РАЗБИЕНИЕ ТЕЛЕГРАММЫ ДЛЯ ALOHA СО СЛОТАМИ
TELEGRAM SPLITTING FOR ALOHA WITH SLOTS

Варианты осуществления относятся к передатчику, и, в частности, к передатчику, использующему разбиение телеграммы для передачи дополнительной телеграммы в системе связи, которая выполнена с возможностью работы в соответствии со стандартом связи, таким как 3GPP. Дополнительные варианты осуществления относятся к приемнику для приема такой дополнительной телеграммы.
Область связи машина с машиной (M2M) приводит к новым задачам для семейства стандартов 3GPP (Проект Партнерства 3-его Поколения, производственное сотрудничество групп телекоммуникационных ассоциаций). Эти задачи в настоящий момент не решаются оптимальным образом используя текущие стандарты 3GPP, поскольку они сфокусированы на высоких скоростях передачи данных с большими объемами данных. В противоположность, M2M, как правило, не требуется этих высоких скоростей передачи данных, и объем данных, как правило, составляет лишь несколько байтов на устройство. С другой стороны, ожидается, что число устройств в случае M2M будет значительно выше в сравнении с сегодняшним использованием сетей 3GPP. Как следствие, служебные данные текущих систем 3GPP применительно к связи M2M, требуемые для сигнализации, являются чрезмерно высокими, приводя к неэффективным по питанию и использованию спектра системам.
Документ DE 102011082098 A1 показывает организацию стационарного датчика, работающего от батареи, с однонаправленной передачей данных, использующей разбиение телеграммы.
Вследствие этого, задача настоящего изобретения состоит в предоставлении концепции, которая улучшает, по меньшей мере, одно из потребления питания и спектральной эффективности системы связи, которая работает в соответствии со стандартом мобильной связи, когда она же используется для передачи небольших объемов данных (т.е., всего несколько байтов на устройство).
Данная задача решается посредством независимых пунктов формулы изобретения.
Варианты осуществления предоставляют передатчик, выполненный с возможностью работы в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи (например, 3GPP), при этом ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов. Передатчик выполнен с возможностью передачи дополнительной телеграммы посредством разъединения телеграммы на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, и передачи каждого из пакетов данных соответственно в одном из элементов ресурсов.
Идея настоящего изобретения состоит в использовании некоторых из элементов ресурсов системы связи, например, элементов ресурсов, зарезервированных для нестандартной совместимой связи, для передачи дополнительной телеграммы посредством разъединения телеграммы на множество пакетов данных (например, по меньшей мере, два пакета данных), при этом каждый из множества пакетов данных является короче телеграммы, и передаче множества пакетов данных в одном из элементов ресурсов, соответственно.
Дополнительные варианты осуществления предоставляют приемник, выполненный с возможностью работы в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи (например, 3GPP), при этом ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов. Приемник выполнен с возможностью приема дополнительной телеграммы, которая передается разъединенной на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, посредством приема каждого из пакетов данных соответственно в одном из элементов ресурсов, зарезервированных для нестандартной совместимой связи.
Дополнительные варианты осуществления предоставляют способ для передачи в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи, при этом ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов, при этом способ содержит этап, на котором:
- передают дополнительную телеграмму посредством разъединения телеграммы на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, и посредством передачи каждого из пакета данных соответственно в одном из элементов ресурсов.
Дополнительные варианты осуществления предоставляют способ для приема в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи, при этом ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов, при этом способ содержит этап, на котором:
- принимают дополнительную телеграмму, которая передается разъединенной на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, посредством приема каждого из пакетов данных соответственно в одном из элементов ресурсов.
Преимущественные реализации рассматриваются зависимыми пунктами формулы изобретения.
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью передачи множества пакетов данных дополнительной телеграммы в элементах ресурсов, зарезервированных для нестандартной совместимой связи. Некоторые из элементов ресурсов могут быть зарезервированы или распределены (например, посредством базовой станции системы мобильной связи) для нестандартной совместимой связи. Сходным образом, некоторые из элементов ресурсов могут быть зарезервированы или распределены для стандартной совместимой связи. Передатчик может быть выполнен с возможностью не передачи множества пакетов данных дополнительной телеграммы в элементах ресурсов, зарезервированных для стандартной совместимой связи.
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью осуществления стандартной совместимой связи, используя элементы ресурсов, зарезервированные для стандартной совместимой связи. Например, передатчик может быть выполнен с возможностью передачи стандартных совместимых пакетов данных (т.е., пакетов данных в соответствии со стандартом мобильной связи) в элементах ресурсов, которые зарезервированы или распределены (например, посредством базовой станции системы мобильной связи) для стандартной совестимой связи.
В некоторых вариантах осуществления, некоторые из элементов ресурсов могут быть распределены как для нестандартной совместимой связи, так и стандартной совместимой связи.
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью синхронизации самого себя с сигналом синхронизации системы мобильной связи или другой системы связи. Например, базовая станция системы мобильной связи может передавать такой сигнал синхронизации. Передатчик также может быть выполнен с возможностью использования данных полезной нагрузки, например, одного или более пакетов данных, передаваемых посредством базовой станции в качестве сигнала синхронизации, с которым передатчик синхронизирует самого себя. Естественно, передатчик также может использовать сигналы, передаваемые мобильными устройствами в качестве сигнала синхронизации. В дополнение, также сигналы других систем связи могут быть использованы в качестве сигнала синхронизации.
В вариантах осуществления, элементы ресурсов, зарезервированные для нестандартной совместимой связи, могут быть надлежащим подмножеством элементов ресурсов восходящей линии связи, используемых для связи от мобильных станций к базовым станциям системы мобильной связи. Другими словами, некоторые из элементов ресурсов мобильной системы связи могут быть элементами ресурсов восходящей линии связи, т.е., элементами ресурсов, распределенными или зарезервированными для передачи данных от мобильных станций к базовой станции или базовым станциям системы мобильной связи, при этом некоторые из элементов ресурсов восходящей линии связи распределены или зарезервированы для нестандартной совместимой связи. Другие элементы ресурсов системы мобильной связи могут быть элементами ресурсов нисходящей линии связи, т.е., элементами ресурсов, распределенными или зарезервированными для передачи данных от базовой станции или базовых станций к мобильным станциям системы мобильной связи.
В вариантах осуществления, элементы ресурсов могут быть ассоциированными с, по меньшей мере, одним из особых временных слотов и особых частот. Например, элементы ресурсов могут быть особыми частотами или полосами частот (множественный доступ с частотным разделением). Элементы ресурсов могут быть особенными временными слотами (множественный доступ с временным разделением). Естественно, элементы ресурсов также могут быть особыми кодами (множественный доступ с кодовым разделением).
В вариантах осуществления, элементы ресурсов, зарезервированные для нестандартной совместимой связи, могут быть распределены динамически посредством базовой станции системы мобильной связи в зависимости от критериев производительности. Критериями производительности могут быть, например, число передатчиков (например, мобильных станций) системы мобильной связи, число передатчиков осуществляющих связь в элементах ресурсов зарезервированных для нестандартной совместимой связи, число передатчиков осуществляющих связь в элементах ресурсов зарезервированных для стандартной совместимой связи, число мобильных станций передающих в одном и том же элементе ресурсов, время ожидание (например, полное время ожидания) системы мобильной связи, или частота потери пакетов).
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью передачи, по меньшей мере, одного из множества пакетов данных в защитном элементе ресурсов, например, защитном ресурсе полосы или частоты, или защитном интервале или временном слоте.
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью канального кодирования множества пакетов данных так, что только часть из множества пакетов данных требуются для декодирования дополнительной телеграммы. Например, некоторые из пакетов данных могут конфликтовать с другими пакетами данных или данными, передаваемыми посредством источника помех. Тем не менее, из-за канального кода, примененного к множеству пакетов данных, дополнительная телеграмма по-прежнему может быть декодирована, используя пакеты данных из множества пакетов данных, которые были корректно переданы.
В вариантах осуществления, передатчик может быть выполнен с возможностью не передачи или передачи позже одного из множества пакетов данных, если передача пакета данных приведет к конфликту с другим пакетом данных, который передается другим передатчиком системы мобильной связи. Например, передатчик может знать, какие из элементов ресурсов используются другими передатчиками для передачи пакетов данных. Или передатчик может иметь возможности обнаружения конфликта, т.е., передатчик может быть выполнен с возможностью обнаружения конфликта посредством прослушивания канала связи перед передачей одного пакета данных, при этом передатчик выполнен с возможностью не передачи одного пакета данных, когда он обнаруживает передачу другого передатчика или сигнал помехи.
В вариантах осуществления, множество пакетов данных могут быть канально-закодированными так, что только часть из множества пакетов данных требуется для декодирования дополнительной телеграммы. Когда один из канально-закодированных пакетов данных конфликтует с другим пакетом данных в одном из элементов ресурсов, приемник может быть выполнен с возможностью воссоздания исходной версии конфликтующего канально-закодированного пакета данных на основании декодированной дополнительной телеграммы и вычитания исходной версии конфликтующего канально-закодированного пакета данных из данных, принятых в элементе ресурсов для того, чтобы получать другой пакет данных.
Варианты осуществления настоящего изобретения раскрываются в данном документе со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг. 1 показывает принципиальную структурную схему передатчика, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 показывает принципиальную структурную схему приемника, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 показывает принципиальную структурную схему системы связи, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 показывает схематичный вид сетки ресурсов с множеством элементов ресурсов системы связи, в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 5 показывает схематичный вид сетки ресурсов с множеством элементов ресурсов, при этом некоторые из элементов ресурсов зарезервированы для нестандартной совместимой связи, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 показывает схематичный вид сетки ресурсов с множеством элементов ресурсов и разными последовательностями пользователей, используемыми для передачи, в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 7 показывает блок-схему способа для передачи, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 показывает блок-схему способа для приема, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Равные или эквивалентные элементы или элементы с равной или эквивалентной функциональностью обозначаются в нижеследующем описании посредством равных или эквивалентных ссылочных позиций.
В нижеследующем описании, множество подробностей изложено, чтобы предоставить более полное объяснение вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалисту в соответствующей области техники будет очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы на практике без этих особых подробностей. В других случаях, хорошо известные структуры и устройства показаны в форме блочной схемы, а не в подробностях, для того, чтобы избежать затенения вариантов осуществления настоящего изобретения. В дополнение, признаки разных вариантов осуществления, описываемых далее, могут быть объедены друг с другом, при условии, что в частности не отмечается иное.
Фиг. 1 показывает принципиальную структурную схему передатчика 100, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Передатчик 100 выполнен с возможностью работы в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи (например, 3GPP). Ресурс системы мобильной связи может быть разделен на элементы ресурсов (например, временные слоты и/или полосы частот).
Кроме того, Фиг. 1 показывает в качестве примера сетку 102 ресурсов с множеством элементов 104 ресурсов. Сетка 102 ресурсов может содержать разные полосы частот и/или разные временные слоты. Таким образом, каждый из элементов ресурсов из множества элементов 104 ресурсов может иметь особую полосу частот и/или особый временной слот. На Фиг. 1, ордината описывает частоту, а абсцисса - время.
Передатчик 100 может быть выполнен с возможностью передачи дополнительной телеграммы 106 (например, дополнительно к стандартной совместимой телеграмме) посредством разъединения дополнительной телеграммы 106 на множество пакетов 108 данных (например, n пакетов данных, при этом n является натуральным числом больше или равным двум), причем каждый из пакетов 108 данных короче телеграммы 106, и передачи каждого из пакетов 108 данных соответственно в одном из элементов 104 ресурсов.
Например, передатчик 100 может быть выполнен с возможностью передачи первого пакета 108 данных (из множества пакетов данных) в первом элементе 104 ресурсов (например, первом временном слоте и/или первой полосе частот), и передачи второго пакета 108 данных (из множества пакетов данных) во втором элементе 104 ресурсов (например, втором временном слоте, следующем за первым временным слотом, или второй полосе частот, отличной от первой полосы частот).
Передатчик 100, например, может содержать блок 110 генерирования пакета данных и блок 112 передачи. Блок 110 генерирования пакета данных может быть выполнен с возможностью разъединения дополнительной телеграммы 106 на множество пакетов 108 данных. Блок 112 передачи может быть выполнен с возможностью передачи множества пакетов 108 данных в разных элементах 104 ресурсов.
Разъединение дополнительной телеграммы на множество пакетов данных так, что каждый из множества пакетов данных является короче дополнительной телеграммы, именуется в данном документе разбиением телеграммы.
Блок 110 генерирования пакета данных и/или блок 112 передачи могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, например, используя микропроцессор, программируемую вентильную матрицу или центральный блок обработки. Кроме того, блок 110 генерирования пакета данных и блок 112 передачи могут быть реализованы в одном и том же устройстве.
Передатчик 100 может быть, например, мобильным устройством системы мобильной связи. Естественно, передатчик 100 также может быть базовой станцией системы мобильной связи. Передатчик 100 может быть приемопередатчиком с возможностями как передачи, так и приема.
Фиг. 2 показывает принципиальную структурную схему приемника 120, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Приемник 120 выполнен с возможностью работы в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи (например, 3GPP). Ресурс системы мобильной связи может быть разделен на элементы ресурсов (например, временные слоты и/или полосы частот).
Кроме того, Фиг. 2 показывает в качестве примера сетку 102 ресурсов с множеством элементов 104 ресурсов. Сетка 102 ресурсов может содержать разные полосы частот и/или разные временные слоты. Таким образом, каждый из элементов ресурсов из множества элементов 104 ресурсов может иметь особую полосу частот и/или особый временной слот. На Фиг. 1, ордината описывает частоту, а абсцисса - время.
Приемник 120 выполнен с возможностью приема дополнительной телеграммы 106 (например, дополнительно к стандартной совместимой телеграмме), которая передается разъединенной на множество пакетов 108 данных (например, n пакетов данных, при этом n является натуральным числом больше или равным двум), причем каждый из пакетов 108 данных короче дополнительной телеграммы 106, посредством приема каждого из пакетов 108 данных соответственно в одном из элементов 104 ресурсов.
Например, передатчик 120 может быть выполнен с возможностью приема первого пакета данных (из множества пакетов данных) 104 в первом элементе 104 ресурсов (например, первом временном слоте и/или первой полосе частот) и приема второго пакета 108 данных (из множества пакетов данных) во втором элементе ресурсов (например, втором временном слоте, следующем за первым временным слотом, или второй полосе частот, отличной от первой полосы частот) 104.
Приемник 120 дополнительно может быть выполнен с возможностью объединения множества пакетов 108 данных для того, чтобы получать дополнительную телеграмму.
Приемник 120, например, может содержать блок 122 приема и (опционально) блок 124 объединения пакетов данных. Блок 122 приема может быть выполнен с возможностью приема множества пакетов 108 данных в разных элементах 104 ресурсов. Блок 124 объединения пакетов данных может быть выполнен с возможностью объединения множества пакетов 108 данных для того, чтобы получать дополнительную телеграмму 106.
блок 110 генерирования пакета данных и блок 112 передачи. Блок 110 генерирования пакета данных может быть выполнен с возможностью разъединения дополнительной телеграммы 106 на множество пакетов 108 данных. Блок 112 передачи может быть выполнен с возможностью передачи множества пакетов 108 данных в разных элементах 104 ресурсов.
Блок 122 приема и/или блок 124 объединения пакетов данных могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, например, используя микропроцессор, программируемую вентильную матрицу или центральный блок обработки. Кроме того, блок 122 приема и/или блок 124 объединения пакетов данных могут быть реализованы в одном и том же устройстве.
Приемник 120 может быть, например, базовой станцией системы мобильной связи. Естественно, приемник 120 также может быть мобильным устройством системы мобильной связи. Приемник 120 может быть приемопередатчиком с возможностями как приема, так и передачи.
Как упоминалось в введении настоящей патентной заявки, область связи машина с машиной (M2M) приводит к новым задачам для семейства стандартов 3GPP (Проект Партнерства 3-его Поколения, производственное сотрудничество групп телекоммуникационных ассоциаций).
Интересным подходом к улучшению производительности будущих систем связи M2M является разбиение телеграммы [Kilian, G., и др.; Improved coverage for low-power telemetry systems using telegram splitting, Proceedings of 2013 European Conference on Smart Objects, Systems and Technologies (SmartSysTech), 2013] с ALOHA со слотами. Базовая станция сети назначает особые и слоты времени и частоты устройствам (например, мобильным устройствам), которые могут просто передавать свои данные внутри этих слотов. Все слоты, как правило, имеют одинаковую полосу пропускания и продолжительность, и некоторый вид средства синхронизации требуется, чтобы синхронизировать устройства по отношению к времени и частоте так, что они являются выровненными со структурой слота.
Если устройство желает передать данные, оно лишь выбирает один или несколько слотов и начинает передачу. Предварительное прослушивание того, являются ли особые слоты свободными, не требуется. Таким образом, могут происходить конфликты по ресурсам восходящей линии связи. Эти конфликты могут быть разрешены в большинстве случаев посредством обработки сигнала (например, последовательное подавление помех) и особых последовательностей пользователей (например, как предложено Massey [Massey, J. и Mathys, P.; The collision channel without feedback Information Theory, IEEE Transactions on, 1985, 31, 192-204]). Кроме того, устройства могут быть полностью синхронизированными с сетью, что допускает дополнительное средство оптимизации.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ
Фиг. 3 показывает принципиальную структурную схему системы 130 мобильной связи, содержащую три мобильных устройства с 128_1 по 128_3 и базовую станцию 130. Кроме того, на Фиг. 3 указаны возможные пути связи.
Подробнее, Фиг. 3 показывает принципиальную структурную схему предложенной системы. «Мобильная станция 1» 128_1 и «мобильная станция 2» 128_2 хотят осуществлять связь с базовой станцией 130, используя линии связи «BS Линия Связи 1» 132_1 и «BS Линия Связи 2» 132_1, где основное внимание здесь уделяется передаче данных восходящей линии связи к базовой станции 130. Кроме того, «мобильная станция 1» 128_1 и «мобильная станция 2» 128_2 также могут осуществлять связь непосредственно используя «D2D Линию Связи 1» 134_1 и «D2D Линию Связи 2» 134_2 (D2D=Устройство с Устройством), без использования базовой станции в качестве ретранслятора. (В данном случае присутствие какой-либо базовой станции не требуется). Тем не менее, также в данном случае базовая станция 130 может быть заинтересована в приеме данных от D2D Линий Связи. Кроме того, также «мобильная станция 3» 128_3 может быть заинтересована в приеме данных от «D2D Линии Связи 1» 134_1 посредством «D2D Линии Связи 2» 134_2 и «D2D Линии Связи 3» 134_3. Примерами являются, например, связь автомобиль с автомобилем (C2C). В данном случае «мобильная станция 3» 128_3 не должна быть соединенной с базовой станцией 130. Тем не менее, «мобильная станция 3» 128_3 имеет некоторую информацию 136 синхронизации, которая может быть предоставлена посредством базовой станции 130 или любого другого подходящего средства (см. раздел синхронизация).
Таким образом, структура системы применяется к текущим сотовым системам (например, 3GPP) или также другим схемам передачи, например, основанным на IEEE 802.11 (Wifi) или IEEE 802.15.4 (например, ZigBee).
СИНХРОНИЗАЦИЯ
Предложенная система использует ALOHA со слотами. Это может потребовать синхронизации всех мобильных станций в отношении некоторого вида структуры кадрирования во времени и частоте. Фиг. 4 показывает возможную структуру 102 кадрирования.
Подробнее, Фиг. 4 показывает схематичный вид сетки 102 ресурсов с множеством элементов 104 ресурсов. Ордината описывает частоту, а абсцисса - время.
Как показано на Фиг. 4, ресурсы для данных восходящей линии связи могут быть разделены на так называемые «элементы ресурсов», которые могут иметь особое распределение во времени и частоте. Кроме того, физические ресурсы каждого элемента ресурсов (например, полоса пропускания, продолжительность) могут быть идентичными так, что несколько элементов 104 ресурсов формируют сетку 102 ресурсов, например, на оси времени и частоты. Тем не менее, такая сетка 102 также может быть расширена в других измерениях, например, посредством применения множественного доступа с кодовым разделением посредством использования ортогональных или не-ортогональных кодов.
Примерами для сетки, показанной на Фиг. 4, являются OFDM- (Мультиплексирование с Ортогональным Частотным Разделением) символы, где осью частоты являются OFDM поднесущие, а осью времени являются разные OFDM-символы. Кроме того, основанная на SC-FDMA (Множественный Доступ с Частотным Разделением и Одной Несущей) схема восходящей линии связи, используемая в семействе стандартов 3GPP, также может формировать такую сетку ресурсов восходящей линии связи.
Другими словами, Фиг. 4 показывает принцип структуры кадрирования с помощью сетки ресурсов, синхронизирующее слово и/или данные нисходящей линии связи могут также быть переданы по отличной частоте, например, в случае FDD (Дуплекс с Частотным Разделением), наименьшим числом ресурсов, которые могут быть заняты, является элемент 104 ресурсов.
Выгодно, когда мобильные станции 128 имеют точную синхронизацию с сеткой 102 ресурсов восходящей линии связи. Например, в случае OFDM это сократит эффекты помех смежного канала (ACI) и помех множественного доступа (MAI). Для того, чтобы компенсировать задержки распространения, мобильные станции 128 также могут использовать схемы, такие как временное опережение, т.е., устройства передают данные раньше начального времени элемента 104 ресурсов для того, чтобы компенсировать их индивидуальную задержку распространения. Таким образом, данные восходящей линии связи всех устройств отлично выровнены по сетке ресурсов восходящей линии связи.
Мобильные станции 128 могут быть выполнены с возможностью синхронизации самих себя с сигналом синхронизации системы 126 мобильной связи или другой системы связи.
Мобильные станции 128 могут использовать особый сигнал синхронизации, передаваемый базовой станцией 130, чтобы синхронизировать самих себя по сетке ресурсов восходящей линии связи. В случае стандартов 3GPP современного уровня развития (например, Редакция 12), это может быть сигналами синхронизации базовых станций (например, первичным и вторичным сигналами синхронизации, или пилот-сигналами). В дополнение, мобильные станции 128 также могут использовать данные полезной нагрузки, передаваемые посредством базовой станции 130 (также данные для других мобильных станций), чтобы синхронизировать самих себя по базовой станции 130. Примерами являются, например, циклический префикс OFDM-символов в нисходящей линии связи сигналов нисходящей линии связи 3GPP современного уровня развития. Если базовая станция 130 присутствует и TDD (дуплекс с временным разделением) используется для связи мобильных станций 128 с базовыми станциями 130, некоторые ресурсы могут быть использованы для связи мобильных станций 128 с базовыми станциями 130, некоторые ресурсы могут быть использованы для предоставления данного сигнала синхронизации в дополнение к данным нисходящей линии связи. Примером является режим TDD (Дуплекс с Временным Разделением) стандартов 3GPP современного уровня развития.
Синхронизация мобильных устройств 128 не требует передачи каких-либо данных к базовой станции 130. Вследствие этого, мобильные устройства 128 могут лишь прослушивать сигналы базовых станций 130, чтобы синхронизировать самих себя. Кроме того, мобильные устройства 128 также могут использовать сигналы от других мобильных устройств, чтобы синхронизировать самих себя. Кроме того, мобильные устройства 128 также могут использовать любой вид других сигналов (например, систем навигации (GPS, Galileo), цифрового TV (DVB-T), или цифрового радио (DAB)), которые не передавались с целью синхронизации, так называемые сигналы возможности, чтобы синхронизировать самих себя по сетке ресурсов. Это в частности полезно, если не присутствует базовая станция 130 или не может быть принят сигнал базовой станции.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ ДЛЯ РЕСУРСОВ ALOHA СО СЛОТАМИ
Мультисистемное использование частоты
Передатчики 100 (например, мобильные устройства 128) могут быть выполнены с возможностью передачи множества пакетов 108 данных дополнительной телеграммы 106 в элементах 104 ресурсов, зарезервированных для нестандартной совместимой связи. Элементы 104 ресурсов, зарезервированные для нестандартной совместимой связи, могут быть надлежащим подмножеством элементов ресурсов восходящей линии связи, используемых для связи от мобильных станций 128 к базовым станциям 130 системы 126 мобильной связи. Элементы ресурсов ассоциированы с, по меньшей мере, одним из особых временных слотов и особых частот.
В случае стандартов 3GPP современного уровня развития сетка 102 ресурсов применяется к ресурсам восходящей линии связи. Следовательно, в данном случае является выгодным передавать все данные передачи мобильных станций 128 в ресурсах восходящей линии связи. Ресурсы восходящей линии связи могут быть особыми частотами (например, в случае FDD=дуплекс с частотным разделением) или особыми периодами времени (в случае TDD=дуплекс с временным разделением). Базовая станция 130 3GPP тогда может распределять особые элементы ресурсов, например, временные и/или частотные ресурсы в рамках ресурсов восходящей линии связи для доступа ALOHA со слотами. Другие ресурсы могут быть использованы для классической связи, как определено в текущих технических описаниях 3GPP.
Предварительно распределенные ресурсы
В современных администрируемых системах связи (например, стандарта 3GPP) пользователю может потребоваться запросить ресурсы. Вместо данного динамического распределения для каждого пользователя, некоторых ресурсы сетки ресурсов могут быть распределены для ALOHA со слотами. В сценарии связи M2M требуется передавать много небольших сообщений. Без процедуры распределения ресурсов экономится много трафика и энергии в устройстве. Другим преимуществом является короткая задержка этих сообщений. В связи D2D (например, Автомобиль 2 Автомобилем) очень важно гарантировать короткую задержку сигнализации события другим устройствам.
Динамическое распределение ресурсов
Распределение ресурсов 104 сетки 102 ресурсов может быть либо статическим, либо переменным. Статическая конфигурация может быть в частности выгодной в системах 126 без объекта администрирования, например, если не присутствует базовая станция 130. В этих системах 126 некоторый объем ресурсов может быть распределен для связи.
Элементы 104 ресурсов, зарезервированные для нестандартной совместимой связи, могут быть распределены посредством объекта администрирования (например, базовой станции) системы мобильной связи. Кроме того, элементы 104 ресурсов, зарезервированные для нестандартной совместимой связи, могут быть распределены динамически посредством объекта администрирования системы мобильной связи в зависимости от критериев производительности.
В системах с объектом администрирования ресурсы для доступа ALOHA со слотами могут меняться со временем. (Объектом администрирования может быть базовая станция 130 или мобильная станция, действующая в качестве объекта администрирования). Число ресурсов в сетке 102 ресурсов, которые могут быть использованы мобильной станцией 128 в ALOHA со слотами, может быть отрегулировано до требуемых ресурсов, чтобы добиваться определенных критериев производительности. Такие критерии могут быть средним числом мобильных устройств 128, передающих в элементе ресурсов, полным временем ожидания системы, частотой потери пакетов, или любой другой подходящей метрикой. Это гарантирует оптимальное использование ресурсов в заданном сценарии.
В зависимости от ресурсов, требуемых для исполнения особых критериев производительности, базовая станция 130 может варьировать ресурсы, назначенные ALOHA со слотами в течение времени. Позиция доступных элементов 104 ресурсов может быть просигнализирована мобильными станциями 128, используя некоторый вид сигналов сигнализации, передаваемых базовой станцией 130 (как правило в ресурсах нисходящей линии связи) или мобильной станцией объекта администрирования.
Позиции ресурсов для изменения с течением времени ALOHA со слотами
Фиг. 5 показывает схематичный вид сетки 102 ресурсов с множеством элементов 104 ресурсов, при этом некоторые из элементов 104' ресурсов зарезервированы для нестандартной совместимой связи. Ордината описывает частоту, а абсцисса - время.
Элементы 104' ресурсов, распределенные для ALOHA со слотами, могут быть фиксированными по особым частотам (ресурсы, распределенные в нижней части Фиг. 5) или их позиция может меняться с течением времени (ресурсы, распределенные в верхней части Фиг. 5). Меняющиеся позиции являются особенно выгодными в случае каналов с замираниями, поскольку варьирующиеся частоты приводят к улучшенному разнесению каналов. Кроме того, также можно распределять ресурсы только в течение особых времен. Если используется OFDM, не все OFDM-символы будут нести элементы ресурсов для ALOHA со слотами. Шаблон доступных слотов времени, например, OFDM-символов, может меняться с течением времени. Тоже самое применяется для SC-FDMA, как используемому в восходящей линии связи 3GPP. Сходные схемы также могут быть применены в случае других схем, предоставляющих элементы ресурсов, например, в случае множественного доступа с кодовым разделением, использующим, например, ортогональные коды.
Как показано на Фиг. 5, элементы 104' ресурсов, распределенные для доступа ALOHA со слотами, могут меняться с течением времени, и лишь подмножество ресурсов может быть распределено для данного типа связи.
Двойное использование ресурсов
Некоторые из элементов 104 ресурсов могут быть распределены как для нестандартной совместимой связи, так и стандартной совместимой связи.
В системах, таких как 3GPP, элементы 104 ресурсов могут быть распределены для ALOHA со слотами, даже если они также используются для классической связи. В данном случае, существует определенная вероятность конфликта между данными ALOHA со слотами и нормальными данными, который может быть приемлемым в некоторых приложениях. Примером является то, когда ожидается очень низкий трафик ALOHA со слотами. Назначение особых элементов ресурсов чисто для ALOHA со слотами будет означать слишком большие служебные данные в таких случаях, тогда как число конфликтов между ALOHA со слотами и нормальными данными может быть на приемлемом уровне.
Использование «свободных пространств» для передачи фрагментов
Передатчики 100 (например, мобильные станции 128) могут быть выполнены с возможностью передачи, по меньшей мере, одного из множества пакетов данных в защитном элементе ресурсов, например, полосе или частоте защитных ресурсов, или защитном интервале или временном слоте.
В сетке 102 ресурсов стандартов 3GPP современного уровня развития (например, LTE (Долгосрочное Развитие)), как правило, присутствуют некоторые неиспользуемые пространства, или пространства с незначительным ухудшением производительности, если присутствуют помехи в данном слоте ресурсов (например, защитные полосы или защитные интервалы). Данные ресурсы могут быть использованы, чтобы передавать сообщения ALOHA со слотами. Данная методика будет увеличивать скорость передачи данных двух объединенных систем.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕСУРСОВ ДЛЯ ПАКЕТОВ ALOHA СО СЛОТАМИ
ALOHA со слотами и разбиение телеграммы
В типичной конфигурации, доступные физические ресурсы в каждом элементе ресурсов являются недостаточными, чтобы нести полный пакет данных. Мотивацией для такой конфигурации может быть реализация разбиения телеграммы, как описано в [2]. Таким образом, в типичной конфигурации каждый пакет данных будет разделяться на несколько фрагментов. Каждый фрагмент затем передается в одном элементе ресурсов, назначенном для доступа ALOHA Со Слотами. Возможной реализацией данной концепции является сходная с Разбиением Телеграммы, как представлено в [Kilian, G., и др.; Improved coverage for low-power telemetry systems using telegram splitting, Proceedings of 2013 European Conference on Smart Objects, Systems and Technologies (SmartSysTech), 2013], за исключением того, что ALOHA со слотами используется вместо чистого ALOHA.
Восстановление перекрытия из-за FEC
Передатчики 100 (например, мобильные станции 128) могут быть выполнены с возможностью канального кодирования множества пакетов 108 данных так, что только часть из множества пакетов 108 данных требуются для декодирования дополнительной телеграммы 106.
В типичной конфигурации, пакеты 108 данных будут защищены используя прямую коррекцию ошибок (FEC). Это улучшает производительность в случае шума. Кроме того, если один или более фрагменты из нескольких фрагментов теряются из-за конфликтов (например, с другими мобильными станциями, использующими ALOHA со слотами, или любым другим источником помех), существует высокая вероятность того, что подверженные помехам фрагменты могут быть восстановлены в приемнике посредством FEC и возможно последовательного подавления помех. Такие конфликты возникают, например, если базовая станция 130 или мобильная станция 3 128_3 (см. Фиг. 3) желает принимать данные от мобильной станции 1 128_1 и/или мобильной станции 2 128_2. Приемник в этом смысле может быть базовой станцией или любой мобильной станцией.
Последовательности пользователей для минимизации конфликтов
Передатчик 100 (например, мобильная станция 128) может быть выполнен с возможностью передачи множества пакетов 108 данных в выбранных элементах ресурсов, выбранных из элементов ресурсов на основании последовательностей пользователей для того, чтобы сокращать конфликты.
В простой конфигурации фрагменты передаются в следующих доступных элементах ресурсов, например, в том же самом слоте частоты, назначенном для ALOHA со слотами. Это означает, что ресурсы ALOHA со слотами занимаются в течение полного интервала времени. В усовершенствованной конфигурации результирующие фрагменты передаются в элементах ресурсов ALOHA со слотами используя особые последовательности пользователей. Примеры для этих последовательностей пользователей были, например, предложены Massey в [Massey, J. & Mathys, P.; The collision channel without feedback Information Theory, IEEE Transactions on, 1985, 31, 192-204]. В данном случае передающая мобильная станция может оставлять некоторые ресурсы ALOHA Со Слотами. Данная концепция увеличивает вероятность того, что фрагменты нескольких мобильных станций полностью не перекрываются. Подверженные помехам фрагменты затем могут быть восстановлены посредством FEC. Данная концепция в особенности интересна для случаев, где приемник фрагментов ALOHA со слотами способен обнаруживать конфликты, т.е., две или более мобильные станции передают данные в одном и том же элементе ресурсов. Это затем соответствует декодированию со стиранием, которое обеспечивает оптимальную производительность.
Разные начальные времена в BS - Кадр
Как правило, поток данных организуется в кадрах. Если присутствует несколько доступных блоков ресурсов в одном кадре, то можно начинать последовательность пользователей ALOHA со слотами в разных временных слотах. Вследствие этого, вероятность создания помех для другого сообщения сокращается и качество услуги увеличивается.
Фиг. 5 показывает схематичный вид сетки 102 ресурсов с множеством элементов ресурсов и разными последовательностями пользователей, используемыми для передачи.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ И MIMO-ОБРАБОТКА
Как уже упоминалось, множество пакетов 108 данных может быть канально-закодировано так, что только часть из множества пакетов данных требуются для декодирования дополнительной телеграммы. Приемник 120 (например, базовая станция 130) может быть выполнен с возможностью воссоздания исходной версии конфликтующего канально-закодированного пакета данных на основании декодированной дополнительной телеграммы и вычитания исходной версии конфликтующего канально-закодированного пакета данных из данных, принятых в элементе ресурсов, для того, чтобы получать другой пакет данных, когда один из канально-закодированных пакетов данных конфликтует с другим пакетом данных в одном из элементов ресурсов.
Другими словами, выше были описаны примеры критичных по времени и некритичных по времени пакетов данных. Из-за используемой схемы доступа только 50% фрагментов критичного по времени потока подвергаются помехам. Тем не менее, должна быть возможность восстановления данных используя FEC, и, следовательно, данные в элементах ресурсов подверженных помехам являются известными. Следовательно, эти повторно закодированные данные могут быть вычтены из элементов ресурсов подверженных помехам. И затем, может быть декодирована не критичная по времени услуга. Данный принцип именуется последовательным подавлением помех (SIC).
SIC с оптимизированными последовательностями пользователей и мощностью передачи
Принцип SIC может работать даже лучше при использовании дополнительно оптимизированных последовательностей пользователей. Также существует возможность адаптации дополнительных параметров, например, мощности передачи мобильной станции, чтобы дополнительно улучшать эффективность SIC.
Использование SIC может быть дополнительно расширено с помощью многопользовательской (MU) с одним входом-несколькими выходами (SIMO) (или несколькими входами-несколькими выходами - MIMO) обработки. Используя MU-SIMO/MIMO, приемник может использовать методики, такие как формирование диаграммы направленности стороны приемника, чтобы разъединять сигналы с помехами нескольких передающих мобильных станций.
SIC и MIMO (Формирование Диаграммы Направленности)
Как правило, использование SIC и MU-SIMO/MIMO в особенности полезно при использовании декодирования с максимальным правдоподобием (ML) или других схем близких к теоретической производительности. Кроме того, могут существовать особые формы волны, которые являются более подходящими для SIC и MU-SIMO/MIMO. Примерами являются формы волны, которые могут быть сгенерированы с высокой линейностью в усилителе мощности передатчика, т.е., которые вызывают только небольшие нелинейные искажения. Это происходит по причине того, что приемник должен вычитать форму волны в случае SIC. Если форма волны не генерируется с высокой линейностью, это вызывает составляющие подобные шуму, которые не могут быть оценены приемником. Таким образом, приемник не имеет возможности полного вычитания сигнала соответствующих мобильных станций. Оставшийся уровень шума тогда уменьшает эффективность на следующих стадиях декодирования.
Кроме того, использование MU-SIMO/MIMO и SIC не ограничивается двумя сигналами, конфликтующими в элементе ресурсов. В зависимости от качества принятого сигнала и уровня теплового шума, произвольное число сигналов может быть декодировано, используя MU-SIMO/MIMO и SIC.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 7 показывает блок-схему способа 200 для передачи в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи. Ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов. Способ содержит передачу 202 дополнительной телеграммы посредством разъединения телеграммы на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, и посредством передачи каждого из пакетов данных соответственно в одном из элементов ресурсов.
Фиг. 8 показывает блок-схему способа 210 для приема в системе мобильной связи в соответствии со стандартом мобильной связи. Ресурсы системы связи разделены на элементы ресурсов. Способ содержит прием 212 дополнительной телеграммы, которая передается разъединенной на множество пакетов данных, причем каждый из пакетов данных короче телеграммы, посредством приема каждого из пакетов данных соответственно в одном из элементов ресурсов.
В вариантах осуществления, множество пакетов данных дополнительной телеграммы могут быть переданы (например, через канал связи) с временным расстоянием между пакетами данных.
Варианты осуществления предоставляют новый подход для улучшения производительности будущих систем связи M2M, использующих разбиение телеграммы с ALOHA со слотами. Базовая станция сети назначает особые слоты времени и частоты устройствам, которые могут просто передавать свои данные внутри этих слотов. Если устройство желает передать данные, оно лишь выбирает один из нескольких слотов и начинает передачу. Предварительное прослушивание того, являются ли особые слоты свободными, не требуется. Таким образом, могут происходить конфликты по ресурсам восходящей линии связи. Эти конфликты могут быть разрешены в большинстве случаев посредством обработки сигнала (например, последовательное подавление помех) и особых шаблонов доступа разбиения телеграммы.
Варианты осуществления не ограничиваются каким-либо видом сотовых стандартов. Они также могут быть использованы в любом виде стандарта передачи.
Несмотря на то, что некоторые аспекты были описаны в контексте устройства, очевидно, что эти аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствуют этапу способа или признаку у этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в контексте этапа способа, также представляют собой описание соответствующего блока или элемента или признака у соответствующего устройства. Некоторые или все из этапов способа могут быть исполнены посредством (или используя) устройства аппаратного обеспечения, подобного, например, микропроцессору, программируемому компьютеру или электронной схеме. В некоторых вариантах осуществления, один или более из наиболее важных этапов способа могут быть исполнены посредством такого устройства.
В зависимости от некоторых требований к реализации, варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в аппаратном обеспечении или в программном обеспечении. Реализация может быть выполнена используя цифровой запоминающий носитель информации, например, гибкий диск, DVD, Blu-Ray, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или FLASH-память, с хранящимися в нем электронно-читаемыми сигналами управления, которые совместно работают (или выполнены с возможностью совместной работы) с программируемой компьютерной системой так, что выполняется соответствующий способ. Вследствие этого, цифровой запоминающий носитель информации может быть машиночитаемым.
Некоторые варианта осуществления в соответствии с изобретением содержат носитель данных с электронно-читаемыми сигналами управления, которые выполнены с возможностью совместной работы с программируемой компьютерной системой так, что выполняется один из способов, описанных в данном документе.
В целом, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в качестве компьютерного программного продукта с кодом программы, причем код программы работает для выполнения одного из способов, когда компьютерный программный продукт выполняется на компьютере. Код программы может, например, быть сохранен на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления содержат компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, хранящуюся на машиночитаемом носителе.
Другими словами, вариант осуществления способа изобретения является, вследствие этого, компьютерной программой с кодом программы для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.
Дополнительный вариант осуществления способов изобретения является, вследствие этого, носителем данных (или цифровым запоминающим носителем информации, или машиночитаемым носителем информации), содержащим, записанную на нем, компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе. Носитель данных, цифровой запоминающий носитель информации или записанный носитель информации являются, как правило, вещественными и/или не временными.
Дополнительным вариантом осуществления способа изобретения является, вследствие этого, поток данных или последовательность сигналов, представляющая собой компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе. Поток данных или последовательность сигналов могут, например, быть выполнены с возможностью переноса через соединение связи для передачи данных, например, через Интернет.
Дополнительный вариант осуществления содержит средство обработки, например, компьютер, или программируемое логическое устройство, выполненное с возможностью или адаптированное для выполнения одного из способов, описанных в данном документе.
Дополнительный вариант осуществления содержит компьютер с инсталлированной на нем компьютерной программой для выполнения одного из способов, описанных в данном документе.
Дополнительный вариант осуществления в соответствии с изобретением содержит устройство или систему, выполненные с возможностью переноса (например, электрически или оптически) компьютерной программы для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, к приемнику. Приемник, может, например, быть компьютером, мобильным устройством, устройством памяти или подобным. Устройство или система могут, например, быть выполнены в виде файлового сервера для переноса компьютерной программы к приемнику.
В некоторых вариантах осуществления, программируемое логическое устройство (например, программируемая вентильная матрица) может быть использовано, чтобы выполнять некоторые или все из функциональных возможностей способов, описанных в данном документе. В некоторых вариантах осуществления, программируемая вентильная матрица может совместно работать с микропроцессором для того, чтобы выполнять один из способов, описанных в данном документе. В целом, способы предпочтительно выполняются посредством любого устройства аппаратного обеспечения.
Устройство, описанное в данном документе, может быть реализовано используя устройства аппаратного обеспечения, или используя компьютер, или используя сочетание устройства аппаратного обеспечения и компьютера.
Устройство, описанное в данном документе, или любые компонент устройства, описанного в данном документе, могут быть реализованы, по меньшей мере, частично в аппаратном обеспечении и/или в программном обеспечении.
Способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены используя устройство аппаратного обеспечения, или используя компьютер, или используя сочетание устройства аппаратного обеспечения и компьютера.
Способы, описанные в данном документе, или любые компоненты устройства, описанного в данном документе, могут быть выполнены, по меньшей мере, частично посредством аппаратного обеспечения и/или посредством программного обеспечения.
Описанные выше варианты осуществления являются лишь иллюстративными для принципов настоящего изобретения. Следует понимать, что модификации и вариации организаций и подробностей, описанных в данном документе, будут очевидны специалистам в соответствующей области техники. Вследствие этого, цель состоит в том, чтобы ограничение осуществлялось только посредством объема предстоящей патентной формулы изобретения, а не посредством конкретных подробностей, представленных в качестве описания и объяснения вариантов осуществления в данном документе.