài)信息和第二信道狀態(tài)信 息。第一信道狀態(tài)信息可W指示第一頻率信道的狀態(tài)。第二信道狀態(tài)信息可W指示第二頻 率信道的狀態(tài)。
[0014] 還描述了一種用于M2M無線WAN中的反向鏈路上的無線通信的方法。可W識別要 用于反向鏈路上的通信的頻率信道。所述頻率信道可W包括空閑狀態(tài)?？蒞發(fā)送對使用所 述頻率信道的請求。可W接收信道狀態(tài)消息的第一廣播。所述消息可W指示所述頻率信道 的狀態(tài)。可W至少部分地基于所述頻率信道的所述狀態(tài)，確定是否使用所述頻率信道來發(fā) 送數(shù)據(jù)分組。
[0015] 確定是否使用所述頻率信道，可W包括；確定所述頻率信道的所述狀態(tài)是否已經(jīng) 從所述空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換為繁忙狀態(tài)。在確定所述狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為所述繁忙狀態(tài)時，可W使用 所述頻率信道來發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組。確定是否使用所述頻率信道，還可W包括；接收信道指 派信息。所述信道指派信息可W包括所述頻率信道的顯式指派。可W至少部分地基于所述 信道指派信息，使用所述頻率信道來發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組。
[0016] 在一個實施例中，可W接收所述信道狀態(tài)消息的第二廣播。所述消息可W指示所 述頻率信道的從所述繁忙狀態(tài)到所述空閑狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在接收到指示所述頻率信道的狀 態(tài)的轉(zhuǎn)換的所述第二廣播之后，可W終止使用所述頻率信道在反向鏈路上的所述數(shù)據(jù)的傳 輸。在一個例子中，發(fā)送對使用所述頻率信道的請求，可W包括；發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的前導 碼。
[0017] 通過W下詳細描述、權利要求和附圖，所描述的方法和裝置的適用性的進一步范 圍將變得顯而易見。僅僅通過說明的方式給出詳細描述和具體例子，該是由于對于本領域 技術人員來說，落入本說明書的精神和范圍之內(nèi)的各種改變和修改將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0018] 通過參考W下附圖可W實現(xiàn)對本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點的進一步的理解。在附圖中， 類似的組件或特征可W具有相同的附圖標記。此外，可W通過在附圖標記后跟隨破折號和 在類似組件之中進行區(qū)分的第二標記來區(qū)分相同類型的各種組件。如果在本說明書中只使 用了第一附圖標記，則該描述適用于具有相同的第一附圖標記的類似組件中的任意一個， 而不考慮第二附圖標記。
[0019] 圖1示出了無線通信系統(tǒng)的框圖；
[0020] 圖2描繪了無線通信系統(tǒng)的例子，該無線通信系統(tǒng)包括實現(xiàn)M2M通信的無線廣域 網(wǎng)（WAN);
[0021] 圖3A示出了描繪尋呼系統(tǒng)的一個實施例的框圖；
[0022] 圖3B是描繪了無線通信系統(tǒng)的一個實施例的框圖；
[0023] 圖4A是根據(jù)各個實施例描繪的用于管理前向鏈路通信的設備的框圖；
[0024]圖4B是描繪了前向鏈路通信模塊的一個實施例的框圖；
[0025] 圖5A是根據(jù)各個實施例描繪的用于管理反向鏈路通信的設備的框圖；
[0026]圖5B是描繪了反向鏈路通信模塊的一個實施例的框圖；
[0027] 圖6根據(jù)各個實施例描繪的用于管理前向鏈路通信的設備的框圖；
[002引圖7根據(jù)各個實施例，示出了可W被配置用于向M2M設備指派反向鏈路上的空閑 業(yè)務信道的通信系統(tǒng)的框圖；
[0029] 圖8是根據(jù)各個實施例描繪的用于管理反向鏈路通信的設備的框圖；
[0030] 圖9根據(jù)各個實施例，示出了用于管理功率的消耗的M2M設備的框圖；
[0031] 圖10A是描繪了包括一個或多個信道狀態(tài)消息的多個前向鏈路帖的一個實施例 的框圖；
[003引圖10B是描繪了將M2M設備指派到窄帶頻分多址師MA)信道，W在反向鏈路上發(fā) 送數(shù)據(jù)分組的一個例子的框圖；
[0033] 圖10C是描繪了競爭窄帶頻率信道，W在反向鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)分組的一個實施例 的框圖；
[0034] 圖11是描繪了通過管理反向鏈路通信，來節(jié)省M2M設備的功率的方法的一個例子 的流程圖；
[0035] 圖12是描繪了用于通過轉(zhuǎn)換信道的狀態(tài)W觸發(fā)反向鏈路上的傳輸?shù)募霸缃K止， 來節(jié)省M2M設備的功率的方法的一個例子的流程圖；
[0036]圖13是描繪了用于通過管理反向鏈路中的頻率信道的指派，來節(jié)省M2M設備的功 率的方法的一個例子的流程圖；
[0037] 圖14是描繪了用于選擇窄帶頻率信道，W用于反向鏈路傳輸?shù)姆椒ǖ囊粋€實施 例的流程圖；
[003引圖15是描繪了用于通過識別和選擇用于反向鏈路傳輸?shù)恼瓗ьl率信道，來節(jié)省M2M設備的功率的方法的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 本文描述了用于通過為反向鏈路上的傳輸提供窄帶頻分多址（FDMA)頻率信道的 指派，W及反向鏈路傳輸?shù)募霸缃K止，來使M2M設備的功率的使用最小化的方法、系統(tǒng)和設 備。在一個實施例中，基站可W發(fā)送針對各個窄帶頻率信道的狀態(tài)指示符。該狀態(tài)指示符 指示信道是空閑還是繁忙。M2M設備可W選擇具有空閑狀態(tài)的信道，并發(fā)送對使用該信道的 請求。在接收到該請求時，基站可W將狀態(tài)指示符轉(zhuǎn)換為繁忙。基站可W發(fā)送針對每個信 道的更新的狀態(tài)指示符。在接收到更新的狀態(tài)指示符，并發(fā)現(xiàn)所請求的信道的狀態(tài)已轉(zhuǎn)換 為繁忙時，請求的M2M設備可W知曉其已被指派有該信道，并可W開始使用該個信道來在 反向鏈路上發(fā)送信號。通過提供用于告知是否已向他們指派了信道的指示符，減少M2M設 備隨機地選擇已經(jīng)在使用的信道并嘗試使用該信道來發(fā)送信號的可能性，節(jié)省了M2M設備 的資源和功率。如果該信道已在使用，則該導致M2M設備隨機地選擇另一信道，并試圖再一 次進行發(fā)送。該種用于選擇信道的反復試驗的過程，浪費了M2M設備的寶貴功率和資源。
[0040] 如果一個W上的M2M設備向基站發(fā)送對使用相同的信道的請求，則基站可W選擇 該些設備中的一個設備來指派該信道。除了發(fā)送更新的狀態(tài)指示符之外，基站還可W發(fā)送 用于顯式地標識已被選擇使用該頻率信道的M2M設備的另外的信息。
[0041] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和設備還可W通過提供反向鏈路上的傳輸?shù)募霸缃K止，使M2M 設備的蘇醒時間最小化。在跟隨數(shù)據(jù)的反向鏈路傳輸之后的前向鏈路帖中，M2M設備可W 確定；用于在反向鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)的信道的狀態(tài)指示符是否已經(jīng)轉(zhuǎn)換為空閑狀態(tài)。如果該 狀態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)換，則M2M設備可W將該種轉(zhuǎn)換視為來自基站的、該基站已成功解碼和解調(diào)在 反向鏈路上發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的確認（ACK)消息。M2M設備然后可W終止該數(shù)據(jù)分組的進一 步傳輸，W節(jié)省功率和資源。
[0042] W下描述提供了例子，但并不限制權利要求中闡述的范圍、適用性或配置。可W在 不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，改變所討論的元素的功能W及布置。各個實施 例可W酌情省略、替換或者增加各種過程或組件。例如，可W按照與所描述順序不同的順序 來執(zhí)行所描述的方法，并且可W增加、省略或組合各個步驟。另外，可W將針對某些實施例 描述的特征組合到其它的實施例中。
[0043] 首先參見圖1，框圖描繪了無線通信系統(tǒng)100的例子。系統(tǒng)100包括；基站105 (或 小區(qū)）、機器對機器（M2M)設備115、基站控制器120和核屯、網(wǎng)130 (控制器120可W集成到 核屯、網(wǎng)130中）。系統(tǒng)100可W支持多個載波上的操作（不同頻率的波形信號）。
[0044] 基站105可W經(jīng)由基站天線（未示出）與M2M設備115進行無線通信?；?05 可W經(jīng)由多個載波，在基站控制器120的控制之下，與M2M設備115進行通信。每個基站 105站點都可W為相應的地理區(qū)域提供通信覆蓋。每個基站105的覆蓋區(qū)域在此處被標識 為110-a、110-b或110-C?？蒞將基站的覆蓋區(qū)域劃分成扇區(qū)（未示出，但其僅僅構成該 覆蓋區(qū)域的一部分）。系統(tǒng)100可W包括不同類型的基站105 (例如，宏基站、微微基站和/ 或毫微微基站）。宏基站可W為相對大的地理區(qū)域（例如，半徑為35km)提供通信覆蓋。微 微基站可W為相對小的地理區(qū)域（例如，半徑為10km)提供覆蓋，而毫微微基站可W為相對 更小的地理區(qū)域（例如，半徑為1km)提供通信覆蓋。對于不同的技術，可能存在交迭的覆 蓋區(qū)域。
[0045]M2M設備115可W散布于整個覆蓋區(qū)域110。每個M2M設備115可W是靜止的或 移動的。在一種配置中，M2M設備115可能能夠與不同類型的基站進行通信，例如但不限于 宏基站、微微基站和毫微微基站。M2M設備115可W是監(jiān)測和/或跟蹤其它設備、環(huán)境狀況 等的傳感器和/或計量器?？蒞通過包括基站105的網(wǎng)絡，將M2M設備115采集的信息發(fā) 送給后端系統(tǒng)，例如服務器?？蒞通過基站105,對去往/來自M2M設備115的數(shù)據(jù)的傳輸 進行路由?；?05可W在前向鏈路上與M2M設備進行通信。在一種配置中，基站105可 W生成具有多個時隙的前向鏈路帖，該些時隙包括用于攜帶去往M2M設備115的數(shù)據(jù)和/ 或消息的信道。在一個例子中，每個前向鏈路帖可W包括不超過=個的時隙W及一個或多 個相應的信道。該些時隙和信道可W包括；具有尋呼信道的尋呼時隙、具有上行鏈路控制 信道扣CC)的上行鏈路控制時隙和具有業(yè)務信道的業(yè)務時隙。上行鏈路控制時隙還可W用 作ACK時隙，在該ACK時隙期間，可W使用ACK信道來發(fā)送ACK消息。各個前向鏈路帖的長 度可W很短（例如，20毫秒（ms))。在一個實施例中，可W對四個帖進行聯(lián)合，W形成具有 80ms持續(xù)時間的更大帖。該更大帖中包括的每個帖可W包括不超過S個的時隙和信道，例 如，用于尋呼信道的尋呼時隙、用于UCC的上行鏈路控制時隙和用于業(yè)務信道的業(yè)務時隙。 每個帖的尋呼時隙和上行鏈路控制時隙可W各自具有5ms的長度，而每個帖的業(yè)務時隙可 W具有10ms的長度。M2M設備115可W在個別帖（在該更大帖內(nèi)）期間蘇醒，該些個別帖 在其信道上包括旨在針對該M2M設備115的數(shù)據(jù)和/或消息。
[0046] 在一種配置中，基站105可W根據(jù)業(yè)務信道循環(huán)，向M2M設備115發(fā)送數(shù)據(jù)。該業(yè) 務信道循環(huán)可W是在其期間，在前向鏈路帖的一個或多個業(yè)務時隙期間向一個或多個M2M 設備115發(fā)送業(yè)務數(shù)據(jù)的時間段。每個M2M設備115可W知曉其業(yè)務信道循環(huán)何時開始。 在該循環(huán)的每個前向鏈路帖的上行鏈路控制時隙期間，基站105可W發(fā)送用于指示該M2M 設備115可用于在反向鏈路上發(fā)送的每個窄帶頻率的狀態(tài)的信息。M2M設備115可W使用 該個狀態(tài)信息來選擇用于向基站反向發(fā)送數(shù)據(jù)分組的窄帶信道。基站105可W從設備115 接收針對各個信道的請求。基站105可W通過對信道的狀態(tài)指示符進行轉(zhuǎn)換，來對設備115 進行響應，W指示是否向它們指派了它們所選擇的信道。如果一個W上的M2M設備115請 求使用相同的窄帶頻率信道，則基站105還可W顯式地標識已經(jīng)指派哪個M2M設備115使 用特定的信道。
[0047] 在一個實施例中，可朗尋M2M設備115并入到其它設備中，或者M2M設備115可W 是獨立的設備。例如，諸如蜂窩電話和無線通信設備、個人數(shù)字助理（