CN1266977C - 无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

一个无线通信系统有用于从辅站发送数据(214)向主站发送的随机接入信道。当辅站有要发送给主站的数据(214)且它确实没有进行通话时可以使用这种信道。通过允许接入请求(202)与大量的可能特征标记一起发送，在辅站就会有更多数量的自由度可用来请求接入随机接入信道。通过使用接入请求，增加了传送到主站的信息量，从而大大提高了资源分配的效率。

Description

无线通信系统
发明的技术领域
本分明涉及具有用于从辅站向主站进行传输的随机接入信道的无线通信系统，并且进一步涉及在这种系统中使用的主站和辅站，以及涉及操作这种系统的方法。虽然本说明书描述的系统具体涉及了新兴的通用移动电信系统(UMTS)，但应这样理解，这里所描述的技术同样可应用于其它的移动无线系统中。在本说明书中，术语随机接入分组信道指的是可进行随机接入分组传输的逻辑信道，它一般是由多个不同的物理信道组成的。
发明背景
随机接入信道是无线通信系统的普通组成部分，它使移动台(MS)可发送短消息给基站(BS)。这种应用包括当MS接通时发送信号给BS、当MS不在通话时发送数据分组给BS、以及请求BS分配资源给MS使用。
在移动台实际上没有进行通话时会经常要求发送数据分组给BS的系统中，提供与随机标准接入信道有相类似的特性、但是倾向于用来传输小的以及中等大小的从MS到BS的分组的随机接入分组信道，可得到好处。
在这样一种为UMTS而发展的方案的一个实施方案中，对MS而言有许多可用的随机接入分组信道。MS发出的接入分组信道资源的请求使用16个可用特征标记中的一个进行编码。每一个特征标记对应于MS发出的一种具体资源请求，例如具有特定比特率的信道。如果有适当的资源可供使用，BS就将它分配给发出请求的MS。
这种方案存在的一个问题是，因为特征标记和可用信道的数量有限，所以在接入过程中传输的信息量就受到限制。这个问题降低了系统中资源分配的效率。
发明的公开
本发明的一个目的是提供改进资源分配的随机接入分组信道。
根据本发明的第一个方面，它提供了具有用于从辅站向主站进行传输的随机接入信道的无线通信系统。辅站具有用于通过发送一个用从第一特征标记集中选出的第一特征标记进行编码的接入前同步码来请求分配随机接入信道资源的装置；主站具有这样一种装置，该装置用于接收接入前同步码、用于确定第一特征标记、并用于发送用从第二特征标记集中选出的表明所请求资源是否可用的第二特征标记进行编码的接入确认，其中第一特征标记的选择提供了关于资源分配请求的进一步信息，以及第二特征标记集中的每一个特征标记对应第一特征标记集中的多个特征标记。
根据本发明的第二个方面，提供了在具有用于从辅站向主站进行传输的随机接入信道的无线通信系统中使用的主站。其中提供了这样的装置，该装置可用于：接收辅站发送的用从第一特征标记集中选出的第一特征标记进行编码的接入前同步码；确定第一特征标记；根据接入前同步码来确定辅站请求分配哪一个随机接入信道资源；以及发送用从第二特征标记集中选出的表明所请求资源是否可用的第二特征标记进行编码的接入确认，其中第一特征标记的选择提供了关于资源分配请求的进一步信息，以及第二特征标记集中的每一个特征标记对应第一特征标记集中的多个特征标记。
根据本发明的第三个方面，提供了在具有用于从辅站向主站进行传输的随机接入信道的无线通信系统中使用的辅站。其中提供了这样的装置，该装置可用于：通过发送一个用从第一特征标记集中选出的第一特征标记进行编码的接入前同步码来请求分配随机接入信道资源；以及接收用从第二特征标记集中选出的表明所请求资源是否可用的第二特征标记进行编码的接入确认，其中第一特征标记的选择提供了关于资源分配请求的进一步信息，以及第二特征标记集中的每一个特征标记对应第一特征标记集中的多个特征标记。
根据本发明的第四个方面，提供了操作具有用于从辅站到主站进行传输的随机接入信道的无线通信系统的方法。该方法包括：辅站通过发送一个用从第一特征标记集中选出的第一特征标记进行编码的接入前同步码来请求分配随机接入信道资源；和主站接收接入前同步码、确定第一特征标记、并发送用从第二特征标记集中选出的表明所请求资源是否可用的第二特征标记进行编码的接入确认，其中第一特征标记的选择提供了关于资源分配请求的进一步信息，以及第二特征标记集中的每一个特征标记对应第一特征标记集中的多个特征标记。
附图简述
现在通过举例、并参照附图来描述本发明的实施方案，其中：
图1是无线通信系统的结构方框图；
图2图示了随机接入信道的基本结构；
图3图示了增强的随机接入信道的结构，图中前同步码和争用分辨前同步码的发送时间可能都存在偏移；以及
图4给出了根据本发明试图使用定时偏移接入随机接入分组信道的方法的流程图。
在图中，使用同一数字表明相对应的特征。
实现本发明的方式
参照图1，一个无线通信系统包含一个主站(BS)100和多个辅站(MS)110。BS100包含微控制器(uC)102、连接到天线装置106的收发装置(Tx/Rx)104、用于变换发送功率电平的功率控制装置(PC)107、以及用于连接到PSTN或其它外部适当网络的连接装置108。每个MS110包含一个微控制器(uC)112、连接到天线装置116的收发装置(Tx/Rx)114、以及用于变换发送功率电平的功率控制装置(PC)118。从BS100到MS110的通信发生在下行链路122上，而从MS110到BS100的通信发生在上行链路124上。
在频分双工系统中工作的随机接入分组信道的基本结构示于图2中，其上行链路124画在下行链路122之上。在接入阶段，MS110首先在特定接入时隙以低功率电平发送用16个可能特征标记之一进行编码的前同步码(P)202。特征标记是一个以它的加扰码和由特定比特序列进行调制的信道化码为特征的信号。一个相互正交的特征标记集可通过定义一组用于调制的相互正交的比特序列来得到。因此，不同的特征标记集可通过改变加扰码或信道化码(即，物理信道)、或者通过使用不同的相互正交的比特序列集来得到。在图2所示的基本系统中，前同步码特征标记和确认(206)是一一对应的，因而MS110每接收一个确认就能唯一确定被确认的是哪一个特征标记。虽然本说明书参考的是16个特征标记一组的特征标记集，但不同的实施方案可使用不同数量特征标记的特征标记集。
每一个可用的特征标记都映射到单一比特速率的分组信道上。可用特征标记集、以及特征标记和比特率之间的映射可以预先确定、或通过BS100定期进行广播。MS110选择一个特征标记用来编码与它所要求的比特速率相对应的前同步码202。如果对应于所要求的比特速率有不止一个的可用特征标记，MS110就随机选择一个。如果BS100接收并正确译码出前同步码，它就发送一个前同步码确认(A)206。在图2所示的例子中，在第一个前同步码202被发射出后，在分配给它的时隙204(例如可能为1ms长)内没有确认返回。因此MS110就发送另一个功率电平较高的前同步码202。BS100接收到并解码该前同步码，然后发送一个确认206，从而，接入阶段完成。
为了通知MS110它的前同步码202已被接收到，确认206可以是肯定的(发信号表示请求的资源可用)，或是否定的(发信号表示请求的资源正在使用，并拒绝MS110接入)。一个否定的确认(NACK)可以通过BS100倒转特征标记的相位(相对于某个参考信号或导频信号)来指示出。作为替换，被BS100用作确认的一些特征标记也可用作为NACK。
对于每一个接入时隙，虽然发送了许多前同步码202，但BS100却仅发送一个确认。选择的一个基本原则是，确认接收到的功率电平最高的前同步码202。MS110发送前同步码202的初始功率电平的典型值是由使用开环功率控制的MS100来确定的，因此与另一个离BS100较近距离的MS110相比，它并非处于不利地位。如果发送了不止一个前同步码202、但每一个前同步码都使用不同的特征标记进行编码处理，那么，MS110将会知道它的前同步码202是否被正确接收到。然而，也可能不止一个MS110选择同一个特征标记，且它们都相信各自的前同步码202都已被接收到。如果这些移动台110的每一个都开始发送数据，结果将引起冲突，可能会导致没有任何数据被正确接收。
为了减少这种事件发生的机会，在表明请求的资源可用的确认206发送之后，紧跟一个争用分辨阶段。每一个发送了用特征标记(该特征标记与已被BS100确认的特征标记相对应)来进行编码的前同步码202的MS110，现在将进一步发送一个争用分辨前同步码(CP)208。从另一组16个可能的特征标记中随机选出一个特征标记对该前同步码208进行编码。这组特征标记集可以不同于接入前同步码202所使用的那组特征标记集(由于改变了该特征标记集的调制比特序列、加扰码或信道化码)，或者作为替代，在接入和争用分辨阶段之间可以共享该特征标记集。然后BS100发送一个争用分辨确认(CA)210，该确认(CA)210对应于例如以最高功率接收到的已选择的前同步码208，该确认210允许MS110发送自己的数据。因此，如果不止一个MS110选择同一接入前同步码202，那么都选择同一争用分辨前同步码208的几率就变小了。信道分配消息有可能与争用分辨确认210基本上在同一时间进行发送，或者可作为确认210的一部分发送，如在申请人的共同待审查的国际专利申请PCT/EP00/06988(申请人的参考号PHGB000003)中所公开的那样。
在这个争用分辨阶段之后，BS100就开始发送物理控制信道(PCCH)212，它包括用来指示MS110必须进行发送功率调节的功率控制信息，以及MS110在所分配的分组信道(它们通常是在那些传送前同步码所使用的不同物理信道上)上发送一个或多个数据分组(PKT)214。PCCH212可以和数据214同时进行发送，或者可以在进行数据发送之前，以便有足够的时间来建立闭环功率控制。
上面描述的基本结构的一个特殊问题是，资源分配的效率受到选择可用接入前同步码202的数量的限制。举例来说，在UMTS结构的一个实施方案中，有16个特征标记和12个随机接入子信道可用，总共给出了196个自由度。
在根据本发明建立的系统中，通过定义一个较大的特征标记集(它们可以不具有严格的正交性，而是具有低的互相关)就可解决这个问题。这样一种特征标记集可以通过修改用于定义特征标记的比特序列来定义，或通过使用不同的加扰码来定义，或通过组合这两种技术来得到。为了避免需要分配较大数量的下行信道化码，可发送图2中的同一确认(206)来响应已定义的前同步码特征标记集中的任意一个特征标记。这虽可能增加冲突的概率，但与该系统的其它好处相比，这个缺点是可以接受的。
有更多的自由度可用，资源分配的效率就更高。例如，在信道分配的情况下，这里有更多的比特速率可用。
根据本发明建立的系统可通过多种方式使用更大量的自由度。对于每一种特征标记、信道以及(非零)定时偏移的组合的可能分配包括下面的各种(单独或组合)：
●请求特定比特速率；
●请求特定的接入类别(与优先级相关)；
●请求附加资源(如，下行链路共享信道)；
●表明消息的优先级；
●表明待发送分组的长度(最大或最小长度)；
●供特定MS110使用；以及
●供使用一组公用较高层消息中的一个消息的MS110使用。
某些这些分配可以减少要求包含在数据分组214中的较高层信息的数量。例如，如果分配一个可能的上行信号子集供一个特定MS110排他性地使用，那么BS100就会自动获悉它的标识，在数据分组214中就无需包含该标识。在分组传输中这种开销的减少对低速率应用特别有用。同样的原理可应用于较高层信息中的其它公用项目。其它分配可以提高系统的响应性能。例如，如果MS110至少没有接收到所指示的最小长度，那么指示待发送的分组的最小长度就可以允许BS100发送ARQ(自动重发请求)给它。指示分组最大长度可以允许BS100改进它的资源分配计划。
图3示出了通过引入不同的时间偏移可以如何扩展可能的特征标记集。接入前同步码202的发送时间可能距离接入时隙的界线302(它是与BS100发送的定时信号有关的自定义的时间)有一偏移Toff。接入前同步码202和争用分辨前同步码208两者包括4096个码片，而接入时隙的长度是5120个码片。通过允许定时偏移Toff是256个码片的倍数，可能有多达19个不同的非零值Toff，而不致在包含前同步码202和208的时隙中引起模糊。当Toff＝0时，该系统就与没有定时间偏移的系统的情形完全一样。
定时偏移Toff更适宜于提前前同步码202和208的传送时间，这是因为它们的任何时延都可能意味着：BS100不能及时检测到前同步码以便在适当的时隙中发送接入确认206。
争用分辨前同步码208的定时偏移最好和接入前同步码202的定时偏移一样，因此BS100很容易辨识来自同一MS110的两种前同步码202和208。
在下行链路122中最好没有定时偏移，因此无论是否使用定时偏移，接入前同步码202的确认206是相同的。这解决了争用分辨阶段期间有偏移和无偏移传送之间的冲突问题。定时偏移的使用进一步增加了在争用分辨阶段期间可供使用的不同可用信号的数量，因此降低了不能分辨的冲突的概率。
作为上述结构的一种变化方案，前同步码特征标记可以纯粹地当作试图接入的标识，而定时偏移以及MS110选择的子信道却可以携带与资源分配请求相关的信息。
根据本发明用于供MS110尝试接入分组信道资源的方法(包括使用时间偏移)的流程图示于图4。当MS110有数据要在随机接入分组信道上发送时，方法在步骤402开始。在步骤404，MS110首先选择对应于所请求资源(例如请求的比特速率)的特征标记。接下来在步骤406，MS110确定例如一个适当的定时偏移Toff以便表示它的标识或要发送数据的紧急程度。在这些参数选定之后，在步骤408，MS110通过发送如前所述的一个或多个接入前同步码202以及一个争用分辨前同步码208来试图接入分组信道。
在一种替代的实施方案中，可能并不需要图3所示的所有特性。例如，内环上行功率控制可能不是必要的，这样PCCH212可能就没有了。冲突解决部分可能不是必要的，在这种情况下，可能就不会出现争用分辨前同步码208和确认210消息。进行这些变化之后，实现起来可能简单一些，但是这是以较差的Eb/NO性能为代价的，且增加了各个消息部分的冲突概率。在某些情况下，所有要求的信令信息可以通过选择接入子信道和特征标记进行传送，这时就不需要消息部分，且可以将其省略掉。另一种替代是参照前同步码特征标记来选择比特速率，这可由MS110确定并在消息部分214的信令中进行指示。
如上面所述的本发明在FDD系统的应用那样，同样它可应用在其它类型的通信系统中。例如，它可应用在时分多址接入(TDMA)系统中，假设上行链路传送和下行链路传送在不同的时隙内进行。
上面描述的实施方案是与分组传送有关的。然而，同样的原理在设置了用于数据传输的电路的系统中应用也相当好。
通过阅读本公开的内容，对熟悉本领域的技术人员而言，其它的改进将显而易见。这些改进可能包含无线通信系统及其部件的设计、制造和使用中已熟知的其他特征，以及那些可替代的特性和附加这里已描述的特征。虽然权利要求书中列举了本申请的一些特殊的特征组合，但应该这样理解，本发明所公开的范围也包括任何新特征、或者在这里明显公开、或隐含公开或它们所派生的特征的任意组合，不论它是否涉及本发明的任何权利要求所要求保护的同一个发明，也不论它是否与本发明一样地也解决了同类技术问题中的任何一个或所有的问题。申请人在此宣告：在实施本申请的过程中以及任何源于本申请的任何其他的申请中的过程中，这些特征和/或它们的组合都可能将在新的权利要求中被列举。
在本说明书和权利要求中，虽然用词“一个”表示一个单元，但并不排除多个这种单元。此外，用词“包含”也不排除那些这里未列举的其它单元或步骤。
工业应用
本发明可应用于各种无线通信系统(如UMTS)中。

Claims (5)

1.一种操作无线通信系统的方法，所述无线通信系统具有用于从从站到主站进行传输的随机接入信道，该方法包括：从站通过发送一个用从第一特征标记集中选出的第一特征标记进行编码的接入前同步码来请求分配随机接入信道资源；和主站接收接入前同步码、确定第一特征标记、并发送用从第二特征标记集中选出的表明所请求资源是否可用的第二特征标记进行编码的接入确认，其中第一特征标记的选择提供了关于资源分配请求的进一步信息，以及第二特征标记集中的每一个特征标记对应第一特征标记集中的多个特征标记。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，并不是所有包括第一特征标记集的特征标记都是互相正交的，以及在第一特征标记集中的任何一对特征标记之间有低的互相关。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多个可用的时间偏移之一上发送接入前同步码，并且主站确定它的时间偏移，其中接入前同步码的发送时间偏移提供关于资源分配请求的进一步信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从站响应于接收接入确认，在多个可用时间偏移之一中发送一个争用分辨前同步码。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，用于发送接入前同步码和争用分辨前同步码的时间偏移是一样的。
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