專利名稱：通信系統(tǒng)內用于多址接入的方法和裝置的制作方法
背景技術：
Ⅰ．發(fā)明領域本發(fā)明總體涉及通信系統(tǒng)。本發(fā)明特別涉及到多址接入通信系統(tǒng)。
Ⅱ．相關技術描述利用無線通信網絡傳輸數字數據信號已經變得越來越普遍了。典型地說，無線系統(tǒng)中就其費用和可用性來講，最珍貴的資源就是無線鏈接本身。因此，在設計包括無線鏈接在內的通信系統(tǒng)時的一個主要設計目標就是有效地使用無線鏈接的可用容量。此外還期望能夠減小與鏈接使用相關的時延。
在一種由多個用戶單元去競爭使用有限系統(tǒng)資源的系統(tǒng)中，必須設計一種裝置去管理對這種資源的接入。在數字數據系統(tǒng)中，遠端裝置傾向于產生突發(fā)數據。突發(fā)數據的特點在于它具備比較高的峰值-平均值業(yè)務比，這就意味著多組數據要在短時間內被傳送，而這些短時間又分布在比較長的空閑時間之內。如果為每一個活動單元分配一個專用的單獨通信信道，這對于用戶單元生成突發(fā)數據的系統(tǒng)來說，并不能有效地利用其系統(tǒng)容量，其原因在于當遠端裝置不使用系統(tǒng)的時候，這些被分配的資源也仍然會保持被閑置。而且無論遠端裝置的使用狀態(tài)如何，采用專用信道也對系統(tǒng)同時所能容納的遠端裝置的數量施加了硬性的限制。此外如果分配給每一個遠端裝置的資源段非常少以致使其數據傳輸速率要大打折扣，則使用專用信道會引發(fā)令人不能接受的時延。
在數字數據系統(tǒng)中，流入和流出業(yè)務的特點存在有顯著差異。例如在能夠提供無線互聯網業(yè)務的系統(tǒng)當中，從遠端裝置出發(fā)的典型流出傳輸量(例如向網頁發(fā)出請求)相對比較小。然而進入遠端裝置的典型流入傳輸量卻是很大的。例如為了響應對網頁面的請求，系統(tǒng)可能會發(fā)送出大量的數據。由于流入和流出鏈接的特點截然不同，所以開發(fā)兩種不同的協(xié)議分別用于流入和流出鏈接，可以提高系統(tǒng)的效率。
已研制了隨機接入ALOHA協(xié)議以便在數字數據系統(tǒng)中用于從遠端裝置出發(fā)的流出鏈接。ALOHA的基本思想非常簡單即遠端裝置可以在任何有數據需要發(fā)送的時候進行數據傳輸。如果遠端裝置正在使用通信資源，而該通信資源在某一時刻又只能被一個遠端裝置接入使用，則兩個單元同時進行的傳輸就會引發(fā)沖突，而且來自每一單元的信息都會被破壞掉。在那種遠端裝置能夠監(jiān)視隨機接入傳輸的系統(tǒng)當中，為判斷傳輸是否會成為沖突的犧牲品，遠端裝置需要對傳輸進行監(jiān)控。在遠端裝置不對或者不能對隨機接入傳輸進行監(jiān)視的系統(tǒng)內，遠端裝置可以在定時器超時而又沒有收到由中心站發(fā)出的、響應該傳輸的確認消息的基礎上對沖突進行檢測。根據標準的ALOHA操作，無論何時發(fā)生沖突，遠端裝置都會等待隨機長度的時間，然后重新發(fā)送數據。等待時間周期是隨機的，這樣就使得受沖突影響的遠端裝置不會按固定模式一次又一次地產生沖突。


圖1給出單純ALOHA隨機多址系統(tǒng)的定時框圖。在圖1中，五個遠端裝置(分別由A、B、C、D和E標識)正在公用通信信道中傳輸數據分組。無論何時，如果兩個遠端裝置同時進行傳輸，就會引發(fā)沖突，造成兩次傳輸的丟失。在單純ALOHA系統(tǒng)內，如果新啟動傳輸的第一個比特與正在進行的傳輸的最后一個比特發(fā)送了相互重疊，則兩個傳輸都會完全被破壞，而且還都要在其它某個時刻進行重傳。例如在圖1給出的調頻(FM)信道中，其內沒有兩個分組是同時傳輸的，但是遠端裝置B發(fā)出的分組12與遠端裝置A發(fā)出的分組10和遠端裝置C發(fā)出的分組14之間就會發(fā)生沖突。遠端裝置A必須重傳分組10內的信息，遠端裝置必須重傳分組12內的信息，遠端裝置C必須重傳分組14內的信息。圖1中給出以分組14R來重傳分組14的遠端裝置C。
在單純ALOHA系統(tǒng)內，如果平均分組傳遞速率比較低，則大多數分組的傳遞都不會產生沖突。隨著平均分組傳遞速率開始增加，沖突的次數就會逐漸增加，并且因此重傳的次數也會增加。隨著系統(tǒng)負荷呈線性的增加，重傳和多次重傳的概率就會呈指數性增長。隨著系統(tǒng)負荷的增長，在系統(tǒng)內的某些點上，成功傳輸的概率會降低到某一合理數值之下，并且造成系統(tǒng)不能正常運行。在單純ALOHA系統(tǒng)內，實現最佳信道利用率大概是在18％左右，這就是所謂的最大信道利用率。在18％以下，系統(tǒng)沒有得到充分利用。而超過18％，沖突次數就會增加，導致系統(tǒng)流量開始下降。在最大信道利用率之上進行操作，被認為是過信道利用。在過信道利用的條件下，隨著系統(tǒng)流量的下降，系統(tǒng)的平均時延就會快速地增加，并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性會受到危害。
在數字通信系統(tǒng)內引入地球同步衛(wèi)星鏈接，會使多址接入的兩難狀況更加復雜。采用地球同步衛(wèi)星，會在遠端裝置發(fā)出信號與中心站接收到相同信號之間典型地引入270毫秒的時延。出于該原因，在要求遠端裝置在進行每一次傳輸之前要先申請通信資源的預定的接入方案中，每一次傳輸都會引入大約半秒鐘的時延。與該預定的傳輸相關的時延對于受挫的系統(tǒng)用戶來說是非常明顯的。
如果在衛(wèi)星系統(tǒng)內實施ALOHA系統(tǒng)，其中遠端裝置不能夠或者不去監(jiān)視隨機接入信道，在發(fā)生沖突事件的情況中，遠端裝置在至少540毫秒之后才能知道沖突的發(fā)生。除了通知時延之外，遠端裝置在進行重傳之前必須要等待某一隨機長度的時間(以便避免前后緊接的重傳)。而且該重傳信號要再一次經歷270毫秒的時延。這種傳輸的累計時延很容易就會超過1秒鐘。在滿負荷系統(tǒng)中，由于重復沖突概率的增加，會使得時延非常長。盡管不是每一次傳輸都會產生這些時延，但當時延一旦產生，就會令用戶非常失望。
因此需要一種多址系統(tǒng)，能夠對系統(tǒng)資源進行有益的使用，而且其時延能夠令人容忍。
發(fā)明概述一個通信系統(tǒng)包括三組通信資源爭用型接入塊，非爭用接入塊以及被稱為保留塊的第二非爭用接入塊。每當遠端裝置要向中心站發(fā)送一個數據塊的時候，都通過爭用型接入塊來發(fā)送數據塊。也通過保留塊來發(fā)送相應的通知消息。如果中心站接收到通知消息，而沒有接收到數據塊，則中心站會向遠端裝置發(fā)送響應消息，用于在非爭用接入塊內指定資源。遠端裝置通過指定的資源發(fā)送數據塊。
附圖簡述本發(fā)明的特點、目的以及優(yōu)點都將通過參考附圖而在隨后的詳細描述中更加明顯地體現出來，圖中相同的部分采用相同的參考數字來標識，其中圖1給出單純ALOHA隨機多址接入系統(tǒng)操作的定時框圖2說明根據本發(fā)明給出的系統(tǒng)框圖；圖3給出根據本發(fā)明的通信資源配置概念圖；圖4給出遠端裝置的操作流程圖；以及圖5給出中心站的操作流程圖。
發(fā)明詳述現有隨機接入方案內所遇到的一個問題在于在沖突事件中，遠端裝置不能立即知道沖突的發(fā)生，而要等待一段時間。當沖突發(fā)生時，中心站不能檢測到其中哪一個遠端裝置受到牽連，因此也就不能夠在沖突發(fā)生時立即通知受到影響的遠端裝置。因此除非遠端裝置可以在某種程度上監(jiān)視隨機接入傳輸，否則遠端裝置只能等待來自中心站的確認消息。如果超過了相應的定時周期，而沒有接收到確認消息，遠端裝置則假設發(fā)生了沖突。在單純ALOHA系統(tǒng)內，遠端裝置在認為沖突發(fā)生之后，以及試圖進行重傳之前，要經等待隨機長度的時間。在某些情況中，重傳也會失敗，并且要求重復重傳過程。由重傳以及可能的多次重傳所引入的時延會變得非常令人不能接受。
本發(fā)明提供一種多址接入裝置和方法，其可以減小或者消除由多次重傳所引入的額外時延。無論何時，只要遠端裝置開始試圖通過連接型接入通信資源接入系統(tǒng)的時候，就要利用資源內的保留塊去通知中心站。該中心站通知消息允許中心站準確地檢測沖突的發(fā)生(或者其它失敗模式)，并且識別沖突中所涉及的遠端裝置。當沖突發(fā)生時，中心站在非爭用接入通信資源內為沖突中所涉及的每一個遠端裝置分配資源，遠端裝置可以通過被分配的資源進行數據塊的重傳。資源最好是供遠端裝置專用，因此數據的重傳不會再受到沖突的危害。這樣由于通知消息和重傳的數據塊都是通過非爭用型通信資源進行傳輸的，所以幾乎沒有數據塊會經歷多于一次的沖突。除了降低與重傳過程相關的時延之外，也把連接型資源的負荷減輕到某種程度，不再要求它們傳輸大量的重傳。這樣爭用型接入塊沖突概率就會相應減小。
圖2是根據本發(fā)明用于對系統(tǒng)進行說明的框圖。在圖2中，中心站100為多個遠端裝置104A-104N提供通信資源。遠端裝置104A-104N可以是局域網內的節(jié)點、家庭計算機、手提計算機、雙向尋呼機、無線傳真機和打印機、數字讀表設備或者其它數字數據處理裝置。中心站100和遠端裝置104之間的鏈接包括衛(wèi)星102。從遠端裝置104出發(fā)的信號被傳送到衛(wèi)星102，然后又經過中繼傳送到中心站100。類似地，從中心站100出發(fā)的信號也被發(fā)送到衛(wèi)星102，然后又經過中繼傳送到遠端裝置104A-104N。中心站100也可以例如直接與互聯網節(jié)點相連，以便提供互聯網的無線接入，也可以直接連接到公共電話交換網或者專用數字網。
遠端裝置104可以包括或采用一個或多個處理方法，使遠端裝置能夠執(zhí)行本發(fā)明的功能。類似地，中心站100也可以包括或采用一個或多個處理方法，使得它能夠完成本發(fā)明的功能。處理方法可以以例如一個或多個集成電路的形式得以體現(例如應用專用集成電路(ASIC))，也可能以微處理器或其它處理器所能執(zhí)行的軟件或固件的形式來實施。
根據多種公知技術當中的一種，中心站100內的通信資源可以被量化為一系列通信資源。例如通信資源可以被分為一系列CDMA信道。這些CDMA信道可以由一系列偽隨機、近似正交的序列來定義。該系列中的每一個序列都定義一個單獨的通信資源，供遠端裝置與中心站進行通信所使用?；蛘撸到y(tǒng)可以使用TDMA時隙信道去分割通信資源。在TDMA系統(tǒng)內，遠端裝置被分配一個時隙，并且利用其進行傳輸。通過將傳輸限制在所分配的時隙中，遠端裝置能夠分享由中心站所提供的通信單元。此外，頻率調制(FM)、幅度調制(AM)、上述技術的組合或者其它通信技術都可以被用來量化通信資源。
圖3是根據本發(fā)明給出通信資源配置的概念框圖。通信資源被分為三類資源配置塊。保留塊110包括一組分配給，并且專用于活動遠端裝置的資源。保留塊可以用多種公知的非連接接入機制當中的任何一種來實施，其中從一個遠端裝置出發(fā)的傳輸并不阻止其它遠端裝置的通信。例如，該保留塊可以包括一組時間復用的擴頻信道或者一組FDMA或TDMA信道。保留塊110的多址接入和通信格式可以與其它資源配置塊截然不同。如隨后將要描述的，保留塊110被用于傳送從遠端裝置傳遞到中心站的通知消息。分配給保留塊110的資源與全部可用資源相比，其規(guī)模是比較小的。例如在優(yōu)選實施例中，保留塊110只消耗不到1％的可用通信資源。在另一實施例中，保留塊110占用不到5％、4％、3％、甚至小于2％的可用通信資源。
第二資源配置塊就是爭用型接入塊112。在爭用型接入中，多個用戶以可能導致用戶之間的沖突的方式共享一個通用信道或者多個信道。在一個實施例中，爭用型接入塊112包括一組隨機接入資源。例如爭用型接入塊112可以是ALOHA接入信道，其中用戶的傳輸可能會發(fā)生沖突。爭用型接入塊112被用于把數據塊從遠端裝置104傳遞到中心站102的初始的嘗試。
第三資源配置塊是非爭用接入塊114。在非爭用型接入中，來自一個遠端裝置的傳輸并不阻止其它遠端裝置的通信。在一個實施例中，非爭用接入塊114是預定接入塊。非爭用接入塊114被用于傳遞那些利用爭用型接入塊112傳輸失敗的數據塊。
當遠端裝置通過爭用型接入塊112發(fā)送一條包括數據塊的消息時，在消息中可以典型地包括數據塊、自身的標識和其它供系統(tǒng)使用的信息。數據塊本身可以包括例如互聯網通信(如電子郵件消息或者用于網頁的請求)、電子文件、短消息、FAX數據或者其它數字數據。遠端裝置每次利用爭用型接入塊112內的通信資源發(fā)送數據塊的時候，還要利用保留塊110發(fā)送通知消息。該通知消息不會受到沖突。因為通知消息一般來說要遠遠小于對應的數據塊，因此傳遞通知消息只需要相對較小數量的通信資源。在一個實施例中，通知消息具有兩種意義中的一種。第一消息可以簡單地表示遠端裝置出現在覆蓋區(qū)域之內，第二消息可以表示該遠端裝置正在發(fā)送對應的數據塊。在優(yōu)選實施例中，在保留塊110中采用的通信格式可以使中心站成功接收的概率比較高。例如，通知消息應該以相對較高的信噪比到達中心站。
每次遠端裝置利用爭用型接入塊112傳輸數據塊并且利用保留塊110傳輸通知消息的時候，會產生如下四種結果之一?；蛘咧行恼究梢越邮盏綌祿K以及通知消息，或者接收到數據塊而沒有接收到通知消息，或者既沒有接收到數據塊也沒有接收到通知消息，或者接收到通知消息而沒有接收到數據塊。在一個優(yōu)選實施例中，通過保留塊傳輸的10000個分組中的傳輸失敗率不到1。還在這個優(yōu)選實施例中，最好限制爭用型接入塊112的使用從而使得沖突概率例如大概在10％左右。因此在至少90％的時間內，中心站可以成功地接收數據塊和通知消息，并且向已發(fā)出了數據塊的遠端裝置發(fā)送一個確認消息。
中心站可以成功地接收到數據塊而沒有接收到通知消息，這種情況發(fā)生的概率概率是非常小的。在這種情況中，中心站可以采取與接收到通知消息情況相同或者類似的方式來簡單地向已發(fā)出數據的遠端裝置發(fā)送確認消息。在中心站既沒接收到數據塊也沒接收到通知消息的這種非常罕見的情況中，遠端裝置檢測到確認超時，則可以通過爭用型接入塊112對數據塊進行重傳。
如果爭用型接入決112的負荷可以維持到使得所希望的平均沖突概率小于10％，則中心站接收到通知消息而沒有接收到數據塊的情況不會超過10％的時間。在這種情況中，中心站向在非爭用接入塊114中指定資源的遠端裝置發(fā)送響應消息，該遠端裝置可以通過該非爭用接入塊114重傳數據塊。響應消息可以是遠端裝置專用消息、廣播消息或者其它類型的消息。遠端裝置可以由臨時性的標識符或使用其它手段明確或隱含地來標注。
在一個實施例中，非爭用接入塊114包括一組預定資源，它暫時專用于被選中的遠端裝置。根據從中心站接收到的響應消息，遠端裝置通過非爭用接入塊114中指定的資源來重傳數據塊。該消息內包括數據塊，并且還可以包括其它系統(tǒng)信息。通過非爭用接入塊114傳輸的包含數據塊的消息可以不同于通過爭用型接入塊112傳輸的消息。例如通過使用非爭用接入塊114內分配給遠端裝置的資源，遠端裝置本質上可以識別其自身，因此在消息本身中包括其自身標識并是不需要的。
非爭用接入塊114的使用大大地降低了數據塊經歷一次以上的沖突的概率。通過這種處理，可以避免與等待確認定時器超時、等待隨機長度的時間以及多次重傳所占據的時間相關的時延。因此與數據塊傳輸相關的平均時延也會得到降低。
在一個實施例中，專用于非爭用接入塊114的資源包括大概四分之一的可用通信資源。通過圖3的檢驗，可以看到專用于爭用型接入塊112的資源受到了分配給保留塊110和非爭用接入塊114的資源的限制。由于保留塊110只占據整個可用通信資源的很小一部分，所以保留塊110的使用不會顯著地減少用于爭用型接入塊112的資源。在不使用爭用型接入塊112進行數據塊重傳的情況下，非爭用接入塊114的使用可以減輕爭用型接入塊112的負擔。通過這樣做，非爭用接入塊114的使用降低了爭用型接入塊112那發(fā)生沖突的概率，這樣就會提高整個系統(tǒng)的吞吐量，并且減小花費在沖突上的通信資源。
此外，非爭用接入塊114的使用可以顯著地減小與系統(tǒng)接入相關的平均時延，特別是當負荷相對比較重的時候。非爭用接入塊114的使用還限制了重傳過程，使得最可能的、最壞的情況中的時延可以被限制在只進行一次重傳所需要的時間之內?？梢宰⒁獾竭@種時延(大約等于與通過衛(wèi)星進行傳輸相關的往返過程的時延)等同于與理想的預定接入方法相關的時延。因此與完全理想的預定接入技術相比，圖3中給出的接入方法的平均時延會更小。此外，由于重傳次數受到限制，所以與現有的隨機接入系統(tǒng)相比，本發(fā)明具備更低的平均時延。
盡管為了禁止過信道利用以及吞吐量降低，必須要對爭用型接入塊112的負荷加以限制，但是如果非爭用接入塊114內包括預定的信道，則信道可以被充分利用，而不必存在上述的顧慮。此外由于遠端裝置在發(fā)生了一次沖突之后不會試圖繼續(xù)接入爭用型接入塊112，所以本發(fā)明還可以限制過信道利用和不穩(wěn)定的系統(tǒng)行為發(fā)生的概率。
圖4給出遠端裝置操作的流程圖。流程以起始于開始模塊120。在模塊122，遠端裝置通過爭用型接入塊傳輸數據塊。在采用單純ALOHA隨機接入方案的系統(tǒng)中，模塊122可以簡單地包括只要有分組可用，就發(fā)送數據。在其它系統(tǒng)中，模塊122可以包括從一組可用的隨機接入信道中隨機地選擇一個隨機接入信道。仍然在其它系統(tǒng)中，模塊122可以包括試圖去探測被其它裝置所使用的爭用型接入塊的步驟。在模塊124中，遠端裝置利用保留塊發(fā)送通知消息。模塊122和124內的步驟可以交換順序來進行，或者可以同時執(zhí)行。在模塊126中，遠端裝置判斷在確認超時期間內是否接收到了來自中心站的確認消息。如果收到了，則流程在結束模塊132終止。如果沒有收到，則遠端裝置在模塊128中判斷是否接收到了中心站發(fā)出的響應消息，該消息指定在非爭用接入塊內的資源。如果接收到響應消息，則遠端裝置在模塊130通過指示的資源重傳數據。在遠端裝置既沒接收到確認消息也沒有接收到響應消息的罕見的情況下，流程會返回模塊122重新開始。
圖5給出中心站操作的流程圖。流程起始于開始模塊138。在模塊140中，中心站接收到保留塊中的對應于特定遠端裝置的通知消息。模塊142判斷在鄰近接收到通知消息時刻的特定時間段內是否接收到了爭用型接入塊中的對應的數據塊。如果接收到了數據塊，則中心站在模塊148向遠端裝置發(fā)送確認消息，流程終止于結束模塊150。如果沒有接收到，則中心站在模塊144中發(fā)送響應消息，命令遠端裝置利用非爭用接入塊進行傳輸。在模塊146中，中心站通過非爭用接入塊接收到來自遠端裝置的數據塊。在模塊148中，中心站向遠端裝置發(fā)送確認消息，并且流程終止于結束模塊150。
為了禁止過信道利用，爭用型接入塊的負荷一般要被限制在系統(tǒng)設計的最大負荷門限以下。如果系統(tǒng)能夠以至少接近最大允許負荷的精確度來預測遠端裝置傳輸的概率，則可以通過預測性安排來提高系統(tǒng)的效率。例如，如果系統(tǒng)設計把爭用型接入塊的負荷限制在所有可用容量的10％左右，并且中心站能夠以高于10％的精確度去預測遠端裝置的傳輸，如果遠端裝置有傳輸的需要，則中心站可以通過從非爭用接入塊中選擇資源供遠端裝置使用來提高系統(tǒng)的效率。利用預測性安排，非爭用接入塊資源可以在低于滿負荷容量的情況下工作，但是系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性都得到了提高。
通常在接收到來自遠端裝置的數據塊之后，很快就會收到其它數據塊，這特別發(fā)生在響應一個進行干預的中心站消息的情況下。因此當中心站收到來自遠端裝置的數據塊或者與失敗的傳輸相關的通知消息時，中心站可以在確認消息內包括預測資源分配。這種預測性的資源分配可以在非爭用接入塊內指定資源。這樣，包含預測性資源分配的確認消息可以告知遠端裝置“我已經接收到了你最新一次的傳輸，如果你在隨后的X秒內需要傳輸，請通過非爭用接入塊內的資源Y進行發(fā)送?！比绻h端裝置需要發(fā)送額外的數據塊，則遠端裝置通過非爭用接入塊內的指定資源開始發(fā)送數據，而不使用爭用型接入塊。類似地，當中心站向遠端裝置發(fā)送數據塊時，中心站可以在承載數據塊的消息內包括預測性資源分配。此外，預測性資源分配可以做為獨立的消息被傳輸，或者在對失敗傳輸的響應消息中傳輸。通過使用預測性安排，爭用型接入塊112的負荷可以進一步得到減輕，因此減少了沖突次數，以及由此對系統(tǒng)造成的平均時延，并且還可以進一步提高系統(tǒng)吞吐量和穩(wěn)定性。
再次參考圖5，為了實施預測性安排，在模塊148中，中心站可以在發(fā)送給遠端裝置的確認消息中包括一個預測性資源分配以供遠端裝置用于發(fā)送它在一個限定時間內生成的傳輸。如果原始傳輸失敗了，中心站可以在模塊144中發(fā)送的消息中包含一個預測性資源分配，以用于遠端裝置的隨后傳輸(只要這些傳輸是在有限時間內開始的)。在這些消息之一和其它消息內包括或者不包括預測性資源分配可以是例如當前系統(tǒng)負荷、流入或流出用戶數據的特性、或遠端裝置的特性的函數。在一個實施例中，遠端裝置在通過連接資源傳遞的消息中指示希望使用的非連接資源。
在另外一個實施例中，圖3中給出的爭用型接入塊112和非爭用接入塊114之間的嚴格區(qū)分界限可以被活動的分割界限所代替。如果爭用型接入塊112和非連接接入114使用通用的通信格式，則為了通知遠端裝置關于該活動分割界限的當前位置，中心站要通知遠端裝置哪一個當前信道被用于分開連接類型接入組112和非爭用接入塊114。在負荷比較輕的情況中，分配給爭用型接入塊112的通信資源可以有所增加，而分配給非爭用接入塊114的通信資源可以減少。這樣沖突的概率會降低，并且系統(tǒng)所引入的平均時延也會減小。隨著系統(tǒng)負荷的增加，沖突的發(fā)生也會逐漸增加，并且通過非爭用接入塊114傳輸的數據量也會增加。在這一點上，為了在非爭用接入塊114內容納不斷增長的負荷，分配給非爭用接入塊114所使用的通信資源也要相應增加。極端情況就是，如果爭用型接入塊112的負荷變得非常重，使得沖突占據了主導地位，則分配給爭用型接入塊112的通信資源就應該被最小化甚至取消。在這種情況中，每一次通過爭用型接入塊112的傳輸都會產生沖突，并且系統(tǒng)就會變成一個建立在把保留塊114作為用于請求預定的資源的裝置的基礎上使用的預定的系統(tǒng)。在分配給爭用型接入塊112與分配給非爭用接入塊114的通信資源之間采取活動界限，可以允許系統(tǒng)在比較大的負荷范圍內有效地運行。
根據公知技術，保留塊的傳輸可以被用來獲取時間對齊(同步)，以及對遠端裝置進行功率控制的信息--無論保留塊的傳輸是否指示通過連接型資源進行數據塊的傳輸。例如，借助于檢查通過保留塊接收到的傳輸，中心站可以生成時間調整命令和信息、或者功率調整命令或信息，以便利用公知技術將其傳送到遠端裝置去。用于時間對齊的多項技術在題為“用于通信系統(tǒng)中時間同步的方法和裝置”的共同待審查的美國專利申請序列號60/095341，(提交日1998年8月)中有描述。由于遠端裝置可以通過保留塊傳輸真正或者虛擬的消息，而不必消耗任何額外的系統(tǒng)資源，而且也沒有沖突的風險，所以將保留塊用于這些功能是會有好處。通過使用保留塊去實施這些附加開銷功能，可以使爭用型接入塊和非爭用接入塊的負荷都進一步降低。
在一個實施例中，保留塊的傳輸反映了通過連接型資源進行傳輸的數據量。例如在一個實施例中，保留塊內的傳輸就是負荷消息，它用于指示通過連接型資源傳輸的分組數量。如果中心站檢測到的數據量小于指示的連接型資源內傳輸的數據量，則中心站分配足夠大規(guī)模的非連接資源去支持沒有接收到的數據量的傳輸，并且通知遠端裝置。遠端裝置做出響應，通過非連接資源重傳數據。
在這種實施例中，如果遠端裝置正在發(fā)送同步數據或者其它類型的數據，其中遠端裝置能夠對通信資源的需要進行預測，則在數據可用于傳輸之前遠端裝置可以通過保留塊發(fā)送負荷消息指示預測資源量的傳輸。然而，遠端裝置并不通過連接型資源傳輸一個對應的消息。因此，中心站接收保留塊的傳輸，但是不接收對應的連接型資源的傳輸，并且利用非連接資源分配響應。當數據可用時，遠端裝置可以通過非連接資源發(fā)送數據，這樣不會導致預定安排的延遲或者連接型資源中出現沖突的可能性。此外，由于遠端裝置不通過連接型資源發(fā)送消息，所以連接型資源的負荷與沖突數量都會減小。
在某些情況中，遠端裝置發(fā)送可預測的數據以及較為不可預知的數據流。例如，遠端裝置可以同時傳輸可預測速率的語音信號以及一個不可預知的數據信號。在這種情況中，遠端裝置能夠把預測資源量添加到通過保留塊的傳輸進行發(fā)送的負荷指示的數量上。例如，如果遠端裝置內有五個數據分組要被傳輸，并且能夠預測到還有兩個附加的語音分組要被傳輸，則遠端裝置通過連接類型資源傳輸五個數據分組，并通過保留塊傳輸一個相應消息，指示有七個數據分組要被傳輸。中心站接收保留塊的傳輸以及五個數據分組，并且安排足夠的非連接資源去傳輸剩余的兩個分組。
在某些系統(tǒng)中，能夠被同時傳輸的反向鏈接功率總量應該是受限制的。例如反向連接功率可以受衛(wèi)星轉發(fā)器抑制點或者政府規(guī)定的限制。如果有大量的遠端裝置試圖同時通過連接型資源接入系統(tǒng)，則總功率可能會超過反向鏈接的功率限制。在這種情況中，限制同時傳輸的總功率是有好處的。其一種實現方式是限制可以在任意給定的連接型資源段中進行傳輸的遠端裝置的數量。因此，遠端裝置一般都只能夠在可能的連接型資源段的一個子組中進行傳輸，而不能被允許去在該連接型資源的一組資源段的每一個中進行傳輸。例如，如果連接類型資源是開槽的ALOHA系統(tǒng)，則遠端裝置能夠在可能傳輸邊界的一個子組中開始傳輸。如果資源能夠合理地得到分配，即使如果每一個能夠在一個資源段中進行傳輸的遠端裝置在該資源段中傳輸，其總功率也仍然會低于允許的限制值。在一個實施例中，根據業(yè)務目標的等級，遠端裝置接受允許分配。在其它實施例中，特定的消息或消息類型被認為擁有高于其它消息的優(yōu)先級，從而可以基于消息類型進行這種允許分配的分配。
通過保留塊的傳輸不需要與通過爭用型接入塊的傳輸同時進行。通過保留塊的傳輸可以指示已通過爭用型接入塊進行了最近一次傳輸，通過爭用型接入塊同時進行了傳輸、或者將要通過爭用型接入塊進行傳輸。
仍然在另一實施例中，保留塊的資源可以非均勻地分配給遠端用戶。例如可以按照一組活動和靜止遠端裝置進行來分配資源?；顒舆h端裝置是那些更加可能要發(fā)送數據的遠端裝置。靜止用戶是那些不太可能發(fā)送數據的遠端裝置。如果在長時間內沒有接收到來自活動遠端裝置的傳輸，則中心站能夠重新把該遠端裝置歸類為靜止遠端裝置。如果收到了來自一個靜止遠端裝置的數據，則中心站能夠把該遠端裝置歸類為活動遠端裝置?；顒舆h端裝置可以被測定為比靜止遠端裝置更加頻繁地訪問保留塊資源。類似地，也可以根據分配給用戶的業(yè)務量、遠端裝置的數據傳輸能力、遠端裝置的過去工作模式、或者距接收到遠端裝置的前一次傳輸時刻的時間長度，在多個遠端裝置之間分配保留塊資源。非均勻分配保留塊資源有助于降低由于使用保留塊而引入到系統(tǒng)的總體等待時間。
類似地，在系統(tǒng)運行過程當中專用于保留塊的系統(tǒng)資源總量是可以變化的。例如圖3中給出的保留塊110、爭用型接入塊112以及非爭用接入塊114之間的嚴格界限可以被活動的分割界限所代替。通過增加分配給保留塊的資源數量，可以使得由使用保留塊而造成的系統(tǒng)整體等待時間減小。然而增加分配給保留塊的資源數量就會減少可以分配給其它接入資源的資源量。這樣，當有足夠的資源可用于爭用型接入塊和非爭用接入塊的情況下，額外的資源可以被分配給保留塊。隨著連接型資源和非連接資源負荷的增加，分配給保留塊的資源數量就會減少。
如上所述，保留塊、爭用型接入塊以及非爭用接入塊所使用的通信格式不需要是相同的。多種已知的以及最近發(fā)展起來的通信格式都可以直接用于本發(fā)明的本質。典型地，為了實施的方便，非連接接入和爭用型接入塊使用通用的通信格式和信道劃分方式。例如爭用型接入塊可以分配多個時間和頻率段，而非爭用接入塊可以分配系統(tǒng)內其余可用的時間和頻率段?；蛘咭越M合的方式，連接類型接入組可以被分配以第一組正交碼以便用于擴頻系統(tǒng)，而非爭用接入塊可以被分配以剩余的系列碼。此外，還可以采用頻率跳變技術。然而保留塊更傾向于根據不同的通信格式來工作。保留塊的一個重要特性就是它包含足夠數量的離散資源，從而使得每個活動單元可以被分配一個唯一的資源。還有一點很重要，與通過保留的資源發(fā)送信號相關的傳輸時延應該被限制在一個合理的數值之內。如果與一個遠端裝置利用保留塊進行連續(xù)傳輸相關的時延太大，則在判定與非爭用接入塊重傳相關的時延的過程中，該時延就會成為重要因素。
本發(fā)明可以體現為其中有多個單元競爭接入有限的資源的各種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括無線地面系統(tǒng)和有線系統(tǒng)。在一個實施例中，只能在數據塊經歷了兩次或兩次以上的爭用型接入塊沖突之后才能使用非爭用接入塊。
本發(fā)明還可以體現為其它特定形式而不會脫離本發(fā)明的精神或基本特征。從各個方面來講，在此描述的實施例都被認為僅僅用于說明而并不局限于此，因此本發(fā)明的保護范圍將在隨后的權利要求而不是前面的描述中給出。處于權利要求的等同意義和范圍之內的所有變化都包含在其范疇之內。
權利要求
1．在其中有多個遠端裝置向中心站發(fā)送數據的通信系統(tǒng)內，一種通信方法包括從一個遠端裝置通過連接型爭用接入通信資源向中心站發(fā)送數據塊；以及從該遠端裝置通過第一非爭用接入信道向中心站發(fā)送通知消息，以通知中心站通過該爭用型接入通信塊發(fā)送該數據塊。
2．權利要求1中的方法，包括為了響應接收到該通知消息，在中心站內判定通過該爭用型接入通信資源傳輸的數據塊是否成功；以及如果通過該爭用型接入通信資源傳輸的該數據塊不成功，則從中心站向遠端裝置發(fā)送響應消息，去命令遠端裝置通過第二非爭用接入通信資源內的資源發(fā)送該數據塊。
3．權利要求2中的方法，其中該響應消息在該第二非爭用接入通信資源內指定該資源。
4．權利要求2中的方法，其中發(fā)送該數據塊還包括在該爭用型通信資源內的一組資源段中選擇被允許的資源。
5．權利要求2中的方法，其中該通知消息表明該數據塊中的第一數據量要大于第二數據量。
6．權利要求2中的方法，其中該通知消息表明該數據塊中的第一數據量。
7．權利要求6中的方法，其中該爭用型接入通信資源內的該資源具備足夠大的規(guī)模去支持中心站接收到的、該第一數據量和第二數據量之差的傳輸。
8．權利要求6中的方法，其中該非爭用接入通信資源內的該資源具備足夠大的規(guī)模去支持該第一數據量的傳輸。
9．權利要求2中的方法，還包括從中心站向遠端裝置發(fā)送確認消息，去命令遠端裝置通過該第二非爭用接入通信資源內的資源發(fā)送在一個有限時間內可用的任何附加數據。
10．在其中有多個遠端裝置競爭有限通信資源的系統(tǒng)中，一種遠端裝置對系統(tǒng)進行接入的方法包括通過爭用型接入通信資源發(fā)送數據塊；以及通過保留通信資源發(fā)送相應的通知消息。
11．權利要求10中的方法，還包括接收一個響應消息，該消息命令遠端裝置通過非爭用接入通信資源內的資源來傳輸該數據塊，以做為對接收該對應通知消息成功以及接收該數據塊失敗的響應；以及通過該非爭用接入通信資源傳輸該數據塊。
12．權利要求11的方法，其中傳輸該數據塊還包括從該爭用類型通信資源內的一組資源段中選擇可用的資源。
13．權利要求11中的方法，其中該相應通知消息表明該數據塊中大于第二數據量的第一數據量。
14．權利要求11中的方法，其中對應通知消息表明該數據塊中的第一數據量。
15．權利要求14中的方法，其中該非爭用接入通信資源內的該資源具備足夠的規(guī)模去支持中心站接收到的、對第一數據量和第二數據量之差的傳輸。
16．權利要求14中的方法，其中該非爭用接入通信資源內的該資源具備足夠大的規(guī)模，以便去支持該第一數據量的傳輸。
17．權利要求11中的方法，其中該數據塊是同時被傳輸的數據總量的一個子組。
18．權利要求11中的方法，其中該響應消息包括在該非爭用接入通信資源內指定該資源。
19．權利要求11中的方法，其中通過該爭用型接入通信資源的傳輸會受到沖突，而且通過該保留通信資源和非爭用接入通信資源的傳輸不會受到沖突。
20．權利要求11中的方法，其中該分配給保留通信資源的該組資源消耗不到5％的可用通信資源。
21．權利要求11中的方法，該方法還包括如果在一個有限時段內存在附加數據塊需要傳輸，接收用于在非爭用接入通信資源內指示預測資源的預測資源指定。
22．權利要求11中的方法，其中該相應的通知消息被用于產生供該遠端裝置使用的功率調整信息。
23．權利要求11中的方法，其中該對應的通知消息被用于產生供該遠端裝置使用的時間調整信息。
24．權利要求11中的方法，其中該沖突型接入通信資源包括一組碼分多址信道。
25．權利要求11中的方法，其中該爭用型接入通信資源包括一組時分多址信道。
26．權利要求11中的方法，其中隨著系統(tǒng)負荷的增加，分配給該爭用型接入通信資源的通信資源總量會有所減少。
27．權利要求11中的方法，其中隨著系統(tǒng)負荷的增加，分配給該非爭用接入通信資源的通信資源總量會有所增加。
28．權利要求11中的方法，其中該數據塊包括互聯網通信數據。
29．權利要求28中的方法，其中每一個傳輸步驟中都包括通過無線衛(wèi)星鏈接進行傳輸的步驟。
30．多址通信方法中包括通過指定資源從遠端裝置接收通知傳輸；監(jiān)視爭用類型接入通信資源，以便接收相應的數據塊；以及如果在該爭用類型接入通信資源內沒有檢測到該相應的數據塊，則向該遠端裝置發(fā)送響應消息，在非爭用接入通信資源中指定資源，供遠端裝置進行重傳使用。
31．權利要求30中的方法，其中該通知消息表明該相應數據塊中大于第二數據量的第一數據量。
32．權利要求30中的方法，其中該通知消息表明該相應數據塊中的第一數據量。
33．權利要求30中的方法，還包括根據該爭用型通信資源的負荷水平來為該指定資源動態(tài)地分配附加資源的步驟。
34．權利要求32中的方法，其中該非爭用接入通信資源內的該資源應該具備足夠大的規(guī)模去支持該中心站所接收到的，對第一數據量和第二數據量之差的傳輸。
35．權利要求32中的方法，其中該非爭用接入通信資源內的該資源具備足夠大的規(guī)模去支持該第一數據量的傳輸。
36．權利要求30中多址通信方法，還包括向該遠端裝置發(fā)送預測消息的步驟，該消息在該非爭用接入塊內指定預測資源供該遠端裝置暫時使用，以便傳輸有限時間內的附加數據塊。
37．權利要求30中的方法，其中該接收步驟包括通過無線衛(wèi)星鏈接接收進行傳輸的步驟。
38．權利要求30中的方法，其中該數據塊中包括對網頁的請求。
39．權利要求30中的方法，還包括傳輸當前該爭用型接入通信資源與該非爭用接入通信資源之間的邊界標識的步驟。
40．通信方法包括如下步驟從遠端裝置傳輸包括數據的隨機接入消息；從該遠端裝置通過保留資源傳輸相應的通知消息；中心站接收該對應的通知消息；如果該中心站沒有接收到該隨機接入消息，則在非爭用接入通信資源內為該遠端裝置分配資源；以及通過該非爭用接入通信資源內的該資源接收該數據塊。
41．在有多個遠端裝置競爭有限通信資源的系統(tǒng)中，一種遠端裝置包括通過爭用型接入通信資源發(fā)送數據塊的裝置；通過保留通信資源發(fā)送對應的通知消息的裝置；用于接收命令遠端裝置通過非爭用接入通信資源中的資源來傳輸該數據塊的響應消息、以做為對該相應的通知消息接收成功以及該數據塊接收失敗的響應的裝置；以及用于通過該非爭用接入通信資源傳輸該數據塊的裝置。
42．一種隨機接入中心站，被配置成去實施如下過程通過專用資源從遠端裝置接收通知傳輸的過程；用于監(jiān)視隨機接入通信資源以便接收相應的數據塊的過程；以及在沒有檢測到該對應數據傳輸模塊時向該遠端裝置發(fā)送預定的資源指示以供該遠端裝置重傳使用的過程。
43．一種通信系統(tǒng)包括遠端裝置，包括通過爭用類型接入組傳輸數據塊的過程以及通過保留通信資源傳輸相應的通知消息的過程；以及中心站，包括接收該相應的通知消息的過程、在沒有接收到該數據塊時分配預定的資源的過程、以及通過該預定的資源接收該數據塊的過程。
全文摘要
通信系統(tǒng)內包括三種通信資源:爭用型接入塊(112)、非爭用接入塊(114)以及所謂的保留塊的第二非爭用接入塊(110)。遠端裝置(104)每次有數據塊要傳送給中心站(100)的時候,遠端裝置(104)都是通過爭用型接入塊(102)發(fā)送數據塊。該遠端裝置(104)還通過保留塊(110)發(fā)送相應的通知消息。如果中心站(100)接收到通知消息但沒有接收到數據塊,則中心站(100)向遠端裝置(104)發(fā)送響應消息,該消息指定在非爭用接入塊(114)內的資源。遠端裝置(104)通過指定的資源發(fā)送數據塊。
文檔編號H04L12/56GK1322423SQ9981116
公開日2001年11月14日 申請日期1999年7月20日 優(yōu)先權日1998年7月21日
發(fā)明者B·L·卡內爾, D·貝克爾, K·E·默德爾 申請人:塔奇昂公司