[发明专利]基于OFDMA的无线电网络中的通信

说明书

技术领域

本发明涉及通过无线电接入网络传输信号的方法。本发明还涉及在如无线电网络的基站中实现的发送设备及接收设备，并且涉及用于执行OFDMA的无线电网络。

背景技术

本部分介绍了可能有助于更好的理解本发明的内容。相应地，本部分的叙述应该从这个角度来阅读，而不应理解为承认了什么是现有技术或者什么不是现有技术。

未来的基于OFDMA的第四代(4G)蜂窝无线电接入技术家族(如3GPP的长期演进(LTE)、3GPP2 UMB或者WiMax)，可支持利基(niche)领域内高额的(即昂贵的)机器到机器(M2M)应用，但并没有准备好提供市场规模化、符合成本效益、并且大范围部署的M2M通信，其原因在于以下各方面的独特需求：大量/高密度的机器节点(例如用于传感器应用)、超低能耗、新的通信模式/服务质量(QoS)需求、超低占空比、方向性强且高冗余的信息流、以及低成本/低复杂度的系统。

本文使用的术语M2M通信/信号是指需要从大量设备/节点以相对较低数据速率(如10kb/s或更低)远距离(10km或更远)传输数据的通信。可以预计到，为此，有效的蜂窝机器到机器通信将要求从空中接口到后续操作的彻底转变，而这仅仅是因为M2M通信独特的低成本/低复杂度需求。特别地，几乎无法将例如基于未来的OFDMA的RF/PHY/MAC协议栈的成本/复杂度/能量消耗降低到M2M传感器应用的需要。因此，M2M通信通常需要一种专用的空中接口。

然而，关于机器到机器通信的现有标准并不充分：例如，短距离的类似Zigbee的标准(802.15.4等)仅具有有限的距离(通常小于50m)，并且工作在非许可ISM频段，因而无法保证QoS。另外，蜂窝空中接口的再利用将严重影响电池寿命(没有良好的休眠状态，信号处理负担重)，并且会导致RF/PHY/MAC协议栈的复杂度高，每个用户的成本也高。

本发明的目的在于提供：一种通过基于OFDMA的无线电接入网络有效传输机器到机器(M2M)信号的方法。

发明内容

通过一种方法来实现此目的，该方法包括：将M2M信号作为扩频波形嵌入到OFDMA信号的带宽范围内，并且通过无线电(接入)网络传输包含有该M2M信号的OFDMA信号。

因此，发明人提出将低速率扩频M2M波形作为有效的无线电叠加网络嵌入到许可带宽内商用的基于OFDMA的无线电接入信号，从而能够对现有的小区位置/尺寸/频谱分配进行再利用，并且能够在RF/PHY/MAC各层提供有效的RAT网络互联机制。

本技术方案能够最大化现有移动架构的再利用，并且能够在网络侧应用复杂的信号处理，从而利用已部署的蜂窝基站的巨大的基带处理能力/回程容量，并有可能应用M2M/蜂窝信号各层的联合检测/发送技术(如下所示)。因此，本发明使得运营商在M2M部署的早期阶段也能够最小化资本支出/运营开销，从而可以开辟大规模的蜂窝M2M市场。

在一个实施方式中，M2M信号的扩频波形被嵌入到窄带未占用的时频块中，该时频块分布在OFDMA(基带)信号带宽范围上。这样，可以提供低速率多公里范围的跳频扩频叠加无线电M2M网络，该网络可以协同方式在基于OFDMA的射频接入系统(LTE、WiMAX、UWB)的(主用)系统频谱中的稀疏的(空间分布的)窄带频谱空洞中进行传送/发送。

窄带时频块(频谱空洞)在OFDMA信号的带宽范围上的分布可动态控制，即频谱空洞可由于M2M/主用(如LTE)各层的联合需求由无线电接入系统/网络进行动态地自主管理。

在一种改进方式中，窄带未占用时频块覆盖OFDMA基带信号的固定数量的子载波。保留少数几组OFDMA子载波(如2个到4个物理资源块)就足够执行M2M通信。

在另一种改进方式中，M2M信号的窄带时频块的持续时间是OFDMA时频块的持续时间的整数倍。传输M2M信号所用时频块的持续时间可以是固定的或者可以由无线电接入系统动态调整。

在另一个实施方式中，(低速率)M2M信号的嵌入是通过在OFDMA基带信号的带宽范围上叠加扩频波形来实现的。在这种情况下，低速率M2M直序扩频波形直接叠加到高速率OFDMA波形上，典型地，该波形扩展到OFDMA信号的整个传输带宽上。然而，也有可能使用仅覆盖OFDMA信号的部分带宽的扩频波形。