通过覆盖等级特定的寻呼为NB-IoT设备延长电池寿命的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2019年6月12日提交的、申请号为19179725.7的欧洲专利申请的优先权，该欧洲专利申请要求享有于2019年1月23号提交的、题为“通过覆盖等级的特定寻呼为nb-iot设备延长电池寿命”、申请号为19153201.9的欧洲专利申请的优先权。前述专利申请的所有内容通过引用并入本文。

本发明涉及通过覆盖等级特定的寻呼为nb-iot设备延长电池寿命。

背景技术：

窄带物联网(narrowbandinternet-of-thing,nb-iot)是最近批准的用于基站(enodeb)和用户设备(userequipment,ue)之间的无线电接口的3gpp标准。它可以以独立的方式部署在重新分配的gsm频谱中。此外，它可以在lte频带内以及lte保护频带内与fd-lte小区共享频谱资源。该标准的目标为电池寿命长达10年的不频繁的小数据的节能传输、蜂窝覆盖范围的扩展、对小区中的大量设备以及低成本低复杂度的设备的支持。(3gppts23.720关于蜂窝物联网的架构增强的研究)。

作为特征性业务模式，iot设备通常以不频繁的方式定期或由外部事件触发来生成少量数据。此时，设备将变为激活状态(进入连接模式)并将数据报告给网络。在等待来自云端的iot服务的答复时，iot设备将进入空闲模式，以便通过寻呼过程保持nb-iot无线接入网络(radioaccessnetwork,ran)的可达性。对于这种常见的物联网应用类别，寻呼过程的功耗对于达到几年的使用寿命至关重要。

在要求保护的发明的说明书中，出于演示的目的，技术实现基于nb-iot版本14的特征“在非锚定载波上寻呼”(对nb-iot的增强的ran2cr，版本14，ran#75，2017)。该特征允许根据ue的标识对nb-iot载波和寻呼时机进行用户设备的静态划分，但与它们的覆盖范围无关。然而，本发明既不限于在非锚载波上的寻呼也不限于版本14，这将在后面描述。

nb-iot标准不区分用于寻呼的静态ran配置内的覆盖水平。取而代之的是，根据窄带物理下行链路控制信道(narrowbandphysicaldownlinkcontrolchannel,npdcch)的重复来确定寻呼时机最坏情况的覆盖范围。根据ue的标识，将其静态地分配给寻呼时机，而与它们的覆盖范围无关。当在良好覆盖范围内寻呼ue时，ran可以通过选择较少数量的npdcch重复来决定仅使用可用npdcch资源的子集。在以下用例中，在设备(特别是处于良好覆盖范围)的ue能耗和电池寿命方面说明了当前nb-iot标准的缺点。由于可以预期到大多数设备将处于良好的覆盖范围，因此上述问题的系统影响很大。

图1示出了其中没有寻呼被接收的第一用例。在该示例中，三个nb-iot载波可用于寻呼。当在监听的寻呼时机内没有寻呼消息发送到iot设备(ue)时，则该设备必须监听完整的npdcch搜索空间。由于npdcch公共搜索空间类型1(用于寻呼)是针对最坏情况的信号覆盖条件(在这种情况下为32次重复)而确定的，因此对于信号覆盖良好的ue，开销可能会非常高。例如，在基于华为设备的现有网络中，npdcch的重复次数设置为32，而在良好的信号覆盖范围内，单个子帧传输就足够了。

图2示出了接收到寻呼的第二用例，但是寻呼记录具有不匹配的标识。对于nb-iot的示例，标识为临时移动台标识符(temporarymobilestationidentifier,tmsi)和国际移动用户标识(internationalmobilesubscriberidentity,imsi)。如果如图2所示地发送寻呼消息，则为窄带物理下行链路控制信道(npdcch)和窄带物理下行链路共享信道(narrowbandphysicaldownlinksharedchannel,npdsch)动态分配的资源必须为寻呼组中所有寻址设备(在这种情况下为ueb)的最坏信号覆盖情况确定大小。出于以下原因，处于良好信号状态的另一个设备a必须在寻址到其他设备的npdsch中接收寻呼消息。npdcch传输仅包含关于后续的npdsch传输的物理参数的信息。在接收到npdsch之后，设备a将能够通过将其标识与接收到的寻呼消息内列出的标识进行比较来检测不匹配的标识。

图3示出了接收寻呼的第三用例，但是存在具有匹配标识的多个寻呼记录。当同一寻呼组中的两个设备a和b即将被寻呼时，设备a处于良好状态而设备b处于较差的信号覆盖范围内，则网络将不得不做出决定：使用每条消息的单个寻呼记录对设备依次进行寻呼。这样，可以分别适配npdcch和npdsch的分配资源，但是总的寻呼延时会增加。或者，如图3所示，使用npdcch和npdsch中的高重复级别向两个设备发送带有多个寻呼记录的单个寻呼消息。在后一种情况下，两个设备都将受到处罚。由于资源适合设备b的信号状况(类似于用例2)，因此信号覆盖范围好的设备a必须使用更长的时间来接收，而因为寻呼消息将必须拥有多个ue标识，信号覆盖范围不好的设备b必须处理更多的软比特。

文献“关于通过nb-iot的dci指示符节省ue功率的讨论”，ran1#82b，2015年，[r1-155803]设法解决用例1，并通过在npdcch公共搜索空间类型1中引入指示没有其他寻呼消息的新的下行链路控制信息(downlinkcontrolinformation,dci)来提供部分解决方案。由于仅当没有其他下行链路业务正在进行时才发送该dci，因此该解决方案仅部分有效。此外，因为额外的dci消息会消耗对其他nb-iot设备不再可用的下行链路资源，所以[r1-155803]中解决方案的效率在整体小区容量方面较低。

因此，本发明的目的是找到一种解决上述所有问题的方法，以减少空闲模式下信号覆盖良好的nb-iot设备的功耗。

技术实现要素：

该目的将通过一种方法来解决，该方法使用覆盖等级特定的寻呼配置来优化空闲模式下的窄带物联网设备ue的功耗，其中用于寻呼的载波按覆盖等级划分，而由基站和ue之间交换的系统信息广播的覆盖等级特定的寻呼配置，由附加的nrsrprsrp-thresholdpcch阈值扩展，而ue选择具有小于rsrp-thresholdpcch阈值的窄带参考信号接收功率(narrowbandreferencesignalreceivedpower,nrsrp)的一个载波用于寻呼，或者如果ue不可达，则enodeb逐步将考虑的ue的寻呼区域扩展到其他寻呼覆盖范围，以到达所述ue。

在nb-iot中，寻呼配置在系统信息内广播。每个载波的寻呼配置都由rsrp-范围类型的可选rsrp-thresholdpcch阈值扩展。当有配置时，如果估计的nrsrp比rsrp-thresholdpcch阈值差，则ue将不选择该载波用于寻呼。当未配置时，则对所考虑的载波没有任何限制。与重用随机访问阈值相反，引入了其他阈值，以便允许如下所述的负载平衡。

npdcch上的传输被ue盲解码，即，标准在ue试图解码的所谓的搜索空间内定义了npdcch候选。该npdcch候选在开始子帧以及所使用的重复次数上不同。当最近解码尝试的校验和检查成功完成时，或在所有候选都已处理完毕后，ue停止解码npdcch。公共搜索空间(commonsearchspace,css)类型1用于寻呼，其定义了子帧长度为1到rmax(npdcch子帧总数)的候选。换句话说，ue必须解码良好信号条件和较差信号条件的候选。

在本发明内，通过以重复级别rmax、rmax/2、rmax/4和rmax/8监听候选，来修改npdcch公共搜索空间类型1的候选以适应划分的和配置的覆盖等级。值rmax对应于系统信息内的npdcch-numrepetitionpaging。将npdcch候选限制为四个重复级别的好处是，不需要在ue端对npdcch候选的很小或非常大的重复级别进行解码。根据所选的rsrp阈值rsrp-thresholdpcch，前者将无法在ue处解码，而后者会提供比所需更多的冗余，因此浪费了宝贵的频谱资源。

所建议的方法对于ue和网络侧(enodeb侧)均实现了益处。对于在良好信号覆盖范围内的ue，由于npdcch重复的次数和盲npdcch解码尝试的次数都较低，因此减少了rf和基带处理工作。因此，减少了能量消耗并且延长了电池寿命。由于可以预期大多数ue将处于良好的信号覆盖范围内，因此所建议的方法对整个系统的影响很大。另一个附带效果是在良好信号覆盖范围内改善了ue的寻呼等待时间。

对于enodeb侧，寻呼过程中的阻塞和等待时间都将被缓解。在信号覆盖范围较差的情况下对设备(ue)进行寻呼不会阻塞在信号覆盖范围良好的情况下的ue的寻呼。

如果在systeminformationblocktype2-nb中设置用于锚定载波的覆盖等级特定的寻呼配置，并且在systeminformationblocktype22-nb中设置用于非锚定载波的覆盖等级特定的寻呼配置，在ue选择enodeb时交换该信息，则是有利的。特别是，用于寻呼的配置包含在寻呼控制信道(pagingcontrolchannel,pcch)-config-nb中，对于锚定载波，其可以在systeminformationblocktype2-nb中被找到，而对于非锚载波，可以在systeminformationblocktype22-nb中被找到[36.331]。

在本发明方法的优选实施例中，如果存在用于ue的用于寻呼的合适的载波集合，且所述载波中的每个都落在rsrp-thresholdpcch阈值以下，ue选择具有最小阈值的用于寻呼的所述载波。该用于寻呼的合适的载波集合应包含nrsrp估计值小于rsrp-thresholdpcch阈值的所有nb-iot寻呼载波。在它们之中，ue将选择具有最小阈值的载波。如果多个载波具有相同的阈值，则ue应被均匀分布在各个载波之间，以实现良好的负载平衡。ue标识(如上定义)可用于哈希算法，因为可以假定它们具有统一的分布。每个载波的权重已经由3gpp定义，用于ue到载波的加权均匀分布。加权也可以应用于所建议的方法。在本发明方法的另一优选实施例中，在enodeb和ue之间广播的覆盖等级特定的寻呼配置由每个载波nrsrqrsrq-thresholdpcch阈值扩展，而ue选择一个具有小于rsrq-thresholdpcch阈值的窄带参考信号接收质量(narrowbandreferencesignalreceivedquality,nrsrq)的一个载波用于寻呼。当有配置时，如果估计的nrsrq比rsrq-thresholdpcch阈值差，ue将不选择该载波用于寻呼。当未配置时，则对所考虑的载波没有任何限制。额外使用nrsrq的好处是寻呼载波的选择也根据所考虑的载波上的干扰和噪声情况来采取。

在本发明方法的另一实施例中，在单个nb-iot射频载波上采用覆盖等级特定的寻呼，而enodeb为每个覆盖等级广播一个pcch-config-nb，该pcch-config-nb将与rsrp-thresholdpcch阈值和/或rsrq-thresholdpcch阈值一起被支持。多个寻呼控制信道(pcch)被时分复用到同一nb-iot射频载波上。如上所述，ue使用阈值rsrq-thresholdpcch和/或rsrq-thresholdpcch来选择pcch时间实例。在该实施例内，不支持nb-iot版本14特征“在非锚载波上寻呼”的ue也将从如上所述的发明方法中受益。

根据批准的nb-iot标准，ue可以在不向网络报告的情况下更改覆盖水平。在一种情况下，如果enodeb在上一个已知级别中无法再到达ue，则它不知道并且需要以不同的覆盖等级寻呼ue。在本发明方法的实施例中，当针对ue的信号条件改变并且ue选择用于寻呼的不同的覆盖等级时，enodeb具有请求ue报告对其寻呼覆盖等级的改变的选项。在本实施例中，优点是打开供网络请求报告来自ue的改变的选项。特别是当ue频繁地改变覆盖水平并且网络需要频繁地寻呼它们时，所建议的实施例以增加的信令为代价降低了网络负载以及寻呼等待时间。

因此，本发明的方法还允许任一方向上的覆盖等级的变化的显示信令。基于核心网络中存储的最新的已知的覆盖等级，enodeb可以有效地寻呼ue。如果ue在不向网络/enodeb报告的情况下更改了其寻呼覆盖范围等级，则存储在核心网络中的最新已知覆盖等级将过时。当enodeb在存储的覆盖等级中寻呼ue时，ue不再可达。在那种情况下，enodeb将所考虑的ue的寻呼区域逐步地扩展为其他寻呼覆盖等级，以便到达ue。假设引入了覆盖等级变化的报告，则该报告的使用在报告开销与附加寻呼开销之间进行权衡。该权衡还取决于应用以及ue的移动性。网络运营商可以基于观察到的应用业务以及ue的移动性来微调该权衡。

在本发明方法的另一优选实施例中，enodeb监测覆盖等级内的寻呼负载和/或ue的数量，并且调整寻呼覆盖等级的rsrp-thresholdpcch阈值和/或rsrq-thresholdpcch阈值，以平衡所述覆盖等级内的寻呼负载和/或ue的数量。

nb-iot网络部署以及应用和设备部署预计将是多种多样的，并且会随着时间而变化。因此，随机接入网(ran)中的寻呼负载以及在空闲模式下监测寻呼的设备数量也将发生变化。使用所建议的rsrp-thresholdpcch阈值或rsrq-thresholdpcch阈值，ran可以使用系统信息更改过程在小时和天的时间范围内根据需求平衡寻呼负载。

附图说明

将使用示例性实施例更详细地解释本发明。

图1未应用建议过程的“未收到寻呼”的用例；

图2未应用建议过程的“已收到寻呼，具有不匹配标识的寻呼记录”的用例；

图3未应用建议过程的“已收到寻呼，具有匹配标识的多个寻呼记录”的用例3；

图4应用建议过程的“未收到寻呼”的用例；

图5应用建议过程的“已收到寻呼，具有不匹配标识的寻呼记录”的用例；以及

图6应用建议过程的“已收到寻呼，具有匹配标识的多个寻呼记录”的用例3。

具体实施方式

在下文中，将提出解决上述问题的过程，以减少空闲模式下处于良好覆盖范围的nb-iot设备的功耗。特别地，引入了以下过程：

-在nb-iotran中每一个覆盖等级静态配置寻呼的过程

-使用系统信息按覆盖等级对寻呼时机进行划分。

-初始选择寻呼覆盖等级的过程

-ue通过比较系统信息中的nrsrp阈值来选择其覆盖等级。

-改变ue侧寻呼的覆盖等级的过程

-当信号条件改变时，ue可能会选择其他的覆盖等级进行寻呼。

-网络可能会请求ue报告其寻呼覆盖等级的更改。

-网络寻呼设备的过程

-基于核心网络中存储的最新已知覆盖等级，nb-iotran可以高效地寻呼ue。

-当ue未配置为报告其寻呼覆盖等级的变化时，ran可能也会跨覆盖等级地以增量方式扩展其寻呼直径。

-更改nb-iotran中每个覆盖等级的寻呼静态配置以平衡每个等级的设备数量(负载平衡)的过程

-根据覆盖范围内的寻呼负载和/或设备数量，ran可以调整寻呼覆盖范围的阈值。

所建议的过程在设备和网络侧都实现了益处。对于覆盖范围良好的设备，由于npdcch重复次数和盲npdcch解码尝试次数都较少，因此减少了rf和基带处理工作。因此，减少了能量消耗并且延长了电池寿命。由于可以预期大多数设备将处于良好的覆盖范围内，因此建议的过程对整个系统的影响很大。另一个附带效果是改善了覆盖范围良好的设备的寻呼等待时间。

对于网络侧，寻呼过程内的阻塞和等待时间都将被缓解。对较差覆盖范围中的设备进行寻呼将不会阻止对良好覆盖范围的设备的寻呼。此外，可以在分离覆盖水平的同时动态调整寻呼负载，这是nb-iot标准(每个寻呼nb-iot载波的权重)的最新解决方案无法实现的。

对于在nb-iot空闲模式操作中发现的问题，将在下面提出解决方案。上面介绍的用例1-3说明了建议过程的有效性和效率。

用于nb-iotran内的每个覆盖等级的寻呼的静态配置的过程

在nb-iot中，寻呼配置在系统信息内广播。特别地，用于寻呼的配置包含在寻呼控制信道(pcch)-config-nb中，对于锚定载波，可以在systeminformationblocktype2-nb中找到，对于非锚载波，可以在systeminformationblocktype22-nb中找到。每个载波的寻呼配置必须由rsrp-范围类型的可选阈值rsrp-thresholdpcch扩展。当有配置时，则如果估计的nrsrp(窄带参考信号接收功率)比阈值rsrp-thresholdpcch差，则ue将不会选择该载波用于寻呼。当未配置时，则对所考虑的载波没有任何限制。注意，引入了其他阈值，而不是重复使用随机访问阈值，以便允许如下所述的负载平衡。

此外，修改类型1-npdcch公共搜索空间候选以适应所配置的覆盖等级。如果为所考虑的寻呼载波配置了nrsrp阈值，则仅应以重复级别rmax、rmax/2、rmax/4和rmax/8的来监听候选。值rmax对应于系统信息内的npdcch-numrepetitionpaging。

初始选择用于寻呼的覆盖等级的过程

用于寻呼的合适的载波集合应包含其nsrp估计值小于rsrp-thresholdpcch阈值的所有nb-iot寻呼载波。在它们之中，ue将选择具有最小阈值的载波。可以使用ue标识以及载波的权重(3gppts36.304e-utra-空闲模式下的用户设备(ue)过程，版本14)可以改变该关系。

在ue侧改变用于寻呼的覆盖等级的过程

根据批准的nb-iot标准，ue可以在不向网络报告的情况下更改覆盖等级。另外，建议的过程还允许如(电子邮件讨论的报告[91bis#48][nb-iot]覆盖水平，ran2#92，2015年)中所述的在任一方向上的覆盖等级变更的显示信令。是否要报告寻呼覆盖等级的报告，需要进行如下文所述的权衡。

通过网络寻呼设备的过程

基于核心网络中存储的最新已知覆盖等级，nb-iotran可以按照(电子邮件讨论报告[91bis#48][nb-iot]覆盖水平，ran2#92，2015年)中所述地以高效的方法寻呼ue。如果ue在不向网络报告的情况下更改了其寻呼覆盖范围，则核心网络中存储的最新已知覆盖范围将过时。当ran正在以存储的覆盖等级对ue进行寻呼时，ue不再可达。在那种情况下，ran可以逐步地将所考虑的ue的寻呼区域扩展为其他寻呼覆盖等级，以便到达ue。

假设类似于电子邮件讨论的[91bis#48][nb-iot]覆盖水平ran2#92，2015年的报告引入了可选的覆盖等级变更的报告，则此报告的使用取决于报告开销与额外的寻呼开销之间的权衡。该权衡还取决于应用以及设备的移动性。详细的分析留给网络优化。

用于在nb-iotran内改变每个覆盖等级的寻呼的静态配置以平衡每个等级的设备数量的过程

nb-iot网络部署以及应用和设备部署预计将是多种多样的，并且会随着时间而变化。因此，ran中的寻呼负载以及在空闲模式下监听寻呼的设备数量也将变化。使用建议的rsrp-thresholdpcch阈值，ran可以使用系统信息更改过程在小时和天的时间范围内根据需求平衡寻呼负载。

图4示出了没有接收到寻呼的第一用例。在示例中，三个nb-iot载波可用于寻呼。使用建议的方法，每个ue正在最匹配其当前信道状况的一个载波上监听寻呼信道。如图4所示，处于良好信号覆盖范围中的ue使用nb-iot载波1进行寻呼，使得它们仅需监听少量npdcch重复(示例中为8个)，从而减少了rf和基带的激活时间。在同一条线路中，处于中等信号覆盖范围和较差信号覆盖范围中的ue分别选择配置为16和32次重复的寻呼载波2和3。在考虑的用例中，建议的过程的影响很大，因为：在关于rf和基带处理时间方面的预期节省很高。例如，可以观察到生命网络中的重复次数从32减少到8，例如，减少了4倍。此外，预计大多数设备将在良好和中等信号覆盖条件下运行。另一方面，信号覆盖较差的ue无法减少npdcch的最大重复次数，但是可以将npdcch候选的数量减少到合理的重复级别，从而减少ue侧的计算需求。

图5示出了在nb-iot载波3上接收到寻呼，但是寻呼记录具有不匹配的标识的第二用例。使用所建议的方法，寻呼组内的ue将具有相同的寻呼覆盖等级。因此，用于类型1css中的npdcch的资源以及相关联的npdsch将更好地匹配所涉及的ue的信道条件，使得开销相对于覆盖等级而缩放。

图6示出了接收到寻呼，但是存在具有匹配标识的多个寻呼记录的第三用例。通过使用所建议的方法，可以更好地匹配分配给寻呼组中的ue的下行资源。uea和ueb都选择不同的载波进行寻呼。良好信号覆盖范围中的uea选择载波1进行寻呼，而较差信号覆盖范围中的ueb选择载波3。这样，网络可以为ueb进行寻呼，而不会对uea产生不利影响。比较图6和图3，可以观察到，所建议的方法通过在不同的nb-iot寻呼载波内分离考虑的ue，解决了用例3中概述的问题。现在，ran能够根据ue的各个覆盖等级来适配用于寻呼的资源，这从网络容量以及ue能量消耗的角度来看都是有益的。