專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線電通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有將數(shù)據(jù)從次站發(fā)送到主站的隨機(jī)接入信道的無(wú)線電通信系統(tǒng)，還涉及到用于這樣系統(tǒng)的主站和次站以及操作這樣的系統(tǒng)的方法。盡管本說(shuō)明書(shū)描述特別的關(guān)于新興通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)系統(tǒng)，應(yīng)該指出所介紹的技術(shù)也同樣可應(yīng)用于其它移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)隨機(jī)接入信道指進(jìn)行隨機(jī)接入傳送的邏輯信道，隨機(jī)接入信道通常包括多個(gè)不同的物理信道。
背景技術(shù)：
隨機(jī)接入信道是無(wú)線電通信系統(tǒng)的常規(guī)組件，可使移動(dòng)臺(tái)(MS)向基站(BS)發(fā)送短消息。應(yīng)用包括在移動(dòng)臺(tái)開(kāi)啟時(shí)向基站發(fā)信號(hào)，在移動(dòng)臺(tái)可能沒(méi)有進(jìn)行呼叫時(shí)向基站發(fā)送數(shù)據(jù)分組，并要求基站分配供移動(dòng)臺(tái)使用的資源。
在移動(dòng)臺(tái)經(jīng)常要求向基站發(fā)送數(shù)據(jù)分組的系統(tǒng)中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)實(shí)際上沒(méi)有進(jìn)行呼時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是向標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)接入信道提供具有相似特性的隨機(jī)接入分組信道而不是用來(lái)從移動(dòng)臺(tái)向基站傳送中小尺寸的分組。
在這樣一個(gè)為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方案的實(shí)施例中，有許多可供移動(dòng)臺(tái)使用的隨機(jī)接入分組信道。用與一個(gè)分組信道相對(duì)應(yīng)的隨機(jī)選擇的簽名對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的接入分組信道的請(qǐng)求進(jìn)行編碼。如果信道可用，基站就將其分配給發(fā)出請(qǐng)求的移動(dòng)臺(tái)。
因?yàn)殡S機(jī)選擇簽名，即使有其它合適的信道可用，移動(dòng)臺(tái)也有可能被拒絕接入它所選擇的分組信道。這個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)的顯著時(shí)延，以及增加干擾和喪失功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供吞吐量得到提高和傳輸時(shí)延得到減少的隨機(jī)接入信道。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種包括一個(gè)主站和多個(gè)次站并具有把數(shù)據(jù)從次站發(fā)送到主站的隨機(jī)接入信道的無(wú)線電通信系統(tǒng)，其中主站具有發(fā)送表示隨機(jī)接入信道資源的可用性的隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息的裝置，以及次站具有接收所述狀態(tài)消息的裝置和用于利用所述消息的內(nèi)容來(lái)決定請(qǐng)求什么隨機(jī)接入信道資源的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了用于無(wú)線電通信系統(tǒng)的主站，該通信系統(tǒng)具有把數(shù)據(jù)從次站發(fā)送到主站的隨機(jī)接入信道，其中提供有用于傳輸表示隨機(jī)接入信道資源的可用性的隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了用于無(wú)線電通信系統(tǒng)的次站，該通信系統(tǒng)具有把數(shù)據(jù)發(fā)送到主站的隨機(jī)接入信道，其中提供有用于接收主站發(fā)送的隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息和用于利用該消息的內(nèi)容來(lái)確定請(qǐng)求什么隨機(jī)接入信道資源的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供一種操作無(wú)線電通信系統(tǒng)的方法，該通信系統(tǒng)具有把數(shù)據(jù)從次站發(fā)送到主站的隨機(jī)接入信道，其特征在于主站發(fā)送表示隨機(jī)接入信道資源的可用性的隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息，而次站接收所述狀態(tài)消息并利用所述消息的內(nèi)容來(lái)確定請(qǐng)求什么隨機(jī)接入信道資源。


現(xiàn)將參照附圖通過(guò)示例描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1是無(wú)線電通信系統(tǒng)的示意方框圖；圖2說(shuō)明基本的隨機(jī)接入分組信道方案；圖3說(shuō)明改進(jìn)的具有分組信道的可用性消息的隨機(jī)接入分組信道方案；
圖4是說(shuō)明按照本發(fā)明的用于廣播隨機(jī)接入分組信道的可用性消息的方法的流程圖。
在圖中，相同標(biāo)號(hào)用來(lái)表示相應(yīng)的功能部件。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，無(wú)線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)主站(基站)100和多個(gè)次站(移動(dòng)臺(tái))110?；?00包括微控制器(μC)102、連接到天線單元106的收發(fā)信機(jī)單元(Tx/Rx)104、用于改變發(fā)送功率電平的電源控制單元(PC)107、以及連接到PSTN或者其它合適網(wǎng)絡(luò)的連接單元108。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)110包括微控制器(μC)112、連接到天線單元116的收發(fā)信機(jī)單元(Tx/Rx)114、以及用于改變發(fā)送功率電平的電源控制單元(PC)118。從基站100到移動(dòng)臺(tái)110的通信是在下行鏈路信道122上進(jìn)行的，而從移動(dòng)臺(tái)110到基站100的通信是在上行鏈路信道124上進(jìn)行的。
圖2示出了工作在頻分雙工系統(tǒng)的隨機(jī)接入分組信道的基本方案，上行鏈路信道124畫(huà)在下行鏈路信道122之上。在接入階段，移動(dòng)臺(tái)110首先在特定的接入時(shí)隙以低功率電平發(fā)送用從一組16種可能的簽名中隨機(jī)選擇一個(gè)簽名編碼的報(bào)頭(P)202。簽名是一個(gè)具有由特定比特序列調(diào)制的置亂代碼和信道化代碼為特征的信號(hào)。通過(guò)定義一組用于調(diào)制的相互正交的比特序列可以獲得相互正交的一組簽名。因此，通過(guò)改變置亂代碼和信道化代碼(即物理信道)或通過(guò)使用一組不同的相互正交的比特序列集可以得到一組不同的簽名。另一方面，更大的一組簽名可以用具有較低的交叉相關(guān)而不是嚴(yán)格正交這樣的方法來(lái)定義。盡管本說(shuō)明書(shū)是指有16個(gè)簽名的組，但不同的實(shí)現(xiàn)可以使用具有不同數(shù)目的簽名組。
在這個(gè)基本方案中，對(duì)接入報(bào)頭202進(jìn)行編碼的報(bào)頭簽名的選擇確定移動(dòng)臺(tái)110請(qǐng)求的物理信道，每個(gè)報(bào)頭簽名對(duì)應(yīng)有限數(shù)量的上行鏈路信道和下行鏈路信道。如果基站100正確接收并解碼報(bào)頭，它就發(fā)出報(bào)頭確認(rèn)(A)206。在圖2示例中，在發(fā)送完第一個(gè)報(bào)頭202后，在分配的時(shí)隙204(通常是1ms長(zhǎng))中沒(méi)有返回確認(rèn)。因此移動(dòng)臺(tái)110以較高的功率電平發(fā)送另一報(bào)頭202。在時(shí)隙204中仍然沒(méi)有收到確認(rèn)，于是移動(dòng)臺(tái)110以更高的功率發(fā)送另一個(gè)報(bào)頭202。這由基站100接收并解碼，基站100發(fā)送確認(rèn)206從而完成接入階段。
也通知移動(dòng)臺(tái)100其報(bào)頭202已經(jīng)被接收，確認(rèn)206可為肯定的，表示請(qǐng)求的信道空閑，或否定的，表示請(qǐng)求的信道正在使用中并拒絕移動(dòng)臺(tái)110接入?？赏ㄟ^(guò)基站100對(duì)簽名進(jìn)行反相(關(guān)于某些參考或?qū)ьl信號(hào))來(lái)表示否定確認(rèn)(NACK)。另一方面，基站100用于確認(rèn)的一些簽名也可以用作否定確認(rèn)。
對(duì)每個(gè)接入時(shí)隙，基站100將只發(fā)送一個(gè)確認(rèn)，不過(guò)發(fā)送多個(gè)報(bào)頭202。選擇的一個(gè)基礎(chǔ)在于確認(rèn)報(bào)頭202是以最高功率接收的。移動(dòng)臺(tái)110發(fā)送報(bào)頭202的初始功率通常由移動(dòng)臺(tái)100使用開(kāi)環(huán)功率控制來(lái)確定，因此移動(dòng)臺(tái)110與另外一個(gè)更接近基站100的移動(dòng)臺(tái)110相比較并沒(méi)有處于劣勢(shì)。如果發(fā)送多個(gè)報(bào)頭202但每個(gè)報(bào)頭用不同的簽名編碼，則每個(gè)移動(dòng)臺(tái)110將知道其報(bào)頭202是否被正確接收。但有可能不止一個(gè)移動(dòng)臺(tái)110選擇同一簽名并因此相信其報(bào)頭202已經(jīng)被接收。如果這些移動(dòng)臺(tái)110中的每一個(gè)都開(kāi)始發(fā)送其數(shù)據(jù)，結(jié)果將會(huì)是沖突，不可能正確接收任何數(shù)據(jù)。
為了減少發(fā)生這種情況的可能性，在發(fā)送確認(rèn)206之后緊跟著一個(gè)表示所請(qǐng)求的信道是閑的爭(zhēng)用裁決(contention resolution)階段。每個(gè)發(fā)送了用對(duì)應(yīng)于基站100確認(rèn)的簽名編碼的報(bào)頭202的移動(dòng)臺(tái)110，現(xiàn)在發(fā)送另外的爭(zhēng)用裁決報(bào)頭(CP)208。該報(bào)頭208用從另一組16個(gè)可能的簽名中隨機(jī)選擇的簽名來(lái)編碼。這個(gè)簽名組可與用于接入報(bào)頭202的簽名組不同(或者通過(guò)改變一組調(diào)制比特順序、置亂代碼、或信道化代碼)，或另外可以在接入和爭(zhēng)用裁決階段之間共享一組簽名?；?00然后發(fā)出與選擇的報(bào)頭208對(duì)應(yīng)的爭(zhēng)用裁決確認(rèn)(CA)210，例如以最高功率接收到的，確認(rèn)210使得移動(dòng)臺(tái)110可以發(fā)送其數(shù)據(jù)。因此，如果一個(gè)以上移動(dòng)臺(tái)110選擇同一接入報(bào)頭202，則還選擇同一爭(zhēng)用裁決報(bào)頭208的機(jī)會(huì)就小了。
在這個(gè)爭(zhēng)用裁決階段之后，基站100開(kāi)始發(fā)送物理控制信道(PCCH)212，它包括功率控制消息，以指示移動(dòng)臺(tái)110必要時(shí)調(diào)整其發(fā)送功率的，以及移動(dòng)臺(tái)110在分配的分組信道上發(fā)送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分組(PKT)214，通常是在與用于發(fā)送報(bào)頭的物理信道不同的物理信道上進(jìn)行發(fā)送的。PCCH 211可以與數(shù)據(jù)214的發(fā)送同時(shí)開(kāi)始，或比數(shù)據(jù)214的發(fā)送提前，使得在該數(shù)據(jù)發(fā)送之前足以建立閉環(huán)功率控制。
上述基本方案的一個(gè)具體問(wèn)題是移動(dòng)臺(tái)110可能被拒絕接入與其選擇的報(bào)頭簽名相對(duì)應(yīng)的分組信道，盡管其它合適的信道可用。這使得移動(dòng)臺(tái)110有可能將花費(fèi)大量時(shí)間等待信道變得可用，特別是在業(yè)務(wù)負(fù)載重的時(shí)候更是如此。
因此如果移動(dòng)臺(tái)110能在嘗試發(fā)送分組之前確定什么分組信道資源可用(如果有的話)，那將是有益的，還有助于選擇合適的報(bào)頭簽名。已知可完成此項(xiàng)功能的一種方法是移動(dòng)臺(tái)110監(jiān)視系統(tǒng)行為，例如在分組發(fā)送之前的一段持續(xù)時(shí)間內(nèi)監(jiān)聽(tīng)接入報(bào)頭202和確認(rèn)206。但是，這導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)110顯著的發(fā)送時(shí)延，而且消息可能不完全可靠(因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)110可能不能接收一個(gè)信元中發(fā)送的所有報(bào)頭202和確認(rèn)206)。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)系統(tǒng)示于圖3，其中基站100重復(fù)廣播分組信道的可用性(AV)消息302，后者通知移動(dòng)臺(tái)110現(xiàn)在可用的資源。在下行鏈路開(kāi)銷(xiāo)和延時(shí)之間合理的折中方法是每幀廣播所述可用性消息一次，因?yàn)檎麄€(gè)發(fā)送延遲由發(fā)送數(shù)據(jù)分組214的時(shí)間所支配，通常為幾幀。如果必要，該可用性消息302在沒(méi)有大的沖擊時(shí)可能以更小的頻度廣播。支持多達(dá)16個(gè)分組信道的系統(tǒng)要求每個(gè)可用性消息302要有16比特的狀態(tài)消息來(lái)分別表示每個(gè)信道的可用性。
除非有適合的資源可利用的指示，通過(guò)防止移動(dòng)臺(tái)110嘗試發(fā)送來(lái)減小干擾且使移動(dòng)臺(tái)110節(jié)省能源。這些修改將增加分組信道在高負(fù)載條件下的總吞吐量。
還可能在爭(zhēng)用裁決尾端進(jìn)行信道分配的系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。這樣的系統(tǒng)公開(kāi)在我們共同未決的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0000293.1中(我們參考號(hào)為PHGB000003)。在這樣的系統(tǒng)中，只需要表示特定比特率是否可用。例如，如果有六個(gè)可用的比特率(諸如60，120，240，480，960和1920千比特每秒)，則需要6個(gè)比特率來(lái)表示每一個(gè)的可用性。
還可以通過(guò)把0比特率加到上述組中且只廣播最大可用比特率來(lái)進(jìn)一步減少比特?cái)?shù)(0比特率表示沒(méi)有可用的資源)。然后，假定可以支持任何低于最大可用比特率的比特率，只需要3個(gè)三比。
通用移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)施例中的這個(gè)消息的一個(gè)特別方便的位置就是作為尋呼指示器信道(PICH)的一部分，該信道用來(lái)通知移動(dòng)臺(tái)110有一個(gè)等待它的消息。這種信道有每10毫秒幀發(fā)送300比特的能力，但尋呼指示器信道只需要288比特。每幀剩下的12比特可用來(lái)轉(zhuǎn)送可用性消息302。另外，所述可用性消息302也可以作為尋呼消息發(fā)送，或在具有與PICH相同的信道化代碼的另一個(gè)物理信道中發(fā)送，但只占用由PICH中未使用的比特留下來(lái)的空間，或作為具有類(lèi)似特性的任何其它信道的一部分。
如果可用性消息302作為PICH的一部分發(fā)送，則允許在尋呼指示比特和可用性比特之間的功率偏移是有用的。這樣可以允許這兩種消息服務(wù)要求的不同特性，以及每種消息具有不同程度的應(yīng)用的重復(fù)編碼的可能性。如果3比特可用性消息302用PICH的未使用的比特發(fā)送，則可使用4倍重復(fù)編碼。如果選擇了需要多于12比特的可用性消息302的格式，則消息有可被分開(kāi)，例如通過(guò)兩幀。
通用移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)施例中的另一個(gè)可能位置是在捕獲表示器信道(AICHAcquisition Indicator Channel)的未使用空間，或可能作為同一信道的一部分。這個(gè)信道通過(guò)兩幀(20ms)發(fā)送300個(gè)符號(hào)，但是60個(gè)符號(hào)沒(méi)使用(15組4個(gè)符號(hào)的組，)。這樣，可用性消息就能以合適的重復(fù)編碼分布到一幀或兩幀中(基于消息中的比特?cái)?shù))。
最好定期發(fā)送可用性消息302。在某些情況下，確切的規(guī)律性是不可能的。例如，如果可用性消息302中的比特?cái)?shù)在所要求的發(fā)送期間不是確切的次多(sub-multiple)的可用比特?cái)?shù)，則可能需要一些特別的量度。有些比特可能留著未用。另一種可能性是動(dòng)態(tài)改變應(yīng)用于可用性消息302的重復(fù)數(shù)量，這可能導(dǎo)致可用性消息的發(fā)送之間的間隔變化。還有另一種可能性是所述消息的不同部分可有不同的重復(fù)因數(shù)，以允許填充發(fā)送間隔。
基站100可通知移動(dòng)臺(tái)110有關(guān)可用性消息302的功率電平，以助于更可靠的檢測(cè)。這樣的消息可以在普通廣播信道(BCHcommon broadcast channel)上發(fā)送。相對(duì)于諸如普通導(dǎo)頻信道(CPICHcommon pilot channel)的一些其它下行鏈路，可以指定功率電平。
圖4示出了概述按照本發(fā)明的基站100廣播可用性消息302的方法的流程圖。在步驟402，當(dāng)基站100啟動(dòng)隨機(jī)接入分組信道時(shí)，這種方法開(kāi)始。在步驟404，基站100決定哪個(gè)潛在可用的分組信道是未使用。在步驟406，基站100從該消息確定移動(dòng)臺(tái)100在隨機(jī)接入分組信道上傳送數(shù)據(jù)的可用最高比特率?；?00然后使用這個(gè)消息來(lái)形成可用性消息302，在步驟410發(fā)送該消息。接著重復(fù)步驟404到410，通常每幀一次。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)特有優(yōu)點(diǎn)在于，基站100有只在信道被請(qǐng)求時(shí)把比特率分配到信道的靈活性，而不是預(yù)先把比特率分配到信道，期望該分配可以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要。即使容量目前可用，如果其它目的需要這個(gè)容量，基站100可限制可用性消息302所表示的比特率。
如前面提到的在FDD系統(tǒng)中的其應(yīng)用一樣，本發(fā)明可以在其它類(lèi)型的通信系統(tǒng)中應(yīng)用。例如，它可以在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)使用，前提是上行鏈路的發(fā)送與下行鏈路的發(fā)送在不同的時(shí)隙中進(jìn)行。
上述的實(shí)施例涉及分組傳輸。但是，同樣的原理同樣可以應(yīng)用到建立電路傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。
通過(guò)閱讀本發(fā)明公開(kāi)，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其它的修改是很明顯的。這樣的修改可能包括在設(shè)計(jì)、制造和無(wú)線電通信系統(tǒng)以及其部件的應(yīng)用中的其它已知的特征，并且這些特征可以用來(lái)替代或補(bǔ)充在此已經(jīng)描述過(guò)的特征。盡管本應(yīng)用中已針對(duì)特征的特定結(jié)合系統(tǒng)地闡述了權(quán)利要求，但應(yīng)該指出，本發(fā)明的公開(kāi)的范圍還包括在此明確地或含蓄地公開(kāi)的任何新穎特征、或特征的任何新穎結(jié)合、或其任何推廣，不論它是否涉及與目前在任何權(quán)利要求中所要求的相同的發(fā)明以及不管它是否緩解任何或所有與本發(fā)明緩解的相同的技術(shù)問(wèn)題。申請(qǐng)人特此指出，在進(jìn)行本申請(qǐng)或由本申請(qǐng)派生的任何其它申請(qǐng)期間，可能對(duì)這些特征和/或特征的結(jié)合闡明新的權(quán)利要求。
在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，在部件之前的“一”并不排除多個(gè)該部件的出現(xiàn)。此外，詞語(yǔ)“包括”并不排除出現(xiàn)其它部件或步驟。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明適用于無(wú)線電通信系統(tǒng)的范圍，例如通用移動(dòng)通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種主站，用于具有把數(shù)據(jù)從次站傳送到所述主站的隨機(jī)接入信道的無(wú)線電通信系統(tǒng)，所述主站具有傳送表示隨機(jī)接入信道資源的可用性的隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息的裝置。
2.權(quán)利要求1中所要求的主站，其特征在于，提供有在尋呼指示器信道或獲取表示器信道的未使用比特期間傳送所述隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息的裝置，其中利用與所述信道相同的信道化代碼。
3.權(quán)利要求2中所要求的主站，其特征在于提供有用于按照3比特字的形式產(chǎn)生所述隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息的裝置。
4.權(quán)利要求3中所要求的主站，其特征在于提供有用于使用4倍重復(fù)代碼來(lái)對(duì)所述隨機(jī)接入信道狀態(tài)消息進(jìn)行編碼的裝置。
5.權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所要求的主站，其特征在于提供有用于響應(yīng)次站發(fā)出的資源請(qǐng)求而動(dòng)態(tài)地為隨機(jī)接入信道分配比特率的裝置。
全文摘要
無(wú)線電通信系統(tǒng)具有把數(shù)據(jù)(214)從次站傳送到主站的隨機(jī)接入信道。在這樣的信道實(shí)際上沒(méi)有進(jìn)行呼叫時(shí)，具有數(shù)據(jù)分組(214)的次站用這樣的信道在主站向主站傳送數(shù)據(jù)。已知的該類(lèi)型系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題在于請(qǐng)求進(jìn)入的次站還指定它希望接入眾多信道中的哪一個(gè)。如果那個(gè)信道忙，則被拒絕接入，即使有其它合適的信道可用。在本系統(tǒng)中，主站每幀傳送一個(gè)隨機(jī)接入信道的可用性(AV)信息(302)來(lái)通知次站有關(guān)目前可利用的資源。因此，次站可以選擇一個(gè)已知的空閑信道。如果無(wú)信道可用，次站可避免浪費(fèi)的接入嘗試。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1561139SQ20041004897
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2000年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月3日
發(fā)明者T·J·穆斯利, B·亨特, T J 穆斯利 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司