一种通过终端选择用于与基站交换数据的通信模式的方法与流程

文档序号:15576734发布日期:2018-09-29 05:40阅读:142来源:国知局
本发明属于无线通信系统领域。更具体地,本发明涉及通过终端选择用于与无线通信系统的基站交换数据的通信模式。
背景技术
:在某些无线通信系统中,终端必须能够支持多个不同的通信模式以与基站交换数据。这种通信模式是例如在各个不同的地理区域中使用,尤其考虑在这些地理区域的每一个中的有效监管约束。例如,由于当地监管约束,用于在从终端到基站的上行链路中和/或在从所述基站到终端的下行链路中发送信号的频段、信号的最大发射功率等,可能因地理区域的不同而不同。在目前的无线通信系统中,例如gsm,umts,lte等,基站反复发送广播信号,也称为信标(英语表达为“beacon”),其被终端用来选择待使用的通信模式。例如,在其中发送广播信号的频段可以因地理区域的不同而不同。在这种情况下,终端连续监听可能的不同频段以搜索广播信号。当检测到广播信号时,终端可以从所述广播信号的频段中推断出其所在的地理区域中待使用的通信模式。在物联网(“internetofthings”或iot)类型的应用中,日常生活的每个对象都可以成为通信对象,并因此配备有无线通信系统的终端。然而,应该理解的是,在尽可能的范围内,终端的成本不应显著影响其所入的对象的成本,以便能够使日常生活中的许多对象变得可通信。所述终端的功耗也应最大程度地降低,以便不影响由电池提供电能的物体的续航时间。另外,为了降低对于iot的无线通信系统的成本,使用无需授权的频段也是有利的。例如,ism频段(“industrial,scientificandmedical”即“工业,科学和医疗”)包括多个免费频段,其被称为免费频段是因为可以在没有事先行政授权的情况下使用,但须遵守某些监管约束。然而,由于需遵守的监管约束,在这样的频段中发射广播信号可能是复杂的。特别是,关于时间占用率的限制使得广播信号不能连续发送。另外,为了能够增加广播信号的发射功率,从而增大发射广播信号的基站的范围,需要降低频段的时间占用率。因此,两个连续广播信号之间的静音时间可以很长,接收广播信号所需的监听时间同样可以很长。在这种情况下,在搜索广播信号时连续监听不同频段,可能会因此花费时间,并且最重要的是,可能导致由电池供电的对象的功耗过大。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,该解决方案允许终端选择通信模式而无需长时间监听一个或多个频段。为此,根据第一个方面,本发明涉及一种选择方法,该方法通过无线通信系统的终端,选择一个用于与所述无线通信系统的基站交换数据的通信模式。所述通信模式是从与各自不同的地理区域相关联的至少两种不同的通信模式中选择出来的。所述方法包括以下步骤:-接收步骤,通过终端接收由飞行器发送的监视消息,该监视消息包括与所述飞行器的位置有关的信息;-估计步骤,根据从接收到的所述监视消息中提取出的与飞行器的位置有关的信息,由终端估计所述终端所在的地理区域;-选择步骤,根据所述终端估计出的地理区域,选择通信模式。因此,选择方法包括由终端估计该终端所在的地理区域,并且所述终端可以从估计出的地理区域推断出应使用的通信模式。有利地,所述终端使用由飞行器发送的监视消息来估计其所在的地理区域,每个监视消息包括与发送该监视消息的飞行器的位置有关的信息。这种设置的有益效果在于这种监视消息,例如ads-b消息(“automaticdependentsurveillance-broadcast”即“广播式自动相关监视”)通常可以用简单且制造成本低的接收设备进行解码。此外,可以只监听单个频段来接收这种监测消息,因为在世界各处通常使用相同的频段,例如在ads-b的数据链1090es(“modesextendedsquitter”即“s模式扩展电文”)的情况中的1090mhz左右的频段。最后,用于接收飞行器的监视消息的频段的监听时间会非常短。举例来说,在1090es消息的情况中,每架飞行器每0.4至0.6秒以基本上周期性的方式发送包括与所述飞行器的位置有关的信息的监视消息,每个监视消息的持续时间为大约120微秒。实际上,终端通常在多架飞行器的范围内,因此它通常在不到一秒的时间内接收到不同飞行器的多个1090es消息。因此可以知道,接收至少一个1090es消息所需的监听时间可以极大地减少至大约10几毫秒甚至更短。因此,终端接收飞行器的监视消息可以通过简单且制造成本低的接收设备来执行,并且可以限于监听单个频段,且监听持续时间很短。飞行器的监视消息的范围对应于由该飞行器发送的监视消息可由合适的接收设备解码的距离。例如,在1090es消息的情况中,范围通常约为300千米。因此,从飞行器接收1090es消息的终端的位置对应于在大约300公里范围内的该飞行器的位置。因此,基于单个监视消息,对终端位置的估计不是非常精确。然而,这种精确度通常足以区分可能的不同地理区域,因为实际上,这些区域通常彼此相距很远(例如美国和欧洲)。在一些特定的实施方式中,该选择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,通信模式因以下参数中的至少一个而不同:-由终端发送的信号的频段;-由终端接收的信号的频段;-由终端发送的信号的功率;-由终端发送的信号的数据流量;-访问终端与基站在其中交换数据的信道的方法。在一些特定的实施方式中,从飞行器接收到的监视消息是ads-b消息。在一些特定的实施方式中,从飞行器接收到的监视消息是1090es消息。在一些特定的实施方式中,当终端接收到由多个飞行器发送的监视消息时,用于估计终端的地理区域的步骤包括在接收到的监视消息中选择一个监视消息,根据从所选择的监视消息中提取出的与飞行器的位置有关的信息,估计终端的地理区域。在一些特定的实施方式中,当终端接收到由多个飞行器发送的监视消息时,用于估计终端的地理区域的步骤包括根据从接收到的多个监视消息中提取出的与飞行器的所述位置有关的信息,估计终端的位置,根据终端的估计位置,估计终端的地理位置。在一些特定的实施方式中,通过将终端的一个估计位置和与不同的地理区域分别相关联的参考位置进行比较来估计该终端所在的地理区域。根据第二个方面,本发明涉及一种无线通信系统的终端,其包括一个通信模块,该通信模块适用于根据与各个不同的地理区域相关联的至少两种不同的通信模式,与无线通信系统的基站交换数据。进一步的,该终端包括:-监视模块,其适用于接收由飞行器发送的监视消息,监视消息包括与飞行器的位置有关的信息;-控制模块,其被配置为用于根据从接收到的所述监视消息中提取出的与飞行器的位置有关的信息,估计终端所在的地理区域并且根据终端的估计地理区域,选择通信模块的一个通信模式。在一些特定的实施方式中,监视模块适用于接收ads-b消息。在一些特定的实施方式中,监视模块适用于接收1090es消息。在一些特定的实施方式中,通信模块被配置为用于发送超窄带信号。附图说明通过阅读以下说明可以更好地理解本发明,该说明通过参照附图以非限制性的实例给出,附图如下所示:-图1:无线通信系统的示意图,-图2:终端的一个实施例的示意图,-图3:通信模式的选择方法的主要步骤示意图,在这些示意图中,各幅图中相同的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为无线通信系统10的示意图,其包括终端20和分布在一个地理区域中的多个基站30。终端20和基站30以无线电信号的形式交换数据。“无线电信号”是指以无线方式传播的电磁波,其频率包括在传统的无线电波谱(几赫兹到几百千兆赫兹)中。在终端20和基站30之间的数据交换是双向的情况下,以下将以非限制性的方式进行描述。即,终端20适于通过指向基站30的上行链路发送数据,并适于通过从所述基站30到所述终端20的下行链路接收数据。然而,根据其他示例,不排除仅在上行链路或仅在下行链路中进行单向交换。特别地,iot类型的大量应用包括由终端20发送的数据的集合,并且非常适于仅在每个终端20和基站30之间的上行链路中进行单向交换。在说明书的其余部分中,在无线通信系统10是超窄带的情况下,以非限制性方式进行描述。“超窄带”(英语表达为“ultranarrowband”或unb)是指由终端20发射的无线电信号的瞬时频谱的频率宽度小于2千赫兹,甚至小于1千赫兹。这种设置尤其有利,原因在于可以以非常低的功耗实现这种无线电信号的发射,特别适用于iot类型的应用。图2是终端20的一个实施例的示意图。如图2中所示,终端20包括通信模块21,其适于与无线通信系统10的基站30交换数据。更具体地,通信模块21支持至少两种不同的通信模式。通信模块21支持的两种不同的通信模式因例如以下参数中的至少一个而不同:-由终端20发送的信号的频段,-由终端20接收的信号的频段,-由终端20发送的信号的功率,-由终端20发送的信号的数据流量,-访问上行链路和下行链路的方法,等。通信模块21支持的不同通信模式将用于各自不同的地理区域,并且目的在于例如遵守本地监管约束。例如,不同的地理区域对应于:-由欧洲、非洲和中东国家(“europemiddleeastandafrica”或emea)组成的地理区域,-美国(“unitedstatesofamerica”或usa),-拉丁美洲国家组成的地理区域(“latinamerica”或latam),等。因此,当终端20处于一个第一地理区域(例如emea)中时,终端20的通信模块21使用一个第一通信模式与分布在该第一地理区域中的基站30交换数据。当终端20处于一个第二地理区域(例如usa)中时,通信模块21使用一个第二通信模式与分布在该第二地理区域中的基站30交换数据,等。因此可以知道,终端20必须能够调整通信模块21使用的通信模式,以与其所在的地理区域的基站30交换数据,特别是如果终端20可以从一个移动到另一个地理区域和/或在所述终端20的初步调试期间处于先验未知的地理区域,等。如图2所示,终端20因此包括:-监视模块22,其适用于接收由飞行器40发送的监视消息,每个监视消息包括与发送该监视消息的飞行器的位置有关的信息;-控制模块23,其被配置为用于根据从接收到的监视消息中提取出的与飞行器40的位置有关的信息,选择待使用的通信模式。控制模块23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,以根据从接收到的监视消息中提取的与终端20附近的飞行器位置有关的信息,来执行用于选择通信模块21的通信模式的步骤。在一个变型例中,该控制模块23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)等,用于执行全部或部分的所述步骤。即,控制模块23包括以软件(特定计算机程序产品)和/或硬件(fpga,pld,asic等)配置的一组装置,以根据从接收到的监视消息中提取的与飞行器位置有关的信息,来执行用于选择通信模块21的通信模式的步骤。监视模块22是例如适用于接收ads-b消息。在监视模块22适用于接收1090es(“modesextendedsquitter”即“s模式扩展电文”)型ads-b消息的情况下,在说明书的其余部分中,以下将以非限制性的方式进行说明。图3以示意图的形式表示了由终端20执行的通信模式的选择方法50的主要步骤,这些步骤如下:-接收步骤51,通过监视模块22,接收由飞行器40发送的1090es消息,所述1090es消息包括与发送该1090es消息的飞行器的位置有关的信息;-估计步骤52,根据从该飞行器接收到的1090es消息中提取出的与该飞行器40的位置有关的信息,由控制模块23估计终端20所在的地理区域;-选择步骤53,根据所述终端20估计出的地理区域,选择待使用的通信模式以与附近的基站30交换数据。因此,在接收步骤51中,监视模块22接收1090es消息并且提取包含在该1090es消息中的与发送该1090es消息的飞行器的位置有关的信息。与位置有关的信息对应于例如飞行器40的gps(“globalpositioningsystem”即“全球定位系统”)坐标。在接收步骤51中,可以仅接收单个1090es消息,或者接收可以由不同的飞行器40发送的多个1090es消息。在估计终端20所在的地理区域的步骤52中,控制模块23估计终端20所在的地理区域。根据一个特别简单的实施例,当监视模块22接收到单个1090es消息时,控制模块23将终端20的位置估计为从接收到的1090es消息中提取的位置信息。如上所述,基于单个1090es消息,对终端20的位置的这种估计不是非常精确,原因在于1090es消息的范围为大约300公里。然而,这种精确度通常足以区分可能的不同地理区域,因为实际上,这些区域通常彼此相距很远(例如美国和欧洲)。为了提高对终端20的位置估计的精确度,可以考虑优选地由多架飞行器40发送的多个1090es消息。根据一个第一示例,当终端20的监视模块22接收由多个飞行器40发送的1090es消息时,估计终端20的地理区域的步骤52包括在所述接收到的1090es消息中选择一个1090es消息。例如,所选择的1090es消息是以最高功率被接收的消息,并且终端20的位置被估计为从所选择的1090es消息中提取的位置信息。实际上,以最高功率被接收的1090es消息通常是由最靠近终端20的飞行器40发送的消息,以致该飞行器40和所述终端20之间的距离通常远小于1090es消息的最大范围(300公里)。根据另一示例,当终端20的监视模块22接收由多个飞行器40发射的1090es消息时,终端20所在的地理区域包括根据从接收到的多个1090es消息中提取出的与飞行器40的位置有关的信息,估计所述终端的位置。例如,考虑到对于1090es消息的300公里的范围,飞行器40的覆盖区域基本上对应于以飞行器40的位置为中心,半径等于300千米的圆面。因此,从多个飞行器40接收1090es消息的终端20处于这些飞行器40的覆盖区域的相交处。所述终端20的估计位置可以是所述飞行器的所述覆盖区域的相交处内的任何位置,或者优选地,例如由从这些飞行器接收到的1090es消息的接收功率加权得到的飞行器40的位置的重心。然后,可以根据所述终端20的估计位置来估计终端20所在的地理区域。例如,终端20可以以任何合适的形式在非易失性存储器中存储一份地图,该地图界定不同的地理区域,允许根据终端20的估计位置确定所述终端20所在的地理区域。为了减少存储在所述终端20的非易失性存储器中的信息量,可以仅存储每个地理区域内的一个或多个参考位置。为了估计终端20所在的地理区域,只需将终端20的估计位置与每个参考位置进行比较,则估计的地理区域对应于最靠近终端20的估计位置的参考位置所在的地理区域。当估计了终端20所在的地理区域,选择通信模式的步骤53便是选择关于估计的地理区域的通信模式。为此,终端20包括例如存储有一个表格的非易失性存储器,其中,该表格包括了与每个可能的地理区域相关联的通信模式。以下的表1给出了能够存储在终端20的非易失性存储器中的表格的一个非限制性示例。在该示例中,考虑emea,usa和latam地理区域,并且对于每个地理区域,考虑单个参考位置。表1地理区域示例地理区域参考位置通信模式emea巴黎(48.86;2.35)mc1usa纽约(40.71;-74.01)mc2latam圣保罗(-23.55;-46.64)mc3例如,位于巴塞罗那的终端20可以从位于图卢兹附近的飞行器40接收1090es消息。在这种情况下,基于该单个1090es消息,终端20的估计位置被认为等同于飞行器40的位置,其基本上对应于图卢兹位置。通过比较终端20的估计位置与参考位置得出以下结果:-终端20与巴黎的距离:830千米,-终端20与纽约的距离:6162千米,-终端20与圣保罗的距离:8740千米,因此,终端20确定最近的参考位置对应于与地理区域emea相关联的参考位置。估计的地理区域是地理区域emea,因此所选择的通信模式是通信模式mc1。以下的表2给出了分别与地理区域emea,usa,latam相关联的通信模式mc1,mc2,mc3的示例。在该示例中,通信模式因以下参数而不同:-由终端20发送的信号的功率(下表中的“功率tx”);-由终端20发送的信号的频段(下表中的“频段tx”);-由终端20接收的信号的频段(下表中的“频段rx”);-由终端20发送的信号的数据流量(下表中的“流量”);-上行链路的访问方法,在这种情况下是否必须在发送之前监听上行链接(“listenbeforetalk”或下表中的lbt,即“发送前监听”)。表2通信模式示例通信模式功率tx(dbm)频段tx(mhz)频段rx(mhz)流量(bps)lbtmc114868.13869.525100否mc122902.8905.8600否mc330915.5916.2600是更通常地,应该注意,已经通过非限制性示例描述了以上考虑的实施方式和实施例,因此其他变型例是可能的。特别地,已经通过主要考虑1090es型的监视消息描述了本发明。然而,根据其他示例,不排除有监视模块22适用于接收作为替代或补充的其他类型的ads-b消息,例如uat(978兆赫兹的“universalaccesstransponder”即“通用接入应答器”)和/或vdl模式4(“vhfdatalinkmode4”即“vhf数据链路模式4”)。还应注意,更通常地,本发明适用于由飞行器发送的任何类型的监视消息,只要该监视消息包括与发送该监视消息的飞行器的位置有关的信息。本发明还适用于能够发送这种监视消息的任何类型的飞行器(飞机,热气球,无人机,直升机等)。此外,通过只考虑被终端20用于在上行链路中从终端20向基站30发送信号的通信模式描述了本发明。作为替代或补充,本发明还可以在从基站30到终端20的下行链路中使用。即,本发明更通常地适用于通过发射装置来选择用于与无线通信系统10的接收装置交换数据的通信模式,其中,所述发射装置可以是终端、基站、接入点,遥控器或使用与各自不同的地理区域相关联的不同通信模式的任何其他类型的无线通信设备。此外,本发明在无线通信系统10是超窄带的情况下被描述。然而,不排除考虑其他类型的无线通信系统。同一终端20也可能具有在发射的无线电信号的瞬时频谱的频率宽度上有所不同的通信模式。在这种情况下,在终端20支持的通信模式中只有一部分是超窄带。当前第1页12
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