CN1192561C - 无线通信系统及用于其的站和运行无线通信系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于从次站传输数据分组(214)到主站的随机接入分组信道的无线通信系统。这样的信道预定在实际上不进行呼叫时由次站使用来把数据分组(214)发送到主站。希望发送数据分组(214)的次站进行与主站的两个竞争判定阶段(208，210)。这解决了现有技术的系统的问题，即：有很大可能会有两个次站相信它们已被许可接入到信道，因此产生的冲突会导致系统容量的很大的减小。

Description

无线通信系统及用于其的站和运行无线通信系统的方法
                     技术领域
本发明涉及具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统，以及还涉及在这样的系统中使用的主站和次站，及运行这样的系统的方法。虽然本说明书具体参照新兴的通用移动电信系统(UMTS)来描述一个系统，但应当看到，所描述的技术同样适合于在其它移动无线系统中使用。在本说明书中，术语随机接入信道是指在其上进行随机接入传输的逻辑信道，它典型地由多个不同的物理信道组成。
                     背景技术
随机接入信道是使得移动台(MS)能够发送短消息给基站(BS)的、无线通信系统的通常的组成部分。其应用包括：当MS被接通时通知BS，当MS不进行呼叫时发送数据分组给BS，以及请求BS分配资源供MS使用。
在移动台实际上不在进行呼叫时该移动台常常有发送数据分组给BS的需求的系统中，提供具有与标准随机接入信道相同的特性、但预定用于从MS到BS的小的和中等尺寸的分组传输的随机接入分组信道是有利的。因为信道的随机接入特性，所以可能有两个(或多个)移动台试图同时发送数据分组，这会导致高的数据丢失概率。这种冲突的结果是引起很大的延时，以及增加的干扰和容量的损失。
针对UMTS开发的、随机接入分组信道的实施例，在MS试图得到对分组信道的接入时，利用竞争判定方法。然而，即使使用这种方法，仍旧很可能有未解决的冲突，从而导致系统容量的显著减小。
                     发明内容
本发明的目的是提供改进的竞争判定。
按照本发明的第一方面，提供了包括主站和多个次站的无线通信系统，并且它具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道，该主站和次站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括次站发送用第一签名编码的接入前同步信号和主站发送接入应答，该主站和次站也具有用于在完成接入阶段时进行第一竞争判定阶段的装置，其特征在于，该主站和次站具有用于进行第二竞争判定阶段的装置，以便对于第一签名至少进行某些选择，该主站具有用于在完成最后的竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置，以及该次站具有用于当它被许可按入时在该随机接入信道上发送数据的装置。
按照本发明的第二方面，提供了在具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的主站，该主站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括次站发送用第一签名编码的接入前同步信号和主站发送接入应答，并且该主站也具有用于在完成接入阶段时进行第一竞争判定阶段的装置，其特征在于，提供了用于进行第二竞争判定阶段的装置，以便对于第一签名至少进行某些选择；以及提供了用于在完成最后的竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置。
按照本发明的的第三方面，提供了在具有用于传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的次站，该次站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括次站发送用第一签名编码的接入前同步信号和主站发送接入应答，该次站也具有用于在完成接入阶段时进行第一竞争判定阶段的装置，其特征在于，提供了用于进行第二竞争判定阶段的装置，以便对于第一签名至少进行某些选择，该主站具有用于在完成竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置；以及提供了用于在完成竞争判定阶段主站许可接入时在该随机接入信道上发送数据的装置。
按照本发明的的第四方面，提供了运行具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统的方法，该方法包括主站和次站进行接入阶段，该接入阶段包括次站发送用第一签名编码的接入前同步信号和主站发送接入应答，该方法还包括主站和次站在完成接入阶段时进行第一竞争判定阶段，其特征在于，主站和次站进行第二竞争判定阶段，以便对于第一签名至少进行某些选择，主站在完成最后的竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道，以及次站当它被许可接入时在该随机接入信道上发送数据。
按照本发明的一方面，提供了一种无线通信系统，它包括主站和多个次站，并且具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道，该主站和每个次站都具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括：该次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收到该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；该主站和每个次站也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：该次站响应于接收到该第一应答而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及主站响应于接收到该第二前同步信号而发送指示该第二签名的第二应答；其特征在于，该主站和每个次站还具有用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：该次站响应于接收到该第二应答而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及主站响应于接收到该第三前同步信号而发送指示该第三签名的第三应答；以及该主站还具有用于在完成第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置，以及该次站还具有用于当它被许可接入时在该随机接入信道上发送数据的装置。
按照本发明的又一方面，提供了在具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的主站，该主站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；并且该主站也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及主站响应于接收到该第二前同步信号而发送指示该第二签名的第二应答；其特征在于，用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收到第三前同步信号，而发送指示该第三签名的第三应答；以及用于在完成第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置。
按照本发明的另一方面，提供了在具有用于传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的次站，该次站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括：次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及该主站响应于接收该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；以及也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：次站响应于接收该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及该主站响应于接收该第二前同步信号，而发送指示该第二签名的第二应答；其特征在于，用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：次站响应于接收该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收该第三前同步信号，而发送指示该第三签名的第三应答；以及用于在完成第二竞争判定阶段、主站许可接入时在随机接入信道上发送数据的装置。
按照本发明的另一方面，提供了用于运行具有从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统的方法，该方法包括：主站和次站进行接入阶段，该接入阶段包括：次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；该方法还包括主站和次站进行第一竞争判定阶段，该第一竞争判定阶段包括：次站响应于接收该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及该主站响应于接收该第二前同步信号，而发送指示该第二签名的第二应答；其特征在于，该主站和次站进行第二竞争判定阶段，该第二竞争判定阶段包括：次站响应于接收该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收该第三前同步信号，而发送指示该第三签名的第三应答；以及该方法还包括：主站在完成该第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道，以及次站当它被许可接入时在该随机接入信道上发送数据。
                     附图说明
现在将通过实例，参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1是无线通信系统的示意的方框图；
图2显示提供竞争判定的基本随机接入分组信道方案；
图3显示提供按照本发明的改进的竞争判定的随机接入分组信道方案；以及
图4是按照本发明的、用于改进的竞争判定的方法的流程图。
在附图中，相似的参考数字被使用来表示相应的特性。
                   具体实施方式
参照图1，无线通信系统包括主站(BS)100和多个次站(MS)110。BS 100包括微控制器(μC)102、被连接到无线传输装置106的收发信机装置(Tx/Rx)104、用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)107，和用于连接到PSTN或其它适当的网络的连接装置108。每个MS 110包括微控制器(μC)112、被连接到无线传输装置116的收发信机装置(Tx/Rx)114，和用于改变发送功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS 100到MS 110的通信在下行链路信道122上进行，而从MS 110到BS 100的通信在上行链路信道124上进行。
图2上显示了对于在频分复用系统中运行的随机接入分组信道的基本方案，图中上行链路信道124画在下行链路信道122的上面。在接入阶段，MS 110首先在特定的接入时隙以低的功率电平发送前同步信号(P)202，该前同步信号是用从一组16个可能的签名中随机选择的签名来编码的。签名是具有这样特征的信号，即：其扰频码和信道化码被特定的比特序列调制。互相正交的签名组可以通过规定一组互相正交的用于调制的比特序列而得到。所以，通过改变扰频码或信道化码(即，物理信道)，或通过使用不同的互相正交的比特序列组，可以得到不同的签名组。替换地，大的签名组可以被规定为具有低的互相关性，而不是有严格的正交性。
在有些系统中，用于编码接入前同步信号202的前同步信号签名的选择不一定是完全随机的。而是，在所使用的前同步信号签名与数据传输所请求的资源之间可能有映射关系，以便减小对于另外的信令的需要。例如，如果有4个物理信道可供分组数据传输使用，则一组16个签名可被再分成4个小组，每个小组对应于不同的物理信道。在一小组签名中，选择仍然是随机的。通常，在签名与物理信道之间的映射关系是一对一或多对一的。而且，虽然本说明书涉及16个签名的组，但不同的实施方案可以使用具有不同数目的签名的组。同样地，不需要不同的签名组包含相同数目的签名。
如果BS 100正确地接收和译码该前同步信号，则它发送前同步信号应答(A)206。在图2所示的实例中，在第一前同步信号202被发送以后，在分配给它的时隙204上(它可以典型地是1ms长)没有应答返回。所以，MS 110以较高的功率电平发送另一个前同步信号202。在时隙204中再次没有接收到应答，这样，MS 110以更高的功率电平发送另一个前同步信号202。这个信号由BS 100接收和译码，该BS 100发送一个应答206，并且由此完成接入阶段。
对于接收的有最高功率的前同步信号202，BS 100对每个接入时隙将只发送一个应答，而不管已发送了多少前同步信号202。如果一个以上的前同步信号202被发送，但每个前同步信号用不同的签名编码，则每个MS 110将获知其前同步信号202是否被正确地接收。然而，有可能一个以上的MS 110都选择同一个签名，并且因此认为其前同步信号202已被接收。如果这些移动台110中每一个都开始发送它的数据。则结果将是会发生冲突，因而很可能没有数据被正确地接收。
为了减小发生这种情况的机会，在发送应答206后接着进入竞争判定阶段。发送用相应于由BS 100应答的签名进行编码的前同步信号202的每个MS 110，现在发送另一个竞争判定前同步信号(CP)208。这个前同步信号208用从另一组16个可能的签名中随机选择的签名编码。这组签名可以与用于接入前同步信号202的那组签名不同(通过改变调制比特序列的组，或扰频码，或信道化码)，或替换地，签名组可以在接入和竞争判定阶段之间共享。然后，该BS 100发出相应于接收的有最高功率的前同步信号208的竞争判定应答(CA)210，该应答210使得MS 110能够发送它的数据。所以，如果一个以上的MS 110选择同一个接入前同步信号202，则也选择相同的竞争判定前同步信号208的机会是很小的。
在这个竞争判定阶段以后，BS 100开始发送物理控制信道(PCCH)212，它包括功率控制信息，用来指令MS 110按需要调节它的发射功率，以及MS 110发送一个或多个数据分组(PKT)214，这通常是在与用于前同步信号发送的那些物理信道不同的物理信道上进行的。PCCH 212可以与发送数据214同时开始，或者先于它足够长时间以便在数据传输以前建立闭环功率控制。
虽然竞争判定阶段减小了一个以上的MS 110企图同时发送数据分组214的机会，但它可能会失败。如果失败了，则数据分组214的同时发送将造成很高的数据丢失概率。虽然这样地数据丢失可被检测到，并在UMTS系统内被处理，但结果是在有关的数据传输中引起很大的延时、增大的干扰电平和减小的系统容量。
随机接入分组信道具有有限的容量。在系统中如果有高的业务负载，则因此很可能有一个以上的MS 110在等待容量成为可用的。在这种情况中，当容量变成为可用时，有很大的冲突概率，可能会接近100％。上述的有16个可用签名的竞争判定阶段应当减小未解决冲突的概率到小于16分之一。然而，因为在确实发生冲突时造成的负面影响，系统容量仍旧会因此而有很大的减小。所以，希望有改进的竞争判定方法。
图3上显示按照本发明的、引入了这样的改进竞争判定方法的随机接入分组信道的方案。这种方案的运行在接收竞争判定应答210以前都与以上相对于图2描述的方案相同。然后，提供了第二竞争判定阶段，在其中MS 110接着发送第二竞争判定前同步信号208，它用从一组16个可能的签名中随机选择的签名编码。
这组签名可以与第一竞争判定前同步信号208使用的签名不同(或通过改变物理信道或调制比特序列)，或者可以在第一和第二竞争判定前同步信号208之间共享一个单组签名。第一和第二组判定竞争前同步信号208和应答也可以以某种其它方式被区分开，例如通过使用相对于某种规定的时隙结构的不同的时间偏移而区分。替换地，该系统可被控制成使得接入应答206不会与第一竞争判定应答210在同一时时间被发送，由此，确保第一和第二竞争判定阶段不会同时出现。
如果这个第二前同步信号208的应答210也被发送，则BS 100开始发送PCCH 212，以及MS 110用与以上相对于图2所述的相同方式开始发送它的数据分组。
通过使用这种方法，按照本发明的系统在竞争失败率上达到16倍的改进。虽然接入时间因第二竞争判定阶段而略微增加，但这个增加通过更好的竞争判定带来的改进的系统吞吐量而得到更多的补偿。
为了得到与单个竞争判定阶段相同的全部可靠性，也可能希望稍微增加各个前同步信号208的发送功率，以便补偿竞争判定所花费的增加的时间。这导致上行链路124和下行链路122信道中稍微增加的干扰电平，但这通过改进的性能而得到更多的补偿。
在按照本发明的系统中，不一定总是必须有两个竞争判定阶段。例如，如果系统被很轻地加载，则一个阶段可能便足够了。在这样的系统中，竞争判定阶段的数目可以由BS 100在广播信道上通知。在接入前同步信号202的选择关系到由MS 110请求的资源的系统中，不同的资源会有不同的业务负载。所以可以规定接入前同步信号202的某些选择需要两个竞争判定阶段，而其它选择只需要一个阶段。这个规定可以是预定的或者根据业务负载作出的，以及由BS 100在广播信道上进行通知。如果需要，可以使用两个以上的竞争判定阶段，但实际上，如上所述的两个阶段很可能是足够的。
正如以上所述的、本发明在FDD系统中的应用一样，本发明可被应用于其它类型的通信系统。例如，它可被使用于时分多址(TDMA)系统，只要上行链路传输出现在与下行链路传输不同的时隙上。
图4上显示概述按照本发明的、用于改进竞争判定的方法的流程图。方法在402以MS 110有数据要在随机接入分组信道上发送开始。MS 110在404发送接入前同步信号202，然后在406确定BS 100是否发送一个应答206。如果没有，则该方法返回步骤404，以及以更高的功率电平发送另一个前同步信号202。如果接收到应答206，则MS 110在408发送第一竞争判定前同步信号208。如果MS 110在步骤410确定BS 100发送竞争判定应答210，则它在412发送另一个前同步信号208。如果它在步骤414确定BS 100发送另一个应答210，则MS 110现在能够在416开始发送它的数据分组214，在此以后该方法在418结束。
如果MS 110在步骤410或414的任一个步骤确定BS 100没有发送应答210，则方法返回到发送接入前同步信号202的起始步骤404。对于这个前同步信号202选择的发送功率可以是标准的低初始功率电平，或优选地是与似乎由BS 100应答的、原先的前同步信号202相同的功率。在作出新的接入尝试之前可能需要一段补偿时间间隔。
由BS 100用于应答的某些签名也可被使用作为否定的应答(NACK)，表示信号被接收，但因为某种原因它不能被处理。表示NACK的另一个方式是反转该签名的相位(相对于某个参考或导引信号)。在尝试再次接入以前，MS 110可能需要等待一段补偿时间间隔。
以上所述的实施例涉及到分组传输。然而，相同的原理也可同样很好地应用于其中建立了用于数据传输的电路的系统中。
通过阅读本公开内容，其它的修改对于本领域技术人员将是很显然的。这样的修改可能涉及在设计、制造、和使用无线通信系统及其组成部分时已知的其它的特征，以及它们可以代替或附加于这里已描述的特征被使用。
在本说明书和权利要求中，在单元前面的术语“一个”并不排除存在多个这样的单元。而且，术语“包括”并不排除存在与所列出的不同的其它单元或步骤。
工业实用性
本发明可应用到无线通信系统的范围，例如UMTS。

Claims (10)

1.一种无线通信系统，它包括主站和多个次站，并且具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道，
该主站和每个次站都具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括：该次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收到该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；
该主站和每个次站也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：该次站响应于接收到该第一应答而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及主站响应于接收到该第二前同步信号而发送指示该第二签名的第二应答；
其特征在于，
该主站和每个次站还具有用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：该次站响应于接收到该第二应答而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及主站响应于接收到该第三前同步信号而发送指示该第三签名的第三应答；以及
该主站还具有用于在完成第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置，以及
每个次站还具有用于当它被许可接入时在该随机接入信道上发送数据的装置。
2.在具有用于从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的主站，
该主站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括：次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；
并且也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及主站响应于接收到该第二前同步信号而发送指示该第二签名的第二应答；
其特征在于，
用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收到该第三前同步信号而发送指示该第三签名的第三应答；以及
用于在完成第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道的装置。
3.如权利要求2中要求的主站，其特征在于，用于阻止该第一应答与第二应答在同一时间发送的装置。
4.如权利要求2中要求的主站，其特征在于，用于分配不同的时隙给第一和第二竞争判定阶段、由此使得它们各自的前同步信号和应答能够被区分开的装置。
5.如权利要求2到4的任一项中要求的主站，其特征在于，用于在从各个次站接收到多个前同步信号时、确定哪个前同步信号应当被应答的装置。
6.如权利要求2到4的任一项中要求的主站，其特征在于，用于译码用次站可用的任意签名编码的前同步信号的装置。
7.在具有用于传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统中使用的次站，
该次站具有用于进行接入阶段的装置，该接入阶段包括：次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及该主站响应于接收该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；
以及也具有用于进行第一竞争判定阶段的装置，该第一竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及该主站响应于接收到该第二前同步信号而发送指示该第二签名的第二应答；
其特征在于，
用于进行第二竞争判定阶段的装置，该第二竞争判定阶段包括：次站响应于接收到该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收到该第三前同步信号而发送指示该第三签名的第三应答；以及
用于在完成第二竞争判定阶段、主站许可接入时在随机接入信道上发送数据的装置。
8.用于运行具有从次站传输数据到主站的随机接入信道的无线通信系统的方法，该方法包括：
主站和次站进行接入阶段，该接入阶段包括：次站发送用第一签名编码的第一前同步信号，以及主站响应于接收到该第一前同步信号而发送指示该第一签名的第一应答；
该方法还包括主站和次站进行第一竞争判定阶段，该第一竞争判定阶段包括：
次站响应于接收到该第一应答，而发送用第二、随机选择的签名编码的第二前同步信号，以及该主站响应于接收到该第二前同步信号，而发送指示该第二签名的第二应答；
其特征在于，
该主站和次站进行第二竞争判定阶段，该第二竞争判定阶段包括：
次站响应于接收到该第二应答，而发送用第三、随机选择的签名编码的第三前同步信号，以及该主站响应于接收到该第三前同步信号，而发送指示该第三签名的第三应答；以及该方法还包括：
主站在完成该第二竞争判定阶段时许可次站接入到随机接入信道，以及
次站当它被许可接入时在该随机接入信道上发送数据。
9.如权利要求8中要求的方法，其特征在于，主站分配不同的时隙给第一和第二竞争判定阶段，由此使得它们各自的前同步信号和应答能够被区分开。
10.如权利要求8或9中要求的方法，其特征在于，在接入阶段和第一与第二竞争判定阶段的每个阶段中的签名是从不同的签名组中被选择的。
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