專利名稱：在rach信道中的信令方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在一個無線通信系統(tǒng)的隨機訪問信道(RACH)中的信令方法和如此形成的用戶站。
在無線通信系統(tǒng)中借助于電磁波經(jīng)過無線接口把信息(例如語言、圖像信息或另外的數(shù)據(jù))作為信號傳輸。無線接口涉及在基站和用戶站之間的連接，其中用戶站可以是移動站或位置固定的無線站。以載波頻率實現(xiàn)電磁波的輻射，該載波頻率處在為各個系統(tǒng)中預先規(guī)定的頻帶中。對于未來的無線通信系統(tǒng)、例如UMTS(通用移動通信系統(tǒng))或另外的第三代系統(tǒng)預先規(guī)定頻率在大概2000MHz的頻帶內(nèi)。
不同的方法可以用于在無線接口上的用戶分離。已知了FDMA(頻分多址)、TDMA(時分多址)、CDMA(碼分多址)和SDMA(空分多址)方法，這些方法根據(jù)載頻、根據(jù)在一個幀內(nèi)多個時隙中一個、根據(jù)用戶獨特的擴展代碼或根據(jù)接收或基站輻射的方向特征區(qū)分各個用戶站的信號。
這些方法可以彼此組合。因此從“IMT-2000 TD-SCDMA無線傳輸技術中，要求V.0.4，1998年9月CATT中，公開一個用戶分離方法，其共同組合了FDMA、TDMA、CDMA和SDMA。
在無線通信系統(tǒng)中，需要隨機訪問信道(RACH)，以便在把無線資源分配給用戶站之前，執(zhí)行用戶站對無線接口的初次訪問。
無線通信系統(tǒng)的隨機訪問信道的特色在于，不協(xié)調(diào)對這個信道的訪問。一個無線蜂窩的用戶站在沒有事前分配的情況下可以使用這個信道，以便例如在連接建立時請求例如一個接下來無線資源的分配。
可是由于不協(xié)調(diào)的訪問在各個用戶站的發(fā)送之間發(fā)生碰撞。如果在接收的基站中疊加多個基站的發(fā)送，則當然不再可以探測這些發(fā)送并且用戶站因此沒有獲得發(fā)送的應答。在碰撞之后用戶站嘗試在隨機訪問信道中重新發(fā)送。重復訪問越頻繁，等候時間越頻繁并且這個訪問方法效率下降越顯著。
當在隨機訪問信道上按照“IMT-2000無線傳輸技術、草案V.0.4，1998年九月CATT，29-30頁中，在模擬訪問方法時成功的可能性僅僅在5％。這意味著特別在包數(shù)據(jù)傳輸時的一個限制，其導致，根據(jù)非常長的等待時間無線通系統(tǒng)的效率直到資源分配顯著下降。
本發(fā)明基于這個任務，改善在隨機訪問信道中的信令并且提高效率。通過具有權利要求1的特征的方法和具有權利要求15的特征的用戶站解決這個任務。從從屬權利要求中獲得本發(fā)明的有益擴展。
在根據(jù)本發(fā)明的、在無線通信系統(tǒng)的隨機訪問信道中的信令方法中，可以在同步序列的多個發(fā)送時刻在隨機訪問信道中選擇用戶站，接下來一個或多個發(fā)送時刻用于傳輸同步序列。
與“IMT-2000 TD-SCDMA無線傳輸技術”、草案V.0.4、1998年9月CATT、29-30頁相反，其中在一個預先規(guī)定的時刻僅僅發(fā)送一個同步序列，根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)較低的碰撞概率，因為多個不協(xié)調(diào)發(fā)送的用戶站的同步序列較少同時到達并且也許僅僅部分地重疊。在最簡單的情況下不同用戶站的各個已發(fā)送的同步序列的接收時刻的有意分離獲得改善。因此顯著提高了用戶站發(fā)送的可估算概率。按下面列舉的詳細方法的組合可以把估算的實現(xiàn)概率提高直到10的因數(shù)。
通過根據(jù)本發(fā)明的方法，避免重復初次訪問，并縮短在另外信道中中繼時間直至無線資源的分配。因此可以有效使用提供使用的資源。
按照本發(fā)明的有益擴展，用戶站在多個發(fā)送時刻發(fā)送相同的同步序列或不同的同步序列。當在基站中例如由于多路信道的衰落特性引起的、各個同步序列不可檢測時，可以成功實施初次訪問。通過多次發(fā)送產(chǎn)生的冗余碼提高了在初次訪問隨機訪問信道時正確檢測的概率。
如果使用不同的同步序列，則按照本發(fā)明的另外發(fā)展存在這種可能性，通過同步序列的順序傳輸信息(因此節(jié)省在另外的信令時的容量)或通過任意選擇同步序列的順序保證在多個用戶站同時發(fā)送時檢測至少二個不同的同步序列，因為在任意選擇順序的情況下二個用戶站選擇相同順序是難以相信的。
如果任意選擇用戶站的發(fā)送時刻，則進一步降低碰撞概率。因此以較低碰撞概率形成接收時刻的盡可能隨機分配。
存在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個特別重要的應用情況，由基站估算用戶站的發(fā)送并且通過基站發(fā)送一個方向選擇的應答給各個用戶站。方向選擇的應答允許適合于在下行方向上的信令和適合于在上行方向上此后接收的十分大的容量。因此具有全向并且非方向選擇的初次訪問的上行方向?qū)τ跓o線通信系統(tǒng)的容量是很小的。初次訪問的實現(xiàn)概率的改善十分重要地改善了如此無線通信系統(tǒng)的總?cè)萘俊?br>
此外這是有益的，基站在已知二個具有相同同步序列的用戶的發(fā)送碰撞時傳輸一個重新發(fā)送的請求。因此基站通知用戶站，至少部分地沒有成功檢測同步序列。在通過用戶站重復發(fā)送同步序列的情況下選擇另外的發(fā)送時刻、同步序列或同步序列的順序。這是特別有益的，如果請求包含發(fā)送時刻和/或碰撞的同步序列，則僅僅應答用戶站的子集，并且已經(jīng)檢測的用戶站不由于重復發(fā)送危及其余用戶站的檢測。
例如與時隙的長度比較，如果同步序列是短的，則以較低的重疊概率產(chǎn)生發(fā)送時刻的大量選擇。按照本發(fā)明的一個擴展這是有益的，首先在用戶站如下發(fā)送時，基站定向接收該用戶站，傳輸OSI層模型的層2或?qū)?的信息。初次訪問因此限制于少量的碎片，例如40-80個碎片，其不包含信息或僅僅包含少量的信息。
不依賴于發(fā)送時刻的選擇這是有益的，基站在一個管理信道中告知用戶站，是否可以支配具有可變方向特性的天線。如此的、具有可變方向特性、使方向選擇的輻射成為可能的天線是昂貴的并且甚至于可能在整個無線通信系統(tǒng)中是不可支配的。如果沒有具有可變方向特性的天線可支配，則當然應當應用另外的初次訪問方法，因為否則在初次訪問時碰撞的概率是非常高的。初次訪問的其他可能的方法是—具有信息內(nèi)容和中間部分的一半或整個時隙長度無線字組，—根據(jù)以一個相關接收機檢測的較短序列同步。
在估算信令之后用戶站在至少二個在隨機訪問信道中的訪問方法之間選擇。因此初次訪問的方法是靈活的并且在每個無線蜂窩中可以適應地匹配。
此外這是有益的，按照傳輸方向的TDD分離建立無線接口，并因此可以特別支持非對稱的數(shù)據(jù)傳輸。對此這是特別有益的，在從下行方向到上行方向的過渡中至少部分地發(fā)送同步序列。由于干擾的原因在傳輸方向之間保護間隔是較大的并且用戶站有這種可能性，使用放大的保護間隔作為隨機訪問信道。如果隨機訪問信道的時隙和放大的保護間隔是相鄰的，則由于發(fā)送時刻的較大多樣性特別得出有利的解決可能性。
根據(jù)附圖詳細闡述本發(fā)明的實施例。
圖示
圖1無線通信系統(tǒng)圖2無線接口圖3對按照技術標準的RACH的訪問，圖4-9在RACH中根據(jù)本發(fā)明的信令方法，和圖10用戶站的圖解結構。
在圖1中描述的移動無線系統(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)的實例包括多個移動交換中心MSC，這些移動交換中心彼此交聯(lián)或者建立到一個固定網(wǎng)絡PSTN的訪問。此外這些移動交換中心MSC與各至少一個用于控制基站BS和用于無線資源分配的設備NRC，也就是說無線資源管理器連接。每個這樣的設備RNC使再度到至少一個基站BS的連接成為可能。如此的基站BS可以經(jīng)過無線接口建立到一個用戶站，例如移動站MS或另外移動的或靜止的終端設備的連接。通過每個基站BS形成至少一個無線蜂窩。
在圖1中示范地描述了用于傳輸有用信息ni和信令信息si的連接V1、V2、V3作為在用戶站MS和基站BS之間點到點連接、一個管理信道BCCH作為從基站BS到用戶站MS的點到多點連接和從用戶站MS到基站BS的隨機訪問信道RACH。
操作與管理中心OMC實現(xiàn)對移動無線系統(tǒng)或者對其中一部分的控制和管理功能。這個結構的功能性可以傳輸?shù)搅硗獾臒o線通信系統(tǒng)，在這個無線通信系統(tǒng)中本發(fā)明可以特別用于具有無繩用戶中斷的用戶訪問網(wǎng)。
基站BS包含具有可變方向特性的天線，因此在對于接收和對于確定的發(fā)送來說方向確定之后可以實現(xiàn)方向特性的目標明確地對準用戶站MS。全方向地發(fā)送管理信道BCCH，并且在隨機訪問信道RACH中也全方向地接收用戶站MS的初次訪問。此外可以方向選擇地實施基站BS的其余發(fā)送和接收。這也涉及在隨機訪問信道RACH中在成功的初次訪問之后的發(fā)送。因為也許基站BS不具有帶有可變方向特性的天線，在管理信道中BCCH中以表明用戶站的標志的形式發(fā)送信息，通知用戶站基站有哪一種天線類型。下面在本發(fā)明的實施例中僅僅涉及在具有可變方向特性的天線的情況下的訪問方法。在DE 198 17 771中指出了其他可能的訪問方法。
無線接口形成為寬帶無線接口、B＝1.6MHz(因此每5MHz3個頻帶)，具有5或10ms的幀持續(xù)時間或每幀fr10個時隙ts0..ts9，以及在使用16個不同擴展代碼c0至c15的情況下具有CDMA用戶分離(碼分多址)。
按照圖2(沒有按比例)根據(jù)TDD(時分復用)方法在下行方向上使用時隙的一部分ts0…ts5，在上行方向上使用其余的時隙ts6…ts9。緊接著在下行方向DL上最后的時隙ts5在保護時間gp之后為用戶站MS發(fā)送一個序列sync用于同步。接著在幀fr內(nèi)在轉(zhuǎn)換點SP期間用于分離傳輸方向DL、UL的保護時間g。
在上行方向UL上的第一時隙ts6是隨機訪問信道，其跟隨在下行方向DL上的通信信道的時隙ts之后。以獨特的擴展代碼c0…c15展開在通信信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，每符號包含Q個碎片，其中在數(shù)據(jù)中嵌入中間件tseq用于信道估算。以保護時間gp斷開通信信道的無線字組。
分離傳輸方向DL、UL的保護時間g或其中一部分按照本發(fā)明的實施例附加用于隨機訪問信道。因此這個信道RACH、例如對于包數(shù)據(jù)應用、獲得提高的容量。
從“IMT-2000 TD-SCDMA無線傳輸技術”、草案V.0.4、1998年9月CATT、29-30頁中公開在根據(jù)圖3的隨機訪問信道RACH中的信令方法。在一個時隙內(nèi)部、其通過一個避免疊加的保護時間gp與在下面時隙中的發(fā)送斷開、在一個永久預先規(guī)定的時刻用戶站MS發(fā)送一個基站BS已知的同步序列SYNC I?；綛S的相關接收機估算接收信號，并且實施與基站已知的同步序列SYNC I的相關性。如果在接收信號中包含同步序列SYNC I，則相關接收機檢測在一個確定時刻的相關峰值。此外基站BS可以確定方向，從該方向上發(fā)送同步序列SYNC I。
根據(jù)圖4，縮短同步序列SYNC I(因此節(jié)省信令開銷)到80個碎片，并且在不同發(fā)送時刻p1…p4用戶站MS重復發(fā)送該同步序列用于在隨機訪問(擴展代碼c0)信道RACH中的初次訪問。基站BS檢測同步序列SYNC I。在由于碰撞或衰落損失一個、二個或三個同步序列SYNCI的情況下可以識別用戶站MS和其方向。依賴于同步序列SYNC I的長度冗余碼被提高幾倍，并且因此提高了安全檢測的概率。首先在一個用戶站MS的所有同步序列SYNC I完全碰撞的情況下初次訪問是不成功的。
此外，參見圖5，存在這種可能性，在一個時隙內(nèi)部不重復相同的同步序列SYNC I，而是使用另外的同步序列SYNC II…IV。用戶站MS或者隨機選擇同步序列SYNC I…IV的順序或根據(jù)一個必需信令的信息內(nèi)容選擇順序，參見圖6。信息(例如用戶站MS的識別)在于同步序列SYNC I…IV的選擇或其順序。
如果基站BS同時接收多個不同的同步序列SYNC I…IV，則碰撞不導致檢測的不可能性，因為這可能分開與不同的同步序列SYNC I…IV的二個并行相關性。
圖7指出了本發(fā)明的一個另外的實施例。每用戶站MS發(fā)送僅僅一個唯一的同步序列SYNC I(因此少量的干擾)，可是用戶站MS1…MS4選擇不同的發(fā)送時刻p1…p8，其因此導致在基站BS中不同的接收時刻，并且有利于避免碰撞。如果同步序列SYNC I…IV是足夠短的，則在沒有碰撞的情況下在一個時隙中可以接收直到八個同步序列SYNCI…IV。在這個情況下同步序列包含5個符號＝80個碎片(每符號Q＝16個碎片)，其中48個碎片表明真正的序列，32個碎片用作在同步序列SYNC I…IV內(nèi)部的附加保護時間。因此每時隙產(chǎn)生至少八個碰撞組，在使用不同的同步序列SYNC I…IV的情況下相應產(chǎn)生多個組。
根據(jù)圖8發(fā)送時刻p1…p8的選擇可以是隨機的，并且從這個數(shù)量中得出清楚劃分的可能性。因此很少發(fā)生完全的碰撞。在僅僅部分碰撞的情況下仍然可以頻繁地分開檢測同步序列SYNC I。通過重復發(fā)送同步序列SYNC I進一步提高了每用戶站MS的至少一個同步序列SYNC I的可檢測性。
參見圖9用戶站MS4和MS5，盡管發(fā)生一個妨礙檢測的碰撞，則基站BS告知用戶站MS這個碰撞。這是通過報告相關的同步序列SYNC I和與碰撞時刻一致的發(fā)送時刻p4實現(xiàn)的。因此用戶站MS4和MS5可以理解，其發(fā)送遭遇碰撞，并且在隨機選擇的間隔之后并且以變化的發(fā)送時刻p1…p8或者變化的同步序列SYNC I…IV重新進行發(fā)送。其余的用戶站MS1…MS3不重復初次訪問。
在成功檢測初次訪問之后，基站BS在為每個已檢測的同步序列SYNC I…IV確定的方向上給相關用戶站MS發(fā)送一個請求，發(fā)送OSI層2和3的另外信息，這些信息與其他的擴展代碼c1值c15一起在隨機訪問信道RACH中被傳輸給基站BS。OSI層2和3的另外的信息(層2/3包)包含用于識別用戶站MS、其效率(語言、數(shù)據(jù)等等)、其發(fā)送功率等級的說明、用于所要求業(yè)務的說明和用于提前作用時間(預先計時)的說明。在RACH中的發(fā)送接收方向選擇，則可以盡可能地消除碰撞。
用戶站MS發(fā)送具有同步序列SYNC I…IV的發(fā)送功率，不根據(jù)管理信道的接收功率調(diào)整發(fā)送功率，而是根據(jù)DE 198 58 725調(diào)整，該調(diào)整利用所謂的“俘獲效應”，因此在完全碰撞的情況下也許一個同步序列SYNC I…IV獲得承認。
在圖10中指出了實施根據(jù)本發(fā)明方法的用戶站MS的結構，其中用戶站MS簡單地包含天線AE、用于在上行方向UL和下行方向DL中信號分離的雙工器DX、發(fā)送設備TX、接收設備RX和控制設備SE。
控制設備SE確定同步序列SYNC I…IV和發(fā)送時刻p1…p8，并且規(guī)定發(fā)送設備TX，及時發(fā)送同步序列SYNC I…IV。經(jīng)過雙工器DX和天線AE發(fā)射具有同步序列SYNC I…IV的發(fā)送信號。
權利要求
1.在無線通信系統(tǒng)的隨機訪問信道(RACH)中的信令方法，其中用戶站(MS)和基站(BS)經(jīng)過無線接口可以彼此連接，用戶站(MS)在隨機訪問信道(RACH)中沒有被事先分配資源，就在這個信道內(nèi)發(fā)送同步序列(SYNC I)給基站(BS)，其特征在于，在隨機訪問信道(RACH)內(nèi)部在同步序列(SYNC I)的多個發(fā)送時刻(p1…p8)選擇用戶站(MS)，并且一個或多個發(fā)送時刻(p1…p8)用于傳輸同步序列(SYNCI…IV)。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，用戶站(MS)在多個發(fā)送時刻(p1…p8)發(fā)送相同的同步序列(SYNC I)。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，用戶站(MS)在多個發(fā)送時刻(p1…p8)發(fā)送不同的同步序列(SYNC I…IV)。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，通過同步序列(SYNCI…IV)的順序傳輸信息。
5.按照權利要求3的方法，其特征在于，隨機選擇同步序列(SYNC I…IV)的順序。
6.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，用戶站(MS)隨機選擇這個或這些發(fā)送時刻(p1…p8)。
7.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，基站(BS)處理用戶站(MS)的發(fā)送，并且通過基站(BS)發(fā)送一個方向選擇的應答給各個用戶站(MS)。
8.按照權利要求7的方法，其特征在于，在已知具有二個用戶站(MS)的相同同步序列(SYNC I)的發(fā)送碰撞時基站(BS)傳輸一個重新發(fā)送的請求。
9.按照權利要求8的方法，其特征在于，該請求包含發(fā)送時刻(p1…p8)和/或碰撞的同步序列(SYNC I)的推薦。
10.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，通過時隙(ts)和擴展代碼(c0)形成隨機訪問信道(RACH)。
11.按照權利要求10的方法，其特征在于，首先在用戶站(MS)接著發(fā)送的情況下，該用戶站由基站(BS)定向接收，傳輸OSI層模型的層2或3的信息。
12.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，基站(BS)在管理信道(BCCH)中告知用戶站(MS)，是否可以支配具有可變方向特性的天線。
13.按照權利要求12的方法，其特征在于，依賴于在管理信道(BCCH)中的信令在隨機訪問信道(RACH)中在至少二個訪問方法之間選擇用戶站(MS)。
14.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，根據(jù)傳輸方向的TDD分離建立無線接口，并且在從下行方向(DL)到上行方向(UL)的過渡中至少部分地發(fā)送同步序列(SYNC I)。
15.無線通信系統(tǒng)的用戶站(MS)，其經(jīng)過無線接口可以與基站(BS)連接，具有一個發(fā)送設備(TX)，其在隨機訪問信道(RACH)中沒有被事先分配資源，就在這個信道中發(fā)送同步序列(SYNC I)給基站(BS)，具有一個控制設備(SE)，其在同步序列(SYNC I)的多個發(fā)送時刻(p1…p8)在隨機訪問信道(RACH)內(nèi)部選擇，并且控制發(fā)送設備(TX)，其利用一個或多個發(fā)送時刻用于傳輸同步序列(SYNC I…IV)。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的方法中,該方法用于在無線通信系統(tǒng)的隨機訪問信道中的信令,可以在同步序列的多個發(fā)送時刻在隨機訪問信道中選擇用戶站,其中接著一個或多個發(fā)送時刻用于傳輸相同的或不同的短同步序列。該方法特別適合于在具有附加方向選擇的發(fā)射的TD/CDMA無線通信系統(tǒng)中使用。
文檔編號H04W56/00GK1346551SQ00806063
公開日2002年4月24日 申請日期2000年4月3日 優(yōu)先權日1999年4月9日
發(fā)明者T·格魯恩, J·欣德勒, J·普洛格斯蒂斯, F·韋格納, C·格斯納, G·萊曼 申請人:西門子公司