一种适用低功耗通信的快速唤醒方法及装置与流程

1.本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用低功耗通信的快速唤醒方法及装置。


背景技术：

2.230mhz频段的特点是可用带宽大，频段不连续，在基于230mhz频段的低功耗物联网应用中，无线通信终端(ue)通常采用电池或者自身收集的能量(例如：太阳能)等方式供电，同时，基于少量数据且数据交换不频繁的应用场景，终端设备的功耗大部分消耗于监听过程，而非数据收发。为了节省电能，ue通常处于休眠状态，通过周期性的苏醒，在苏醒窗口中搜索唤醒信号，一旦检索到唤醒信号则转为工作模式，进行数据收发。低功耗物联网的应用通常是海量连接，一台基站需要承担数十万台ue的唤醒工作。
3.在专利号为cn201611201027.2的专利文件中，公开了一种基于相长干涉的无线传感器网络按需快速唤醒方法，在任何相邻的数据传输路由节点间，节点将在任何需要的节点和其转发节点之间根据梯度建立最小跳数的多跳唤醒路由并为唤醒路由上的节点指定相长干涉协作节点以及唤醒信号转发延时；在数据通信过程中当有唤醒需求时，将沿着唤醒路由进行唤醒，同时，通过唤醒信号的转发延时设置，使得唤醒路由上的路由节点和协作节点同时转发唤醒信号，利用相长干涉扩展唤醒范围，直至到唤醒目标接收节点的主天线。
4.上述专利在需要的时候快速的唤醒睡眠节点，从而在尽可能节能的前提下实现提高数据传输实时性的目的。但是在传统通信信号当中(例如lte/nr信号)由于在发送端采用ofdm调制、turbo码编码/低密度奇偶校验码/极化码等信道编码，接收端在接收时就必须相应的执行离散傅里叶变换、前向纠错译码等复杂的信号处理操作。基于这些方式发送的唤醒信号虽然可以唤醒更多的独立用户，提高了传输码率，不利于低信噪比环境的应用，此外接收端算法复杂，接收该信号也需要耗费大量能量，不适用低功耗场景。因此本文提出了一种适用低功耗通信的快速唤醒方法及装置。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明实施例提供一种适用低功耗通信的快速唤醒方法，所述方法在低功耗通信中，使用独立占有一个或者多个子带全部下行时隙的唤醒信号，设定频域带宽小于单子带带宽，采用zc序列或者小m序列作为唤醒序列为ue分配带有多个唤醒信号的唤醒小组，在ue唤醒周期内，若检测到唤醒信号为唤醒小组内含有的任一唤醒信号时，则该ue由休眠状态进入工作状态。
6.更进一步的，所述方法中，ue通常处于休眠状态，通过周期性的苏醒，在苏醒窗口中搜索唤醒信号，一旦检索到唤醒信号则转为工作模式，进行数据收发。
7.更进一步的，所述方法使用zc序列时，所述zc序列通过提供与序列长度互质的u值，生成若干个u值不同，长度相同的基序列，基站根据小区支持的半径大小配置不同的循环移位间隔，设定每个u值不同或循环移位不同的序列为唤醒序列。
8.更进一步的，所述方法使用zc序列时，一个子带支持多个唤醒序列。
9.更进一步的，基站根据小区支持的半径大小配置不同的循环移位间隔。每个u值不同或循环移位不同的序列都是独一无二的唤醒序列，一个子带支持多个唤醒序列。
10.更进一步的，所述方法采用自相关性能较好的长序列(例如zc序列、小m序列等)获取较好的性能。
11.更进一步的，所述方法中，在时域上设定m个无线帧为一个唤醒周期，每个唤醒周期分为n个唤醒时域组，则每个唤醒小组由m/n个无线帧构成，其中m和n均为正整数。
12.更进一步的，所述方法中，每个唤醒小组内唤醒信号重复发送，重复次数nrep＝m/n。
13.更进一步的，所述方法中，每个均ue分配有唤醒小组组号，并在属于自己的唤醒周期内检测唤醒信号，其他时间处于休眠状态。
14.更进一步的，所述方法中，序列循环移位的自相关特性、zc序列的不同根索引互相关特性，解决多用户共享时频域的问题
15.更进一步的，所述方法中，为每个ue分配一个唤醒小组组号，ue在属于自己的唤醒小组时间检测唤醒信号，其他时间处于休眠状态。
16.更进一步的，所述方法中，唤醒小组内存在u值、循环移位值v不同的多个唤醒信号，其唤醒信号包括全域唤醒、序列组唤醒和单独唤醒信号。
17.更进一步的，所述方法中，将预留唯一序列作为全域唤醒信号，基站为ue指定唯一的序列作为其组/单独唤醒信号，序列组内的ue共有相同的唯一序列，其他ue拥有独立的唤醒序列。
18.更进一步的，所述方法中，基站为不同的ue指定不同的唤醒子带，或者相同唤醒子带时域不同的唤醒小组，或者相同子带相同时域唤醒小组内不同的序列。
19.更进一步的，所述方法中，序列不同包括u值或循环移位v不同。
20.另一层面，本发明提供了一种适用低功耗通信的快速唤醒装置，包括
21.发送模块，用于在唤醒信道上发送ue唤醒消息，所述ue唤醒消息包含有用于指示需被唤醒的ue的目标地址信息；
22.接收模块，用于侦听数据信道，接收来自ue的数据上传消息；
23.反馈模块，用于在成功接收到由某个ue发送的数据上传消息后，在确认信道上向发送所述数据上传消息的ue反馈数据上传确认消息。
24.本发明的有益效果为：
25.本发明基于230mhz频段的物联网应用设计了一种唤醒信号，该唤醒信号独立占用一个或者多个子带的全部下行时隙，采用自相关性能较好的长序列(例如zc序列、小m序列等)获取较好的性能，利用该序列循环移位的自相关特性、zc序列的不同根索引互相关特性，解决多用户共享时频域的问题。同时这种唤醒信号可以多用户复用且接收端易于接收，具有很强的市场应用前景。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的唤醒周期与唤醒组图；
28.图2为本技术实施例提供的无线帧结构图。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
31.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种适用低功耗通信的快速唤醒方法，所述方法在低功耗通信中，使用独立占有一个或者多个子带全部下行时隙的唤醒信号，设定频域带宽小于单子带带宽，采用zc序列或者小m序列作为唤醒序列为ue分配带有多个唤醒信号的唤醒小组，在ue唤醒周期内，若检测到唤醒信号为唤醒小组内含有的任一唤醒信号时，则该ue由休眠状态进入工作状态。
35.本实施例中，ue通常处于休眠状态，通过周期性的苏醒，在苏醒窗口中搜索唤醒信号，一旦检索到唤醒信号则转为工作模式，进行数据收发。
36.本实施例中，唤醒信号占用无线帧的全部下行时域，频域带宽小于单子带带宽，采用zc序列或者小m序列，zc序列还通过提供与序列长度互质的u值，生成若干个u值不同，长度相同的基序列。
37.本实施例中，基站根据小区支持的半径大小配置不同的循环移位间隔。每个u值不同或循环移位不同的序列都是独一无二的唤醒序列，一个子带支持多个唤醒序列。
38.本实施例应用在230mhz低功耗通信系中，采用独立的子带进行唤醒信号发送。
39.本实施例中，唤醒信号占有的工作子带，其上行和下行方向的调制编码等级分别拟合得到工作子带的上行信道质量和下行信道质量，再将上行信道质量和下行信道质量分别与预设值进行比较，从而将当前工作子带归入待选子带集合或者恶劣子带集合，当有业
务需要传输时，优先从待选子带集合中选择工作子带进行传输。
40.本实施例的唤醒信号可以多用户复用且接收端易于接收，具有很强的市场应用前景。
41.实施例2
42.在具体应用方面，本实施例提供一种唤醒周期与唤醒组，如图1所示，时域上，本实施例将m个无线帧为一个唤醒周期，每个唤醒周期分为n个唤醒时域组，每个唤醒组由m/n个无线帧构成，组内唤醒信号重复发送，重复次数nrep＝m/n。其中m和n均为正整数。
43.本实施例为每个ue分配一个唤醒小组组号，ue在属于自己的唤醒小组时间检测唤醒信号，其他时间处于休眠状态。
44.本实施例每个唤醒小组内存在u值、循环移位值v不同的多个唤醒信号，分为全域唤醒/序列组唤醒/单独唤醒信号。
45.本实施例预留唯一序列作为全域唤醒信号。基站为ue指定唯一的序列作为其组/单独唤醒信号，序列组内的ue共有相同的唯一序列，其他ue拥有独立的唤醒序列。
46.本实施例中，ue一旦检测到全域唤醒信号/所在组唤醒信号/单独唤醒信号，都从休眠状态进入工作状态。
47.本实施例中，基站为不同的ue指定不同的唤醒子带，或者相同唤醒子带时域不同的唤醒小组，或者相同子带相同时域唤醒小组内不同的序列。
48.实施例3
49.在具体应用方面，本实施例以230mhz低功耗通信系统每个子带占用带宽25khz为例，无线帧结构如图2所示，时域取值以ts为基本单位，ts＝1/(2000
×
64)s,每个无线帧的长度是3200ts，即25ms。
50.本实施例一个无线帧由5个长度为5ms的子帧组成，每个子帧为640ts，子帧0为下行子帧，子帧2、3、4为上行子帧。
51.本实施例子帧1为特殊子帧，包括3个域，分别为dwpts、gp和uppts，特殊子帧配置见表1。在一个无线帧中最多925ts可用作下行。
52.表1特殊子帧配置(dwpts/uppts长度)
53.特殊子帧配置dwptsuppts0285
·
ts284
·
ts54.实施例4
55.在具体应用方面，本实施例以唤醒信号占用两个独立的子带为例，时频结构如下：
56.本实施例物理层唤醒信号由循环前缀t
cp
和序列t
seq
组成,t
seq
＝34ts,t
seq
＝919ts，占用一个无线帧的全部下行符号(子帧1和dwpts)，gp尾部34ts。连续两个无线帧为1个唤醒小组，一个唤醒小组内两个无线帧唤醒信号重复发送采用施例唤醒信号采用zc序列，生成的zc序列见式(1)，频域信号见式(2)，中间补零至n
seq
点，见式(3)。
57.本实施例通过idft并循环移位得到唤醒信号基本序列为：
58.su(n)＝circshift(ifft(x(k)),n
cp
)/(n
zc
/n
seq
)
59.本实施例时域循环移位信号见式(4)；添加cp见式(5)；
[0060][0061]
式中：u为根参数，由基站配置给用户，取值范围：1～138；n
zc
为zadoff-chu序列长度，n
zc
＝139。
[0062][0063]
x＝[xu((n
zc-1)/2),
…
,xu(n
zc-1),0,0,
…
,0,xu(0),xu(1),
…
xu((n
zc-1)/2-1)]
ꢀꢀ
(3)
[0064]su,v
(n)＝su((n-n
cs
·
v)modn
seq
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0065]
式中：v为循环移位索引，该值由基站配置给用户，取值范围0～34：n
cs
为时域循环移位值，n
cs
＝26；n的范围是0≤n≤n
seq
；n
seq
的范围是n
seq
＝919。
[0066]su，v
(n)＝[s
u，v
，s
u，v
(0：n
cp-1)]
ꢀꢀꢀ
(5)
[0067]
式中：n的范围是0≤n≤n
seq
n
cp-1；n
cp
为34。
[0068]
本实施例从n
f mod2＝0的无线帧开始，如果需要唤醒某个用户，基站使用该用户的u值和v值，在该用户的传输组发送唤醒信号，重复两次发送，每个无线帧发送一次。
[0069]
本实施例的时域基带信号见式(6)。
[0070][0071]
式中：t的范围是0≤t≤t
seq
t
cp-1；t
seq
＝919ts；t
cp
＝34ts；δf
wake
子载波间隔139.3hz；β
wake
唤醒信号幅度缩放因子；资源映射偏移量，
[0072]
从上述可以得到本实施例唤醒周期为2s，共80个无线帧，每个唤醒小组占用2个无线帧，时域长度是50ms，40个唤醒小组一个周期，每个ue在2s内工作50ms。
[0073]
本实施例唤醒信号共占用带宽139.3hz*139＝19.4khz，小于子带带宽25khz。每个唤醒小组最多支持138个u值,35个循环移位可用位置,共计138*35＝4830个序列，默认u＝1，循环移位v＝0的序列为全域唤醒序列。
[0074]
本实施例每个唤醒小组能支持4830-1个独立用户，每个唤醒子带每个唤醒周期支持193160个独立用户使用。
[0075]
实施例5
[0076]
本实施例提供了一种适用低功耗通信的快速唤醒装置，包括
[0077]
发送模块，用于在唤醒信道上发送ue唤醒消息，所述ue唤醒消息包含有用于指示需被唤醒的ue的目标地址信息；
[0078]
接收模块，用于侦听数据信道，接收来自ue的数据上传消息；
[0079]
反馈模块，用于在成功接收到由某个ue发送的数据上传消息后，在确认信道上向发送所述数据上传消息的ue反馈数据上传确认消息。
[0080]
综上所述，本发明基于230mhz频段的物联网应用设计了一种唤醒信号，该唤醒信号独立占用一个或者多个子带的全部下行时隙，采用自相关性能较好的长序列(例如zc序列、小m序列等)获取较好的性能，利用该序列循环移位的自相关特性、zc序列的不同根索引互相关特性，解决多用户共享时频域的问题。同时这种唤醒信号可以多用户复用且接收端易于接收，具有很强的市场应用前景。
[0081]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0082]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件和软件结合的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机产品的形式体现出来，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0083]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程资源更新设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程资源更新设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0084]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程资源更新设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0085]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程资源更新设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0086]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0087]
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
[0088]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0089]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。