СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАБОТЫ С МОБИЛЬНЫМИ УЗЛАМИ ВО МНОЖЕСТВЕ СОСТОЯНИЙ Российский патент 2008 года по МПК H04Q7/20 

Родственные заявки

Настоящая заявка на патент утверждает приоритет заявки на патент США 10/324,194, поданной 20 декабря 2002 и озаглавленной "Methods and Apparatus for Operating Mobile Nodes in Multiple States", и приоритет предварительной заявки на патент США 60/401,920, поданной 8 августа 2002, "Methods and Apparatus for implementing Mobile Communication System", которые включены в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к беспроводным системам связи и, более точно, к способам и устройству для поддержки множества мобильных узлов в ячейке связи с ограниченными ресурсами.

Уровень техники

Беспроводные системы связи часто реализуют в виде одной или нескольких ячеек связи. Обычно каждая ячейка включает в себя базовую станцию, которая поддерживает связь с мобильными узлами, которые размещены или вошли в пределы связи для базовой станции ячейки. Внутри ячейки или сектора ячейки единицей ресурса связи является символ, например, QPSK или QAM, передаваемый на одном частотном тоне для одного временного слота в системе с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Полные доступные коммуникационные ресурсы разделены на множество таких символов (единиц), которые могут использоваться для обмена управляющей информацией и данными между базовой станцией и одним или несколькими мобильными узлами в соте, и являются ограниченными. Сигналы управления, передаваемые между базовой станцией и мобильным узлом, могут передаваться в двух возможных направлениях, т.е. из базовой станции в мобильный узел или из мобильного узла в базовую станцию. Передачу сигналов из базовой станции в мобильный узел часто называют нисходящей линией. Напротив, передачу из мобильного узла в базовую станцию обычно называют восходящей линией.

Для обеспечения эффективного использования ограниченных коммуникационных ресурсов, базовые станции могут назначать различные количества тонов различным мобильным узлам, в зависимости от пропускной способности, требуемой устройству. В системах с множественным доступом, несколько узлов могут передавать данные, например, в виде символов, в базовую станцию в одно и то же время, используя различные тона. Это является обычным для систем OFDM. В таких системах является важным, чтобы символы от различных мобильных узлов приходили в базовую станцию синхронно, например, базовая станция может соответствующим образом определить период символа, к которому принадлежит принятый символ, и сигналы от различных мобильных узлов не влияют друг на друга. При перемещении мобильного узла в соте, задержка при передаче меняется как функция расстояния между мобильным узлом и базовой станцией. Для гарантии того, что передаваемые символы приходят в базовую станцию из различных мобильных узлов синхронно, сигналы управления таймированием, например, сигналы обратной связи, могут передаваться и во многих случаях передаются в каждый активный мобильный узел сотовой системы. Сигналы управления таймированием часто являются специфическими для каждого устройства и представляют, например, временные коррекции смещений, которые должно использовать устройство для определения таймирования передачи символов. Операции сигнализации управления таймированием включают в себя, например, мониторинг сигналов управления таймированием, декодирование принятых сигналов управления таймированием и выполнения операций управления обновлением таймирования в соответствии с декодированными принятыми сигналами управления таймированием.

Сигналы управления таймированием могут быть особенно важны в системах, в которых присутствует большое количество мобильных узлов. Для того чтобы избежать взаимных помех с мобильным узлом вследствие потери синхронизации таймирования, может быть необходимо установить синхронизацию тайминга и управление перед тем, как разрешить мобильному узлу передавать данные, например голосовые данные, IP пакеты, содержащие данные, и т.п. в базовую станцию.

Дополнительно к управлению ограниченными ресурсами, такими как полоса пропускания, в беспроводных системах связи часто рассматривают управление мощностью. Мобильные узлы, например, беспроводные терминалы, часто имеют батарейное питание. Поскольку мощность батареи ограничена, является желательным снизить требования к мощности и тем самым увеличить время, в течение которого мобильный узел может работать без перезарядки батареи или замены батареи. Для минимизации потребления мощности, является желательным ограничить мощность, используемую для передачи сигналов в базовую станцию до минимальной величины требуемой мощности. Другим преимуществом минимизации мощности передачи мобильного узла является то, что это дает дополнительную выгоду в виде ограничения величины помех, которые передачи вызывают в соседних сотах, которые часто используют те же частоты, что и смежные соты.

Для облегчения управления мощностью передачи, между базовой станцией и мобильным узлом может быть установлена сигнализация управления мощностью, например, петля обратной связи. Сигнализация управления мощностью часто происходит гораздо чаще, чем сигнализация управления таймингом. Это происходит, поскольку при сигнализации управления мощностью выполняются попытки отслеживать изменения в силе сигнала между базовой станцией и мобильными узлами, и это обычно происходит за время порядка миллисекунд. При управлении таймингом, требуется учитывать изменения в расстоянии и мобильными узлами и, следовательно, это происходит более медленно, обычно за времена от сотен миллисекунд до секунд. Объем служебной управляющей сигнализации для управления мощностью значительно превышает таковой для управления таймингом.

В дополнение к сигнализации управления таймингом и мощностью, могут применяться другие типы сигнализации. Например, мобильные узлы также могут дополнительно сигнализировать по восходящей линии о качестве нисходящего канала. Это может использоваться на базовой станции для определения выделения коммуникационных ресурсов для передачи пакетов данных от базовой станции в мобильный узел. Такие сообщения о качестве нисходящего канала позволяют базовой станции определять мобильный узел для передачи и, если мобильный узел выбран, объем опережающей защитной коррекции ошибок, применяемый к данным. Такие сообщения о качестве нисходящего канала в общем случае передаются с использованием одинаковой временной шкалы, что и сигнализация управления мощностью. В качестве другого примера, сигнализация может использоваться для периодического извещения базовой станции о присутствии в соте мобильных узлов. Она также может быть использована для запроса выделения ресурсов восходящей линии, например, для передачи данных пользователя в сессии связи. Для таких извещений и/или запросов ресурсов могут быть использованы совместно используемые, а не выделенные ресурсы.

Ресурсы сигнализации, например, временные слоты или тоны, могут быть совместно используемыми или выделенными. В случае совместно используемых временных слотов или тонов, множество устройств в одно и то же время может пытаться использовать ресурс, например, сегмент или временной слот, для обмена информацией. В случае совместно используемых ресурсов, каждый компонент системы обычно пытается использовать ресурс "по необходимости". Это иногда приводит к конфликтам. В случае выделенных ресурсов, например, с временными слотами и/или тонами, назначенные конкретным устройствам связи или группам устройств для устранения других устройств на определенный период времени, проблема возможных конфликтов устраняется или снижается. Выделенные ресурсы могут представлять собой часть общих ресурсов, например общего канала, в котором сегменты канала являются выделенными, например, назначенными, отдельным устройствам или группам устройств, причем группы включают в себя меньшее количество устройств, чем общее количество мобильных узлов в соте. Например, в случае восходящей линии, отдельным мобильным узлам могут быть выделены временные сегменты для предотвращения возможности конфликтов. В случае нисходящей линии, временные слоты могут быть выделены отдельным устройствам или, в случае широковещательных сообщений или сигналов управления, группам устройств, которые должны принимать одинаковые широковещательные сообщения и/или сигналы управления. Хотя сегменты общего канала могут быть выделены отдельным узлам в различное время, в течение времени множество узлов будут использовать различные сегменты канала, тем самым, делая весь канал общим для множества узлов.

Логический канал управления, выделенный отдельному мобильному узлу, может быть составлен из сегментов общего канала, выделенных для использования отдельному мобильному узлу.

Не использование выделенных ресурсов может быть расточительным. Однако, совместное использование ресурсов восходящей линии, которые могут быть доступны множеству пользователей одновременно, может сопровождаться большим количеством конфликтов, ведущим к нерациональному использованию полосы пропускания, что приводит в результате к невозможности предсказать время, необходимое для выполнения обмена данными.

Хотя сигналы управления таймингом и мощностью и сообщения о качестве нисходящего канала являются полезными для управления обменом данными в беспроводной системе связи, вследствие ограниченности ресурсов базовая станция может не иметь возможности поддерживать относительно большое количество мобильных узлов, если для каждого узла в системе имеется необходимость непрерывной поддержки управления мощностью и других типов сигнализации.

Из вышеприведенного обсуждения очевидно, что существует потребность в улучшенных способах назначения ограниченных ресурсов мобильным узлам для того, чтобы обеспечить возможность поддержки одной базовой станцией с ограниченными коммуникационными ресурсами относительно большого количества узлов. Желательно, чтобы, по меньшей мере, некоторые способы назначения коммуникационных ресурсов и управления мобильными узлами учитывали потребность в сигнализации управления таймингом и желательность сигнализации управления мощностью в мобильной системе связи.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для поддержки множества беспроводных терминалов, например, мобильных узлов, использующих одну базовую станцию и ограниченные ресурсы, такие как полоса пропускания для передачи сигналов между базовой станцией и мобильными узлами, например в коммуникационной соте. Система может быть реализована согласно настоящему изобретению в виде множества сот, причем каждая сота включает в себя, по меньшей мере, одну базовую станцию, которая обслуживает множество мобильных узлов. Мобильный узел может перемещаться внутри соты или между сотами, но это не является обязательным.

Согласно настоящему изобретению, мобильные узлы поддерживают множество рабочих состояний. Ресурсы сигнализации управления, используемые мобильным узлом, меняются в зависимости от рабочего состояния. Таким образом, в зависимости от состояния мобильного узла, может требоваться большее количество ресурсов сигнализации, тогда как в других состояниях может требоваться минимальное количество ресурсов. Ресурсы сигнализации управления являются дополнительными к ресурсам передачи данных, например, полосе пропускания, используемой для передачи полезных данных, таких как голос, файлы данных и т.п. При поддержке различных режимов работы мобильных узлов, требующих различное количество коммуникационных ресурсов управления базовой станции/мобильного узла, например, полосы пропускания сигнала, используемой для управления, может быть обеспечена поддержка большего количества мобильных узлов базовой станцией, чем это возможно в случае, если всем мобильным узлам назначают одинаковые количества коммуникационных ресурсов для сигнализации управления.

Полоса пропускания, назначенная конкретному мобильному устройству для обмена сигналами управления между мобильным устройством и базовой станцией, называется выделенной полосой пропускания управления. Выделенная полоса пропускания управления может содержать множество выделенных логических или физических каналов управления. В некоторых вариантах осуществления, каждый выделенный канал управления соответствует одному или нескольким выделенным сегментам общего канала управления. Сегменты канала управления могут представлять собой, например, временные слоты канала, используемые для передачи и/или приема сигналов управления. Выделенные сегменты восходящего канала управления отличаются от совместно используемых сегментов восходящего канала управления, в котором множество устройств совместно используют одну и ту же полосу пропускания для сигнализации по восходящей линии.

В случае совместно используемого коммуникационного канала могут возникать конфликты, если множество узлов в одно и то же время пытаются получить доступ к передаче сигналов управления, используя совместно используемый коммуникационный канал.

Мобильные устройства, выполненные согласно с одним из иллюстративных вариантов осуществления, поддерживают четыре состояния, например, режимов работы. Указанные четыре состояния представляют собой спящее состояние, состояние удержания, состояние доступа и включенное состояние. Из них состояние доступа представляет собой переходное состояние, и другие состояния являются постоянными состояниями, и мобильное устройство может находиться в этих состояниях в течение продолжительного времени.

Их указанных четырех состояний, включенное состояние требует наибольшего количества ресурсов сигнализации управления, например, полосы пропускания, используемой для сигнализации управления. В этом состоянии мобильному устройству назначают полосу пропускания "по необходимости" для передачи и приема трафика данных, например, полезной информации, такой как текст или видео. Таким образом, в любой момент времени, во включенном состоянии мобильному узлу может быть назначен выделенный канал данных для передачи полезной информации. Во включенном состоянии мобильному узлу также назначают выделенный восходящий канал сигнализации управления.

В различных вариантах осуществления выделенный восходящий канал управления используется МУ (мобильным узлом) во время включенного состояния для сообщений о качестве нисходящего канала, передачи запросов ресурсов, осуществления сигнализации сессии и т.п. Сообщения о качестве нисходящего канала обычно выполняются достаточно часто для отслеживания изменений в силе сигналов между базовой станцией и мобильным узлом.

Во время включенного состояния базовая станция и мобильный узел обмениваются сигналами управления тайминга, используя один или несколько выделенных каналов управления, назначенных мобильному узлу для периодической подстройки его тайминга передачи, например, тайминга символов, для учета изменений в расстоянии и других факторов, которые могут вызвать сдвиг тайминга сигналов передачи, с точки зрения базовой станции, по отношению к сигналам, передаваемым другими мобильными узлами. Как обсуждалось выше, использование сигнализации управления таймингом и выполнение операций сигнализации управления таймингом, таких как обновление тайминга передачи, является важным во многих системах, которые используют множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов в восходящей линии, для недопущения помех от сигналов передачи, генерируемых множеством узлов в одной соте.

Для обеспечения управления мощностью передачи во время включенного состояния используют сигнализацию управления мощности передачи для обеспечения механизма обратной связи, посредством которого мобильный узел имеет возможность эффективно управлять его уровнями мощности передачи, основываясь на сигналах, периодически принимаемых от базовой станции, с которой он осуществляет связь. В различных вариантах осуществления базовая станция периодически передает сигналы управления мощностью передачи через выделенную нисходящую линию. В качестве части процесса сигнализации управления мощностью передачи, мобильный узел выполняет различные операции сигнализации управления мощностью передачи, включающие в себя, например, отслеживание сигналов управления мощностью передачи, направленных конкретному мобильному узлу, декодирование принятых сигналов управления мощностью передачи и обновление его уровней мощности передачи, основываясь на принятых и декодированных сигналах управления мощностью передачи. Таким образом, в ответ на прием сигналов управления мощностью по выделенному сегменту нисходящей линии, соответствующему конкретному мобильному узлу, мобильный узел подстраивает его уровень мощности передачи в соответствии с принятым сигналом. Таким образом, мобильный узел может повышать или понижать его мощность передачи для обеспечения успешного приема сигналов базовой станцией без избыточного расхода мощности, и следовательно, снижения взаимных помех и увеличения времени жизни батареи. Сигнализация управления мощностью обычно выполняется достаточно часто для отслеживания быстрых изменений в силе сигнала между базовой станцией и мобильными узлами. Интервал управления мощностью является функцией наименьшего времени когерентности каналов, предусмотренного при разработке в системе. Сигнализация управления мощностью и сообщения о качестве нисходящего канала обычно имеют одинаковую временную шкалу и в общем случае происходят со значительно более высокой частотой, чем сигнализация управления таймингом. Однако, согласно одной из отличительных особенностей настоящего изобретения, базовая станция меняет скорость, с которой она передает сигналы управления мощностью в мобильный узел, как функцию рабочего состояния мобильного узла. В результате, для такого варианта осуществления скорость, с которой мобильный узел выполняет подстройки мощности передачи, будет меняться как функция состояния, в котором работает мобильный узел. В одном из иллюстративных вариантов осуществления, обновления мощности передачи не выполняются в спящем состоянии и, при выполнении в состоянии удержания, обычно выполняются с более низкой скоростью, чем во включенном состоянии.

Работа мобильного узла в состоянии удержания требует меньше коммуникационных ресурсов управления, например, полосы пропускания, чем требуется для поддержки работы мобильного узла во включенном состоянии. Дополнительно, в различных вариантах осуществления, хотя в состоянии удержания мобильный узел не требует полосы пропускания для передачи полезных данных, мобильному узлу может быть назначена полоса пропускания для приема полезных данных. В таких вариантах осуществления мобильный узел не требует выделенного восходящего коммуникационного канала передачи данных в состоянии удержания. Полоса пропускания, назначенная для принимаемых данных, может представлять собой, например, нисходящий канал передачи данных, совместно используемый с другими мобильными узлами. Во время состояния удержания поддерживается сигнализация управления таймингом, и мобильному узлу также назначают выделенный коммуникационный ресурс восходящей линии управления, например, выделенный восходящий коммуникационный канал управления, который он может использовать для запроса перехода в другие состояния. Это позволяет, например, мобильному узлу получать дополнительные коммуникационные ресурсы, запрашивая переход во включенное состояние, в котором он может передавать полезные данные. В некоторых, но не всех вариантах осуществления, в состоянии удержания выделенный восходящий канал управления является ограниченным до обмена сигналами запроса разрешения изменения состояния работы мобильного узла, например, из состояния удержания во включенное состояние. Во время состояния удержания назначенная полоса пропускания, например, выделенная, мобильному узлу для сигнализации управления, меньше, чем во включенном состоянии.

Поддержание управления таймингом в состоянии удержания дает возможность мобильным узлам передавать их запросы по восходящей линии без создания помех другим мобильным узлам в пределах той же соты, и имея выделенный ресурс восходящей линии управления, гарантирующий, что задержка при смене состояния будет минимальной, поскольку запросы смены состояния не будут испытывать столкновений с аналогичными запросами от других мобильных узлов, как могло бы происходить в случае совместного использования ресурсов восходящей линии. Поскольку поддерживается сигнализация управления таймингом, когда мобильный узел переходит из состояния удержания во включенное состояние, он может передавать данные без большой задержки, например, как только будет предоставлен запрашиваемый ресурс восходящей линии без рассмотрения проблемы помех соседним мобильным узлам в соте вследствие смещения тайминга символов в восходящей линии. Во время состояния удержания сигнализация управления мощностью передачи может быть прекращена или выполняться значительно менее часто, например, с большими интервалами, чем выполняется во время работы во включенном состоянии. Таким образом, выделенные ресурсы управления, используемые для сигнализации управления мощностью, могут быть устранены или уменьшены, что позволяет выделять меньше ресурсов для этой цели, чем это было бы возможно, если сигнализация управления мощностью для всех узлов в состоянии удержания выполнялась бы с той же скоростью, что и во включенном состоянии.

При переходе из состояния удержания во включенное состояние, мобильный узел может начать с начального высокого уровня мощности для гарантии, что его сигналы будут приняты базовой станцией и уменьшением уровня мощности после возобновления сигнализации управления мощностью с нормальной скоростью как части работы во включенном состоянии. В одном из иллюстративных вариантов осуществления, если мобильный узел в состоянии удержания планирует перейти во включенное состояние, он передает запрос изменения состояния, используя выделенный коммуникационный ресурс восходящей линии, который не является совместно используемым с другими мобильными узлами. Затем базовая станция отвечает широковещательным сообщением, содержащим ее ответ на запрос изменения состояния мобильного узла. После приема сообщения базовой станции, мобильный узел посылает подтверждение. Подтверждение передается через совместно используемый ресурс восходящей линии и является подчиненным широковещательному сообщению по нисходящей линии.

Передавая соответствующий запрос изменения состояния, мобильный узел также может перейти в спящее состояние. В одном из иллюстративных вариантов осуществления, если мобильный узел не планирует переход в другое состояние, мобильный узел может не передавать никаких сигналов по его выделенному восходящему коммуникационному каналу, ходя выделенный канал и был назначен мобильному узлу, и следовательно, не используется другими мобильными узлами. В другом варианте осуществления, мобильный узел использует сигнализацию включить/выключить по своему выделенному восходящему коммуникационному каналу, причем мобильный узел посылает фиксированный сигнал (включить), если он планирует перейти в другое состояние, и не посылает никакого сигнала (выключено), если он не планирует перейти в другое состояние. В этом случае, передача фиксированного сигнала может быть интерпретирована как запрос перехода во включенное состояние, если передача происходит в определенные моменты времени, и как запрос перехода в спящее состояние, если передача происходит в другие моменты времени.

Для поддержки большего количества мобильных узлов, также поддерживается спящее состояние, требующее относительно небольшого количества коммуникационных ресурсов. В иллюстративном варианте осуществления во время спящего состояния сигнализация управления мощностью и таймингом не поддерживается. Таким образом, в спящем состоянии мобильные узлы обычно не выполняют операций управления таймингом передачи и управления мощности передачи, таких как прием, декодирование и использование сигналов управления мощностью и таймингом передачи. Дополнительно, мобильному узлу не назначают выделенный ресурс восходящей линии управления, например, восходящий коммуникационный канал управления, для выполнения запросов изменения состояния или запросов передачи полезных данных. Дополнительно, в спящем состоянии мобильному узлу не назначают ресурс передачи данных, например, выделенную полосу пропускания, для использования при передаче полезных данных, например, как части коммуникационной сессии с другим узлом, выполняемой через базовую станцию.

Вследствие отсутствия выделенного восходящего канала управления во время спящего состояния, используют общий коммуникационный канал для связи с базовой станцией для запроса ресурсов, необходимых мобильному узлу для инициирования перехода из спящего состояния в другое состояние.

В некоторых вариантах осуществления, в спящем состоянии мобильный узел может, для удобства базовой станции, обслуживающей соту, передавать сигнал своего присутствия в соте, например, используя общий коммуникационный ресурс. Однако, как обсуждалось выше, в этом состоянии работы поддерживается небольшой объем другой сигнализации. Таким образом, очень небольшая полоса пропускания сигнализации управления используется для обмена управляющей информацией между мобильными узлами в спящем состоянии и базовой станцией, обслуживающей узлы.

Состояние доступа представляет собой состояние, через которое узел в спящем состоянии может перейти в одно из других поддерживаемых состояний. Переход между состояниями может быть запущен действием пользователя мобильного узла, например, при попытке передать данные в другой мобильный узел. При переходе в состояние доступа, сигнализация управления мощностью передачи и таймингом еще не является установленной. Во время операций состояния доступа устанавливают сигнализацию управления таймингом и, в некоторых вариантах осуществления, полностью или частично устанавливают сигнализацию управления мощности передачи. Мобильный узел может перейти из состояния доступа либо во включенное состояние, либо в состояние удержания.

Установление синхронизации тайминга и управления мощностью передачи может занять некоторое время, на которое задерживается передача данных. Также процесс доступа происходит через совместно используемую среду и необходимо разрешать конфликты между мобильными узлами. Поддерживая состояние удержания согласно настоящему изобретению в дополнение к спящему состоянию, можно избежать указанных задержек для некоторого количества мобильных узлов, поскольку переход из состояния удержания во включенное состояние не происходит через состояние доступа, тогда как количество узлов, которое может поддерживаться одной базовой станцией, больше, чем это было бы возможно без использования состояний работы мобильного узла с уменьшенной сигнализацией.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, для отдельных сот максимальное количество мобильных узлов, которые в любой момент времени могут находиться в спящем режиме, установлено как превышающее максимальное количество мобильных узлов, которые в данный момент времени могут находиться в режиме удержания. Дополнительно, максимальное количество мобильных узлов, которые в любой момент времени могут находиться в режиме удержания, установлено как превышающее максимальное количество мобильных узлов, которые в данный момент времени могут находиться во включенном режиме.

В соответствии с отличительной особенностью настоящего изобретения, относящейся к экономии мощности, сигнализация управления по нисходящей линии от базовой станции к мобильным узлам разделена на множество каналов управления. Мобильный узел отслеживает различное количество каналов управления в зависимости от рабочего состояния узла. Во время включенного состояния отслеживается наибольшее количество нисходящих каналов управления. Во время состояния удержания отслеживается меньшее количество нисходящих каналов управления, чем во включенном состоянии. В спящем состоянии отслеживается наименьшее количество нисходящих каналов управления.

Для дополнительного снижения потребления мощности в мобильном узле, связанном с отслеживанием сигналов управления, согласно одной из отличительных особенностей настоящего изобретения каналы управления, отслеживаемые во время состояния удержания и спящего состояния, реализованы как периодические каналы управления. То есть, не производится непрерывная широковещательная передача сигналов по каналам, отслеживаемым в состоянии удержания и спящем состоянии. Таким образом, во время состояния удержания и спящего состояния мобильные узлы отслеживают сигналы управления через периодические интервалы и сохраняют мощность, не отслеживая сигналы управления в те моменты, когда сигналы управления не передаются по отслеживаемым каналам. Для дополнительного уменьшения времени, которое требуется конкретному мобильному узлу для отслеживания сигналов управления, во время состояния удержания и спящего состояния, части, например, сегменты, периодических каналов управления могут быть выделены одному мобильному узлу или группе мобильных узлов. Мобильные узлы ставятся в известность, какие им назначены сегменты каналов управления, и затем отслеживают выделенные сегменты, а не все сегменты каналов управления. Это позволяет отдельным мобильным узлам отслеживать сигналы управления в состоянии удержания и спящем состоянии с большими интервалами, чем это было бы возможно, если бы мобильный узел должен был отслеживать все сегменты периодических каналов управления.

В одном из вариантов осуществления, во время включенного состояния, мобильные узлы отслеживают сегменты канала назначения постоянно и также отслеживают сегменты каналов управления быстрого пейджинга и медленного пейджинга. Находясь в состоянии удержания, мобильный узел отслеживает каналы управления быстрого пейджинга и медленного пейджинга. Такое отслеживание может включать в себя отслеживание подмножества сегментов периодических каналов быстрого и медленного пейджинга, например, сегментов, выделенных конкретному мобильному узлу. Во время состояния удержания в одном из иллюстративных вариантов осуществления отслеживается канал медленного пейджинга, но не канал быстрого пейджинга или канал назначения. Каналы управления пейджинга могут быть использованы для указания мобильному узлу изменить состояние.

Ограничивая количество каналов управления и скорости отслеживания каналов управления как функции рабочих состояний, согласно настоящему изобретению могут быть сохранены ресурсы мощности во время работы в состоянии удержания и спящем состоянии.

Многочисленные дополнительные отличительные особенности, преимущества и подробности способов и устройства настоящего изобретения описаны в нижеследующем подробном описании.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана иллюстративная коммуникационная сота, которая может быть частью коммуникационной системы, реализованной согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 показана базовая станция, реализованная согласно настоящему изобретению.

На Фиг.3 показан мобильный узел, реализованный согласно настоящему изобретению.

На Фиг.4 показана диаграмма состояний, иллюстрирующая различные состояния, в которых может находиться мобильный узел во время работы согласно настоящему изобретению.

На Фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая различные модули управления и сигнализации, исполняемые во время каждого из состояний, показанных на Фиг.4.

На Фиг.6 показаны передачи, связанные с тремя иллюстративными нисходящими каналами управления, используемыми согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.7 показано, какие из каналов управления, показанных на Фиг.6, отслеживаются в каждом из четырех состояний, в которых может работать мобильный узел настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показана коммуникационная сота 10, реализованная согласно настоящему изобретению. Коммуникационная система может включать в себя множество сот типа, показанного на Фиг.1. Коммуникационная сота 10 включает в себя базовую станцию 12 и множество, например N, мобильных узлов 14, 16, которые обмениваются данными и сигналами с базовой станцией 12 через радиоканал, как показано стрелками 13, 15. Согласно настоящему изобретению, базовая станция 12 и мобильные узлы 14, 16 выполнены с возможностью выполнения и/или поддержания сигнализации управления независимо от обмена сигнализацией данных, например, голоса или другой полезной информации. Примеры сигнализации управления включают в себя управление мощностью, сообщения о качестве нисходящего канала и сигнализация управления тайминга.

На Фиг.2 показана базовая станция, реализованная согласно настоящему изобретению. Как показано, иллюстративная БС (базовая станция) 12 включает в себя приемную схему 202, передающую схему 204, процессор 206, память 210 и сетевой интерфейс 208, связанные шиной 207. Приемная схема 202 соединена с антенной 203 для приема сигналов от мобильных узлов. Передающая схема 204 соединена с передающей антенной 205, которая может быть использована для трансляции сигналов в мобильные узлы. Сетевой интерфейс 208 используется для соединения базовой станции 12 с одним или несколькими сетевыми элементами, например, маршрутизаторами и/или Интернет. Таким образом, базовая станция 12 может служить в качестве коммуникационного элемента между мобильными узлами, обслуживаемыми этой базовой станцией и другими сетевыми элементами.

Работа базовой станции 12 управляется процессором 206 под управлением одной или нескольких процедур, хранящихся в памяти 210. Память 210 содержит коммуникационные процедуры 223, данные 220, процедуру 222 управления сессией/назначения ресурсов, подпрограмму 224 сигнализации сессии и ресурсов и информацию 212 активного пользователя. Коммуникационная процедура 223 включает в себя различные коммуникационные приложения, которые могут быть использованы для предоставления конкретных услуг, например, услуга IP телефонии или интерактивные игры, одному или нескольким пользователям мобильных узлов. Данные 220 включают в себя данные, предназначенные для передачи, или принятые данные от одного или нескольких мобильных узлов. Данные 220 могут включать в себя, например, голосовые данные, сообщения электронной почты, игровые данные и т.д.

Процедура 222 управления сессией и выделения ресурсов работает совместно с подпрограммами 224 и информацией 212 активного пользователя и данными 220. Процедура 222 отвечает за определение, может ли мобильный узел выполнять переход между состояниями и когда он может это делать, и также за определение ресурсов, назначаемых мобильному узлу в некотором состоянии. Процедура может принимать решение на основе различных критериев, таких как запросы от мобильных узлов на смену состояний, время ожидания/время, проведенное мобильным узлом в определенном состоянии, доступные ресурсы, доступные данные, приоритеты мобильных узлов и т.д. Эти критерии дают возможность базовой станции поддерживать различное качество обслуживания (QoS) для мобильных узлов, соединенных с ней.

Подпрограмма 224 сигнализации сессии и ресурсов вызывается процедурой 22 управления сессией, когда требуются операции сигнализации. Такая сигнализация используется для указания разрешения перехода между состояниями. Она также используется для назначения ресурсов, например, в конкретном состоянии. Например, во включенном состоянии мобильному узлу могут быть выделены ресурсы для передачи или приема данных.

Информация 212 активного пользователя включает в себя информацию для каждого активного пользователя и/или мобильного узла, обслуживаемого базовой станцией 12. Для каждого мобильного узла и/или пользователя она указывает набор информации 213, 213' состояния. Информация 213, 213' состояния включает в себя, например, информацию о том, находится ли мобильный узел во включенном состоянии, состоянии удержания, спящем состоянии или состоянии доступа, поддерживаемых согласно настоящему изобретению, количество и типы пакетов данных, доступных в настоящее время для передачи в мобильный узел или из него, и информация о коммуникационных ресурсах, используемых мобильным узлом.

На Фиг.3 показан иллюстративный мобильный узел 14, реализованный согласно настоящему изобретению. Мобильный узел 14 включает в себя приемник 302, передатчик 304, антенны 303-305, память 210 и процессор, соединенные вместе, как показано на Фиг.3. Мобильный узел использует свой передатчик 306, приемник 302 и антенны 303-305 для отправки и приема информации в базовую станцию 12 и из нее.

Память 210 содержит информацию 312 пользователя/устройства, данные 320, модуль 322 управления мощностью и сигнализации управления мощностью, модуль 324 управления таймингом и сигнализации управления таймингом, модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса и модуль 328 управления данными и сигнализации данных. Мобильный узел 14 работает под управлением указанных модулей, которые исполняются процессором 306. Информация 312 пользователя/устройства включает в себя: информацию устройства, например, идентификатор устройства, сетевой адрес или телефонный номер. Эта информация может быть использована базовой станцией 12 для идентификации мобильных узлов, например, при назначении коммуникационных каналов. Информация 312 пользователя/устройства также включает в себя информацию, относящуюся к текущему состоянию мобильного устройства 14. Данные 320 включают в себя, например, голос, текст и/или другие данные, принятые от базовой станции или передаваемые в нее, как часть коммуникационной сессии.

Модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса используется для управления статусом устройства и сигнализации статуса. Модуль 326 управления статусом устройства определяет в сочетании с сигналами, принятыми от базовой станции 12, в каком режиме, например, состоянии, мобильный узел 14 должен работать в данный момент времени. В ответ на, например, ввод пользователя мобильный узел 14 может запросить от базовой станции 12 разрешение на переход из одного состояния в другое и выделение ресурсов, связанных с данным состоянием. В зависимости от рабочего состояния в данный момент времени и коммуникационных ресурсов, назначенных мобильному узлу 14, модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса определяет, какая сигнализация должна происходить и какие модули сигнализации должны быть активными. В соответствии с периодами пониженной активности сигнализации, например, активности сигнализации управления, модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса может принять решение о переходе из текущего рабочего состояния в рабочее состояние, требующее меньших ресурсов управления и/или требующее меньшей мощности. Модуль 326 может, но это не является необходимым, сигнализировать о смене состояний базовой станции. Модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса управляет, помимо прочего, некоторым количеством нисходящих каналов управления, отслеживаемых во время каждого рабочего состояния и, в различных вариантах осуществления скорость, с которой отслеживаются один или несколько нисходящих каналов управления.

В качестве части процессов управления состоянием мобильного узла 14 и слежения за общей сигнализацией между мобильным узлом 14 и базовой станцией 12, модуль сигнализации отвечает за сигнализацию базовой станции 12 в момент, когда мобильный узел 14 в первый раз входит в соту и/или когда базовая станция 12 запрашивает, чтобы мобильный узел 14 обозначил свое присутствие. Мобильный узел 14 может использовать общий коммуникационный ресурс для сигнализации своего присутствия базовой станции 12 соты, тогда как выделенный коммуникационный ресурс может быть использован для других коммуникационных сигналов, например, выгрузки и загрузки файлов данных, как части коммуникационной сессии.

Модуль 322 управления мощностью передачи и сигнализации управления мощностью используется для управления генерацией, обработкой и приемом сигналов управления мощностью передачи. Модуль 322 управляет сигнализацией, используемой для осуществления управления мощностью передачи при взаимодействии с базовой станцией 12. Сигналы, передаваемые в базовую станцию 12 или принимаемые из нее, используются для управления уровнями мощности передачи мобильного узла под управлением модуля 322. Управление мощностью используется базовой станцией 12 и мобильными узлами 14, 16 для регулирования выхода по мощности при передаче сигналов. Базовая станция 12 передает сигналы в мобильные узлы, которые используются мобильными узлами для подстройки и выхода мощности передачи. Оптимальный уровень мощности, используемый для передачи сигналов, изменяется в зависимости от нескольких факторов, включающих в себя скорость передачи пачек, состояние канала и расстояние от базовой станции 12, например, чем ближе мобильный узел 14 находится к базовой станции 12, тем меньшая мощность требуется мобильному узлу 14 для передачи сигналов в базовую станцию 12. Использование максимального выхода по мощности для всех передач имеет недостатки, например, снижается время жизни батареи мобильного узла 14, и высокая выходная мощность увеличивает вероятность того, что передаваемые сигналы вызовут помехи, например, с передачами в соседних или перекрывающихся сотах. Сигнализация управления мощностью передачи дает возможность мобильному узлу снизить и/или минимизировать выходную мощность передачи и тем самым увеличить время жизни батареи.

Модуль 324 управления таймингом и сигнализацией управления таймингом используется для тайминга и сигнализации тайминга. Управление таймингом используется в беспроводных сетевых схемах, таких как, например, с восходящими линиями, основанными на множественном доступе с ортогональным частотным разделением каналов. Для уменьшения воздействия шума также могут использоваться скачки по тонам. Скачки по тонам могут представлять собой функцию времени, причем различным мобильным узлам назначают различные тона во время различных временных периодов передачи символов, называемых временами символов. Для того чтобы базовая станция 12 системы с множественным доступом отслеживала и различала сигналы от разных мобильных узлов, требуется, чтобы базовая станция 12 принимала информацию от мобильных узлов синхронно. Смещение тайминга между мобильным узлом 14 и базовой станцией 12 может вызвать помехи при передаче, делающие затруднительным для базовой станции различение между символами, передаваемыми различными мобильными узлами, например, используя один и тот же тон, но во время различных периодов времени символов, или используя различные тона, но во время одного и того же периода времени символа.

Например, влияние расстояния от мобильного узла до базовой станции представляет собой фактор, поскольку передаче от мобильного узла, который находится дальше от базовой станции, требуется больше времени для достижения базовой станции 12. Позднее пришедший сигнал может создавать помехи другому соединению, которое перескочило на частоту позже прибывшего сигнала в более поздний период времени. Для поддержания синхронизации тайминга символов требуется указать узлу, уменьшить или увеличить задержку времени начала передачи символа для учета изменений во времени распространения сигнала до базовой станции.

Модуль 328 данных и сигнализации данных используется для управления передачей и приемом полезных данных, например, каналом или временным слотом, выделенным мобильному узлу для сигнализации. Это включает в себя, например, пакеты данных операции передачи файлов Интернет.

Согласно настоящему изобретению мобильный узел 14 может находиться в одном из четырех состояний. Сигнализация, мощность и коммуникационные ресурсы, требуемые мобильному узлу, различаются в зависимости от состояния, в котором работает мобильный узел. В результате использования множества состояний мобильных узлов базовая станция 12 имеет возможность назначать различный объем коммуникационных ресурсов, например, ресурсов сигнализации данных и управления, различным мобильным узлам как функции рабочего состояния узлов. Это дает возможность базовой станции 12 поддерживать большее количество мобильных узлов, чем это было бы возможно, если бы все узлы непрерывно находились во включенном состоянии. Конкретное состояние, в котором находится мобильный узел 14, определяет модули сигнализации управления и сигнализации данных, которые исполняются в данный момент времени, и также уровень сигнализации управления между мобильным узлом и базовой станцией 12. Мобильный узел 14 также может воспользоваться преимуществом различного уровня активности в различных состояниях для сохранения мощности и увеличения времени жизни батареи.

Работа мобильных узлов 14 в различных состояниях согласно настоящему изобретению описана ниже со ссылками на Фиг.4 и 5. На Фиг.4 показана диаграмма 400 состояний, содержащая четыре возможных состояния, состояние 402 доступа, включенное состояние 404, состояние 410 удержания и спящее состояние 408, в которых может находиться мобильный узел 14. Стрелки используются на Фиг.4 для иллюстрации возможных переходов между четырьмя состояниями.

На Фиг.5 показаны модули 322, 324, 326, 328 мобильного узла в различных состояниях, показанных на Фиг.4. Каждая строка диаграммы 500 соответствует отдельному состоянию. Строки 502, 504, 506, 508 соответствуют спящему состоянию, состоянию доступа, включенному состоянию и состоянию удержания, соответственно. Каждый столбец диаграммы 500 соответствует отдельному модулю в мобильном узле 14. Например, первый столбец 510 соответствует модулю 322 управления мощностью и сигнализации управления мощностью, второй столбец 512 соответствует модулю 324 управления таймингом и сигнализации управления таймингом, третий столбец 514 соответствует модулю 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса, тогда как последний столбец 516 соответствует модулю 328 данных и сигнализации данных. На Фиг.5 сплошные линии использованы для обозначения модулей, которые являются активными в определенном состоянии. Линии с коротким пунктиром использованы для обозначения модулей, которые могут переходить из неактивного уровня или уровня с пониженной активностью в полностью активное состояние перед выходом из состояния доступа, предполагая, что модули еще не являются полностью активными. Линии с длинным пунктиром использованы для обозначения модулей, которые могут быть активными в некотором состоянии, но которые могут выполнять сигнализацию с пониженной скоростью, находясь в указанном состоянии, по сравнению со скоростью сигнализации, осуществляемой во включенном состоянии.

Из Фиг.5 можно видеть, что во время спящего состояния модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса остается активным, но другие модули являются неактивными, позволяя сохранять мощность, и значительно уменьшая активность мобильного узла. В состоянии 402 доступа, которое служит в качестве переходного состояния, модуль 322 управления мощностью передачи и сигнализации управления мощностью, модуль 324 управления таймингом и сигнализации управления таймингом становятся полностью активными (или активными с уменьшенной скоростью в случае модуля 322 управления мощностью передачи и сигнализации управления мощностью в некоторых вариантах осуществления) перед выходом из состояния 402 доступа и входом во включенное состояние 404 или состояние 410 удержания. Во включенном состоянии все модули 322, 324, 326, 328 сигнализации являются полностью активными, требуя наибольшую мощность от мобильного узла и наивысший объем назначенных коммуникационных ресурсов, например, полосу пропускания, от базовой станции. В состоянии удержания модуль 322 управления мощностью передачи и сигнализации управления мощностью может быть неактивным или активным при значительно уменьшенной скорости сигнализации. Модуль 324 управления таймингом и сигнализации управления таймингом остается активным, так же как и модуль 326 управления статусом устройства и сигнализации статуса. Модуль 326 данных и сигнализации данных либо является неактивным, либо работает, осуществляя урезанную функциональность, например, принимает данные, но не передает данные как часть коммуникационной сессии между различными узлами. Таким образом, состояние удержания дает возможность сохранения полосы пропускания и других коммуникационных ресурсов, в то же время, в некоторых случаях позволяя мобильному узлу принимать, например, групповые сигналы и/или сообщения.

Ниже со ссылкой на диаграмму состояний по Фиг.4 подробно описано каждое из состояний и возможные переходы между состояниями.

Из четырех состояний 402, 404, 410, 408 включенное состояние 404 дает возможность мобильному узлу выполнять самый широкий объем поддерживаемых видов коммуникационной активности, но требует наибольшего объема ресурсов сигнализации, например, полосы пропускания. В состоянии 404, которое может рассматриваться как "полностью включенное" состояние, мобильному узлу 14 назначается полоса пропускания "по необходимости" для передачи и приема данных, например, полезной информации, такой как текст или видео. Мобильному узлу 14 также назначается выделенный восходящий канал сигнализации, который он может использовать для сообщений о качестве нисходящего канала, передачи запросов ресурсов, осуществления сигнализации сессии и т.п. Для того чтобы давать реальный эффект, указанные сообщения о качестве нисходящего канала должны передаваться достаточно часто, чтобы отслеживать изменения в силе сигнала, принимаемого мобильными узлами.

Во включенном состоянии 404 под управлением модуля 324 базовая станция 12 и мобильный узел 14 обмениваются сигналами управления таймингом. Это позволяет мобильному узлу 14 периодически подстраивать его тайминг передачи, например, тайминг символов для учета изменений в расстоянии и других факторов, которые могут вызвать смещение тайминга передаваемых сигналов мобильного узла в приемнике базовой станции по отношению к сигналам, передаваемым другими мобильными узлами 16. Как описывалось выше, использование сигнализации управления таймингом символов используется во многих системах, которые используют множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов в восходящей линии, для устранения помех от сигналов передачи, генерируемых множеством узлов в той же самой соте 10.

Для обеспечения управления мощностью передачи во включенном состоянии 404 применяется сигнализация управления мощностью передачи под управлением модуля 322 для обеспечения механизма обратной связи, посредством которого мобильный узел имеет возможность эффективно управлять его уровнями мощности передачи, основываясь на сигналах, периодически принимаемых от базовой станции, с которой он обменивается данными. Таким образом, мобильный узел 14 может повышать и/или понижать его мощность передачи для обеспечения успешного приема сигналов базовой станции 12 без чрезмерного расхода мощности и уменьшения, тем самым, времени жизни батареи. Сигнализация управления мощностью выполняется достаточно часто для отслеживания силы сигналов между базовой станцией 12 и мобильными узлами 14, 16 для определенного минимума времени когерентности каналов. Интервал управления мощностью является функцией времени когерентности канала. Сигнализация управления мощностью и сообщения о качестве нисходящего канала имеют одну и ту же временную шкалу и в общем случае происходят с гораздо большей скоростью, чем сигнализация управления таймингом, требуемая для поддержания мобильности на транспортном средстве.

Из включенного состояния 404 мобильный узел 14 может перейти либо в спящее состояние 408, либо в состояние 410 удержания. Каждое из этих состояний требует меньший объем коммуникационных ресурсов, например, полосы пропускания, для поддержки, чем это необходимо во включенном состоянии 404. Переход может выполняться в ответ на ввод пользователя, например, прекращение пользователем коммуникационной сессии, или в ответ на потерю коммуникационных ресурсов, например, полосы пропускания, требуемых для передачи и/или приема информации, предназначенной для передачи, такой как голос или данные.

Согласно настоящему изобретению, в состоянии удержания мобильному узлу не требуется полоса пропускания для передачи полезных данных. Однако поддерживается сигнализация управления таймингом и мобильному узлу также назначен выделенный коммуникационный ресурс восходящей линии, который используется для запроса перехода в другие состояния. Это дает возможность мобильному узлу, например, получить дополнительные коммуникационные ресурсы при запросе перехода во включенное состояние, когда он может передать полезные данные. Поддержание управления таймингом во время состояния 410 удержания дает возможность мобильному узлу 14 передавать запросы по восходящей линии, не создавая помех другим мобильным узлам 16 в той же самой соте 10. Наличие выделенного ресурса для передачи запросов в базовую станцию 12 также дает дополнительную гарантию, что задержки перехода в другое состояние будут минимальными, поскольку запрос не будет конфликтовать с аналогичными запросами от других мобильных узлов.

Из состояния 410 удержания мобильный узел может перейти во включенное состояние 404, например, после выделения ему запрашиваемого коммуникационного ресурса. В качестве альтернативы, мобильный узел может перейти в спящее состояние 408. Поскольку сигнализация управления таймингом поддерживается в состоянии 410 удержания, при переходе мобильного узла во включенное состояние он может передавать данные без большой задержки, например, как только будет выделена запрашиваемая полоса пропускания, без отработки возможности создания помех передаче по восходящей линии других мобильных узлов в соте вследствие смещения тайминга мобильного узла.

Во время состояния 410 удержания сигнализация управления мощностью передачи может быть прервана или выполняться с большими интервалами, например, с той же скоростью, что и управление таймингом. В этом случае ресурс, например, ресурс управления от базовой станции к мобильному узлу, используемый для передачи сигнализации управления мощностью передачи, может быть удален, либо для этой цели может быть назначен меньший ресурс, чем это было бы возможно, если бы сигнализация управления мощностью для всех узлов 14, 16 в состоянии удержания выполнялась с такой же скоростью, что и во включенном состоянии. Для мобильных узлов 14, 16 обновления управления мощностью передачи выполняются в мобильном узле в состоянии удержания с уменьшенной скоростью или не выполняются, в соответствии с урезанной сигнализацией управления мощностью передачи. При переходе из состояния 410 удержания во включенное состояние 404 мобильный узел 14 может стартовать с изначально высокого уровня мощности, для гарантии, что его сигналы будут приняты базовой станцией 12. Затем уровень мощности уменьшается после возобновления сигнализации управления мощностью передачи с нормальной (полной) скоростью, как части работы во включенном состоянии.

Переход из состояния удержания может быть инициирован базовой станцией или мобильными узлами. Базовая станция может инициировать переход, послав вызов через канал пейджинга, предназначенного для пользователей в состоянии удержания. В одном из вариантов осуществления, мобильный узел декодирует канал пейджинга с некоторой заданной периодичностью, для проверки сообщений от мобильной станции. При обнаружении пейджингового сообщения, предназначенного для него, он отвечает подтверждением. В различных вариантах осуществления подтверждение передается через совместно используемый ресурс по восходящей линии и является подчиненным пейджинговому сообщению или сообщению о выделении по нисходящей линии. Мобильный узел 14 отвечает на сообщение изменения состояния, переходя в назначенное состояние, определенное в принятом сообщении изменения состояния.

В одном из вариантов осуществления, когда мобильный узел 14 планирует переход из состояния 410 удержания во включенное состояние 404, он передает запрос изменения состояния, используя свой выделенный восходящий коммуникационный канал, который не является совместно используемым с другими мобильными узлами 16. Поскольку канал не является совместно используемым, базовая станция 12 имеет возможность принять запрос без помех и немедленно удовлетворить запрос, при условии, что запрашиваемые ресурсы доступны, с учетом приоритета пользователя и/или приложений, которые использует пользователь. Мобильный узел, после получения предназначенного для него сообщения об удовлетворении запроса, отвечает подтверждением. Подтверждение передается по совместно используемому ресурсу по восходящей линии и является подчиненным сообщению об удовлетворении запроса по нисходящей линии.

В одном из иллюстративных вариантов осуществления, если мобильный узел не планирует переход в другое состояние из состояния удержания, мобильный узел может не передавать сигналы по своему выделенному коммуникационному ресурсу восходящей линии, хотя выделенный ресурс и был назначен мобильному узлу и, следовательно, не используется другими мобильными узлами. С этом случае, мобильный узел может временно отключить блок передатчика и связанные функции, сохраняя тем самым мощность.

В другом варианте осуществления мобильный узел использует сигнализацию включено/выключено по своему выделенному коммуникационному ресурсу восходящей линии, причем мобильный узел посылает фиксированный сигнал (включено), если он планирует переход в другое состояние, или не посылает никакого сигнала, если он не планирует переход в другое состояние. В этом случае, передача фиксированного сигнала может быть интерпретирована как запрос перехода во включенное состояние, если передача происходит в определенные моменты времени, и как запрос перехода в спящее состояние, если передача происходит в другие моменты времени.

Для обеспечения достижимости для большого количества мобильных узлов 14, 16, также поддерживается спящее состояние 408, требующее относительно небольших коммуникационных ресурсов. Мобильный узел 14 может перейти в спящее состояние 408, например, в ответ на ввод пользователя, период отсутствия активности, или сигнал от базовой станции 12, из любого поддерживаемого состояния 402, 404, 410.

В спящем состоянии 408 мобильный узел 14 может, по указанию базовой станции 12, обслуживающей соту 10, сигнализировать о своем присутствии в соте 10. Однако, во время рабочего состояния 408 поддерживается небольшой объем другой сигнализации. В иллюстративном варианте осуществления, в спящем состоянии 408 сигнализация управления таймингом и сигнализация управления мощностью не поддерживается. Дополнительно, мобильному узлу не назначают выделенную восходящую линию для передачи запросов и не назначают полосу пропускания для использования для передачи полезных данных, например, как части коммуникационной сессии с другим узлом 16 через базовую станцию 12.

Переходы из спящего состояния 408 в другие состояния 404, 410 происходят через состояние 402 доступа. Совместно используемый (по содержимому) в отличие от выделенной восходящей линии, коммуникационный канал используется для связи с базовой станцией 12 для запроса ресурсов, необходимых для перехода из спящего состояния 408 в другое состояние 402, 404, 410. Эти переходы могут быть инициированы базовой станцией по каналу пейджинга или мобильными узлами 14, 16. Поскольку коммуникационный канал, используемый для запроса ресурсов для перехода из спящего состояния, является совместно используемым, мобильный узел 14 может испытывать задержку перед тем, как у него появится возможность успешно передать запрос ресурса в базовую станцию 12. Это происходит вследствие возможных конфликтов с аналогичными запросами от других мобильных узлов. Такие задержки отсутствуют при переходе из состояния 410 удержания во включенное состояние вследствие использования выделенного ресурса восходящей линии для запроса в состоянии 410 удержания.

Состояние 402 доступа представляет собой состояние, через которое узел 14 в спящем состоянии 408 может перейти в одно из поддерживаемых состояний 404, 410. Переход из спящего состояния обычно запускается действием пользователя мобильного узла 14, например, при попытке передать данные в другой мобильный узел 16 или базовой станцией 12. При переходе в состояние 02 доступа сигнализация управления мощностью и управления таймингом еще не установлена. При работе в состоянии доступа устанавливают сигнализацию управления таймингом, и, в некоторых вариантах осуществления, устанавливают полную или частичную сигнализацию управления мощностью передачи с соответствующей регулировкой уровней мощности передачи. Мобильный узел может перейти из состояния 402 доступа обратно в спящее состояние 408 и либо во включенное состояние 404, либо в состояние 410 удержания. Переход в спящее состояние 408 может произойти, например, в ответ на отмену пользователем запроса передачи или отсутствия у базовой станции 12 ресурсов, необходимых для завершения перехода в состояние 410 удержания или во включенное состояние 404. Переход из состояния доступа во включенное состояние 404 или состояние 410 удержания обычно происходит после восстановления мобильным узлом 14 сигнализации управления мощностью и синхронизации тайминга. С базовой станцией 12 и после выделения коммуникационного ресурса или ресурсов, требуемых для поддержания состояния, в которое переходит мобильный узел 14.

Установление сигнализации синхронизации тайминга и управления мощностью передачи в состоянии 402 доступа может занять некоторое время, в течение которого задерживается передача данных. Помимо этого, как указывалось выше, задержка может быть следствием использования общих ресурсов для запроса перехода, что может вызвать конфликты между мобильными узлами, которые требуют некоторого времени для разрешения. Дополнительно, вследствие использования общих ресурсов при запросе перехода между состояниями, установление приоритетов различным мобильным узлам, запрашивающих переход между состояниями, является затруднительным.

В некоторых вариантах осуществления для отдельной соты 10, максимальное количество мобильных узлов 14, 16, которые могут находиться в спящем состоянии 408 в данный момент времени, устанавливают как превышающее максимальное количество мобильных узлов 14, 16, которые могут находиться в состоянии 410 удержания в данный момент времени. Дополнительно, максимальное количество мобильных узлов 14, 16, которые могут находиться в состоянии 410 удержания в данный момент времени, устанавливают как превышающее максимальное количество узлов, которые могут находиться во включенном состоянии 404 в данный момент времени.

Поддерживая состояние удержания согласно настоящему изобретению в дополнение к спящему состоянию, такие задержки могут быть устранены для некоторого количества мобильных узлов 14, 16, поскольку переход из состояния 410 удержания во включенное состояние 404 не происходит через состояние доступа, тогда как количество узлов, которые могут быть поддерживаемы одной базовой станцией 12, больше, чем это было бы возможным без использования состояния удержания с урезанной сигнализацией.

С точки зрения мощности, желательно, чтобы количество времени и, следовательно, мощности, затрачиваемое мобильным узлом на отслеживание сигналов управления, было минимизировано. Для минимизации количества времени и мощности, которое мобильный узел тратит на отслеживание сигналов управления, по меньшей мере, некоторые виды сигнализации управления по нисходящей линии, т.е. сигнализация от базовой станции к одному или нескольким мобильным узлам, выполняют, используя множество каналов управления. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, особенно хорошо подходящим для использования с мобильными узлами, выполненными с возможностью поддержки множества рабочих состояний, множество каналов управления обеспечивается для передачи сигналов управления от базовой станции в мобильные узлы. Каждый из множества общих каналов управления разделен на некоторое количество сегментов, например, временных слотов, причем каждый сегмент является выделенным, например, назначенным для использования одним или группой мобильных узлов. В этом случае, группа мобильных узлов может представлять собой, например, подмножество мобильных узлов в системе, которое соответствует группе многоадресной передачи. В таком варианте осуществления каналы управления являются общими для множества узлов, но каждый сегмент канала является выделенным, например, соответствует, в частности, одному из мобильных узлов или группе мобильных узлов, причем другие мобильные узлы не используют выделенные сегменты. Выделенные сегменты общего канала управления, соответствующие отдельному мобильному узлу, представляют выделенный канал управления, назначенный отдельному мобильному узлу.

Структура назначения сегмента канала управления сообщается отдельным мобильным узлам 14, 16 в соте, например, основываясь на информации, передаваемой каждому конкретному узлу 14, 16 от базовой станции 12.

Для обеспечения особенно эффективной сигнализации по каналу управления сигнализация управления от базовой станции к мобильному узлу может выполняться на нескольких отличающихся скоростях, с различными каналами управления, используемыми для каждой из отличающихся скоростей сигнализации по каналу управления.

Для минимизации мощности и ресурсов, потребляемых в процессе отслеживания каналов управления на предмет информации, имеющей отношение к мобильному узлу, каждый мобильный узел должен выполнять отслеживание только для обнаружения сигналов в сегментах канала управления, назначенных конкретному узлу. Это позволяет мобильным узлам планировать операции отслеживания канала управления таким образом, что отсутствует необходимость непрерывного отслеживания каналов управления, но имеется возможность для мобильных узлов получать сигналы управления на периодической основе.

В одном из вариантов осуществления, который особенно хорошо подходит для использования с мобильными узлами, которые поддерживают, по меньшей мере, включенное состояние, состояние удержания и спящее состояние, используют три различных сегментированных канала управления. Три канала управления включают в себя канал управления назначением, канал управления быстрого пейджинга и канал управления медленного пейджинга.

Канал управления быстрого пейджинга и канал управления медленного пейджинга являются периодическими по своей природе, например сигналы управления не передаются по этим каналам непрерывно. Таким образом, мобильные узлы не должны тратить мощность и ресурсы, отслеживая эти каналы непрерывно. В некоторых вариантах осуществления для дальнейшего уменьшения времени и мощности, которые мобильный узел должен тратить на мониторинг каналов быстрого и медленного пейджинга, каналы являются сегментированными, и сегменты выделяются конкретным мобильным узлам или группам мобильных узлов.

Для минимизации мощности и ресурсов, потребляемых в процессе мониторинга каналов управления на предмет информации, относящейся к мобильному узлу, каждый мобильный узел должен выполнять отслеживание для обнаружения сигналов в сегментах каналов управления быстрого и медленного пейджинга, назначенных конкретному узлу. Это позволяет мобильным узлам планировать операции отслеживания канала управления таким образом, что каналы управления могут отслеживаться менее часто, чем это было бы возможно, если бы требовалось отслеживать все сегменты на предмет сигналов управления.

На Фиг.6 показаны сигналы 602, 620, 630 управления, соответствующие иллюстративному назначению нисходящих каналов управления быстрого пейджинга и медленного пейджинга, соответственно. Сигнал 602 канала управления быстрого пейджинга разделен на множество сегментов, например, временные слоты 1 мс. Передача в назначенном канале происходит, в варианте осуществления по Фиг.6, на постоянной основе. Для каждого временного слота существует соответствующий трафик сегмента или сегментов канала. Трафик сегментов канала назначается базовой станцией 12 мобильным узлам 14, 16 путем передачи идентификатора мобильного узла или идентификатора группы мобильных узлов во временном слоте для указания, что соответствующий трафик сегмента или сегментов был назначен для использования мобильным узлом(узлами), соответствующим передаваемому идентификатору. Находясь во включенном состоянии, мобильные узлы 14, 16 отслеживают канал назначения на постоянной основе, например, со скоростью, достаточной для обнаружения идентификатора, включаемого в каждый сегмент канала управления, используемого для назначения трафика.

Во включенном состоянии, дополнительно к каналу назначения, каждый мобильный узел 14, 16 отслеживает периодические каналы быстрого пейджинга и медленного пейджинга.

Как можно видеть на Фиг.6, сигнал 620 быстрого пейджинга является периодическим по своей природе. Каждый иллюстративный период 622, 626, 630, 634 имеет длительность 10 мс. Однако, в течение указанного периода 10 мс сигнал быстрого пейджинга реально передается только в течение части всего периода, например, 2 мс. Периоды 623, 627, 631, 635, в течение которых передается сигнал быстрого пейджинга, сегментированы на временные слоты. Оставшиеся периоды 624, 628, 632, 636 представляют промежутки времени, в которых сигнал быстрого пейджинга не транслируется базовой станцией 12. Хотя показано только два сегмента 1 мс для каждого сигнала быстрого пейджинга в периоды 623, 627, 631, 635, очевидно, что обычно в одном периоде присутствует несколько сегментов.

Для уменьшения времени, в течение которого мобильные узлы 14, 16 должны отслеживать сигналы управления быстрого пейджинга, в некоторых вариантах осуществления сегменты канала управления быстрого пейджинга выделяют отдельным мобильным узлам или группам мобильных узлов. Информация о том, какие сегменты выделены различным мобильным узлам, обычно передается базовым узлам 14, 16, например, из базовой станции 12. После того как информация о выделении становится известной, мобильные узлы 14, 16 могут ограничить их отслеживание сегментов канала быстрого пейджинга теми сегментами, которые им выделены. В таких вариантах осуществления мобильные узлы могут отслеживать канал быстрого пейджинга с периодическими интервалами, превышающими период быстрого пейджинга, не рискуя потерять информацию управления, передаваемую в мобильный узел по каналу быстрого пейджинга.

Сегменты канала быстрого пейджинга используются для передачи информации, например, команд, используемых для управления мобильным узлом при переходе между состояниями. Сегменты канала быстрого пейджинга также могут использоваться для указания мобильному модулю выполнять отслеживание канала назначения, например, когда мобильный узел находится в состоянии, в котором он прекратил отслеживание канала назначения. Поскольку мобильные узлы системы знают, какие сегменты канала быстрого пейджинга назначены им, команды могут вводиться в сегменты канала быстрого пейджинга без использования идентификаторов мобильного узла для эффективной схемы передачи.

Канал медленного пейджинга является сегментированным и используется для передачи информации тем же способом, что и по каналу быстрого пейджинга. Информация, передаваемая с использованием канала медленного пейджинга, может быть такой же, или подобной информации, и командам, которые передаются с использованием канала быстрого пейджинга.

На Фиг.6 сигнал 630 представляет иллюстративный канал медленного пейджинга. Необходимо отметить, что полный период 632 сигнала медленного пейджинга превышает период 622 пейджинга канала быстрого пейджинга. Ссылочные позиции 631 и 634 используются на Фиг.6 для указания частей периода медленного пейджинга. С учетом того, что период медленного пейджинга больше периода быстрого пейджинга, время между передачей сигнала управления по каналу медленного пейджинга больше, чем в канале быстрого пейджинга. Это означает, что мобильный узел может прервать отслеживание канала медленного пейджинга на более длительные интервалы, чем это возможно в канале быстрого пейджинга. Из этого также следует, однако, что в среднем мобильному узлу может потребоваться больше времени для приема управляющего сигнала, переданного по каналу медленного пейджинга.

На Фиг.6 показаны два сигнала медленного пейджинга, передаваемые в периоды сигнала 640, 642. Периоды 639, 641, 643 сигнала соответствуют периодам сигнала медленного пейджинга во время которых сигнал медленного пейджинга не передается.

Поскольку каналы быстрого и медленного пейджинга являются периодическими по своей природе, если передача в периодах разнесена таким образом, что они не перекрываются, каналы быстрого и медленного пейджинга могут быть реализованы с использованием одних и тех же физических ресурсов передачи, например, тонов, причем тона интерпретируются как соответствующие либо каналу быстрого, либо медленного пейджинга, в зависимости от периодов времени, которым соответствуют тона.

Разделение между сегментами, назначенными конкретному мобильному узлу в канале медленного пейджинга, часто, но не обязательно, превышает таковое для канала быстрого пейджинга. Это в общем случае означает во временных терминах, что мобильному устройству необходимо отслеживать канал медленного пейджинга с интервалами, которые являются более широко разнесенными, чем интервалы, в которых отслеживают канал быстрого пейджинга. В результате большего разнесения сегментов в канале медленного пейджинга, мощность, требуемая для отслеживания этого канала, обычно меньше, чем требуемая для отслеживания канала быстрого пейджинга.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в различных состояниях отслеживается различное количество нисходящих каналов управления. В таких вариантах осуществления каналы назначения, быстрого пейджинга и медленного пейджинга не отслеживаются во всех состояниях. Напротив, во включенном состоянии отслеживается наибольшее количество нисходящих каналов управления, в состоянии удержания отслеживается меньшее количество нисходящих каналов управления, и наименьшее количество нисходящих каналов управления отслеживается в спящем состоянии.

На Фиг.7 показана таблица 700, которая иллюстрирует три примерных канала сигнализации управления от базовой станции к мобильному узлу (нисходящая линия) и соответствующие четыре иллюстративных рабочих состояния мобильного узла, описанные выше. В таблице 700 отметка используется для указания канала управления, который отслеживается в данном состоянии, тогда как Х используется для указания канала управления, который не отслеживается. Пунктирная отметка используется для указания канала управления, который может не отслеживаться в течение части времени в этом состоянии, но отслеживается, по меньшей мере, в течение части времени в этом состоянии.

На Фиг.7 первая строка 702 соответствует включенному состоянию, вторая строка 704 соответствует состоянию доступа, третья строка 706 соответствует состоянию удержания и четвертая строка 708 соответствует спящему состоянию. Столбцы в таблице 700 соответствуют различным сегментированным каналам управления. Первый столбец 710 соответствует каналу назначения, второй столбец 712 соответствует каналу быстрого пейджинга, тогда как третий столбец 714 соответствует каналу медленного пейджинга.

Как можно видеть из таблицы 700, во включенном состоянии мобильный узел 14, 16 отслеживает канал назначения, канал управления быстрого пейджинга и канал управления медленного пейджинга. Для части состояния доступа, которая представляет переход между включенным состоянием и либо состоянием удержания, либо спящим состоянием, отслеживаются каналы назначения и быстрого пейджинга. Канал медленного пейджинга отслеживается в течение всего периода времени, пока мобильный узел остается в состоянии доступа. Как обсуждалось выше, отслеживание каналов быстрого пейджинга и медленного пейджинга требует от мобильного узла активного отслеживания на периодической, а не постоянной основе.

Состояние удержания канала назначения не отлеживается. Однако отслеживаются канал быстрого пейджинга и канал медленного пейджинга. Соответственно мобильный узел в состоянии удержания может получить инструкцию изменить состояние и/или отслеживать канал назначения на предмет информации о назначении сегмента канала трафика в течение относительно короткого периода времени.

В спящем состоянии из трех каналов управления, показанных на Фиг.6, мобильным узлом отслеживается только канал медленного пейджинга. Соответственно мобильный узел 14, 16 в состоянии удержания может получить инструкцию изменить состояние и/или отслеживать канал назначения на предмет информации назначения сегмента канала трафика, но такие инструкции могут занять больше времени для обнаружения в среднем, чем в случае состояния удержания.

Уменьшая количество каналов управления, которые отслеживаются при переходе из включенного состояния в менее активное спящее состояние, ресурсы мобильного узла, относящиеся к отслеживанию и обработке, и таким образом, потребление мощности может эффективно управляться. Таким образом, спящее состояние требует меньше ресурсов мобильного узла, в том числе мощности, чем включенное состояние.

Переходы мобильного узла из активного в менее активные состояния могут происходить в ответ на команды изменения состояний, принимаемых от базовой станции. Однако в различных вариантах осуществления настоящего изобретения такие переходы также инициируются мобильными узлами 14, 16 в ответ на обнаружение периодов неактивности или уменьшенной активности сигнала управления нисходящей линии, относящегося к мобильному узлу.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения активность отслеживания, относящаяся к мобильному узлу 14, 16, по каналу управления уменьшается, если мобильный узел уменьшает свое состояние активности на один уровень, что используется для определения, когда мобильный узел должен по своей инициативе переключиться в рабочее состояние с низким уровнем активности. Например, в случае включенного состояния мобильный узел отслеживает канал назначения на предмет сигналов, направляемых ему. В случае неудачи обнаружения сигналов в канале назначения в течение заданного периода времени или сниженного уровня сообщений за некоторый период времени мобильный узел 14, 16 переключается из включенного состояния в состояние удержания и прекращает отслеживание канала назначения.

В состоянии удержания мобильный узел 14, 16 отслеживает канал быстрого пейджинга на предмет активности для того, чтобы определить среди прочего, следует ли ему переключиться в состояние с более низким уровнем активности, например, спящее состояние. В случае неудачи обнаружения сигналов в течение заданного периода времени или сниженного уровня сигналов за некоторый период времени мобильный узел 14, 16 переключается из состояния удержания в спящее состояние и прекращает отслеживание канала быстрого пейджинга.

Используя вышеописанные способы, мониторинг, обработка сигналов и ресурсы мощности могут сохраняться в мобильном узле 14, 16 посредством использования множества рабочих состояний и посредством использования множества сегментированных каналов управления. Дополнительно, ограниченные ресурсы управления, например, полоса пропускания, используемые для передачи информации управления от базовой станции в мобильный узел, используются эффективно в результате использования множества каналов управления, например, сегментированных каналов управления описанных выше типов.

Специалистам в данной области техники из вышеизложенного описания настоящего изобретения будут очевидны многочисленные варианты вышеописанных способов и устройства. Такие варианты находятся в рамках объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к беспроводным системам связи и используется для поддержки множества мобильных узлов в ячейке связи с ограниченными ресурсами. Технический результат - учет потребности в сигнализации управления таймингом и желательность сигнализации управления мощностью в мобильной системе связи. Для этого используют множество рабочих состояний мобильного коммуникационного устройства, что дает возможность одной базовой станции поддерживать относительно большое количество мобильных узлов. Различные состояния требуют различного количества коммуникационных ресурсов, например, полосы пропускания. Четыре поддерживаемых рабочих состояния представляют собой включенное состояние, состояние удержания, спящее состояние и состояние доступа. Каждому мобильному узлу во включенном состоянии назначают коммуникационные ресурсы для выполнения сигнализации управления мощностью передачи, сигнализации управления таймингом передачи и для передачи данных, как части коммуникационной операции по восходящей линии данных. Каждому мобильному узлу в состоянии удержания назначают коммуникационные ресурсы для выполнения сигнализации управления таймингом передачи и предоставляют выделенную восходящую линию для запроса смены состояния и общий ресурс для передачи подтверждений. В спящем состоянии мобильному узлу назначают минимальные ресурсы, и он не выполняет сигнализацию управления мощностью и сигнализацию управления таймингом. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ связи, причем указанный способ включает в себя:

работу первого беспроводного терминала, в различные моменты времени в одном из трех различных рабочих состояний, причем три различных рабочих состояния включают в себя первое состояние, второе состояние и третье состояние,

причем работа первого беспроводного терминала в первом состоянии включает в себя использование первого количества коммуникационных ресурсов управления для обмена информацией управления между указанным первым беспроводным терминалом и базовой станцией, при этом работа первого беспроводного терминала в первом состоянии включает в себя работу первого беспроводного терминала для выполнения как операций сигнализации управления таймингом передачи так и операций сигнализации управления мощностью, при этом находясь в упомянутом первом состоянии упомянутый беспроводной терминал имеет возможность принимать и передавать данные полезной нагрузки;

работу первого беспроводного терминала для перехода из первого состояния во второе состояние, причем упомянутый переход включает в себя прекращение операций сигнализации управления мощностью, выполняемых упомянутым первым беспроводным терминалом, при продолжении выполнения операций сигнализации управления таймингом передачи,

причем работа первого беспроводного терминала во втором состоянии включает в себя использование второго количества коммуникационных ресурсов управления для обмена информацией управления между указанным первым беспроводным терминалом и базовой станцией, при этом второе количество коммуникационных ресурсов управления меньше, чем упомянутое первое количество, и используется для управления таймингом передачи, которое выполняется в течение упомянутого второго состояния без выполнения операций сигнализации управления мощностью, при этом находясь в упомянутом втором состоянии упомянутый беспроводной терминал имеет возможность принимать данные полезной нагрузки, но не имеет возможности передавать данные полезной нагрузки, и

причем работа первого беспроводного терминала в третьем состоянии включает в себя использование меньшего количества коммуникационных ресурсов управления, чем используется как в первом, так и во втором состоянии.

причем работа второго беспроводного терминала во включенном состоянии включает в себя использование четвертого количества коммуникационной полосы пропускания управления для обмена информацией управления между указанным вторым беспроводным терминалом и указанной базовой станцией; и

причем работа второго беспроводного терминала в состоянии удержания включает в себя использование пятого количества коммуникационной полосы пропускания управления для обмена информацией управления между указанным вторым беспроводным терминалом и базовой станцией, причем пятое количество коммуникационной полосы пропускания управления меньше, чем четвертое количество.

в котором указанные данные, предназначенные для передачи как часть коммуникационной сессии включают в себя IP пакеты, по меньшей мере, некоторые из которых включают в себя голосовые данные; и

в котором указанный второй беспроводной терминал передает указанные IP пакеты, в указанную базовую станцию, используя сигналы, мультиплексированные с использованием ортогонального частотного разделения каналов.

i) работу во включенном состоянии, в котором мобильное коммуникационное устройство использует первое количество ресурсов сигнализации управления для обмена информацией управления между указанным мобильным коммуникационным устройством и базовой станцией, причем работа в указанном включенном состоянии включает в себя выполнение как операций сигнализации управления таймингом передачи так и операций сигнализации управления мощностью, при этом находясь в упомянутом включенном состоянии упомянутое мобильное коммуникационное устройство имеет возможность принимать и передавать данные полезной нагрузки;

ii) переход мобильного коммуникационного устройства из включенного состояния в состояние удержания, в котором мобильное коммуникационное устройство использует меньше ресурсов сигнализации управления для обмена информацией управления между указанным устройством и базовой станцией, чем используется коммуникационным устройством во включенном состоянии, при этом упомянутый переход включает в себя прекращение операций сигнализации управления мощностью, выполняемых упомянутым мобильным коммуникационным устройством, при продолжении выполнения операций сигнализации управления таймингом передачи, причем в состоянии удержания упомянутое мобильное коммуникационное устройство может принимать данные полезной нагрузки, но не может передавать данные полезной нагрузки; и

iii) переход мобильного коммуникационного устройства из указанного состояния удержания в спящее состояние, в котором мобильное коммуникационное устройство использует меньше ресурсов сигнализации управления, чем мобильное коммуникационное устройство использует в указанном состоянии удержания.