用于在监听由终端共享的通信信道后发送消息的方法与流程

文档序号:15235681发布日期:2018-08-21 20:33阅读:339来源:国知局

本发明涉及无线通信系统领域。更具体地,本发明涉及,在消息必须在与其他终端共享的通信信道中发送,并且在发送消息前,每个终端必须检查通信信道的可用性的情况下的一种通过终端发送消息的方法。



背景技术:

在很多无线通信系统中,为了在通信信道中发送消息之前检查该通信信道的可用性,确实有必要监听该通信信道。

对于使用免费频段的无线通信系统尤其如此,所谓免费频段即只要符合监管约束,可以在没有事先行政授权的情况下使用的频段。在某些地理区域,这些监管约束包括在发送前监听的义务(英语表达为“listenbeforetalk”或lbt)。

因此,在这样的无线通信系统中,只有在一段被称为“不活动时间δtin”的预定时间内在通信信道中没有检测到活动的情况下才能发送消息。例如,在日本,发送消息之前要检测的不活动时间必须至少为5毫秒(ms)。

在这些无线通信系统中,希望在这样的通信信道中发送消息的终端首先需监听通信信道。如果该通信信道被占用,或者如果在观察到不活动时间之前检测到活动,该终端可以立即中止监听,并且在经过一段预定时间后重新尝试监听通信信道,该预定时间被称为“监听延迟时间”。该终端还可以延长监听,直到在不活动时间内在该通信信道中检测到无活动。一旦检测到无活动的持续时间等于所述不活动时间,终端就可以发送该消息。

在m2m(“machine-to-machine”的首字母缩略词)类型或“物联网”(英语表达为“internetofthings”或iot)类型的应用中,使用免费频段尤其有利,原因在于其可以降低建立这样的无线通信系统的成本。

例如在物联网的背景下,日常生活的每个对象都可以成为通信对象,并且因此配备有用于将消息发送到接入网的终端。因此,在这种背景下,通常大于100甚至更多的大量终端很可能共享同一个通信信道。

已知的发送前的监听技术的问题在于,在大量终端共享相同的通信信道的情况下,接入该通信信道可能比较困难。事实上,当一个终端监听该通信信道时,另一个终端发送消息的可能性随着终端的数量的增加而增加,使得这些终端花费大量时间等待该通信信道变为空闲通信信道。

此外,只要至少一个终端在该通信信道中发送消息,该通信信道就可以视为被占用,不管终端是否可以互不干扰地使用通信信道,都会导致通信信道的低效使用。



技术实现要素:

本发明旨在通过提出一种解决方案来克服尤其是以上提到过的现有技术的解决方案的全部或部分缺陷,该解决方案使得可以在终端发送消息前监听通信信道的情况下,提高被大量终端共享的通信信道的使用效率。

为此,根据第一个方面,本发明涉及一种发送方法,该方法用于通过无线通信系统的终端,在与其他终端共享的通信信道中发送消息,方法包括:

-在发送消息之前:监听步骤,用于在不中断通信信道的情况下通过终端进行监听,直到检测到在通信信道中在一段预定时间内无活动,该预定时间被称为“不活动时间δtin”;

-当在通信信道中未检测到活动时,在不活动时间δtin内:发送步骤,用于在通信信道中发送消息。

此外,这些终端在通信信道中通过分频且/或扩展码进行复用,并且在不活动时间δtin内,在通信信道中检测到无活动后,方法还包括等待步骤,在发送消息前,无线通信系统的所有终端等待一段相同的预定时间,该预定时间被称为“等待时间δtat”。

因此,与某些现有监听技术相反,在终端监听通信信道时,如果在通信中检测到了活动,该终端并不中断监听。相反地,即使该通信信道被占用,该终端还可以延长监听,直到在该通信信道中检测等于不活动时间δtin的无活动的持续时间,以使得监听的持续时间大于该不活动时间δtin。

因此,当通信信道最初被占用时,延长监听的做法使得能够检测在通信信道中正在进行的活动的结束时间,并且因此尽可能快地在进行中的活动结束之后,检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间。

因此,该传输方法可以提高通信信道的使用效率,原因在于可以在尽可能接近通信信道中的活动结束时刻发送消息,同时遵守事先检测等于不活动时间δtin的无活动的持续时间的约束限制。

由于这些有要发送的消息的终端倾向于同时发送它们各自的消息,因此通信信道的使用效率也得到改善,原因在于,一方面它们几乎同时检测到活动的结束,使得它们也几乎同时检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间,并且另一方面,对于通信系统的所有终端,等待时间δtat是相同的。然而,终端在通信信道中通过分频且/或不同的扩展码进行多路复用,不会发生冲突,并且由终端同时发送的消息不会相互干扰。

将消息延迟等于等待时间δtat的时间后再发送是有利的,原因在于可以增加能够发送消息的终端的数量,并因此进一步有利于不同的终端同时发送消息。

对于通信系统的所有终端来说,等待时间δtat是相同的,原因在于其不会随着时间的推移将不同终端的消息进行分期发送,而是促进更大数量的终端同时发送消息。

使用等待时间δtat的另一个优点是其可以修正与传播延迟相关的问题,该传播延迟使得最靠近占用该通信信道的终端将倾向于首先检测该信道是否空闲,并可能潜在地阻止其他终端发送消息。

因此,该发送方法可以在发送之前遵守监听的约束限制,同时通过促进几个消息的同时发送来优化对通信信道的占用。

在一些特定的实施方式中,该发送方法还可以包括以下特征中的一个或多个,可单独地或根据所有技术上可能的组合采用这些特征。

在一些特定的实施方式中,在一段被称为“最大监听时间δtmax”的预定时间内,当未检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间的时候,该终端中断对该通信信道的监听,该最大监听时间δtmax远大于该不活动时间δtin,即该最大监听时间δtmax的时长至少是该不活动时间δtin的五倍(δtmax≥10·δtin),并且优选地,该最大监听时间δtmax的时长为该不活动时间δtin的十倍(δtmax≥10·δtin)。

因此,如果在监听步骤中,在最大监听时间δtmax内未检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间,则终端中断监听。在该通信信道被不符合监管约束的干扰源永久占用的情况下,这样的规定尤其可以避免一直监听这样的通信信道。

在一些特定的实施方式中,最大监听时间δtmax大于无线通信系统的终端发送的消息的最大持续时间δtmsg,优选地,δtmax大于(δtmsg+2×δtin+δtat)。

在一些特定的实施方式中,最大监听时间δtmax等于或大于2秒。

在一些特定的实施方式中,等待时间δtat等于或大于不活动时间δtin。

在一些特定的实施方式中,需通过终端发送的消息是超窄带消息。

在一些特定的实施方式中,消息的发送包括:在与其他终端共享的频带内,通过终端随机选择一个发送消息的中心频率。

在一些特定的实施方式中,消息的发送包括:通过预定的扩展码对消息的谱进行扩展。

根据第二个方面,本发明涉及一种无线通信系统的终端,包括被设置为用于实施根据本发明的任一种实施方式的发送方法的步骤的装置。

根据第三个方面,本发明涉及一种根据本发明任一实施方式的具有多个终端的无线通信系统。

在一些特定的实施方式中,无线通信系统包括具有若干基站的接入网,以及与从这些终端到接入网的上行链路相对应的通信信道。

附图说明

通过阅读以下描述可以更好地理解本发明,该描述以非限制性实例给出,并且通过参照附图,其中:

-图1:无线通信系统的一个实施例的示意图,

-图2:发送方法的一个实施例的示意图,

-图3:发送方法的一个实施变型例的示意图,

-图4:发送方法的一个优选实施方式的示意图,

-图5:根据本发明的发送方法的操作时序图。

在这些示意图中,每个图之间的相同附图标记表示相同的或相似的元件。为了清楚起见,除非另有说明,否则所示元件不是按比例绘制的。

具体实施方式

图1表示无线通信系统10的一个实施例的示意图。在图1所示的实施例中,线通信系统10包括多个终端20,以及一个具有多个基站31的接入网30。

这些终端20和接入网30的这些基站31以无线电信号的形式交换数据。“无线电信号”是指通过无线装置传播的电磁波,其频率包括在传统的无线电波谱(几赫兹至几百千兆赫)中。

以非限制性的方式考虑:终端20和基站31之间的数据交换基本上是单向的情况,更具体地,通过从终端20到接入网30的上行链路进行数据交换的情况下。然而,根据其他示例,不排除有双向无线通信系统10,在该系统中,也可以通过从接入网30到终端20的下行链路进行数据交换。

终端20与接入网30的基站31之间的上行链路对应于由终端20共享的通信信道。更具体地说,该通信信道对应于一个预定频段,例如一个宽度等于200千赫(khz)的频带,在该频带中,每个终端20都被允许发送包含数据的消息。

在终端20在通信信道中通过分频进行多路复用(英语表达为“frequencydivisionmultipleaccess”或fdma)的情况下,以下将以非限制性的方式进行描述。

并且,以非限制性的方式考虑:无线通信系统10是超窄带的情况。“超窄带”(英文表达为“ultranarrowband”或unb)是指由终端20发送的消息的瞬时频谱的频率宽度小于2千赫,甚至小于1千赫。这种消息的发送可以以非常低的电力消耗实现,特别适用于m2m或iot类型的应用。

另外,这种超窄带消息特别适用于不同的终端20在通信信道中的频分复用。

例如,可以预先将一个发送消息的中心频率与每个终端20相关联,不同的终端20对应的各自的中心发送频率彼此不同且随时间保持不变。例如,如果通信信道对应于宽度为200khz的频带,则在消息为超窄带的情况下,100至200个终端可以在所述频带中复用,并且由终端20发送的消息不会相互干扰。

可替代地,在一些优选实施方式中,无线通信系统10的每个终端20被设置为用于随机地选择一个在共享频带内待发送消息的中心发送频率。因此,对于同一终端20,中心发送频率随时间变化,优选地,每次仅发送一个消息。

这样设置的优点在于:无需协调终端20与接入网30的基站31,就可以统计地方式在通信信道中进行频分复用。另一方面,复杂性在于接入网30,其必须能够接收在所述通信信道中,在所述接入网30的任意先前未知的中心传输频率上发送的消息。

此外,由于每个终端20的中心频率随时间变化,所以每个终端20与接入网30之间的通信对发射干扰信号的干扰源的存在不太敏感,该干扰信号会干扰随时间保持不变的中心频率,并且仅占据由终端20共享的部分频带。

图2示出了在由无线通信系统10的各种终端20共享的通信信道中发送消息的方法50的主要步骤。

发送方法50由无线通信系统10的每个终端20实现。

为此,每个终端20尤其包括一个控制装置(图中未示出),其包括例如一个或多个处理器和存储装置(磁性硬盘,电子存储器,光盘等),一个计算机程序产品,其以待执行的一组程序代码指令的形式存储在这些存储装置中,以用于实施该发送方法50的不同步骤。作为替代或补充,该控制装置包括一个或多个可编程逻辑电路(fpga,pld等)和/或一个或多个专用集成电路(asic),和/或一组离散电子组件等,以用于实施该发送方法50的全部或部分步骤。

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,使得终端能够向接入网30的基站31发送上行消息。

换句话说,终端20包括以软件(特定计算机程序产品)和/或硬件(fpga,pld,asic,离散电子组件等)配置的一组装置来实施该发送方法50的步骤。

如前所述,在通信信道中发送消息之前,终端20必须监听通信信道以检查其是否被占用。

因此,如图2所示,当终端20有待发送消息时,发送方法50包括:一个步骤51,在发送消息之前,终端20监听该通信信道。

如果在被称为“不活动时间δtin”的预定时间内,在通信信道中未检测到活动,则认为通信信道没有被占用。不活动时间δtin尤其取决于无线通信系统10所覆盖的地理区域中的实行的监管约束,并且例如等于或大于5ms。

“通信信道中的活动”是指通过无线通信系统10的另一个终端20正在进行的消息发送,以及通过不属于线通信系统10的第三方设备的消息发送。需要注意的是,本领域技术人员已知的所有活动检测方法都可以被实施,并且特定方法的选择仅仅是本发明的实施方式的变型例。

如果在通信信道中检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间(图2中附图标记510)之前,在监听步骤51期间检测到活动,则继续执行监听步骤51。

另一方面,如果检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间(图2中附图标记511),则认为该通信信道未被占用。发送方法50还包括发送消息的步骤52。

换句话说,终端20不中断地监听通信信道,直到在通信信道中,检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间。

如果当终端20要发送消息并且开始监听通信信道时,在通信信道中检测到活动,则终端20将监听通信信道直到在通信信道中正在进行的活动结束。因此,由于在通信信道中正在进行的活动已经停止之后立即开始测量不活动时间δtin,所以终端20可以在尽可能接近活动结束时刻发送消息。

此外,在通信信道中正在进行的活动已经停止之后,终端20的这种行为将能够促进不同终端20同时发送多个消息。实际上,在通信信道中正在进行的活动已经停止之后,终端20将立即几乎同时开始测量不活动时间δtin,其中,该终端20具有待发送消息并且在通信信道中的同一个活动的进行期间就开始监听该通信信道。由于在所考虑的这个例子中终端20是频分复用的,所以同时发送的消息不会相互干扰。

图3表示发送方法的一个实施变型例的示意图,

除了参照图2描述的步骤之外,发送方法50还包括:测定步骤53,其用于测定监听通信信道的持续时间是否已经超过被称为“最大监听时间δtmax”预定时间。

如果监听持续时间已经超过最大监听时间δtmax而没有检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间(图3中附图标记530),则终端20中断监听通信信道。在这种情况下,终端20可以稍后重新尝试监听通信信道,例如在经过一段被称为“监听延迟时间δtr”的预定时间之后。监听延迟时间δtr为例如在几百毫秒和几秒之间。另外,也可以在预定次数的被中断的监听之后或者在经过一段预定的最大持续时间(例如几百秒的量级)之后,取消发送该消息。

另一方面,如果监听持续时间未超过最大监听时间δtmax(图3中的附图标记531),则继续通信信道的监听而不中断。

换句话说,只要没有检测到持续时间等于不活动时间δtin的活动,终端20就不中断地监听通信信道,但需满足监听持续时间不能超过最大监听时间δtmax的限制。在该通信信道被不符合监管约束的干扰源永久占用的情况下,这样的规定尤其可以避免一直监听这样的通信信道。

优选地,最大监听时间δtmax远大于不活动时间δtin,即该最大监听时间δtmax的时长至少是该不活动时间δtin的五倍。

事实上,最大监听时间δtmax越长,对于具有待发送消息的大量终端20而言,越有可能检测到在通信信道中正在进行的活动的结束时间。因此,最大监听时间δtmax越长,能够同时发送消息的终端20的数量越多。在不活动时间δtin等于5ms的情况下,最大监听时间例如等于或者大于500ms,甚至等于或大于2秒。

在一些优选实施方式中,最大监听时间δtmax大于无线通信系统的终端发送的消息的最大持续时间δtmsg,优选地,δtmax大于(δtmsg+2×δtin+δtat)。在这种情况下,如果一个活动对应于通过无线通信系统10的终端20发送的消息,每个终端20将总是监听通信信道足够长的时间,以检测到正在进行的该活动结束后的等于不活动时间δtin的无活动的持续时间。

图4表示发送方法50的一个优选实施方式的主要步骤的示意图。

如图4所示,发送方法50重复附图4中所述的步骤。在图4所示的非限制性示例中,发送方法50不重复附图3中所描述的测定步骤53,该步骤用于测定监听持续时间是否已经超过最大监听间δtmax。然而,根据其他示例,不排除重复用于测定监听持续时间是否已经超过最大监听时间δtmax的步骤53。

如图4所示,发送方法50包括等待步骤(54),在通信信道中已经检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间后,在发送消息前,等待一段被称为“等待时间δtat”的预定时间。

换句话说,在通信信道中已经检测到持续时间等于不活动时间δtin的无活动后,终端20延迟等于等待时间δtat的持续时间再发送消息。

这种设置的优点在于可以进一步促进不同终端20同时发送消息。事实上,当有活动正在进行时,已经开始监听通信信道的终端20倾向于在对应于以下时间的时刻发送其消息:

tfin+δtin+δtat

其中,tfin对应由终端20检测到的活动的结束时间的表达式。因此,在时刻tfin和时刻(tfin+δtat)之间开始监听的终端20可以检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间,并且启动消息发送,如果当有活动正在进行时,开始监听通信信道的终端20在时刻(tfin+δtin)不会出现直接发送其消息的情况。

需要注意的是,等待时间δtat仅用于延迟消息的发送,所述发送已经在tfin时刻被确定。因此,在时刻tfin之后开始的活动不会影响终端20发送该消息,从而在时刻tfin之后并且在等待时间δtat期间,没有必要监听通信信道。

有利地,对于无线通信系统10的所有终端20,等待时间δtat是相同的。事实上,等待时间δtat不是为了在时间上错开各种终端20的消息的发送以防止它们同时发出。等待时间δtat仅仅是为了延长在通信信道中的无活动以促进更大量的终端20同时发送消息。例如,等待时间δtat等于或大于不活动时间δtin。

使用等待时间δtat的另一个优点是其可以修正与传播延迟相关的问题,该传播延迟使得最靠近占用该通信信道的终端将倾向于首先检测该通信信道是否空闲,并能够潜在地阻止其他终端发送消息。事实上,如果没有等待时间δtat,最近的终端有可能开始发送消息,并且因此占用通信信道,甚至在另一个更远的终端能够检测到持续时间等于不活动时间δtin的无活动之前,这将阻止该另一个终端能与最近的终端同时发送消息。

图5为示出了发送方法50的操作原理的时序图。在示例中,以下情况在图5中以非限制性的方式示出:监听持续时间被限制为最大监听时间δtmax,并且在检测到持续时间等于不活动时间δtin的无活动后,并在等待了持续时间等于等待时间δtat的额外持续时间之后,每个终端20发送消息。

更具体地,图5包括从a)到g)的七个部分,表示20a到20g的七个终端的行为。对于这些终端中的每一个,影线区域对应于消息的发送时间间隔,并且由“cs”标明的区域对应于通信信道的监听时间间隔。

以下情况如图5的a)部分以非限制性的方式示出:终端20a从初始处在通信信道中发送消息,并且在时刻t4结束该消息的发送。

如图5的b)部分所示,在小于t4的时刻t0处,终端22b开始监听通信信道以发送消息。在对应于(t0+δtmax)且小于t4的时刻t3,终端20b中断监听一直被终端20a占用的通信信道。例如,在经过监听延迟时间δtr之后,终端20b可以尝试再次监听该通信信道。

如图5的部分c)所示,在时刻t1,终端20c开始监听通信信道,以发送消息。时刻t1满足(t1+δtmax)大于(t4+δtin),以使得终端20c在时刻t4在通信信道中检测到活动的结束,并且在对应(t4+δtin)的时刻t6检测到的无活动的持续时间δtin。终端20c从时刻t11(t6+δtat)开始发送其消息。

如图5的部分d)所示,在时刻t2(t2>t1),终端20d开始监听通信信道,以发送消息。时刻t2满足(t2+δtmax)大于(t4+δtin),以使得终端20d在时刻t4在通信信道中检测到活动的结束,并且在时刻t6检测到的无活动的持续时间δtin。如终端20c,终端20d从时刻t11(t6+δtat)开始发送其消息。

如图5的e)部分所示,在时刻t5(t4<t5<t6),终端20e开始监听信道,以发送消息。t5满足(t5+δtin)小于t11且小于(t5+δtmax),以使得终端20e在时刻t7(t5+δtin)检测到的无活动的持续时间δtin。终端20e从时刻t12(t7+δtat)开始发送其消息。

如图5的部分f)所示,在时刻t8(t6<t8<t11),终端20f开始监听通信信道,以发送消息。t8满足(t8+δtin)小于t11且小于(t8+δtmax),以使得终端20f在时刻t10(t8+δtin)检测到无活动的持续时间δtin。终端20f从时刻t13(t10+δtat)开始发送其消息。

如图5的g)部分所示,在时刻t9(t9<t11),终端20g开始监听通信信道,以发送消息。时刻t9满足(t9+δtin)大于t11。在对应于(t9+δtmax)的时刻t14,终端20g未能检测到无活动的持续时间δtin,并且中断监听通信信道。例如,终端20g可以在经过延迟时间δtr之后尝试再次监听通信信道。需要注意的是,如果δtmax的值已经被选择为大于(δtmsg+2×δtin+δtat),则终端20g可以在尽可能接近终端20f发送结束时发送其消息。

因此,如图5所示,终端20c和20d同时发送它们的消息。另外,终端20e和20f几乎与终端20c和20d同时发送它们的消息,这在不使用等待时间δtat的情况下不会发生。在所考虑的这个示例中,由于终端20a至20g是频分复用的,所以同时发送的消息不会相互干扰。因此可以理解为,发送方法50能够在发送之前考虑监听约束的同时提高通信信道的使用效率。

这种改进的原因部分在于,当终端20检测到通信信道中的活动时,这些终端20坚持监听通信信道直到检测到等于不活动时间δtin的无活动的持续时间。

在某些情况下,这种操作可以引起根据本发明的终端20的耗电量大于一旦检测到活动就中断监听通信信道的终端的耗电量。然而,发明人已经验证,当终端数目较大时,根据本发明的终端20(无监听中断)的电力消耗相比于有监听中断的终端的电力消耗平均降低。事实上,在有大量终端的情况下,有监听中断的终端倾向于更频繁地中断通信信道的监听,并且在监听延迟时间内尝试多次监听。对于大量的终端来说,对于进行中断监听来发送消息的终端所需的累积监听时间,倾向于大于本发明情况下所需的监听时间,因为根据本发明的终端20倾向于在通常小于由所述终端20发送消息的最大持续时间的监听时间内,监听一次通信信道。

更通常地,需要注意的是,以上考虑的实施方式和实施例已经通过非限制性示例的方式被描述,并且其他变型例因此是可实现的。

特别地,在主要考虑由终端20发送的消息是超窄带的前提下描述本发明,这对于m2m或iot类型的应用是特别有利的。然而,根据其他例子,不排除考虑发送不是超窄带的消息。

另外,在主要考虑终端20在该通信信道中的频分复用的情况下描述本发明。然而,根据其他例子,除了频分复用以外,不排除考虑终端20在该通信信道中的其他复用技术作为替代或作为附加。特别地,本发明也适用于终端20通过不同的扩展码(英语表达为“codedivisionmultipleaccess”或cdma)进行复用的情况。在这种情况下,通过终端20发送消息包括对于所述终端,通过预定扩展码对所述消息的谱进行扩展,该预定扩展码与无线通信系统10的其他终端20的扩展码区分开。所考虑的扩展码例如是m序列,gold序列等。

通过考虑到通信信道对应于终端20和接入网30之间的上行链路的情况,描述本发明。然而,根据其他示例,不排除考虑其他通信信道,例如终端20使用的用于互相直接通信而无需经过中间接入网的通信信道。

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