用于在无线通信系统中传输广播信号的方法与流程

本发明涉及无线通信系统的领域，并且更具体地涉及一种用于由接入网的一组基站向终端发送广播信号的方法以及用于接收所述广播信号的方法。

背景技术：

本发明特别有利地(但决非限制性地)应用于超窄带无线通信系统。超窄带(unb)是指由终端向接入网所发送的无线信号的瞬时频谱具有小于1千赫兹的频率宽度。

这种unb无线通信系统特别适用于m2m(机器到机器)及物联网(iot)类型的应用。

在这种unb无线通信系统中，数据交换基本上是在终端与所述系统的接入网之间的上行链路上单向进行。

终端发送由接入网的基站所收集的上行链路消息，而无需事先与接入网的一个或更多个基站相关联。换言之，由终端发送的上行链路消息不被寻址到接入网的特定基站，并且终端在其上行链路消息将被至少一个基站接收的假设下发送上行链路消息。这种安排的优点在于：终端无需执行定期测量来确定最适合接收其上行链路消息的基站，该定期测量在电消耗方面是显著的。复杂性在于接入网，其必须能够接收可能在任意时间和在任意中心频率上被发送的上行链路消息。接入网的每个基站从范围内的各个终端接收上行链路消息。

数据交换基本上单向的这种工作模式对于诸如气表、水表和电表的远程读取、建筑物或房屋的远程监视等许多应用来说是完全令人满意的。

然而，在一些应用中，也能够在另一方向上交换数据会是有利的，即在从接入网到终端的下行链路上。

特别地，将广播信号或多播信号发送至终端可能是有利的。特别地，多个频带可以用于例如与可能具有不同规制的各个不同的地理区域相关联的上行链路消息的发送。然后，广播信号的发送可以使终端能够在不用于此目的的频带中发送上行链路消息之前、在其所在的地理区域中识别上行链路的频带。例如，可以在上行链路的频带或相对于上行链路频带具有预定频率差的频带中发送广播信号。

这种广播信号同样可以被用于发送对所有终端或大量终端有用的任何类型的信息。

然而，为了限制终端的制造成本，对广播信号的检测必须以从电消耗的角度来看经济的简单方式执行。

此外，广播信号必须以对上行链路消息收集的影响有限的情况下进行发送。特别地，为了降低接入网的部署成本，可以设想使用半双工基站，即可以接收上行链路消息和发送广播信号的基站，但是不能同时接收上行链路消息和发送广播信号。在这种情况下，正在发送广播信号的基站无法接收由终端发送的上行链路消息并且因此可能错过上行链路消息。

技术实现要素：

本发明的目的是弥补现有技术解决方案特别是上述解决方案的一些或全部限制。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于由无线通信系统中的一组基站向终端发送广播信号的方法，每个基站具有覆盖区域，组内的基站的覆盖区域被地理地分布成服务于地理区域。此外，广播信号具有有限的持续时间并且在由组内的所有基站所使用的相同频带中被发送，组内的基站在时间上彼此同步并且来自组内的不同基站的广播信号被时分复用。

因此，服务于地理区域的一组基站利用相同的频带来发送广播信号。因此，一旦终端知道频带，则终端在其在同一个地理区域时总是监听同一个频带就足够了，使得监听下行链路——无需连续监听多个不同频带——从电力消耗的角度来看是特别简单和经济的。

此外，组内的基站在时间上同步并且它们所发送的广播信号被时分复用，即来自组内的基站的广播信号以各自的不同时隙被发送。因此，终端不必管理多个广播信号的同时到达，这便利了对于检测和解码每个广播信号所需的处理。

此外，在任何给定时间，组内的最多只有一个基站发送广播信号。因此，如果该组包括ng个基站并且它们又是半双工站，则总是至少有(ng-1)个基站可用于接收上行链路消息。因此，如果基站是半双工站，则对上行链路消息的收集的影响是有限的，并且如果组内的相邻基站的覆盖区域具有地理交叠，则可以进一步减少对上行链路消息的收集的影响。

在特定的实施方式中，发送方法还可以单独地或者以所有技术上可能的组合包括以下特征中的一个或多个。

在特定的实施方式中，组内的基站属于各自不同的集合，每个集合包括属于服务于各自不同地理区域的各个不同组的多个基站，并且同一集合中的基站同时发送广播信号。

在特定的实施方式中，来自每个组的基站的广播信号根据循环重复的预定义时分复用模式来被发送，使得所述时分复用模式在由各组基站所服务的地理区域中被同时重复。

在特定的实施方式中，基站被地理地分布成使得不同组的相邻基站属于不同的集合。

在特定的实施方式中，在每个组中根据相同的地理分布模式对不同集合的基站进行组织。

在特定的实施方式中，广播信号的发送时间是预定义的通用时间坐标(utc)时间。

在特定的实施方式中，由基站组发送的广播信号具有频率交叠。

在特定的实施方式中，组内的基站的相邻覆盖区域具有地理交叠。

在特定的实施方式中，无线通信系统包括多个地理区域，每个地理区域包括多个基站组，来自不同地理区域的广播信号被时分复用。

在特定的实施方式中，来自不同地理区域的广播信号在时间上被编组。

在特定的实施方式中，根据按照预定义的重复模式而重复的预定义的时分复用模式来发送来自组内的基站的广播信号，并且来自基站的广播信号包括能够使时分复用模式内的广播信号被区分的标识符。

这种布置的优点在于，当检测到广播信号时，每个终端可以估计后续时分复用模式的理论开始时间。例如，如果终端在地理区域中移动，则可以确定从什么时候必须要在某位置处监听下行链路以接收由组内的基站中的一个发送的时分复用模式的第一广播信号。这在如下情况下同样有效：在终端从一个地理区域移动到另一个地理区域的情况下，基站被组织成多个集合并且同一集合中的基站同时发送其广播信号。

在特定的实施方式中，广播信号还包括能够使重复模式下的时分复用模式被区分的信息。

在特定的实施方式中，时分复用模式的持续时间至少是时分复用模式的两次重复之间的最小时间的十分之一。

根据第二方面，本发明涉及一种无线通信系统的接入网，该接入网包括基站，该基站包括被配置成根据符合本发明的任何实施方式的发送方法向终端发送广播信号的装置。

在优选的实施方式中，基站中的一些或所有基站是半双工类型。

根据第三方面，本发明涉及一种由终端接收根据符合本发明的任何实施方式的发送方法所发送的广播信号的方法。所述接收方法更特别地包括：终端与无线通信系统的接入网的初始时间同步；随后的时分复用模式的理论开始时间的估计；以及根据理论开始时间搜索广播信号。如果广播信号被检测到，则所述接收方法包括：

-测量所述检测到的广播信号的接收时间；

-提取所述检测到的广播信号的标识符；

-根据所提取的标识符、时分复用模式、所测量的接收时间和所检测的时分复用模式的理论开始时间，终端与接入网进行时间重新同步。

根据第四方面，本发明涉及一种终端，其包括被配置成实施符合本发明的任何实施方式的接收广播信号的方法的装置。

附图说明

在阅读通过非限制性示例并参照附图提供的以下描述时，将更好地理解本发明，附图示出：

-图1：无线通信系统的示意性图示；

-图2：基站在地理区域中的地理分布的示例；

-图3：展示由一组基站发送广播信号的方法的主要步骤的图；

-图4：展示根据预定义的时分复用模式发送来自一个组中的基站的广播信号的优选实施方式的时序图；

-图5：多组基站在地理区域中的地理分布的示例；

-图6：示出由终端接收广播信号的方法的主要步骤的图。

在这些图中，每个图中的相同标记表示相同或类似的元件。为了清楚起见，除非另有说明，所示出的元件不是按比例的。

具体实施方式

图1图示了例如unb类型的无线通信系统10，其包括多个终端20以及具有多个基站31的接入网30。

终端20和接入网30的基站31以无线电信号的形式交换数据。“无线电信号”是指在传统无线电波频谱(从几赫兹到几百千兆赫兹)的频率下通过无线装置传播的电磁波。

终端20适于在上行链路上向接入网30发送上行链路消息。

每个基站31适于从范围内的终端20接收上行链路消息。以这种方式接收的每个上行链路消息例如被发送至接入网30的服务器32，可能伴随着其他信息，诸如已经接收到上行链路消息的基站31的标识符，接收到的上行链路消息的测量功率，接收到的上行链路消息的接收时间和/或测量的中心频率等。服务器32例如处理从各个基站31接收的所有上行链路消息。

此外，接入网30还适于经由基站31将下行链路上的广播信号发送至适于接收它们的终端20。广播信号可以是多播信号。

基站31通常具有如下的覆盖区域：对于在所述覆盖区域中的终端20，由这些终端20发送的上行链路消息可以由所述基站31检测到并且由所述基站31发送的广播信号可以由这些终端接收到。应当注意，基站31的覆盖区域对于上行链路和对于下行链路不一定相同。说明书的其余部分以非限制性的方式涉及上行链路覆盖区域和下行链路覆盖区域相同的情况。

接入网30的基站31通常被地理分布成能够服务大量的终端20。

图2图示了位于不同地理位置的一组ng个基站31并且它们的覆盖区域一起服务于地理区域zg1。在图2所示的非限制性示例中，该组基站31的数量ng等于7，并且当它们必须被区分时该组ng个基站31分别被指定为31-1至31-7，并且其覆盖区域分别被指定为zc1至zc7。

在图2所示的示例中，覆盖区域zc1至zc7被图示为在它们之间没有地理交叠。然而，组内的相邻基站的覆盖区域优选地在它们之间具有地理交叠。因此，地理交叠区域中的终端20能够接收由不同的基站31发送的广播信号，这在理论上可以减少检测至少一个广播信号所需的监听时间。此外，由终端20发送的上行链路消息可以被多个基站31接收，这在当在下行链路上发送广播信号时接收不可用的半双工基站的情况下是特别有利的，而且还通过采用更大的空间分集来改善链路预算。相邻基站31的覆盖区域之间的地理交叠优选地使得：在地理区域zg1内的每个位置处，由终端20发送的上行链路消息可以由至少两个基站31接收和/或所述终端20能够接收由至少两个基站31发送的广播信号。

本发明特别涉及由如图2所示的一组基站31发送广播信号的方法50，以及由终端20接收那些广播信号的方法60，这些方法在下文中详细描述。

a)广播信号发送方法

广播信号发送方法50由unb无线通信系统10的接入网30实现。

说明书的其余部分涉及所述广播信号发送方法50主要由所述接入网30的基站31实施的情况。为此，基站31包括例如(图中未示出的)各个处理模块，每个处理模块包括例如一个或多个处理器和存储装置(磁硬盘、固态存储器、光盘等)，其中存储有以要被执行以执行广播信号发送方法50的各个步骤的一组程序代码指令的形式的计算机程序产品。或者，每个处理模块包括适于实现广播信号发送方法50的所述步骤中的一些或全部步骤的fpga、pld等类型的一个或多个可编程逻辑电路和/或专用集成电路(asic)。

每个基站31还包括被认为是本领域技术人员已知的无线通信装置，使得所述基站能够接收上行链路消息并且以无线电信号的形式发送广播消息。

换言之，接入网30的基站31包括以软件(专用计算机程序产品)和/或硬件(fpga、pld、asic等)配置的相应装置，以实施广播信号发送方法50的各个步骤。

由基站31发送的广播信号的持续时间有限，例如介于几百毫秒至几秒之间。此外，根据本发明，组内的基站31在相同的频带中发送广播信号，因此该相同的频带由组内的基站共享。

说明书的其余部分以非限制性方式涉及200千赫宽的频带。组内的基站31发送广播信号所用的频带可以与终端20发送上行链路消息的上行链路的频带或相对于所述上行链路的频带具有预定频率差的频带等相同。

应当注意，如果由终端20发送的上行链路消息是unb无线通信系统中的超窄带消息，对它们来说广播信号不一定是超窄带信号并且可以具有大于1千赫的瞬时频谱宽度。说明书的其余部分涉及广播信号也是超窄带信号的非限制性情况，这对应于本发明的优选实施方式。

图3图示了广播信号发送方法50的主要步骤，包括：

-51：组内的基站31-1至31-7的时间同步；

-52：组内的各个基站31-1至31-7发送广播信号，由不同基站发送的广播信号被时分复用。

因此，根据本发明，在相同频带中发送的来自组内的各基站31-1至31-7的广播信号也被时分复用。

为此，组内的基站31-1至31-7预先在时间上被同步，以确保所述广播信号可以在其间没有时间交叠的情况下被连续发送。可以采用使组内的基站31-1至31-7彼此时间同步的任何方法，并且一种特定方法的选择仅构成本发明的一个变型。此外，应当注意，基站31之间的时间同步的精度可以相对较低。例如，在本发明的背景下认为一秒的量级的精度是足够的，例如通过在连续广播信号的发送之间提供保护时隙以防止它们在时间上交叠。

如果广播信号被时分复用，则它们优选地在频域中彼此接近地被发送，以限制由每个终端20监听到的频带宽度，如果需要，这可以小于200千赫。例如，由基站31-1至31-7的组所发送的广播信号可以具有频率交叠。频率交叠只能是部分的。然而，广播信号优选地以相同的中心频率被发送，使得频率交叠是完全的，即，使得它们在频域中基本重叠。因此，如果知道发送所述广播信号所在的中心频率，则每个终端20可以在以广播信号的瞬时频谱宽度的量级的窄监听频带中监听下行链路。

图4图示了时序图，其示出了来自组内的基站31-1至31-7的广播信号根据预定义的时分复用模式被发送的一个非限制性示例。

“预定义的时分复用模式”是指来自组内的基站31-1至31-7的广播信号以预定的顺序且在相应的发送时间被发送，相应的发送时间大约以时间同步的精度而在其间具有预定义的时间偏移。如果广播信号被认为具有1秒的量级的持续时间，则时间差可以例如是几秒到几十秒的量级。

例如，如图4所示，基站31-1至31-7在各自的发送时间t1至t7依次发送广播信号sd1至sd7：

-发送时间t2相对于t1具有大于广播信号sd1的持续时间的时间差δt1；

-发送时间t3相对于t2具有大于广播信号sd2的持续时间的时间差δt2；

-发送时间t4相对于t3具有大于广播信号sd3的持续时间的时间差δt3；

-发送时间t5相对于t4具有大于广播信号sd4的持续时间的时间差δt4；

-发送时间t6相对于t5具有大于广播信号sd5的持续时间的时间差δt5；

-发送时间t7相对于t6具有大于广播信号sd6的持续时间的时间差δt6。

时分复用模式例如循环重复。应当注意，广播信号sd1至sd7的内容可以针对每个时分复用模式都不同，然而相比之下，由基站31-1至31-7发送广播信号的次序和所述广播信号的发送时间之间的时间差对于每个时分复用模式都是相同的。

在本发明的优选实施方式中，根据预定的重复模式重复包括广播信号sd1至sd7的时分复用模式。

例如，时分复用模式可以以预定的重复周期δt周期性地重复。

根据另一示例，时分复用模式的重复模式可以包括以预定义的通用时间坐标(utc)时间重复所述时分复用模式。例如，时分复用模式的重复模式可以包括在一天内的04:00utc、10:00utc、16:00utc和22:00utc重复所述时分复用模式。重复模式本身可以每天重复。

时分复用模式的持续时间优选地至少是所述时分复用模式的两次重复之间的最小时间的十分之一，或甚至至少是百分之一。因此，广播信号sd1至sd7的发送因此在时间上被编组。因此，如果终端20大概知道何时可能接收至少一个广播信号，则所述终端20可以通过在可以相对较短的时间(即几个广播信号的持续时间的量级)内监听下行链路频带而容易地检测由所述终端20所在的覆盖区域的基站31所发送的所有广播信号。在两个时分复用模式之间，即大部分时间，终端20因而可以在下行链路上进入待机模式。

在优选的实施方式中，广播信号sd1至sd7包括能够使时分复用模式内的所述广播信号被区分的标识符。因此，由于标识符，检测广播信号的终端20可以确定时分复用模式中的所检测的广播信号的次序。广播信号sd1至sd7还可以包括特别是在重复模式不是周期性地重复的情况下能够使重复模式内的时分复用模式被区分的信息。

在图3所示的示例中，基站31-1至31-7被地理地分布成服务于地理区域zg1。为了服务于大地理区域，可以提供多组ng个基站31，其服务于分布在相关地理区域内的各个不同地理区域。

在适当的情况下，在优选的实施方式中，各组内的基站31被组织成基站31的ng个相应不同的集合。因此，每个组内的ng个基站31属于相应的不同集合——如果ng取为7则被指定为bs1至bs7。

相同集合内的基站31优选地彼此在时间上同步，并且优选地在相同的频带中同时发送它们的广播信号。因此，集合bs1内的基站31同时发送其广播信号，集合bs2内的基站31同时发送其广播信号，集合bs3内的基站31同时发送其广播信号，等等。如果考虑广播信号的时分复用模式，则所述时分复用模式在所有地理区域中被同时重复。以上在该地理区域的级别描述的优势因而被扩展到多个地理区域。

图5图示了服务于各自不同的地理区域zg1至zg4的不同的基站31组的地理分布的示例。在图5所示的示例中，地理区域zg1至zg4被图示为在其之间没有地理交叠。然而，不排除具有在其间有地理交叠的相邻地理区域。此外，在该示例中，不同集合内的基站31根据相同的地理分布模式被组织在每个组中，这特别使得能够确保在地理区域中但属于不同组的相邻基站必然属于不同的集合，因此不会同时发送其广播信号。

因此，在相同地理区域中的基站31优选地在相同频带中发送所有广播信号，并且每个地理区域内的广播信号进一步被时分复用。各组基站31的广播信号有利地以相同的时隙被发送。另一方面，对于每个地理区域，可以使用不同的频带来发送广播信号，这例如是因为规制不一样。在适当的情况下，不同地理区域的广播信号优选地被时分复用。换言之，每个地理区域的广播信号以相同的时隙被发送，并且对于不同的地理区域使用不同的时隙而在它们之间没有交叠。因此，一方面，对于终端20不必同时监听多个不同的频带。另一方面，监听时间可能会减少。事实上，如果终端20改变地理区域，则终端20通常将在与终端20先前所在的地理区域相关联的时隙内监听下行链路并且将不检测任何广播信号。然而，终端20也不会错过在其所在的地理区域中所发送的广播信号，这是因为它们在不同的时隙中被发送。因此，在与终端20先前所在的地理区域相关联的错误时隙中进行监听的终端20不会延迟对在其所在的地理区域中所发送的广播信号的检测。此外，如果终端20知道各个地理区域的各个时隙的时间分布以及与它们相关联的频带，则终端20可以在随后的时隙期间监听分别与所述时隙相关联的频带并且更快地检测广播信号。

此外，各个地理区域的广播信号发送时隙优选地在时间上被分组，以限制终端20监听多个地理区域的下行链路的时间。

b)广播信号接收方法

图6图示了由终端20接收根据上述内容的由接入网30所发送的广播信号的方法60的主要步骤。

例如，每个基站20包括(图中未示出的)处理模块，处理模块包括例如一个或多个处理器和存储装置(磁硬盘、固态存储器、光盘等)，其中存储有以要被执行以执行广播信号接收方法60的各个步骤的一组程序代码指令的形式的计算机程序产品。或者，处理模块包括适于实现广播信号接收方法60的一些或全部步骤的fpga、pld等类型的一个或多个可编程逻辑电路和/或专用集成电路(asic)。每个终端20还包括被认为是本领域技术人员已知的无线通信装置，使得所述终端能够发送上行链路消息并且以无线电信号的形式接收下行链路消息。

换言之，每个终端20包括以软件(专用计算机程序产品)和/或硬件(fpga、pld、asic等)配置的一组装置，以实施广播信号接收方法60的各个步骤。

如图6所示，由终端20接收广播信号的方法60首先包括所述终端20与接入网30的初始时间同步的步骤61。

对于基站31，终端20和接入网30之间的时间同步的精度可以相对较低。例如，在本发明的背景下认为一秒量级的精度是足够的。

终端20与接入网30的初始时间同步可以采用本领域技术人员已知的任何方法，并且特定方法仅构成本发明的一个变型。例如，终端20可以初始地通过在下行链路上延长监听直到检测到至少一个广播信号而被同步。如果广播信号还按照预定义的时分复用模式被发送，则终端20可以从所检测到的广播信号中提取标识符并且从中推断所检测的广播信号在所述时分复用模式中的次序。然后终端20可以例如根据重复模式的先验知识估计随后的时分复用模式的理论开始时间，并且在适当的情况下，从所检测的广播信号中提取的信息能够使所述重复模式内的时分复用模式被区分。

根据另一示例，终端20可以初始地通过向接入网30发送请求来被同步。然后，接入网30通过向所述终端20发送下行链路消息来进行响应，该下行链路消息包括使得终端20能够与接入网30在时间上同步的信息。例如，该同步信息包括(在广播信号的发送时间为utc时间的情况下的)utc时间或对于开始下一个时分复用模式的等待时间等。

然后，如果需要接收广播信号，则广播信号接收方法60包括：估计后续时分复用模式的理论开始时间的步骤62和根据所述理论开始时间搜索广播信号的步骤63。终端20优选地在下行链路上默认处于待机模式，并且在从时分复用模式的所述理论开始时间之前不久被唤醒以从所述理论开始时间开始监听下行链路。

当广播信号被检测到时(图6中的标记630)，接收方法60包括以下步骤：

-64：测量所检测的广播信号的接收时间，其例如对应于接收所述广播信号的utc时间；

-65：从所检测到的广播信号提取标识符；

-66：根据提取的标识符、时分复用模式、测量的接收时间和检测到的时分复用模式的理论开始时间，终端20与接入网30进行时间重新同步。

例如，根据所提取的标识符和时分复用模式的理论开始时间，终端20可以确定所检测的广播信号的理论接收时间。所测量的接收时间与所检测信号的理论接收时间之间的时间差使终端20能够将其内部时钟与接入网30的时钟重新同步。

如果在搜索步骤63期间没有检测到广播信号(图6中的标记631)，则在时分复用模式的持续时间内监听下行链路之后，接收方法60例如通过返回到估计后续时分复用模式的理论开始时间的步骤62或者初始时间同步的步骤61来继续进行。

更一般地，应当注意，以及作为非限制性示例描述了上面考虑的实施方式和应用，并且因此可以设想其他变型。

特别地，已经在考虑unb无线通信系统的情况下描述了本发明。根据其他示例，不排除考虑其他类型的无线通信系统，包括由终端发送的无线电信号的瞬时频谱大于1千赫宽的系统。