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訪問(wèn)信道時(shí)隙共享的制作方法

文檔序號(hào):7581002閱讀:182來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:訪問(wèn)信道時(shí)隙共享的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及多個(gè)訪問(wèn)、擴(kuò)展頻譜、通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。具體地說(shuō),本發(fā)明涉及增加在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中的用戶訪問(wèn)容量。
相關(guān)技術(shù)已發(fā)展用于在大量系統(tǒng)用戶之間傳遞信息的多種多訪問(wèn)通信系統(tǒng)和技術(shù)。然而,諸如那些在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中用到的擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)提供優(yōu)于其他調(diào)制方案的明顯優(yōu)點(diǎn),特別是當(dāng)為大量通信系統(tǒng)用戶提供業(yè)務(wù)時(shí)。在美國(guó)專利號(hào)4,901/307(1990年2月13日頒布,發(fā)明名稱為“運(yùn)用衛(wèi)星或地面中繼站擴(kuò)展頻譜多訪問(wèn)通信系統(tǒng)”)和美國(guó)專利號(hào)5,691,974(1997年11月25日頒布,發(fā)明名稱為“在用于跟蹤各接受器(recipient)相位時(shí)間和能量的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中運(yùn)用全頻譜發(fā)送功率的方法和裝置”)說(shuō)明中描述了這種技術(shù),其中作為參考資料在此引入上述兩項(xiàng)專利。
上述專利揭示了多訪問(wèn)通信系統(tǒng),其中大量一般移動(dòng)或遠(yuǎn)程系統(tǒng)用戶中的每個(gè)用戶都可至少使用一個(gè)收發(fā)機(jī)來(lái)于其他系統(tǒng)用戶或諸如公共電話交換網(wǎng)的其他連接系統(tǒng)的用戶進(jìn)行通信。收發(fā)機(jī)通過(guò)信關(guān)和衛(wèi)星或地面基站(有時(shí)稱為區(qū)站或小區(qū))進(jìn)行通信。
基站覆蓋小區(qū),同時(shí)衛(wèi)星在地球表面上具有波束射到的覆蓋區(qū)(footpriht)(也被稱為“點(diǎn)(spot)”)。在任一種系統(tǒng)中,通過(guò)分成扇區(qū)或子劃分,可以獲得容量增益,同時(shí)覆蓋地理區(qū)域。通過(guò)在基站運(yùn)用定向天線,可將小區(qū)分成“扇區(qū)”。類似地,通過(guò)運(yùn)用波束形成天線系統(tǒng),可將衛(wèi)星的覆蓋區(qū)按地理分成“波束(beam)”??蓪⒂糜谧觿澐指采w區(qū)的這些技術(shù)看作是運(yùn)用相關(guān)天線定向性或空間劃分多路復(fù)用,產(chǎn)生隔離。此外,假設(shè)存在可用帶寬,通過(guò)運(yùn)用頻分復(fù)用(FDM),可向多個(gè)CDMA信道分配每個(gè)這樣的子劃分,或者扇區(qū)或者波束。在衛(wèi)星系統(tǒng)中,將每個(gè)CDMA信道稱為“子波束”,因?yàn)槊總€(gè)“波束”可能存在幾個(gè)這樣的“子波束”。
在采用CDMA的通信系統(tǒng)中,用分開(kāi)的鏈路來(lái)向(從)信關(guān)或基站發(fā)送通信信號(hào)。前向鏈路是指基站或信關(guān)-至-用戶終端通信鏈路,在信關(guān)或基站始發(fā)通信信號(hào),并發(fā)送到系統(tǒng)用戶或用戶。反向鏈路是指用戶終端-至-信關(guān)或-基站通信鏈路,在用戶終端始發(fā)通信信號(hào)并發(fā)送到信關(guān)或基站。
反向鏈路至少包括兩個(gè)分開(kāi)的信道訪問(wèn)信道和反向話務(wù)信道。一般,在通信系統(tǒng)中存在幾個(gè)訪問(wèn)信道和反向鏈路話務(wù)信道。由一個(gè)或多個(gè)用戶終端使用訪問(wèn)信道,在時(shí)間上分開(kāi),來(lái)始發(fā)或響應(yīng)于來(lái)自信關(guān)或基站通信。把每個(gè)這樣的通信處理稱為訪問(wèn)信號(hào)發(fā)送或“訪問(wèn)探詢(probe)”。反向話務(wù)信道用于在“呼叫”或通信鏈路建立期間,發(fā)送把用戶和信令信息或數(shù)據(jù)從用戶終端發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)信關(guān)或基站。在電信工業(yè)協(xié)會(huì)IS-95標(biāo)準(zhǔn)中更加詳細(xì)地示出用于訪問(wèn)信道、消息和呼叫的一種結(jié)構(gòu)或協(xié)議(名為“用于雙模式寬帶擴(kuò)展頻譜蜂窩狀系統(tǒng)的移動(dòng)站-基站兼容性標(biāo)準(zhǔn)”,作為參考資料在此引入)。
在典型的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中,在調(diào)制成載波以作為通信信號(hào)發(fā)送之前,用一個(gè)或多個(gè)預(yù)選偽隨機(jī)噪聲(PN)碼序列在預(yù)定頻譜帶(spectral band)上調(diào)制或“擴(kuò)展”用戶信息信號(hào)。PN擴(kuò)展,在現(xiàn)有技術(shù)中已知的一種擴(kuò)展頻譜發(fā)送方法,產(chǎn)生用于發(fā)送的信號(hào),它具有甚大于數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬。在基站-或信關(guān)-至-用戶終端通信鏈路中,PN擴(kuò)展碼或二進(jìn)制序列用來(lái)在由不同基站發(fā)送或在不同波束上發(fā)送的信號(hào),以及在多路徑信號(hào)之間進(jìn)行區(qū)分。一般由在給定小區(qū)或子波束內(nèi)的所有通信信號(hào)共享這些碼。在一些通信系統(tǒng)中,在反向鏈路中用到相同PN擴(kuò)展碼組,用于反向話務(wù)信道和訪問(wèn)信道。在其他提到的通信系統(tǒng)中,前向鏈路和反向鏈路用不同的PN擴(kuò)展碼組。
一般,用一對(duì)偽噪聲(PN)碼序列來(lái)調(diào)制或“擴(kuò)展”信息信號(hào),完成PN擴(kuò)展。典型地,在通常被稱為正交移相鍵控(QPSK)技術(shù)中,用一個(gè)PN碼序列來(lái)調(diào)制同相(I)信道,同時(shí)用另一個(gè)PN碼序列來(lái)調(diào)制正交相位(Q)信道。在載波信號(hào)調(diào)制信息信號(hào)之前,發(fā)生PN擴(kuò)展,而且在前向鏈路上將它從信關(guān)或基站發(fā)送到用戶終端作為通信信號(hào)。因?yàn)楫?dāng)與由通信系統(tǒng)所用到的其他PN碼相比較時(shí),它們相對(duì)“較短”,所以還把PN擴(kuò)展碼稱為短PN碼。一般,由前向和反向鏈路話務(wù)相對(duì)共享相同PN擴(kuò)展碼組,而且如上所述,將另一組PN擴(kuò)展碼用作訪問(wèn)信道。
特定的通信系統(tǒng)可用短PN碼的幾種長(zhǎng)度,這依賴于是否正在使用前向鏈路或反向鏈路信道。在前向鏈路中,諸如在衛(wèi)星系統(tǒng)中,短PN碼一般具有從210到215碼片的長(zhǎng)度。用這些短PN碼來(lái)在諸如信關(guān)、衛(wèi)星和基站一類的多種信號(hào)源之間進(jìn)行區(qū)分。此外,用在給定的短PN碼內(nèi)的定時(shí)偏置來(lái)在特定衛(wèi)星波束之間或地面系統(tǒng)中的小區(qū)和扇區(qū)之間進(jìn)行區(qū)分。
在提到的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,在反向鏈路中用到的短PN碼具有大約為28碼片的長(zhǎng)度。這些短PN碼用來(lái)使信關(guān)或基站接收機(jī)快速找到嘗試訪問(wèn)通信系統(tǒng)的用戶終端,而沒(méi)有與在前向鏈路中用到的“更長(zhǎng)”短PN碼相關(guān)的復(fù)雜度。出于討論的目的,“短PN碼”是指在反向鏈路中用到的這些短PN碼序列(28)。
用被稱為信道化碼(channelizing code)的另一種PN碼序列來(lái)區(qū)分由在小區(qū)或子波束內(nèi)的不同用戶終端在反向鏈路上發(fā)送的通信信號(hào)。因?yàn)楫?dāng)與由通信系統(tǒng)所用到的其他PN碼相比較時(shí),它們相對(duì)“較長(zhǎng)”,所以還把PN信道化碼稱為長(zhǎng)碼。長(zhǎng)PN碼一般具有大約為242碼片的長(zhǎng)度,但是如需要的化可以更短或被屏蔽(mask)。一般,在由短PN碼調(diào)制之前,由長(zhǎng)PN碼調(diào)制訪問(wèn)消息,然后作為訪問(wèn)探詢或信號(hào)發(fā)送到信關(guān)或基站。然而,可在調(diào)制或擴(kuò)展訪問(wèn)消息之前,組合短PN碼和長(zhǎng)PN碼。
當(dāng)在信關(guān)或基站處的接收機(jī)接收訪問(wèn)探詢時(shí),接收機(jī)必須對(duì)訪問(wèn)探詢進(jìn)行去擴(kuò)展來(lái)獲得訪問(wèn)消息。通過(guò)關(guān)于用哪些長(zhǎng)PN碼和短PN碼對(duì)來(lái)調(diào)制訪問(wèn)消息來(lái)形成假設(shè)、或者預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)它。產(chǎn)生在給定假設(shè)和訪問(wèn)探詢之間的相關(guān)性,來(lái)確定哪些假定是對(duì)于訪問(wèn)探詢的最佳評(píng)估。選擇產(chǎn)生一般關(guān)于預(yù)定門限的最大相關(guān)性的假設(shè),作為最可能碼和定時(shí)匹配的假設(shè)。一旦確定所選的假設(shè),用所選假設(shè)對(duì)訪問(wèn)探詢進(jìn)行去擴(kuò)展,以獲得訪問(wèn)消息。
在具有多個(gè)用戶的通信系統(tǒng)中,可能有多于一個(gè)訪問(wèn)探詢同時(shí)或者在檢測(cè)到信號(hào)的預(yù)選時(shí)間期間內(nèi),到達(dá)信關(guān)或基站。在這發(fā)生時(shí),訪問(wèn)探詢可能沖突或相互干擾,使得它們不能被信關(guān)或基站識(shí)別。避免這種沖突的一種方法是運(yùn)用中央控制訪問(wèn)技術(shù),其中通信系統(tǒng)調(diào)度用戶終端訪問(wèn)探詢發(fā)送。這種技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是大量的訪問(wèn)信道帶寬被這種調(diào)度機(jī)構(gòu)所消耗。
用來(lái)避免這種沖突的另一種技術(shù)是時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù),諸如“時(shí)隙ALOHA”技術(shù)。在時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)中,規(guī)則系統(tǒng)寬定時(shí)結(jié)構(gòu)建立可行發(fā)送或接收時(shí)間。一般將訪問(wèn)信道分成一系列固定長(zhǎng)度幀或者“時(shí)隙”或窗口,每個(gè)具有相同固定持續(xù)時(shí)間,用于接收消耗的時(shí)隙。一般將訪問(wèn)信號(hào)構(gòu)成為“數(shù)據(jù)包”,它包括前置和消息部分,必須到達(dá)所需的時(shí)隙的開(kāi)始部分。用戶終端根據(jù)它自己的判斷力進(jìn)行發(fā)送,但是驅(qū)使它在單個(gè)時(shí)隙的邊界內(nèi)發(fā)送來(lái)接收消息。在訪問(wèn)信道上用這種技術(shù)大大減小了來(lái)自不同用戶的訪問(wèn)探詢?cè)谛抨P(guān)或基站沖突的可能性。
不幸的是,時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)還導(dǎo)致在訪問(wèn)信道上大量不被使用的時(shí)間。由于必須在單個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送訪問(wèn)探詢,所以必須選擇時(shí)隙持續(xù)時(shí)間超出最長(zhǎng)可能訪問(wèn)探詢的持續(xù)時(shí)間。由于所有時(shí)隙都持續(xù)相同時(shí)間,所以對(duì)于除了最長(zhǎng)的訪問(wèn)探詢之外的所有訪問(wèn)探詢,時(shí)隙將有部分為空。結(jié)果是在訪問(wèn)信道上浪費(fèi)大量帶寬,減小訪問(wèn)信道的用戶容量。
不能在特定幀期間獲得訪問(wèn)探詢導(dǎo)致希望訪問(wèn)的發(fā)射機(jī)必須重新發(fā)送訪問(wèn)探詢,以允許接收機(jī)在下一個(gè)幀內(nèi)再次檢測(cè)探詢。一起到達(dá)的多個(gè)訪問(wèn)信號(hào)“沖突”,而且不能捕獲到它們,在這兩種情況下都需要重新發(fā)送。在任一種情況下,當(dāng)初始蠶絲試辦時(shí),下一個(gè)訪問(wèn)發(fā)送時(shí)間基于等于最小時(shí)隙長(zhǎng)度的延遲時(shí)間,而且一般基于隨機(jī)數(shù)量的時(shí)隙或幀。因此,在再次重新發(fā)送和接收之前,經(jīng)過(guò)大量時(shí)間。在探詢捕獲過(guò)程中的延遲長(zhǎng)度增加達(dá)在接收機(jī)中的復(fù)位捕獲電路(reset acquisition circuit)中的任一延遲,以掃描各種假設(shè),而且增加在如上所述的首先要捕獲的其他探詢中的任一延遲。最終,訪問(wèn)探詢不再,至少不在實(shí)際時(shí)限內(nèi),能夠被捕獲,如果不解決定時(shí)不確定的問(wèn)題的話。
所需的是用于增加在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中的時(shí)限隨機(jī)訪問(wèn)信道上的用戶容量的系統(tǒng)和方法。較佳的是,該技術(shù)允許以最小延遲和有效地接收訪問(wèn)探詢。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種用于通過(guò)運(yùn)用多部分訪問(wèn)探詢,增加在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道上的用戶容量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還具有在初始訪問(wèn)失敗后減小獲得訪問(wèn)的延遲的優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)用于在至少一個(gè)訪問(wèn)信道上發(fā)送多個(gè)訪問(wèn)信號(hào)的方法和裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,其中每個(gè)訪問(wèn)信號(hào)包括前置和消息部分,其中前置部分具有第一和第二級(jí)。訪問(wèn)探詢前置不包含消息信息,但是包括空數(shù)據(jù)。
通過(guò)用第一信號(hào)調(diào)制前置部分的第一級(jí)和第二級(jí)、用第二信號(hào)調(diào)制前置部分的第二級(jí);和用所述第一和所述第二信號(hào)調(diào)制該消息,產(chǎn)生訪問(wèn)信號(hào)。于是,以第一級(jí)和第二級(jí)的形式以及消息的形式發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)。于是,可以在訪問(wèn)信號(hào)劃分(divided)時(shí)隙上發(fā)送和接收已形成的訪問(wèn)信號(hào),從而前置部分落在多個(gè)預(yù)選時(shí)隙的一個(gè)內(nèi)。結(jié)果是當(dāng)及時(shí)發(fā)送多于一個(gè)的訪問(wèn)信號(hào),從而第二級(jí)或消息部分重疊一個(gè)或多個(gè)其他發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)的第一級(jí)時(shí),仍然可捕獲它。
在較佳所述實(shí)施例中,可以在分成信號(hào)接收時(shí)隙的訪問(wèn)信道上發(fā)送和接收訪問(wèn)信號(hào),其中上述信號(hào)接收時(shí)隙的長(zhǎng)度基本上與所述第一級(jí)相同。另一方面,可以在分成信號(hào)接收時(shí)隙的多個(gè)訪問(wèn)信道上接收訪問(wèn)信號(hào),其中上述信號(hào)接收時(shí)隙相互時(shí)間偏差達(dá)長(zhǎng)度基本上等于所述第一級(jí)的期間。
最好通過(guò)首先用短PN序列調(diào)制或擴(kuò)展訪問(wèn)信號(hào),來(lái)形成訪問(wèn)探詢的第一部分,其中上述短PN序列還用來(lái)擴(kuò)展第二部分。在較佳實(shí)施例中,短PN序列是一對(duì)正交短PN序列。一般運(yùn)用用于發(fā)送具有第一和第二PN碼調(diào)制器、數(shù)據(jù)調(diào)制器和發(fā)射機(jī)的多部分訪問(wèn)探詢的裝置完成這種擴(kuò)展。
第一PN碼調(diào)制器用所需短PN序列擴(kuò)展訪問(wèn)探詢的第一和第二部分,同時(shí)第二PN碼調(diào)制器用長(zhǎng)PN序列擴(kuò)展訪問(wèn)探詢的第二部分。數(shù)據(jù)調(diào)制器利用訪問(wèn)消息調(diào)制第二部分。于是,發(fā)射機(jī)發(fā)送訪問(wèn)探詢,從而第一部分落在一個(gè)訪問(wèn)信道時(shí)隙內(nèi)。
用于接收多部分訪問(wèn)探詢的裝置包括多個(gè)解調(diào)器和搜索器接收機(jī)。搜索器接收機(jī)捕獲訪問(wèn)探詢的第一部分,把對(duì)探詢的進(jìn)一步處理,即,第二部分,傳遞到一個(gè)解調(diào)器。搜索器接收機(jī)可以捕獲另一個(gè)訪問(wèn)探詢的第一部分,同時(shí)解調(diào)器解調(diào)第一訪問(wèn)探詢的第二部分。可以重復(fù)該處理過(guò)程,捕獲和傳送(hand-off)如在任一給定時(shí)間間隔內(nèi)可接收、解調(diào)和捕獲的那么多的訪問(wèn)探詢。


參照下列附圖,描述本發(fā)明,其中相同標(biāo)號(hào)表示相同或功能相似的元件,并且標(biāo)號(hào)的最左邊數(shù)字表示該標(biāo)號(hào)首先出現(xiàn)的附圖。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成并操作的示例無(wú)線通信系統(tǒng)。
圖2示出在圖1的通信系統(tǒng)中的信關(guān)和用戶終端之間用到的通信鏈路的示例實(shí)施方法。
圖3更詳細(xì)示出訪問(wèn)信道的結(jié)構(gòu)。
圖4是表示用于在傳統(tǒng)時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道中的訪問(wèn)探詢的典型定時(shí)結(jié)構(gòu)的時(shí)序圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道中的訪問(wèn)探詢的時(shí)序圖。
圖6示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生訪問(wèn)探詢的協(xié)議。
圖7是示出用來(lái)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例發(fā)送訪問(wèn)探詢的示例訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)的方框圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)的操作的流程圖。
圖9是示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例接收訪問(wèn)探詢的示例訪問(wèn)信道接收機(jī)的方框圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明是一種用于通過(guò)使用多部分訪問(wèn)探詢來(lái)增加在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道上的用戶容量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還減小重新發(fā)送不成功訪問(wèn)探詢或信號(hào)中的延遲。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,從用戶終端把訪問(wèn)探詢發(fā)送到信關(guān)或基站。
雖然關(guān)于特定實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明,但是可進(jìn)行各種修正,而不偏離本發(fā)明的范圍。例如,本發(fā)明同樣可適于除了用多個(gè)PN碼序列擴(kuò)展的訪問(wèn)信道發(fā)送之外的發(fā)送。此外,本發(fā)明的通信信道不局限于所述空間鏈路,而且可用于有線、光纖電纜等等。
在典型的CDMA通信系統(tǒng)中,在預(yù)限定地理區(qū)域內(nèi)的基站或小區(qū)運(yùn)用幾個(gè)擴(kuò)展頻譜調(diào)制解調(diào)器或發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊,來(lái)處理用于在業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)用戶的通信信號(hào)。每個(gè)接收機(jī)模塊一般用數(shù)字?jǐn)U展頻譜數(shù)據(jù)接收機(jī)和至少一個(gè)搜索器接收機(jī),以及相關(guān)解調(diào)器,等等。在典型的操作過(guò)程中,向用戶終端分配在基站中的特定發(fā)射機(jī)模塊和特定接收機(jī)模塊或單個(gè)調(diào)制解調(diào)器,來(lái)容納在基站和用戶終端之間的通信信號(hào)的傳遞。在一些情況下,可用多個(gè)接收機(jī)模塊或調(diào)制解調(diào)器來(lái)容納分集信號(hào)處理。
對(duì)于運(yùn)用衛(wèi)星的通信系統(tǒng),一般將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊設(shè)置在被稱為信關(guān)的基站中,其中上述信關(guān)通過(guò)衛(wèi)星傳遞通信信號(hào)來(lái)于系統(tǒng)用戶進(jìn)行通信。此外,還有與衛(wèi)星或信關(guān)進(jìn)行通信的其他相關(guān)控制中心來(lái)保持系統(tǒng)寬話務(wù)控制和信號(hào)同步。
I.系統(tǒng)概述圖1示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成和操作的無(wú)線通信系統(tǒng)的例子。通信系統(tǒng)100利用控制擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)來(lái)于用戶終端(示為終端126和128)進(jìn)行通信。在地面系統(tǒng)中,通信系統(tǒng)100運(yùn)用基站(示為基站114和116)與移動(dòng)站或用戶終端126和128進(jìn)行通信。在大城市中的蜂窩狀電話類系統(tǒng)可具有幾百個(gè)基站114和116來(lái)對(duì)幾千個(gè)用戶終端126和128提供業(yè)務(wù)。
在基于衛(wèi)星的系統(tǒng)中,通信系統(tǒng)100采用衛(wèi)星中繼站(示為衛(wèi)星118和120)和系統(tǒng)信關(guān)(示為信關(guān)122和124)來(lái)與用戶終端126和128進(jìn)行通信。信關(guān)122和124通過(guò)衛(wèi)星118和120把通信信號(hào)發(fā)送到用戶終端126和128。基于衛(wèi)星的系統(tǒng)一般用較少的衛(wèi)星中繼站以在比可比較的地面系統(tǒng)更大的地理區(qū)域上對(duì)更多用戶提供業(yè)務(wù)。
移動(dòng)站或用戶終端126和128都具有或包括無(wú)線通信裝置,諸如(但不局限于)蜂窩狀電話、數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)或傳遞裝置(例如,計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù)助手(assistant)、傳真)。一般,根據(jù)需要,這樣的單元是手持或者安裝在車輛中。雖然描述這些用戶終端是移動(dòng)的,但是應(yīng)理解本發(fā)明的內(nèi)容可用于固定單元或需要遠(yuǎn)程無(wú)線業(yè)務(wù)的其他類型的終端。后者業(yè)務(wù)一般適于用衛(wèi)星中繼站來(lái)在世界上的多個(gè)遠(yuǎn)程區(qū)域中建立通信鏈路。根據(jù)喜好,有時(shí)還將用戶終端稱為在一些通信系統(tǒng)中的用戶單元、移動(dòng)單元、移動(dòng)站或簡(jiǎn)單地“用戶”、“移動(dòng)”或“訂戶(subscriber)”。
在上述美國(guó)專利號(hào)5,691,974號(hào)和美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)08/627,830(發(fā)明名稱為“對(duì)于低地球軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度控制”)和08/723,725號(hào)(發(fā)明名稱為“運(yùn)用兩個(gè)低地球軌道衛(wèi)星的明確位置確定”)中揭示了示例用戶終端,上述專利申請(qǐng)作為參考資料在此引入。
考慮到衛(wèi)星118和120提供在“點(diǎn)”內(nèi)的多個(gè)波束來(lái)覆蓋通常分開(kāi)的非重疊地理區(qū)域。一般,在不同頻率的多個(gè)波束(同樣被稱為CDMA信道、“子波束”或FDM信號(hào)、頻率隙(frequency slot)或信道)用于重疊相同的區(qū)域。然而,容易理解的是對(duì)于不同衛(wèi)星的波束覆蓋和業(yè)務(wù)區(qū)域,或者對(duì)于地面區(qū)站的天線方向圖,可以在給定區(qū)域中完全或部分重疊,這依賴于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和所提供的業(yè)務(wù)種類,而且還可在這些通信區(qū)域或裝置中的任一區(qū)域或裝置之間獲得空間分集。例如,每個(gè)都可在不同頻率下,向具有不同特性的不同用戶組提供業(yè)務(wù),或者給定的移動(dòng)單元可用多個(gè)頻率和/或多個(gè)業(yè)務(wù)提供者,其中每個(gè)頻率和/或每個(gè)業(yè)務(wù)提供者都重疊地理覆蓋區(qū)。
如圖1所示,通信系統(tǒng)100一般用系統(tǒng)控制器和交換網(wǎng)絡(luò),還稱為在地面系統(tǒng)中的移動(dòng)電話交換局(MTSO)112,或?qū)τ谛l(wèi)星系統(tǒng)的(地面)命令和控制中心(GOCC),它們正與衛(wèi)星進(jìn)行通信。這種控制器一般包括接口和處理電路,用于對(duì)基站114和116或信關(guān)122和124在某些操作中(包括PN碼產(chǎn)生、分配和定時(shí))提供系統(tǒng)寬控制??刂破?12還控制在公共交換電話網(wǎng)(PSTN)以及基站114和116或信關(guān)122和124,和用戶終端126和128之間的通信鏈路或電話呼叫的路由選擇。然而,PSTN接口一般形成每個(gè)信關(guān)部分,用于直接連接到這種通信網(wǎng)絡(luò)或鏈路。
可運(yùn)用已知技術(shù)(諸如,但不局限于,專用電話線、光纖鏈路和微波或?qū)S眯l(wèi)星通信鏈路),建立控制器122耦合到多個(gè)系統(tǒng)基站114和116或信關(guān)122和124的通信鏈路。
雖然圖1中只示出兩個(gè)衛(wèi)星,但是通信系統(tǒng)一般采用多個(gè)衛(wèi)星118和120來(lái)穿越不同的軌道平面。已提出多種多衛(wèi)星通信系統(tǒng),它們包括那些運(yùn)用向大量用戶終端提供業(yè)務(wù)的低地球軌道(LEO)衛(wèi)星的星座圖。然而,熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員容易地理解如何將本發(fā)明的內(nèi)容用于多種地面和衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
在圖1中,用于在基站114和116以及用戶終端126和128之間的通信鏈路的一些可行信號(hào)路徑示為線130、132、134和136。在這些線上的箭頭示出對(duì)于該鏈路的示例信號(hào)方向,或者前向鏈路或者反向鏈路,而且只為了說(shuō)明清楚,而不是局限于實(shí)際信號(hào)形式。
以類似的方法,將對(duì)于在信關(guān)122和124、衛(wèi)星中繼站118和120以及用戶終端126和128之間的通信鏈路的信號(hào)路徑,對(duì)于網(wǎng)關(guān)一至一衛(wèi)星鏈路示為線146、148、150和150,對(duì)于衛(wèi)星-至-用戶鏈路示為線140、142和144。在一些結(jié)構(gòu)中,建立直接衛(wèi)星-至-衛(wèi)星鏈路(由線154所示)是可行和理想的。
對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員顯而易見(jiàn)的是,本發(fā)明適于基于地面的系統(tǒng)或基于衛(wèi)星的系統(tǒng)。于是,為了說(shuō)明清楚,此后將信關(guān)122和124以及基站114和116集中稱為信關(guān)122。有時(shí)在現(xiàn)有技術(shù)中可交替地使用術(shù)語(yǔ)基站和信關(guān),而信關(guān)被認(rèn)為是通過(guò)衛(wèi)星的直接通信的專用基站。同樣,衛(wèi)星118和120可集中稱為衛(wèi)星118,而用戶終端126和128可集中被稱為用戶終端126。
II.通信鏈路圖2示出在通信系統(tǒng)100中的信關(guān)122和用戶終端126之間所用到的通信鏈路的示例實(shí)施。在通信系統(tǒng)100中用兩個(gè)鏈路來(lái)促進(jìn)在信關(guān)122和用戶終端126之間的通信信號(hào)的傳遞。這些鏈路被稱為前向鏈路210和反向鏈路220。前向鏈路210處理從信關(guān)122發(fā)送到用戶終端126的發(fā)送信號(hào)215。反向鏈路220處理從用戶終端126發(fā)送到信關(guān)122的發(fā)送信號(hào)225。
前向鏈路210包括前向鏈路發(fā)射機(jī)212和前向鏈路接收機(jī)218。在一個(gè)實(shí)施例中,根據(jù)如在上述引用的專利中所解釋的已知的CDMA通信技術(shù),在信關(guān)122中實(shí)施前向鏈路發(fā)射機(jī)212。在一個(gè)實(shí)施例中,根據(jù)在上述引用的專利中所揭示的已知的CDMA通信技術(shù),在用戶終端126中實(shí)施前向鏈路接收機(jī)218。
反向鏈路220包括反向鏈路發(fā)射機(jī)222和反向鏈路接收機(jī)228。在一個(gè)實(shí)施例中,在用戶終端126中實(shí)施反向鏈路發(fā)射機(jī)222。在一個(gè)實(shí)施例中,在信關(guān)126中實(shí)施反向鏈路接收機(jī)228。
如上所述,反向鏈路220運(yùn)用至少兩個(gè)信道,包括一個(gè)或多個(gè)訪問(wèn)信道和一個(gè)或多個(gè)反向話務(wù)信道。由分開(kāi)的接收機(jī)或以不同模式操作的相同接收機(jī)實(shí)施這些信道。如上所述,用戶終端126用訪問(wèn)信道來(lái)啟動(dòng)或響應(yīng)與信關(guān)122的通信。對(duì)于每個(gè)現(xiàn)行(active)用戶,在任一給定時(shí)間內(nèi)需要分開(kāi)的訪問(wèn)信道。特別是,由幾個(gè)用戶終端126時(shí)間共享訪問(wèn)信道,同時(shí)將來(lái)自每個(gè)現(xiàn)行用戶的傳輸時(shí)間上相互分開(kāi)。下面,進(jìn)一步詳細(xì)描述訪問(wèn)信道的結(jié)構(gòu)和信號(hào)。
系統(tǒng)可用多于一個(gè)的訪問(wèn)信道,這依賴于已知因素,諸如信關(guān)復(fù)雜度的所需等級(jí)和訪問(wèn)定時(shí)。在較佳實(shí)施例中,每頻率使用1至8個(gè)訪問(wèn)信道。在較佳實(shí)施例中,在反向話務(wù)信道和訪問(wèn)信道之間使用不同的PN擴(kuò)展碼組。此外,訪問(wèn)信道可使用非常短的PN碼,從唯一碼組(或代碼發(fā)生器)選出,通過(guò)通信系統(tǒng)100分配只供訪問(wèn)信道使用。這后一項(xiàng)技術(shù)在存在信號(hào)延長(zhǎng)和多普勒及其他已知效應(yīng)的情況下,為在信關(guān)處快速捕獲訪問(wèn)信號(hào)提供非常有效的機(jī)構(gòu)。
III.訪問(wèn)信道圖3更詳細(xì)地示出訪問(wèn)信道300。訪問(wèn)信道300包括訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310、訪問(wèn)信道接收機(jī)320和訪問(wèn)信號(hào)或探詢330。訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310可包括在如上所述的反向鏈路發(fā)射機(jī)322中。訪問(wèn)信道接收機(jī)320可包括在如上所述的反向鏈路接收機(jī)328。
訪問(wèn)信道300用于短信令消息交換,包括呼叫始發(fā)、響應(yīng)尋呼和從用戶終端126始發(fā)和最終到信關(guān)122的登記。為了使用戶終端126始發(fā)或響應(yīng)在訪問(wèn)信道300上與信關(guān)122的通信發(fā)送被稱為訪問(wèn)探詢330的信號(hào)。
一般,訪問(wèn)信道還與在通信系統(tǒng)中用到的一個(gè)或多個(gè)特殊尋呼信道相關(guān)。這使得在系統(tǒng)知道響應(yīng)于尋呼到哪里尋找用戶終端訪問(wèn)發(fā)送的方面,更有效地響應(yīng)尋呼消息。根據(jù)固定系統(tǒng)設(shè)計(jì),可知道相關(guān)性或分配,或者向用戶終端指示在尋呼消息的結(jié)構(gòu)內(nèi)。
IV.在訪問(wèn)探詢中的定時(shí)不確定性由于作為在地球周圍的衛(wèi)星118的軌道結(jié)果,改變?cè)谟脩艚K端126和衛(wèi)星118之間的距離或傳播路徑長(zhǎng)度,使得在訪問(wèn)探詢330中產(chǎn)生不確定性。這種定時(shí)不確定性受到最小傳播延遲和最大傳播延遲的束縛。最小傳播延遲是一般當(dāng)衛(wèi)星118直接在用戶終端126的上方時(shí),尋呼從用戶終端126傳播到衛(wèi)星118(和信關(guān))所需的時(shí)間量。最大傳播延遲是當(dāng)衛(wèi)星118位于用戶終端126的預(yù)定有用水平線時(shí),尋呼從用戶終端126傳播到衛(wèi)星118的時(shí)間量??傃舆t還受信關(guān)相對(duì)于衛(wèi)星的位置的影響,而且還改變發(fā)生最大或最小的衛(wèi)星位置。以類似的方法,對(duì)于在用戶終端和基站114或其他信號(hào)源之間的相對(duì)移動(dòng),可產(chǎn)生某種程度定時(shí)不確定性,雖然一般根據(jù)相對(duì)移動(dòng),幅度較小。
為了適當(dāng)獲得訪問(wèn)探詢330,解決定時(shí)不確定性是必須的。特別是,必須已知PN碼相位和定時(shí),即,PN碼序列的開(kāi)始時(shí)間,以便去擴(kuò)展在形成訪問(wèn)探詢330中所用的長(zhǎng)短PN碼。通過(guò)使訪問(wèn)探詢330和各種定時(shí)(以及適當(dāng)?shù)拇a)假設(shè)相關(guān)聯(lián),來(lái)確定哪個(gè)定時(shí)假設(shè)是對(duì)于捕獲訪問(wèn)探詢330的最佳估計(jì)。使定時(shí)假設(shè)在時(shí)間(和對(duì)于多普勒效應(yīng)是頻率)上相互偏移,而且代表訪問(wèn)探詢330或者用于產(chǎn)生訪問(wèn)信號(hào)的PN碼的定時(shí)的多種估計(jì)。產(chǎn)生與訪問(wèn)探詢330的最高相關(guān)性(一般,是超出預(yù)定相關(guān)性門限的那個(gè))的假設(shè)是對(duì)該特定訪問(wèn)探詢330使用的定時(shí)的最可能估計(jì)(假設(shè),“正確”或適當(dāng))。一旦通過(guò)這種方式解決定時(shí)不確定性,根據(jù)已知技術(shù)可運(yùn)用已分辨定時(shí)和長(zhǎng)短PN碼來(lái)去擴(kuò)展訪問(wèn)探詢330。
V.對(duì)于訪問(wèn)探詢發(fā)送的系統(tǒng)定時(shí)對(duì)于訪問(wèn)信號(hào)的一般訪問(wèn)技術(shù)是稱之為“時(shí)隙ALOHA”的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)。根據(jù)這種技術(shù),通信系統(tǒng)100建立在訪問(wèn)信道上的規(guī)則定時(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)協(xié)調(diào)訪問(wèn)探詢發(fā)送。圖4是示出用于在傳統(tǒng)時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道400中的訪問(wèn)信號(hào)或探詢的典型定時(shí)結(jié)構(gòu)的時(shí)序圖。信道400包括訪問(wèn)時(shí)隙402、邊界404、保護(hù)帶406和訪問(wèn)探詢408。把信道400分成具有邊界404的稱為訪問(wèn)時(shí)隙402的相等持續(xù)時(shí)間的時(shí)間塊。在較佳實(shí)施例中,每個(gè)訪問(wèn)時(shí)隙402包括引導(dǎo)保護(hù)帶406A和結(jié)尾保護(hù)帶406B,來(lái)容納上述定時(shí)不確定性。
當(dāng)用戶終端希望訪問(wèn)通信系統(tǒng)100時(shí),即,始發(fā)或響應(yīng)于通信,用戶終端把訪問(wèn)信號(hào)或探詢408發(fā)送到信關(guān)122。傳統(tǒng)訪問(wèn)探詢408包括訪問(wèn)前置和訪問(wèn)消息,而且由在用戶終端126中的訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310發(fā)送到在信關(guān)122中的訪問(wèn)信道接收機(jī)320。在傳統(tǒng)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中,前置和訪問(wèn)消息都用短PN碼對(duì)正交擴(kuò)展,而且用長(zhǎng)PN碼信道化。前置一般包括空數(shù)據(jù),即,全“1”或全“0”,或者“1”和“0”的預(yù)選模式。在發(fā)送訪問(wèn)消息之前先發(fā)送前置,向訪問(wèn)信道接收機(jī)提供捕獲訪問(wèn)探詢408的機(jī)會(huì)。當(dāng)訪問(wèn)信道接收機(jī)320接收前置時(shí),訪問(wèn)信道接收機(jī)320必須運(yùn)用短PN碼對(duì)和長(zhǎng)PN碼來(lái)去擴(kuò)展它。一旦由訪問(wèn)信道接收機(jī)320確定短PN和長(zhǎng)碼,把訪問(wèn)探詢認(rèn)為是被捕獲的。在預(yù)定時(shí)間期間內(nèi)發(fā)送前置之后,由訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310發(fā)送訪問(wèn)消息。運(yùn)用用來(lái)擴(kuò)展前置的相同短PN碼對(duì)和長(zhǎng)PN碼,擴(kuò)展訪問(wèn)消息。
前置必須具有足夠長(zhǎng)度,從而訪問(wèn)信道接收機(jī)320有時(shí)間來(lái)處理假設(shè),而且在發(fā)送訪問(wèn)消息之前捕獲訪問(wèn)探詢。否則,訪問(wèn)信道接收機(jī)320將仍然嘗試捕獲訪問(wèn)探詢,同時(shí)發(fā)送訪問(wèn)消息。在這種情況下,不適當(dāng)?shù)亟邮赵L問(wèn)消息。捕獲訪問(wèn)探詢所需的時(shí)間,被稱為捕獲時(shí)間,根據(jù)與處理假設(shè)并行用到多少接收機(jī)、各種碼序列有多長(zhǎng)、在信號(hào)發(fā)送中的定時(shí)不確定范圍,等等,而變化。此外,選擇前置的重復(fù)長(zhǎng)度和頻率,來(lái)使在由不同用戶終端發(fā)送的訪問(wèn)探詢之間的沖突最小。顯而易見(jiàn),認(rèn)為這些因素中的每個(gè)因素是基于在確定前置長(zhǎng)度時(shí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮。
如果同時(shí)發(fā)送,那么傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的訪問(wèn)探詢相互干擾。處于這一原因,可在時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道上的一個(gè)訪問(wèn)時(shí)隙期間,只成功地接收一個(gè)傳統(tǒng)訪問(wèn)探詢。由于對(duì)于特定用戶不保留訪問(wèn)時(shí)隙,所以用戶可以在任一訪問(wèn)時(shí)隙期間發(fā)送。然后,在發(fā)送另一個(gè)消息之前,用戶等待來(lái)自接收機(jī)的確認(rèn)。如果在預(yù)定期間之后,沒(méi)有接收到任何確認(rèn),那么用戶假定訪問(wèn)探詢與來(lái)自另一個(gè)用戶的訪問(wèn)探詢沖突,或者不能簡(jiǎn)單地接收,并重新發(fā)送訪問(wèn)消息。
選擇在傳統(tǒng)時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道中的訪問(wèn)時(shí)隙持續(xù)時(shí)間(更少的保護(hù)帶)超出最長(zhǎng)可行訪問(wèn)探詢的長(zhǎng)度。于是,發(fā)送傳統(tǒng)訪問(wèn)探詢,以完全落在一個(gè)訪問(wèn)時(shí)隙402中。這種布局在一定程度上減小沖突的可能性。然而,這種布局還導(dǎo)致大量的訪問(wèn)信道400不被使用。因?yàn)樘砑油ㄐ判诺篮馨嘿F,所以理想的是使任一通信信道的不使用部分最小,特別是用來(lái)獲得訪問(wèn)系統(tǒng)或建立通信鏈路的。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道中的訪問(wèn)探詢的時(shí)序圖。在圖5中,根據(jù)本發(fā)明,傳統(tǒng)訪問(wèn)探詢408已被多部分訪問(wèn)探詢502所替代。在待批、共同擁有的申請(qǐng)中(1998年6月16日申請(qǐng),發(fā)明名稱為“用于訪問(wèn)發(fā)送的快速信號(hào)捕獲和同步”,其美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)柺?9/098,631,并作為參考資料在此引入)詳細(xì)揭示了這種多部分訪問(wèn)探詢。如下所述,在某些條件下,這種多部分訪問(wèn)探詢可以部分重疊。這種技術(shù)不僅大大減小了訪問(wèn)信道400的不使用部分,還允許多個(gè)訪問(wèn)探詢502在基本上相同的時(shí)間,至少在一定期間內(nèi),共享訪問(wèn)信道400。在本發(fā)明和傳統(tǒng)協(xié)議400之間的一個(gè)基本差異是最初只用短PN碼對(duì)擴(kuò)展前置,后來(lái)用短PN碼和長(zhǎng)PN碼擴(kuò)展。這允許訪問(wèn)信道接收機(jī)320只用短PN碼對(duì)440來(lái)解決定時(shí)不確定性。相反,傳統(tǒng)協(xié)議400要求用短PN碼對(duì)440和長(zhǎng)PN碼450來(lái)解決定時(shí)不確定性。
VI.用于根據(jù)本發(fā)明發(fā)送訪問(wèn)探詢的協(xié)議圖6示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生訪問(wèn)探詢502的協(xié)議或處理結(jié)構(gòu)600。在協(xié)議600中,訪問(wèn)探詢502包括訪問(wèn)探詢前置(前置)604和訪問(wèn)探詢消息(訪問(wèn)消息)606。根據(jù)本發(fā)明,在兩個(gè)階段發(fā)送前置604第一級(jí)508和第二級(jí)510。在單個(gè)消息級(jí)512中發(fā)送訪問(wèn)消息606。把級(jí)508、510和512分成兩部分用于調(diào)制第一部分504和第二部分506。第一部分504包括第一級(jí)508,而且用短PN碼620擴(kuò)展。第二部分506包括第二級(jí)510和消息級(jí)512,而且用短PN碼620和長(zhǎng)PN碼622擴(kuò)展。在較佳實(shí)施例中,短PN碼620是正交PN碼對(duì),而且用于運(yùn)用已知技術(shù)來(lái)擴(kuò)展信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中,用來(lái)擴(kuò)展Q信道的PN碼序列可以是用來(lái)擴(kuò)展I信道的PN碼信道的經(jīng)延遲的型式,雖然分開(kāi)的代碼是較佳的。
在第一級(jí)508中,在足以允許訪問(wèn)信道接收機(jī)320確定短PN碼620的定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi),用短PN碼620擴(kuò)展訪問(wèn)探詢502的前置604。前置604可以包括任何比特模式,它有助于捕獲訪問(wèn)探詢502。在較佳實(shí)施例中,對(duì)于前置604的比特模式是空數(shù)據(jù),諸如全1、全0的比特模式,或者“1’s”和“0’s”的預(yù)選模式。為了有助于信關(guān)122快速捕獲訪問(wèn)探詢502,長(zhǎng)PN碼632不用于擴(kuò)展第一級(jí)508。
在第二級(jí)510中,用短PN碼620擴(kuò)展訪問(wèn)探詢502的前置604,如第一級(jí)508一樣。還用長(zhǎng)碼622擴(kuò)展前置604,以有助于由信關(guān)122對(duì)長(zhǎng)碼的同步。當(dāng)用戶終端126嘗試在特定訪問(wèn)信道上訪問(wèn)時(shí),長(zhǎng)碼622包括與該訪問(wèn)信道相關(guān)的掩碼,產(chǎn)生偽正交PN碼。信關(guān)用相同的掩碼來(lái)解調(diào)對(duì)于該特定訪問(wèn)信道的信號(hào)。在第二級(jí)510結(jié)束時(shí),訪問(wèn)信道接收機(jī)320應(yīng)捕獲訪問(wèn)探詢502。
可以與在典型話務(wù)信道上的數(shù)據(jù)相類似的方法編碼訪問(wèn)消息,其中運(yùn)用諸如Walsh函數(shù)的一組正交碼M陣列(M-ary)調(diào)制上述數(shù)據(jù)。雖然定時(shí)不確定性一般對(duì)這種方法起反作用,但是也可運(yùn)用單個(gè)Walsh函數(shù)來(lái)調(diào)制數(shù)據(jù)。
在另一實(shí)施例中,在消息級(jí)512期間,用從一組正交碼選定的一個(gè)或多個(gè)正交碼調(diào)制該消息數(shù)據(jù),然后用短碼620擴(kuò)展和用長(zhǎng)碼622擴(kuò)展。在共同擁有待批美國(guó)專利申請(qǐng)SN08/627,831號(hào)(發(fā)明名稱為“運(yùn)用正交波形來(lái)共享CDMA信道”(PA208),作為參考資料在此引入)中揭示了示例正交PN碼組。
運(yùn)用協(xié)議600產(chǎn)生的兩個(gè)訪問(wèn)探詢502在某些條件下可能沖突或相互干擾。例如,用相同短PN碼620調(diào)制的兩個(gè)信號(hào)將相互干擾,如果它們到達(dá)訪問(wèn)信道接收機(jī)320的時(shí)間差小于一半碼片,模256碼片。因此,如果發(fā)送它們的第一級(jí)508以在相同訪問(wèn)時(shí)隙402中接收到,那么兩個(gè)訪問(wèn)探詢502可能沖突。
此外,用相同短PN碼620和相同長(zhǎng)碼622調(diào)制的兩個(gè)信號(hào)將在某些條件下相互干擾。特別是,如果它們到達(dá)訪問(wèn)信道接收機(jī)320的時(shí)間差小于一半碼片,模256碼片,那么用相同短PN碼620和相同長(zhǎng)PN碼622調(diào)制的兩個(gè)信號(hào)將相互干擾。因此,如果發(fā)送它們的第二級(jí)510以在相同訪問(wèn)時(shí)隙402內(nèi)接收到,那么兩個(gè)訪問(wèn)探詢502可相互干擾。
然而,用短PN碼620調(diào)制的信號(hào)只不與同樣用長(zhǎng)PN碼622調(diào)制的信號(hào)沖突。因此,一個(gè)訪問(wèn)探詢的第一級(jí)508可以占用與第二級(jí)510相同的訪問(wèn)時(shí)隙402,和/或另一個(gè)訪問(wèn)探詢的消息級(jí)512。
此外,用一個(gè)正交碼(使用時(shí))調(diào)制的信號(hào)不與用從相同正交擴(kuò)展碼組選出的其他正交碼調(diào)制的信號(hào)相互干擾。因此,一個(gè)訪問(wèn)探詢的消息級(jí)512可占有與另一個(gè)訪問(wèn)探詢的消息級(jí)512相同的訪問(wèn)時(shí)隙402。
因此,根據(jù)本發(fā)明,訪問(wèn)探詢502可共享訪問(wèn)時(shí)隙402,或者其一部分。于是,當(dāng)對(duì)于每個(gè)訪問(wèn)探詢502的第一級(jí)508注意到(observe)時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù),和訪問(wèn)探詢502的第二級(jí)的到達(dá)時(shí)間不與上述一致時(shí),根據(jù)圖6的協(xié)議調(diào)制的通信信號(hào)可以部分重疊,如圖5所示。這允許運(yùn)用時(shí)隙,否則的話就浪費(fèi)或不可用。于是,本發(fā)明導(dǎo)致更加有效地運(yùn)用通信信道。
此外,通常將每個(gè)訪問(wèn)時(shí)隙的長(zhǎng)度定義為訪問(wèn)信號(hào)的每部分(即,前置和消息部分)以及保護(hù)帶(如果使用的話)(級(jí)508+級(jí)508+512)的長(zhǎng)度之和。這在給定時(shí)間期間內(nèi)提供可用的時(shí)隙數(shù)量。在給定頻率上的可用訪問(wèn)信道的數(shù)量受短PN碼的數(shù)量限制。此外,這些事實(shí)提供其中用戶可嘗試訪問(wèn)通信100的時(shí)隙數(shù)量。然而,通過(guò)本發(fā)明,可有效地增加訪問(wèn)信道的數(shù)量。
例如,可用部分訪問(wèn)探詢或訪問(wèn)探詢級(jí)可以重疊的事實(shí)來(lái)嘗試多個(gè)訪問(wèn)信道。即,可以形成訪問(wèn)信道,這基于或運(yùn)用短PN碼,其中用專用于或用于前置的第一部分(僅短PN擴(kuò)展)的預(yù)選時(shí)間期間移位其定位結(jié)構(gòu)。信道用相互移位的相同短PN碼時(shí)間,從而可以接收的各種鄰近訪問(wèn)信號(hào)或探詢部分不一致??梢栽谝粋€(gè)信道中接收訪問(wèn)探詢,同時(shí)另一個(gè)信道接收另一個(gè)訪問(wèn)探詢,它用相同短PN碼,但是具有時(shí)間偏置,第一前置級(jí)的長(zhǎng)度或者更大,從而兩個(gè)信號(hào)不一致。接收第二前置級(jí)和消息部分不會(huì)導(dǎo)致在該方法中的沖突,而且不需要在建立信道偏置方面直接說(shuō)明那些部分。該接收機(jī)可以根據(jù)它們用于在信號(hào)捕獲和解調(diào)處理的假設(shè)中的時(shí)間偏置PN碼,建立信道。根據(jù)用于時(shí)間偏置以保證前置接收的時(shí)間長(zhǎng)度,以及任何所需保護(hù)帶,如前面所述,估計(jì)可在相同頻率空間中產(chǎn)生至少兩倍或三倍多的信道。
然而,本發(fā)明的較佳實(shí)施例認(rèn)識(shí)到另一方面,可將每個(gè)時(shí)隙的總(固定)長(zhǎng)度減小到短PN碼的周期,加上如系統(tǒng)性能所需的保護(hù)帶或額外時(shí)間。由于除了在使用相同短PN碼的這一短時(shí)間之外的其他時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)探詢應(yīng)不沖突,所以不需要更長(zhǎng)時(shí)隙來(lái)區(qū)分、捕獲和解調(diào)訪問(wèn)信號(hào)。這允許實(shí)際上在訪問(wèn)信道或頻率上產(chǎn)生每信道(在一些系統(tǒng)中也稱為信道)更多的訪問(wèn)時(shí)隙。這種技術(shù)提供增加的訪問(wèn)信道容量和訪問(wèn)容易度,而不增加用于產(chǎn)生和監(jiān)視訪問(wèn)信道的硬件或控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。
VII.訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)圖7是用于根據(jù)圖6的協(xié)議或信號(hào)結(jié)構(gòu)發(fā)送訪問(wèn)探詢502的示例訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310。訪問(wèn)信道發(fā)射機(jī)310包括數(shù)據(jù)調(diào)制器702、PN碼調(diào)制器704、發(fā)射機(jī)706和天線708。
圖8是示出圖7的電路的操作的流程圖。在步驟802中,數(shù)據(jù)調(diào)制器702用訪問(wèn)消息調(diào)制傳統(tǒng)設(shè)計(jì)(未圖示)的載波信號(hào)(基帶),來(lái)產(chǎn)生訪問(wèn)探詢502的第二部分506的消息級(jí)512。在步驟804中,PN碼調(diào)制器704A運(yùn)用長(zhǎng)PN碼622調(diào)制由數(shù)據(jù)調(diào)制器702產(chǎn)生的一部分信號(hào),以產(chǎn)生訪問(wèn)探詢502的第二部分504。在步驟806中,PN碼調(diào)制器704B用短PN碼620調(diào)制由PN碼調(diào)制器704A產(chǎn)生的信號(hào)的第一部分504和第二部分506。在步驟808中,發(fā)射機(jī)706通過(guò)天線708發(fā)送訪問(wèn)探詢502,從而訪問(wèn)探詢502的第一部分504完全落在一個(gè)訪問(wèn)時(shí)隙402中。
VIII.訪問(wèn)信道接收機(jī)圖9是對(duì)于根據(jù)圖6的協(xié)議接收訪問(wèn)探詢502的示例訪問(wèn)信道接收機(jī)320的方框圖。訪問(wèn)信道接收機(jī)320包括搜索器902、解調(diào)器904A-904N和天線908。訪問(wèn)信道接收機(jī)320的兩級(jí)體系結(jié)構(gòu)對(duì)于以流水線方法處理本發(fā)明的多部分訪問(wèn)探詢是十分理想的,如下所述。
在操作過(guò)程中,搜索器902運(yùn)用天線908接收訪問(wèn)探詢502,并捕獲前置604。通過(guò)捕獲短PN碼620和長(zhǎng)PN碼,捕獲前置604,如上所述,而且去擴(kuò)展訪問(wèn)探詢502。當(dāng)搜索器902具有捕獲的前置604時(shí),搜索器902把去擴(kuò)展訪問(wèn)探詢傳遞到一個(gè)解調(diào)器904。解調(diào)器904解調(diào)去擴(kuò)展訪問(wèn)探詢來(lái)獲得訪問(wèn)消息606。
由于由分開(kāi)的功能單元捕獲前置604和訪問(wèn)消息606,所以對(duì)于不同訪問(wèn)探詢它們可以同時(shí)發(fā)生。更具體地說(shuō),即,解調(diào)器902可以解調(diào)一個(gè)訪問(wèn)探詢的訪問(wèn)消息,同時(shí)搜索器902捕獲另一個(gè)訪問(wèn)探詢的前置。理想的是,這種布局適于根據(jù)本發(fā)明,更有效地運(yùn)用重疊多部分訪問(wèn)探詢。如上所述,由于在全部傳統(tǒng)訪問(wèn)期間都過(guò)去之前,再次發(fā)送沒(méi)有成功接收到的訪問(wèn)信號(hào),所以即使不捕獲的或不成功的(unacquired or failed)訪問(wèn)信號(hào)也能更有效地獲得對(duì)探詢系統(tǒng)的訪問(wèn)。此外,當(dāng)提供有附加偏置訪問(wèn)信道或所使用的更短時(shí)隙時(shí),不捕獲的可能性減小以及重新發(fā)送和捕獲訪問(wèn)信號(hào)的時(shí)間減小。
IX.結(jié)論提供較佳實(shí)施例的前面描述來(lái)使得熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員能夠進(jìn)行或運(yùn)用本發(fā)明。雖然參照其較佳實(shí)施例特別示出和描述本發(fā)明,但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)理解,可對(duì)其進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)變化,而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。例如,本發(fā)明同樣適用于除了用多碼序列擴(kuò)展的訪問(wèn)信道發(fā)送之外的其他發(fā)送。
我們對(duì)我們的發(fā)明所要求的權(quán)利是
權(quán)利要求
1.一種用于在具有多個(gè)訪問(wèn)信道時(shí)隙的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)通信信道上發(fā)送多部分訪問(wèn)探詢的系統(tǒng),其中每個(gè)所述訪問(wèn)探詢包括訪問(wèn)消息,其特征在于,所述系統(tǒng)包括第一調(diào)制器,用于通過(guò)短偽噪聲序列調(diào)制第一部分和第二部分訪問(wèn)探詢;第二調(diào)制器,用于通過(guò)長(zhǎng)偽隨機(jī)序列調(diào)制所述第二部分訪問(wèn)探詢;數(shù)據(jù)調(diào)制器,用于通過(guò)所述訪問(wèn)消息調(diào)制所述第二部分;和發(fā)射機(jī),用于發(fā)送所述訪問(wèn)探詢,從而所述第一部分落在一個(gè)所述訪問(wèn)信道時(shí)隙內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述短PN序列的長(zhǎng)度是28碼片。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述長(zhǎng)PN序列的長(zhǎng)度是242碼片。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述短PN序列是一對(duì)正交短偽噪聲序列。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,每個(gè)所述訪問(wèn)信道時(shí)隙具有第一和第二保護(hù)帶,其中用于發(fā)送的所述裝置還包括用于發(fā)送所述訪問(wèn)探詢的裝置,從而所述第一部分落在所述第一和第二保護(hù)帶之間的一個(gè)所述訪問(wèn)信道時(shí)隙內(nèi)。
6.一種用于在具有多個(gè)訪問(wèn)信道時(shí)隙的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)通信信道上接收多部分訪問(wèn)探詢的系統(tǒng),其中每個(gè)所述訪問(wèn)探詢包括用短偽噪聲序列調(diào)制的第一部分和用所述短偽噪聲序列和長(zhǎng)偽噪聲序列調(diào)制的第二部分,其特征在于,所述系統(tǒng)包括用于解調(diào)所述訪問(wèn)探詢的多個(gè)解調(diào)器;和搜索器接收機(jī),用于捕獲和去擴(kuò)展所述訪問(wèn)探詢,并把所述去擴(kuò)展訪問(wèn)探詢傳送到所述多個(gè)解調(diào)器之一。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其特征在于,所述時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)通信是時(shí)隙ALOHA信道。
8.一種用于在具有多個(gè)訪問(wèn)信道時(shí)隙的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)通信信道上發(fā)送多部分訪問(wèn)探詢的方法,每一個(gè)所述訪問(wèn)探詢包括訪問(wèn)消息,其特征在于,所述方法包括下列步驟用短偽噪聲序列調(diào)制所述訪問(wèn)探詢的第一部分和第二部分;用長(zhǎng)偽噪聲序列調(diào)制所述訪問(wèn)探詢的第二部分;用所述訪問(wèn)消息調(diào)制所述第二部分;和發(fā)送所述訪問(wèn)探詢,從而所述第一部分落在所述訪問(wèn)信道時(shí)隙之一內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述短偽噪聲序列的長(zhǎng)度是28碼片。
10.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述長(zhǎng)偽噪聲序列的長(zhǎng)度是242碼片。
11.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述短偽噪聲序列是正交短偽噪聲序列對(duì)。
12.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,每個(gè)所述訪問(wèn)信道時(shí)隙具有第一和第二保護(hù)帶,還包括下列步驟發(fā)送所述訪問(wèn)探詢,從而所述第一部分落在所述第一和第二保護(hù)帶之間的所述訪問(wèn)信道時(shí)隙之一。
13.一種用于在至少一個(gè)訪問(wèn)信道上發(fā)送多個(gè)訪問(wèn)信號(hào)的方法,每個(gè)包括前置和消息部分,其中所述前置具有第一和第二級(jí),其特征在于,所述方法包括下列步驟用第一信號(hào)調(diào)制所述前置的所述第一級(jí)和第二級(jí);還用第二信號(hào)調(diào)制所述前置的所述第二級(jí);用所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)調(diào)制所述消息;以及以所述第一級(jí)、所述第二級(jí)和所述消息的形式發(fā)送所述訪問(wèn)信號(hào),從而所述前置落在其長(zhǎng)度大致相當(dāng)于所述第一級(jí)的多個(gè)預(yù)選時(shí)隙之一內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,及時(shí)發(fā)送多于一個(gè)訪問(wèn)信號(hào),從而第二級(jí)或消息部分重疊一個(gè)或多個(gè)其他發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)的所述第一級(jí)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,還包括形成對(duì)于所述預(yù)選時(shí)隙的邊界的保護(hù)帶。
16.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,在足以讓接收機(jī)捕獲所述第一信號(hào)定時(shí)的時(shí)間內(nèi)發(fā)送所述前置的所述經(jīng)調(diào)制第一級(jí)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其特征在于,對(duì)于足以讓接收機(jī)捕獲所述第二信號(hào)的定時(shí)的時(shí)間內(nèi),發(fā)送所述前置的所述經(jīng)調(diào)制第二級(jí)。
18.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,所述第一信號(hào)是一對(duì)正交擴(kuò)展、偽噪聲序列。
19.如權(quán)利要求18所述的方法,其特征在于,所述第二信號(hào)是信道化偽噪聲序列。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其特征在于,所述訪問(wèn)信號(hào)包括跟隨所述前置的消息,由所述第一碼序列和所述第二碼序列調(diào)制所述消息。
21.一種用于在無(wú)線通信系統(tǒng)中運(yùn)用訪問(wèn)信號(hào)的方法,其特征在于,包括發(fā)送包括前置和消息的訪問(wèn)信號(hào),所述前置具有預(yù)定第一長(zhǎng)度的第一級(jí)和第二級(jí),所述第一級(jí)具有用第一信號(hào)調(diào)制的數(shù)據(jù),所述第二級(jí)具有用第二信號(hào)和所述第一信號(hào)調(diào)制的數(shù)據(jù);和在被分成信號(hào)接收時(shí)隙的訪問(wèn)信道上接收所述訪問(wèn)信號(hào),其中所述信號(hào)接收時(shí)隙實(shí)際上具有與所述第一級(jí)相同的長(zhǎng)度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,所述前置的第一級(jí)包括空數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,所述前置的第二級(jí)包括空數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)是PN序列。
25.一種用于在無(wú)線通信系統(tǒng)中運(yùn)用訪問(wèn)信號(hào)的方法,其特征在于,包括發(fā)送包括前置和消息的訪問(wèn)信號(hào),所述前置具有預(yù)定第一長(zhǎng)度的第一級(jí)和第二級(jí),所述第一級(jí)具有用第一信號(hào)調(diào)制的數(shù)據(jù),所述第二級(jí)具有用第二信號(hào)和所述第一信號(hào)調(diào)制的數(shù)據(jù);和在被分成信號(hào)接收時(shí)隙的多個(gè)訪問(wèn)信道上接收所述訪問(wèn)信號(hào),其中所述信號(hào)接收時(shí)隙是相互時(shí)間偏離達(dá)基本與所述第一級(jí)的長(zhǎng)度相等的期間。
26.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,所述前置的所述第一級(jí)包括空數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)是PN序列。
28.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,還包括形成對(duì)于所述信號(hào)接收時(shí)隙的邊界的保護(hù)帶。
29.一種用于在接收機(jī)處獲得來(lái)自發(fā)射機(jī)的發(fā)送,所述發(fā)送具有前置,所述前置具有第一級(jí)和第二級(jí),其特征在于,所述方法包括下列步驟在所述前置的所述第一級(jí)期間,對(duì)由接收機(jī)接收到的發(fā)送執(zhí)行粗略搜索,其中用第一信號(hào)調(diào)制所述前置的所述第一級(jí),所述粗略搜索確定所述第一信號(hào)的定時(shí)偏置;在所述前置的所述第二級(jí)期間,對(duì)由所述接收機(jī)接收到的所述發(fā)送執(zhí)行精細(xì)搜索,其中用所述第一信號(hào)和第二信號(hào)調(diào)制所述前置的所述第二級(jí),所述精細(xì)搜索確定所述第二信號(hào)的定時(shí)偏置,其中運(yùn)用所述第一信號(hào)和所述第一信號(hào)的所述定時(shí)偏置確定所述第二信號(hào)的所述定時(shí)偏置;和運(yùn)用所述第一信號(hào)、所述第二信號(hào)、所述第一信號(hào)的定時(shí)偏置和所述第二信號(hào)的所述定時(shí)偏置,解調(diào)所述發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明是一種通過(guò)運(yùn)用多部分訪問(wèn)探詢(502)增加在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)(100)中的時(shí)隙隨機(jī)訪問(wèn)信道上的用戶容量的系統(tǒng)和方法。運(yùn)用短PN碼序列(620)調(diào)制訪問(wèn)探詢前置(604)的第一和第二部分(508,510),而且用長(zhǎng)PN碼序列調(diào)制訪問(wèn)探詢(502)的第二部分和剩余部分。在訪問(wèn)探詢(502)的第二部分(606)上,調(diào)制由訪問(wèn)探詢(502)發(fā)送的信息,而且發(fā)送訪問(wèn)探詢,從而探詢前置(604)的第一部分(508)落在訪問(wèn)信道時(shí)隙(402)的邊界內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中,使在用于訪問(wèn)信號(hào)接收的訪問(wèn)信道(400)中的時(shí)隙(402)的長(zhǎng)度為第一部分(508)的長(zhǎng)度。在另一個(gè)實(shí)施例中,在用于訪問(wèn)信號(hào)接收的多個(gè)鄰近訪問(wèn)信道中的時(shí)隙(402)比所述第一部分(508)更長(zhǎng),但是相互時(shí)間偏置達(dá)第一部分的長(zhǎng)度或周期。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1327651SQ9881100
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期1998年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月16日
發(fā)明者D·S·米勒, R·維賈雅恩, E·澤哈維, J·列文 申請(qǐng)人:夸爾柯姆股份有限公司
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