用于减少机器对机器(m2m)通信中无线电资源管理(rrm)相关信令的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及移动通信系统中的无线电资源管理(RRM)。更具体地说，而非作为限 审IJ，本公开的具体实施例针对减少与到主要固定的无线装置(诸如例如，执行M2M通信的机 器对机器(M2M)装置）的上行链路化L)和下行链路(DL)无线电资源调度相关的信令开销的 系统和方法。
【背景技术】
[0002] 机器对机器(M2M)通信设及两个机器之间没有人为干预的通信(使用有线手段或 无线手段或二者的组合）。运里要指出，术语"M2M通信"在某文献中也被称为"机器型通信 (MTC)"。因此，运些术语在本文的论述中可互换使用。M2M通信的一些示例是：智能计量(例 如公共事业表的远程读取）、医疗保健监视(例如病人屯、率的远程监视）、农业监视(例如农 作物条件的监视）、森林监管(例如非法狩猎或砍伐的监视）、车队管理跟踪(例如监视货车 在道路上的当前状况）、安全监控(例如建筑物或建筑群的自动实时监视）、计费事务、库存 管理(例如通过监视超市中的销售点(POS)交易）等等。许多M2M装置是检测仪器，部署在大 地理区域上并且功耗相对低。M2M通信通常在一端使用具有MTC能力的传感器或诊断装置 (其可执行早先提到的计量、监视等），而在另一端使用M2M用户装置、接收器或服务器W从 传感器装置接收数据(例如经由蜂窝接入网(AN)无线接收，如下面参考图1所论述的），并且 按照期望的M2M服务处理数据(例如，公共事业计量服务、医疗保健监视服务、计费准备服务 等等)。
[0003] 期望M2M通信对移动宽带行业内的连接性和业务有重大贡献。GSM/邸GE系统(其中 "GSM"指的是全球移动通信系统，并且巧DGE"指的是GSM演进系统的增强数据速率）已经服 务于MTC的迅速扩张的市场。移动通信运营商已经在容纳服务于现代演进网络(诸如，基于 第S代合作伙伴项目（3GPP)长期演进化TE)的网络）内的无线传感器/装置的业务上表现出 兴趣。GSM/GPRS(其中％PRS"指的是通用分组无线电服务)正在变得更老，并且运营商旨在 总体上用更现代的网络代替它们。作为运个的一部分，运营商也将义不容辞处理由现有蜂 窝网络(诸如GSM/EDGE网络)服务的MTC业务，并且还提供此类业务例如从GPRS/EDGE到蜂窝 系统的将来版本(诸如高级国际移动电信(高级IMT)系统(例如3GPP高级LTE或LTE-A系统） 的转变。
[0004] 无线传感器网络已经赢得了来自学术界和行业的越来越大的兴趣。然而，此类网 络已经主要构建在短程通信链路(诸如基于Bluetooth ?并且最近基于Zigbee ?标准的短 程通信链路)周围。因此，感兴趣的是，检查是否能修改现有和将来蜂窝系统W有效地容纳 来自运些无线装置的业务。考虑如下内容，运是具有挑战性的任务：（1)现有蜂窝系统的最 近版本--例如3GPP系统，诸如基于宽带码分多址(WCDMA)的高速分组接入化SPA)系统、 LTE或LTE-A系统或基于电气与电子工程师协会（IEEE)标准的系统，诸如例如基于IEEE 802.16e和802.16m的微波接入全球互操作性(WiMAX)系统等--持有主要向移动宽带 (MBB)用户提供服务的主要目标。（2)存在来自运营商的如下要求:运些无线装置(诸如传感 器或M2M装置)具有低成本和高能效。
[0005] 在继续进一步论述之前，在此要指出，在如下论述中，为了论述的方便，术语"无线 装置V'MTC装置V'M2M装置V'M2M实体V'M2M通信实体"或类似意义的其它此类术语可互 换使用。要理解到，"M2M装置"是能够W无线方式进行M2M通信的装置、传感器或仪器。根据 给定上下文，术语"无线装置"可指的是M2M装置(直接接入或间接接入(如下讨论））或M2M网 关(GW)或二者。然而，如果上下文另有指示，则装置和网关可单独规定，而不是通过公共术 语"MTC装置"或"M2M装置"。在某些实施例中，"无线装置"也可包含非M2M装置。另外，在此要 指出，M2M通信实体或装置可表示恰当配置用于M2M通信的用户设备化E)或移动台（MS)(也 称为各种类似术语，诸如"移动手机"、"无线手机"、"无线装置"、"终端"等）。此类移动手机/ 装置的一些示例包含蜂窝电话或数据传输设备(例如个人数字助理(PDA)或寻呼机）、智能 电话(例如iPhone ?、An化oid ? ,Blackberry ?等）、手持或台式计算机、Bluetooth ?装置、 电子阅读器、便携式电子平板计算机等。
[0006] 图1图示了使用固定和无线(移动)接入网(AN)的示范M2M通信系统10。固定接入网 由附图标记"12"和"14"标识，而无线移动AN由附图标记"1护标识。无线移动AN 16可W是 3GPP蜂窝AN或国际移动电信（IMT)无线电接入网（RAN),诸如例如通用地面无线电接入网 (UTRAN)、演进的UTRAN (E-UTRAN)、GSM/邸GE RAN (GERAN)、WiMAX网络等等。使用附图标记 "18"至"30"标识各种M2M装置。如双向虚线箭头32-34(?点划线格式"―一一"）所 示，所有运些接入网12、14、16最终都将它们的相应M2M装置18-30连接到可托管来自M2M月良 务提供商（SP)的M2M服务器38的基于因特网的服务网络36。服务器38可远程控制或"操作" M2M装置18-30，W及接收和处理由运些装置发送的数据。例如，如果M2M通信实体是建筑物 监控传感器或单元，则M2M服务器38在那种情况下可W是远程数据收集/处理单元，其可指 令监控传感器W预先定义的时间间隔向其传送监控数据(例如，W免使蜂窝网络资源超负 荷）。有可能，M2M蜂窝提供商也是蜂窝和/或固定接入网的运营商或提供商。在另一方面， M2M SP可独立于蜂窝或固定AN运营商，但为了互操作性目的，可与运些网络运营商具有商 业关系。类似地，固定网络12、14和移动网络16可由不同服务提供商/运营商或相同服务提 供商/运营商拥有和/或操作。
[0007] 固定接入网12、14可W是使用非蜂窝接入提供到它们的相应无线装置18-21和28- 30的因特网协议(IP)连接性的宽带网络，非蜂窝接入由虚线（"----"）双向箭头41-43 和45-47指示。在另一方面，由于在固定-移动融合上的进步，固定接入网也可经由蜂窝接入 提供IP连接性。在图1中，所有3GPP蜂窝接入由点线（"....."）双向箭头50-54示出。从而，在 固定AN 14的情况下，无线装置27可通过网络14经由3GPP归属演进的节点B化eNB)或归属节 点B化NB)56通信或与之通信，如描绘此类3GPP蜂窝接入的箭头54所指示的。
[000引再次参考固定网络12、14,在此观察到，其中一些M2M通信实体19-21和28-30可彼 此互连，与其它类似实体(未示出）互连，或经由"局部"M2M区域网络60、62与一个或多个M2M 网关（例如，M2M网关(GW) 21和30))互连，区域网络可W是IE邸802.15. UBluetooth ?或 其它类似无线局域网(WLAN)(例如WiFi网络）。在此要指出，无线装置可W是支持对接入网 直接接入的直接接入M2M装置(例如，装置22-23和27)或不支持对接入网直接接入的间接接 入M2M装置(例如，装置18-20、24-25和28-29) dM2M网关（例如，网关21、26和30)可用于支持 对于此类间接接入M2M装置的网络接入。M2M网关可担任从与之通信的各种此类间接接入 M2M装置接收的数据的集中器。专用网关(GW)64(其可W是或者可W不是M2M网关一一即，其 可W不能够支持M2M通信)可通过固定网络12为M2M装置18提供对IP网络(例如，基于因特网 的服务网络36)的接入。
[0009] 在此要指出，在图1中，网络节点与固定接入网之间（例如，M2M GW 21与固定AN 12 之间、HeNB 56与固定AN 14之间等）的信令和接入网（固定或无线外的信令使用不间断 的双向箭头66-72指示，W便便于图示，并且区分由箭头40-43、45-47、52-54示出的初始接 入相关f胃令等。
[0010] 无线装置22-23可经由基站（例如基站75)或通过中继节点（RN) 76和基站75的组 合直接接入3GPP蜂窝无线AN 16。在另一方面，无线装置24-25可通过M2M GW 26间接接入网 络16，M2M GW 26经由另一基站78与AN 16通信。与在无线装置19-21和28-30的情况一样，无 线装置24-26也可经由支持非蜂窝信令(如虚线双向箭头82-84所指示）的"局部'M2M区域网 络80彼此互连。无线AN 16可进一步支持(在不同基站下操作的）两个或更多装置之间的域 间通信，无需设及M2M服务提供商的服务器38,如示范双向箭头86所示出的（也W点划线格 式"一? ^----")。
[0011] 在蜂窝接入的情况下，术语"接入网"不仅可包含蜂窝载波网络的RAN部分(例如， 包括具有或没有基站控制器的基站），而且包含其它部分(例如，蜂窝回程和核屯、网络）。在 图1中，使用附图标记巧8"示出示范IMT核屯、网络(CN)。如图1中所示，蜂窝AN 16可包含多个 小区站点89-90,每个都在相应基站(BS)或基站收发器(BTS)75、78的无线电覆盖下。基站 75、78例如可W是eNodeB (或eNB)、高功率和宏小区基站或中继节点等。运些基站75、78可 从各种M2M通信实体22-26接收无线通信(如示范双向箭头52-53所指示的），并将接收的通 信转发到核屯、网络88。例如，在第S代(3G)RAN的情况下，蜂窝回程(未示出）可包含3G无线 电网络控制器(RNC)或基站控制器(BSC)的功能性。如早先所提到的，回程部分(诸如例如， BSC或RNC)与基站75、78-起可被视为包括网络的RAN部分。另一方面，核屯、网络(CN)88可提 供逻辑、服务和控制功能(例如，订户账户管理、计费、订户移动管理等）、到其它网络(例如， 因特网或基于因特网的服务网络36)或实体的因特网协议(IP)连接性和互连、漫游支持等。 CN 88例如可W是IMT CN，诸如3GPP CN或3GPP2 CN(对于基于码分多址(CDMA)的蜂窝系统） 或ETSI TISPAN(欧洲电信标准协会TIP册N(电信和因特网协议在网络上协调)和SPAN(高级 网络的服务和协议））CN。
[0012] 从上面的论述，看到，图1中的系统10允许经由相应网络（固定或无线)在两个或更 多M2M装置/传感器18-30之间，还有运些装置中的一个或多个与它们相应网络之间的M2M通 信。因为本公开设及无线网络(主要是移动通信系统）中的无线电资源管理，所W下面的论 述将不在固定网络的上下文中进一步论述信令或资源节约方面。
[0013] 现有和将来的3GPP和IE邸无线网络中的信令机制已经持有保证鲁棒连接或会话 持续长时间段并设及传送大数据量的意图。在运方面，设及几个总计成百上千的千字节数 据的长消息的信令机制和协议不被视为特别显著的开销，尤其是当与在会话内交换的大量 数据业务(兆字节和千兆字节的数据)相比较时。换句话说，当前和将来的蜂窝和IEEE网络 将协议相关信令(包含下面论述的化和化无线电资源调度相关信令）当与显著更大的有效 载荷数据比较时被看作相对"教小的"业务。
[0014]另一方面，在最常见的情形下，期待图I中示出的M2M装置22-27向蜂窝网络(或相 应基站)仅传送一一在每个上行链路传送中一一含有测量或告警的单个分组或任何其它类 型信息。在M2M通信中使用的无线装置的情况下，数据传送主要发生在上行链路（即，从装置 到网络），而下行链路（从网络到装置）主要服务用于向装置传送反馈和链路控制信息。从 而，操作在无线网络中的终端可在基站与无线终端之间的通信信道或链路(例如射频(RF) 信道）（通常本文称为"信道"）上经由网络中的基站交换信息（其包含数据、调度和控制信 息、反馈信息等）。
[0015] 信道相关调度 "调度器"在无线网络中（例如，作为蜂窝网络诸如3GPP LTE网络中的基站的一部分)用 于确定向/从哪个(哪些)终端传送/接收数据，W及在通信系统的不同域(时间、频率等）中 的哪组无线电资源上。调度器是网络的关键元件，并且在很大程度上，确定系统的总体行 为。
[0016] 在信道质量随频率显著变化而信道质量仅随时间缓慢变化的情况下，频域中的信 道相关调度可增强系统容量。运通常是具有低移动性的宽带室内系统中的情况，在一些M2M 部署中非常有可能是运种情况的情形。
[0017] 为了选择适合的数据速率(具体地说，适合的调制方案和信道编码率）W及信道相 关调度的适合功率(传送的或接收的），传送器需要关于无线电链路信道条件的信息。
[0018] 图2示例了网络中的信道相关调度的一般原理。图2中的步骤1至3描绘了如何报告 下行链路化U信道状况。对于下行链路，大多数系统提供了预定结构的下行链路信号，称为 下行链路导频或化参考信号(RS)。运个参考信号W恒定功率从基站(例如图2中的基站92) 传送（图2中的步骤1)，并且可由移动终端(例如图2中的终端94)用于估计瞬时下行链路条 件（图2中的步骤2)，其然后可被报告给基站（图2中的步骤3)。移动终端94可W是M2M装置或 UE或能够进行M2M通信的其它移动手机。对于传送器（即基站92)至关重要的是反映在传送 时的信道条件的估计。从而，时域信道变化越迅速，链路自适应有效性越差。因为在当终端 测量信道条件与传送器中所报告值应用时的时间点之间将不可避免地存在延迟，所W信道 相关调度和链路自适应通常最好操作在低终端移动性。
[0019] 图3图示了网络中的信道相关调度的一般原理。图3中的步骤1至3描绘了如何确定 下行链路化U信道状况。对于上行链路，上行链路信道条件的估计不那么直接，因为随后将 在LTE系统的情况下描述它。为了让eNodeB中的上行链路调度器确定上行链路信道质量，肥 94必须向基站或eNodeB 92发送探测参考信号（SRS)作为输入（图3中的步骤1)。基站92(并 且更确切地说是基站中的调度器)可根据SRS信号估计化信道质量（图3中的步骤2)，并且然 后基于估计的化信道质量经由化调度许可向肥94分配适当无线电资源（图3中的步骤3)。 值得提到的是，时分双工(TDD)系统(诸如LTE系统)可依赖于信道互惠，然而运可能未提供 化信道条件的完整知识。
[0020] 尽管调度策略是实现特定的，并且3GPP未规定，但大多数调度器的总体目标是利 用移动终端之间的信道变化，并且优选是，在具有有利信道条件的资源上调度到移动终端 的传送。运对于LTE和HSPA都是有效的。在LTE情况下的主要优点是也可利用频率分集的事 实，而在HSPA中调度器可仅利用时域变化。对于由LTE支持的大带宽，其中将经常经历显著 量的频率选择性衰落，调度器利用频域的可能性相比仅利用时域变得极其重要，尤其是W 低速或者对于固定装置(诸如M2M装置/网关），其中时域中的变化相比许多服务设置的延迟 要求相对慢。
[0021] 总的来说，大多数信道相关调度策略，在上行链路中或在下行链路中，需要关于如 下项的一些信息：（i)在终端/基站处的信道条件；（ii)缓冲器状况(在终端/基站处)和不同 数据流的属性；W及（iii)相邻小区中的干扰情形。存在不同方式可在调度器获得运个信 息，但一般来说，调度器依赖于从终端向网络报告的某类信息。
[0022] 因为随后参考LTE系统论述本公开的发明方面，所W下面的论述现在提供关于LTE 中调度的一般背景信息。类似调度方法也可存在于其它非LTE系统中，但为了简洁起见，下 面仅论述LTE系统。然而，此类LTE受限论述不应被视为将本公开的范围仅限制于基于LTE的 系统。而是，如后面所提到的，本公开的教导也可适用于其它非LTE系统。
[0023] LTE中的调度 在LTE中，调度器是媒体接入控制(MAC)层的一部分，并且控制上行链路和下行链路无 线电资源的指配。eNodeB对于每个Ims的传送时间间隔（TTI)(即，LTE中的IOms无线电帖的 Ims子帖)进行调度判定，并向选择的那组终端发送调度信息。还存在半永久调度W减少控 制信令开销的可能性。
[0024] 上行链路和下行链路调度在LTE中分开，并且上行链路和下行链路调度判定可彼 此独立进行。在LTE中，基本调度操作是所谓的动态调度，其中eNodeB在每个Ims TTI(或子 帖）中（在物理下行链路控制信道(PDCCH)上）向选择的那组终端发送调度信息，控制上行链 路和下行链路传送活动。对于上行链路和下行链路，终端都遵循仅来自单个小区一一即服 务小区的调度命令。
[00巧]LTE下行链路调度器 图4示出了 LTE下行链路调度器96的示范操作布置。DL调度器96可W是基站或eNodeB 92的一部分。为了便于论述，在图2-5中使用相同附图标记巧2"来指基站或eNB，并且在图2-5中使用相同附图标记巧4"来指UE(如之前所提到的，其也可W是M2M通信实体)或专用M2M 装置或其它无线终端。在LTE中，下行链路调度器96负责动态控制终端传送，并且对于运些 终端中的每个终端，传送那组资源块(RB),在该组资源块上应该传送终端的下行链路共享 信道(DkSCH) DeNodeB 92通常控制传输格式选择（即，传输块大小、调制方案和代码速率的 选择)和逻辑信道复用进行下行链路传送。
[0026] 在大多数情况下，单个终端不能使用小区的全容量，例如由于缺乏数据。还有，因 为信道属性可在频域变化，因此能够在频谱的不同部分上向不同终端传送是有用的。因此， 调度器96可在LTE子帖中并行调度多个终端，在此情况下，每个已调度终端存在一个化-SCH，每个此类终端被动态映射到(独特)一组频率资源。调度器96在所使用的瞬时数据速率 的控制下，并且因此，调度判定将影响无线电链路控制(RLC)分段和MC复用。尽管形式上是 MAC层的一部分，但调度器96控制eNodeB 92中与下行链路数据传送关联的大多数功能，诸 如例如，（i)eNB 92中用于不同已调度终端的不同化C数据缓冲器98-1至98-n的化C分段/级 联；（ii)逻辑信道的MAC复原其可使用MAC复用单元100执行）；W及（iii)在空间复用情况 下传送层的Ll编码、调制和编号(所有运些都可使用eNodeB 92中的调制和编码单元102)。 运些参数的选取主要由数据速率(也就是传输块大小)确定。
[0027] 能W几种方式获得关于终端处信道条件的信息。通常，eNodeB 92依赖于什么被称 为来自终端94的"信道状况"报告(随后在下面描述），如图5中的虚线箭头104m及图帥的 步骤3)所指示的。（肥94可估计要报告给eNodeB 92的化信道质量，如早先参考图2中的步 骤2所论述的。）然而，具体调度器也可利用信道知识的附加源。
[0028] 除了信道质量，调度器96也可考虑终端的缓冲器状况和优先权等级。调度具有空 传送缓冲器的终端没有意义。另一方面，不同类型业务的属性也可变化。例如，可在用户数 据上优先化无线电资源控制(RRC)信令，并且化C和混合自动重复请求化ARQ)重传可优先考 虑初始数据传送。
[0029] LTE下行链路调度器:信道状况报告 如早先所提到的，操作在无线网络中的终端可经由网络中的基站交换信息。交换可采 取基站与无线终端之间的通信信道/链路的信道反馈或信道状况报告的形式。尽管称为"信 道状况报告"，但终端向LTE中的网络递送的也不是下行链路信道状况的显式报告。而是，终 端所递送的是关于如果/当在下行链路共享信道(DkSCH)上向终端传送时网络应该使用什 么传送配置和相关参数的推荐。