用于具有有限链路预算的网络的多信道的多址方案的制作方法
【专利说明】用于具有有限链路预算的网络的多信道的多址方案
【背景技术】
[0001] 概括地说，以下内容涉及无线通信，更具体地说，涉及机器对机器（M2M)无线广域 网（WAN)中的通信。无线通信系统被广泛地部署以提供各种类型的通信内容，例如语音、视 频、分组数据、消息传送、广播、传感器数据、跟踪数据等等。这些系统可以是能够通过共享 可用的系统资源（例如，时间、频率和功率）来支持与多个用户进行通信的多址系统。这类 多址系统的例子包括码分多址（CDMA)系统、时分多址（TDMA)系统、频分多址（FDMA)系统 和正交频分多址（OFDMA)系统。
[0002] 通常，无线多址通信系统可以包括多个基站，每一个基站同时支持多个设备的通 信。在一些示例中，这些设备可以是传感器和/或计量器，其被配置为收集数据并经由基站 将该数据发送给端服务器。这些传感器和/或计量器可以称为M2M设备。基站可以在前向 链路和反向链路上与M2M设备进行通信。每一个基站具有覆盖范围，该覆盖范围可以称为 小区的覆盖区域。M2M设备可以在反向链路上向基站发送数据。
[0003] 当M2M设备在反向链路上发送数据时，其增加反向链路上的总干扰。由于反向链 路传输在本质上可能是高速的，因此扩频因子可能很低，编码增益可能很低，并且M2M设备 执行这些传输所需要的功率可能很高。所造成的干扰可能产生反向链路上的通信问题。因 此，可以设置可接受的噪声和干扰门限。这可以代表在不会使干扰变得太高以至于不能对 从M2M设备接收的信息进行解码的情况下，能够向反向链路增加的干扰量。但是，传统的方 法为反向链路的各个频率信道设置单一的门限。如果该门限设置的太高，则具有较大路径 损耗的M2M设备不能够有效地在反向链路上发送通信。如果该门限设置的太低，则会减少 频率信道的容量。
【发明内容】
[0004] 所描述的特征总体上涉及：用于在不牺牲网络的容量的情况下，为在M2M无线WAN 中进行通信的M2M设备设置适当的门限的一种或多种改进的方法、系统和设备。可以将该 门限设置的高于频率信道中所存在的热噪声电平。因此，本文可以将该门限称为热噪声增 加量（R〇T)门限。在一种配置中，基站可以为每一个频率信道设置RoT门限。可以将这些 频率信道中的至少一个专用成低数据速率随机接入信道。与为其它频率信道所设置的R〇T 门限相比，专用于低数据速率随机接入信道的频率信道可以具有低的RoT门限。因此，该频 率信道的容量可能很低，并可以被保留用于具有较大路径损耗的M2M设备，其中这种较大 的路径损耗是由于这些M2M设备处于远离于基站的位置。但是，其它频率信道可以维持较 高的RoT门限，其中较高的RoT门限将增加这些信道的容量。
[0005] 描述了用于管理机器对机器（M2M)无线广域网（WAN)中的无线通信的方法、系统 和设备。将M2M无线WAN的操作频带划分成至少第一频率信道和第二频率信道。第一频率信 道和第二频率信道用于反向链路上的通信。为第一频率信道设置第一热噪声增加量（RoT) 门限。为第二频率信道设置第二RoT门限。与第一 RoT门限相比，第二RoT门限更低。
[0006] 在一个实施例中，可以从多个M2M设备中识别第一组的一个或多个M2M设备。第一 组的所述一个或多个M2M设备可以用于使用第一频率信道在反向链路上进行发送。此外， 可以从所述多个M2M设备中识别第二组的一个或多个M2M设备，以使用第二频率信道在反 向链路上进行发送。
[0007] 可以将信道指派消息广播给第一组的M2M设备和第二组的M2M设备。该信道指派 消息可以通知第一组的一个或多个M2M设备使用第一频率信道在反向链路上进行发送，并 且该信道指派消息可以通知第二组的一个或多个M2M设备使用第二频率信道在反向链路 上进行发送。
[0008] 识别第一组的一个或多个M2M设备和第二组的一个或多个M2M设备可以包括：从 所述多个M2M设备中识别位于第一地理区域内的一个或多个M2M设备；从所述多个M2M设 备中识别位于第二地理区域内的一个或多个M2M设备。可以将位于第一地理区域中的一个 或多个M2M设备指派到具有第一 RoT门限的第一频率信道。可以将位于第二地理区域中的 一个或多个M2M设备指派到具有第二RoT门限的第二频率信道。与第一地理区域相比，第 二地理区域可以在前向链路上具有来自与M2M设备通信的设备的更大路径损耗。
[0009] 在一种配置中，识别第一组的一个或多个M2M设备和第二组的一个或多个M2M设 备可以包括：从所述多个M2M设备中，识别先前已按照满足数据速率门限的数据速率在反 向链路上进行发送的一个或多个M2M设备。识别第一组的M2M设备和第二组的M2M设备还 可以包括：从所述多个M2M设备中，识别先前已按照不满足所述数据速率门限的数据速率 在反向链路上进行发送的一个或多个M2M设备。
[0010] 可以将先前已按照满足所述数据速率门限的数据速率在反向链路上进行发送的 所述一个或多个M2M设备，指派到具有第一 RoT门限的第一频率信道。可以将先前按照不 满足所述数据速率门限的数据速率在反向链路上进行发送的所述一个或多个M2M设备，指 派到具有第二R〇T门限的第二频率信道。
[0011] 在一个实施例中，识别第一组的一个或多个M2M设备和第二组的一个或多个M2M 设备可以包括：对在所述多个M2M设备中的M2M设备中的一个或多个M2M设备处接收的前 向链路的强度进行估计。可以将第一组的一个或多个M2M设备指派到具有第一 RoT门限的 第一频率信道，并且可以将第二组的一个或多个M2M设备指派到具有第二RoT门限的第二 频率信道。与所估计的在第一组处接收的前向链路的强度相比，所估计的在第二组处接收 的前向链路的强度可以更低。
[0012] 在一个实施例中，可以确定是否为第一频率信道或第二频率信道调整第一 RoT门 限或第二RoT门限。确定要调整第一 RoT门限或第二RoT门限，是至少部分地基于使用第 一频率信道或第二频率信道在反向链路上进行通信的M2M设备的数量发生改变的。在一种 配置中，在确定出使用第一频率信道的M2M设备的数量已减少时，可以动态地降低第一频 率信道的第一 RoT门限。在确定出使用第一频率信道的M2M设备的数量已增加时，可以动 态地增加第一频率信道的第一 RoT门限。
[0013] 在一种配置中，可以实现码分多址（CDMA)来使用第一频率信道和第二频率信道 进行反向链路上的通信。RoT门限表示频率信道上高于该频率信道的热噪声的信号干扰的 量。
[0014] 还描述了被配置用于机器对机器（M2M)无线广域网（WAN)中的无线通信的基站。 该基站可以包括处理器以及与所述处理器进行电通信的存储器。指令可以存储在存储器 中。所述指令可以由所述处理器执行以用于：将M2M无线WAN的操作频带划分成至少第一 频率信道和第二频率信道。第一频率信道和第二频率信道用于反向链路上的通信。所述指 令还可以由所述处理器执行以用于：为第一频率信道设置第一热噪声增加量（R〇T)门限， 并且为第二频率信道设置第二R〇T门限。与第一 RoT门限相比，第二RoT门限可以更低。
[0015] 还描述了被配置用于机器对机器（M2M)无线广域网（WAN)中的无线通信的装置。 该装置可以包括：用于将M2M无线WAN的操作频带划分成至少第一频率信道和第二频率信 道的单元。第一频率信道和第二频率信道可以用于反向链路上的通信。该装置还可以包括： 用于为第一频率信道设置第一热噪声增加量（RoT)门限的单元；用于为第二频率信道设置 第二RoT门限的单元。与第一 RoT门限相比，第二RoT门限可以更低。
[0016] 还描述了用于管理机器对机器（M2M)无线广域网（WAN)中的无线通信的计算机 程序产品。所述计算机程序产品可以包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机 可读介质存储可由处理器执行以进行以下操作的指令：将M2M无线WAN的操作频带划分成 至少第一频率信道和第二频率信道。第一频率信道和第二频率信道可以用于反向链路上的 通信。所述指令还可以由所述处理器执行以用于：为第一频率信道设置第一热噪声增加量 (RoT)门限，并且为第二频率信道设置第二RoT门限。与第一 RoT门限相比，第二RoT门限 可以更低。
[0017] 还描述了用于机器对机器（M2M)无线广域网（WAN)中的反向链路上的无线通信的 方法。可以识别用于反向链路上的通信的第一频率信道和第二频率信道。第一频率信道可 以包括第一热噪声增加量（RoT)门限。第二频率信道可以包括第二RoT门限。与第一 RoT 门限相比，第二RoT门限可以更低。可以使用第一频率信道或第二频率信道在反向链路上 发生通信。
[0018] 在一个实施例中，接收信道指派消息的广播。该消息可以指示使用第一频率信道 还是使用第二频率信道进行反向链路上的通信。可以选择第一频率信道或第二频率信道以 用于反向链路上的通信。选择第一频率信道或第二频率信道可以包括：使用第一频率信道 按照第一数据速率来发送数据；监测确认（ACK)消息，所述ACK消息指示按照第一数据速率 成功传输该数据；以及在没有接收到ACK消息时，使用第二频率信道按照第二数据速率来 重传该数据。与第一数据速率相比，第二数据速率可以更低。
[0019] 在一个实施例中，选择第一频率信道或者第二频率信道可以包括：估计源自于基 站的前向链路的信号强度；以及至少部分地基于所估计的前向链路的信号强度，来选择第 一频率信道或者第二频率信道。
[0020] 在一种配置中，选择第一频率信道或第二频率信道可以包括：接收频率信道容量 消息。该消息可以指示第一频率信道和第二频率信道的可用容量。可以至少部分地基于该 消息指示的各个信道的可用容量，来选择第一频率信道或者第二频率信道。
[0021] 通过以下的【具体实施方式】、权利要求书和附图，所描述的方法和装置的进一步适 用范围将变得显而易见。仅仅通过说明的方式给出【具体实施方式】和特定的示例，因为对于 本领域技术人员来说，在说明书的精神和范围之内的各种改变和修改将变得显而易见。
【附图说明】
[0022] 通过参照以下附图可以实现对本发明的性质和优势的进一步理解。在附图中，相 似的组件或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记后附上短划线和区 分相似组件的第二标记来区分同一类型的各种组件。如果在说明书中仅使用了第一附图标 记，则描述适用于具有相同第一附图标记的相似组件中的任何一个，而不管第二附图标记。
[0023] 图1示出了一种无线通信系统的框图；
[0024] 图2示出了一种无线通信系统的示例，该无线通信系统包括实现M2M通信的无线 广域网（WAN);
[0025] 图3A示出了描绘寻呼系统的一个实施例的框图；
[0026] 图3B是示出无线通信系统的一个实施例的框图；
[0027] 图4A是根据各个实施例，示出用于管理前向链路通信的设备的框图；
[0028] 图4B是示出前向链路通信模块的一个实施例的框图；
[0029] 图5A是根据各个实施例，示出用于管理反向链路通信的设备的框图；
[0030]图5B是示出反向链路通信模块的一个实施例的框图；
[0031] 图6根据各个实施例，示出用于管理前向链路通信的设备的框图；
[0032] 图7根据各个实施例，示出了可以被配置用于为CDMA频率信道设置和调整RoT门 限，以节省M2M设备的功率的通信系统的框图；
[0033] 图8是根据各个实施例，示出用于管理反向链路通信的设备的框图；
[0034] 图9根据各个实施例，示出了用于管理功率的消耗的M2M设备的框图；
[0035] 图10是示出可用于由反向链路通信使用的多个频率信道的一个实施例的框图；
[0036] 图11是示出自适应地改变用于一个或多个频率信道的RoT门限的一个实施例的 框图；
[0037] 图12是根据本发明的系统和方法的各个实施例，示出M2M无线WAN的一个实施例 的框图；
[0038] 图13是示出用于通过利用变化的RoT门限对使用频率信道的反向链路通信进行 管理，来节省M2M设备的功率的方法的一个示例的流程图；
[0039] 图14是示出用于通过向设备指派具有低RoT门限的信道，来节省M2M设备的功率 的方法的一个示例的流程图，其中该设备的反向链路通信经历较大的路径损耗；
[0040] 图15是示出用于通过动态地改变频率信道的RoT门限，来管理M2M设备的电源的 方法的一个示例的流程图；
[0041] 图16是示出通过基于频率信道的RoT门限选择要使用的信道，来管理M2M设备的 功率的方法的一个示例的流程图；
[0042] 图17是示出通过基于在反向链路上发送信号所使用的数据速率，基于频率信道 的RoT门限而选择要使用的信道，来管理M2M设备的功率的方法的一个示例的流程图。
【具体实施方式】
[0043] 在一个实施例中，网络可能受到链路预算的限制。链路预算是通过通信介质从发 射机（例如，M2M设备）到接收机（例如，基站）的增益和损耗的统计。如果网络（例如， M2M无线WAN)的链路预算是受限的，则使用码分多址（CDMA)以允许多个设备接入到相同的 频率信道在反向链路上进行发送，可能会造成该信道的操作RoT负面地影响该反向链路的 链路预算。但是，如果网络按照较低的RoT进行操作，以便使RoT对于网络的覆盖的影响最 小化，则可能急剧地减少反向链路上的容量。在一个实施例中，由于网络中的设备（例如， M2M设备）的功率受限和/或较大的小区大小，网络的链路预算可能是受限的。
[0044] 本发明的系统和方法描述了在不牺牲网络的容量的情况下，针对在M2M无线WAN 中通信的M2M设备所使用的频率信道，设置适当的RoT门限。在一种配置中，基站可以将网 络的操作频带划分成多个反向链路频率信道。基站还可以为每一个频率信道设置一个R〇T 门限。这些频率信道中的至少一个频率信道可以维持相对低的R〇T，并且可以用作为低数据 速率随机接入信道。例如，用于该信道的RoT门限可以是ldB或者更低。该频率信道对于 按照低数据速率在反向链路上进行发送的M2M设备来说是链路预算适宜的。RoT门限可以 被动态地改变，并且基站可以向M2M设备指示它们应当使用哪个RoT门限。M2M设备也可以 基于从基站接收的信号的强度，来确定要使用哪个频率信道。
[0045] 下面的描述提供了一些示例，这些示例并非限制权利要求书中所阐述的范围、适 用性或者配置。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对所讨论的要素的功能 和排列进行改变。各个实施例可以根据需要，省略、替代或者增加各种过程或组件。例如， 可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行所描述的方法，可以对各个步骤进行增加、省 略或者组合。此外，针对某些实施例所描述的特征可以组合到其它实施例中。
[0046] 首先参见图1，该框图示出了一种无线通信系统100的示例。系统100包括基站 105 (或小区）、机器对机器（M2M)设备115、基站控制器120和核心网130 (控制器120可以 集成到核心网130中）。系统100可以支持多个载波（不同频率的波形信号）上的操作。
[0047] 基站105可以经由基站天线（没有示出）与M2M设备115进行无线地通信。基站 105可以经由多个载波，在基站控制器120的控制之下，与M2M设备115进行通信。基站105 站点中的每一个可以为各自的地理区域提供通信覆盖。这里将每一个基站105的覆盖区域 标识为ll〇-a、ll〇-b或110-c。可以将基站的覆盖区域划分成扇区（没有示出，但其仅仅构 成该覆盖区域的一部分）。系统100可以包括不同类型的基站105 (例如，宏基站、微微基站 和/或毫微微基站）。宏基站可以为相对大的地理区域（例如，半径35km)提供通信覆盖。 微微基站可以为相对小的地理区域（例如，半径l〇km)提供覆盖，毫微微基站可以为相对较 小的地理区域（例如，半径lkm)提供通信覆盖。对于不同的技术来说可以存在重叠的覆盖 区域。
[0048] M2M设备115可以分散遍及于覆盖区域110之中。每一个M2M设备115可以是固 定的或者是移动的。在一种配置中，M2M设备115能够与不同类型的基站（例如，但不限于 宏基站、微微基站和毫微微基站）进行通信。M2M设备115可以是监测和/或跟踪其它设 备、环境状况等等的传感器和/或计量器。可以通过包括基站105的网络，将M2M设备115 所收集的信息发送给后端系统（例如，服务器）。可以通过基站105,对去往/来自M2M设备 115的数据的传输进行路由。基站105可以在前向链路上与M2M设备进行通信。在一种配 置中，基站105可以生成具有多个时隙的前向链路帧，其中这些时隙包括用于携带针对M2M 设备115的数据和/或消息的信道。在一个示例中，每一个前向链路帧可以包括不超过三个 时隙以及一个或多个相应的信道。这些时隙和信道可以包括：具有寻呼信道的寻呼时隙、具 有确认（ACK)信道的ACK时隙、以及具有业务信道的业务时隙。各个前向链路帧的长度可 以很短（例如，20毫秒（ms))。在一个实施例中，可以将四个帧联结以形成具有80ms持续 时间的较大的帧。在该较大的帧中所包括的每一个帧可以包括不超过三个时隙和信道，例 如，用于寻呼信道的寻呼时隙、用于ACK信道的ACK时隙、以及用于业务信道的业务时隙。每 一个帧的寻呼时隙和ACK时隙可以具有5ms的长度，而每一个帧的业务时隙可以具有10ms 的长度。M2M设备115可以在个别帧期间（在较大的帧中）苏醒，其中这些个别帧在其信道 上包括旨在针对于该M