無線電通信系統的制作方法

專利名稱：無線電通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有將數據從次站發送到主站的隨機接入信道的無線電通信系統，還涉及到用于這樣系統的主站和次站以及操作這樣的系統的方法。盡管本說明書描述特別的關于新興通用移動通信系統(UMTS)系統，應該指出所介紹的技術也同樣可應用于其它移動無線電系統。在本說明書中，術語隨機接入信道指進行隨機接入傳送的邏輯信道，隨機接入信道通常包括多個不同的物理信道。
背景技術：
隨機接入信道是無線電通信系統的常規組件，可使移動臺(MS)向基站(BS)發送短消息。應用包括在MS開啟時向BS發信號，在MS可能沒有進行呼叫時向BS發送數據分組，并要求BS分配供MS使用的資源。
在移動臺經常要求向BS發送數據分組的系統中，當移動臺實際上沒有進行呼時，其優點是向標準隨機接入信道提供具有相似特性的隨機接入分組信道而不是用來從MS向BS傳送中小尺寸的分組。
在這樣一個為UMTS開發的方案的實施例中，有許多可供MS使用的隨機接入分組信道。用與一個分組信道相對應的隨機選擇的簽名對MS發出的接入分組信道的請求進行編碼。如果信道可用，BS就將其分配給發出請求的MS。
因為隨機選擇簽名，即使有其它合適的信道可用，MS也有可能被拒絕接入它所選擇的分組信道。這個問題會導致移動臺的顯著時延，以及增加干擾和喪失功能。
發明公開本發明的目的是提供吞吐量得到提高和傳輸時延得到減少的隨機接入信道。
根據本發明的第一個方面，提供了一種包括一個主站和多個次站并具有把數據從次站發送到主站的隨機接入信道的無線電通信系統，其中主站具有發送表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息的裝置，以及次站具有接收所述狀態消息的裝置和用于利用所述消息的內容來決定請求什么隨機接入信道資源的裝置。
根據本發明的第二個方面，提供了用于無線電通信系統的主站，該通信系統具有把數據從次站發送到主站的隨機接入信道，其中提供有用于傳輸表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息的裝置。
根據本發明的第三個方面，提供了用于無線電通信系統的次站，該通信系統具有把數據發送到主站的隨機接入信道，其中提供有用于接收主站發送的隨機接入信道狀態消息和用于利用該消息的內容來確定請求什么隨機接入信道資源的裝置。
根據本發明的第四個方面，提供一種操作無線電通信系統的方法，該通信系統具有把數據從次站發送到主站的隨機接入信道，其特征在于主站發送表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息，而次站接收所述狀態消息并利用所述消息的內容來確定請求什么隨機接入信道資源。
附圖簡介現將參照附圖通過示例描述本發明的實施例，附圖中

圖1是無線電通信系統的示意方框圖；圖2說明基本的隨機接入分組信道方案；圖3說明改進的具有分組信道的可用性消息的隨機接入分組信道方案；圖4是說明按照本發明的用于廣播隨機接入分組信道的可用性消息的方法的流程圖。
在圖中，相同標號用來表示相應的功能部件。
實現本發明的方式參考圖1，無線電通信系統包括一個主站(BS)100和多個次站(MS)110。BS100包括微控制器(μC)102、連接到天線單元106的收發信機單元(Tx/Rx)104、用于改變發送功率電平的電源控制單元(PC)107、以及連接到PSTN或者其它合適網絡的連接單元108。每個MS110包括微控制器(μC)112、連接到天線單元116的收發信機單元(Tx/Rx)114、以及用于改變發送功率電平的電源控制單元(PC)118。從BS100到MS110的通信是在下行鏈路信道122上進行的，而從MS110到BS100的通信是在上行鏈路信道124上進行的。
圖2示出了工作在頻分雙工系統的隨機接入分組信道的基本方案，上行鏈路信道124畫在下行鏈路信道122之上。在接入階段，MS110首先在特定的接入時隙以低功率電平發送用從一組16種可能的簽名中隨機選擇一個簽名編碼的報頭(P)202。簽名是一個具有由特定比特序列調制的置亂代碼和信道化代碼為特征的信號。通過定義一組用于調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，通過改變置亂代碼和信道化代碼(即物理信道)或通過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而不是嚴格正交這樣的方法來定義。盡管本說明書是指有16個簽名的組，但不同的實現可以使用具有不同數目的簽名組。
在這個基本方案中，對接入報頭202進行編碼的報頭簽名的選擇確定MS110請求的物理信道，每個報頭簽名對應有限數量的上行鏈路信道和下行鏈路信道。如果BS100正確接收并解碼報頭，它就發出報頭確認(A)206。在圖2示例中，在發送完第一個報頭202后，在分配的時隙204(通常是1ms長)中沒有返回確認。因此MS110以較高的功率電平發送另一報頭202。在時隙204中仍然沒有收到確認，于是MS110以更高的功率發送另一個報頭202。這由BS100接收并解碼，BS100發送確認206從而完成接入階段。
也通知MS100其報頭202已經被接收，確認206可為肯定的，表示請求的信道空閑，或否定的，表示請求的信道正在使用中并拒絕MS110接入。可通過BS100對簽名進行反相(關于某些參考或導頻信號)來表示否定確認(NACK)。另一方面，BS100用于確認的一些簽名也可以用作NACK。
對每個接入時隙，BS100將只發送一個確認，不過發送多個報頭202。選擇的一個基礎在于確認報頭202是以最高功率接收的。MS110發送報頭202的初始功率通常由MS100使用開環功率控制來確定，因此MS110與另外一個更接近BS100的MS110相比較并沒有處于劣勢。如果發送多個報頭202但每個報頭用不同的簽名編碼，則每個MS110將知道其報頭202是否被正確接收。但有可能不止一個MS110選擇同一簽名并因此相信其報頭202已經被接收。如果這些移動臺110中的每一個都開始發送其數據，結果將會是沖突，不可能正確接收任何數據。
為了減少發生這種情況的可能性，在發送確認206之后緊跟著一個表示所請求的信道是閑的爭用裁決(contention resolution)階段。每個發送了用對應于BS100確認的簽名編碼的報頭202的MS1l0，現在發送另外的爭用裁決報頭(CP)208。該報頭208用從另一組16個可能的簽名中隨機選擇的簽名來編碼。這個簽名組可與用于接入報頭202的簽名組不同(或者通過改變一組調制比特順序、置亂代碼、或信道化代碼)，或另外可以在接入和爭用裁決階段之間共享一組簽名。BS100然后發出與選擇的報頭208對應的爭用裁決確認(CA)210，例如以最高功率接收到的，確認210使得MS110可以發送其數據。因此，如果一個以上MS110選擇同一接入報頭202，則還選擇同一爭用裁決報頭208的機會就小了。
在這個爭用裁決階段之后，BS100開始發送物理控制信道(PCCH)212，它包括功率控制消息，以指示MS110必要時調整其發送功率的，以及MS110在分配的分組信道上發送一個或多個數據分組(PKT)214，通常是在與用于發送報頭的物理信道不同的物理信道上進行發送的。PCCH211可以與數據214的發送同時開始，或比數據214的發送提前，使得在該數據發送之前足以建立閉環功率控制。
上述基本方案的一個具體問題是MS110可能被拒絕接入與其選擇的報頭簽名相對應的分組信道，盡管其它合適的信道可用。這使得MS110有可能將花費大量時間等待信道變得可用，特別是在業務負載重的時候更是如此。
因此如果MS110能在嘗試發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頭簽名。已知可完成此項功能的一種方法是MS110監視系統行為，例如在分組發送之前的一段持續時間內監聽接入報頭202和確認206。但是，這導致MS110顯著的發送時延，而且消息可能不完全可靠(因為MS110可能不能接收一個信元中發送的所有報頭202和確認206)。
根據本發明的改進系統示于圖3，其中BS100重復廣播分組信道的可用性(AV)消息302，后者通知MS110現在可用的資源。在下行鏈路開銷和延時之間合理的折中方法是每幀廣播所述AV消息一次，因為整個發送延遲由發送數據分組214的時間所支配，通常為幾幀。如果必要，該AV消息302在沒有大的沖擊時可能以更小的頻度廣播。支持多達16個分組信道的系統要求每個AV消息302要有16比特的狀態消息來分別表示每個信道的可用性。
除非有適合的資源可利用的指示，通過防止MS110嘗試發送來減小干擾且使MS110節省能源。這些修改將增加分組信道在高負載條件下的總吞吐量。
還可能在爭用裁決尾端進行信道分配的系統中進行進一步改進。這樣的系統公開在我們共同未決的英國專利申請0000293.1中(我們參考號為PHGB000003)。在這樣的系統中，只需要表示特定比特率是否可用。例如，如果有六個可用的比特率(諸如60，120，240，480，960和1920千比特每秒)，則需要6個比特率來表示每一個的可用性。
還可以通過把0比特率加到上述組中且只廣播最大可用比特率來進一步減少比特數(0比特率表示沒有可用的資源)。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個三比。
UMTS實施例中的這個消息的一個特別方便的位置就是作為尋呼指示器信道(PICH)的一部分，該信道用來通知MS110有一個等待它的消息。這種信道有每10毫秒幀發送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比特可用來轉送AV消息302。另外，所述AV消息302也可以作為尋呼消息發送，或在具有與PICH相同的信道化代碼的另一個物理信道中發送，但只占用由PICH中未使用的比特留下來的空間，或作為具有類似特性的任何其它信道的一部分。
如果AV消息302作為PICH的一部分發送，則允許在尋呼指示比特和AV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要求的不同特性，以及每種消息具有不同程度的應用的重復編碼的可能性。如果3比特AV消息302用PICH的未使用的比特發送，則可使用4倍重復編碼。如果選擇了需要多于12比特的AV消息302的格式，則消息有可被分開，例如通過兩幀。
UMTS實施例中的另一個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。這個信道通過兩幀(20ms)發送300個符號，但是60個符號沒使用(15組4個符號的組，)。這樣，AV消息就能以合適的重復編碼分布到一幀或兩幀中(基于消息中的比特數)。
最好定期發送AV消息302。在某些情況下，確切的規律性是不可能的。例如，如果AV消息302中的比特數在所要求的發送期間不是確切的次多(sub-multiple)的可用比特數，則可能需要一些特別的量度。有些比特可能留著未用。另一種可能性是動態改變應用于AV消息302的重復數量，這可能導致AV消息的發送之間的間隔變化。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因數，以允許填充發送間隔。
BS100可通知MS110有關AV消息302的功率電平，以助于更可靠的檢測。這樣的消息可以在普通廣播信道(BCHcommonbroadcast channel)上發送。相對于諸如普通導頻信道(CPICHcommonpilot 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明的BS100廣播AV消息302的方法的流程圖。在步驟402，當BS100啟動隨機接入分組信道時，這種方法開始。在步驟404，BS100決定哪個潛在可用的分組信道是未使用。在步驟406，BS100從該消息確定MS100在隨機接入分組信道上傳送數據的可用最高比特率。BS100然后使用這個消息來形成AV消息302，在步驟410發送該消息。接著重復步驟404到410，通常每幀一次。
按照本發明方法的一個特有優點在于，BS100有只在信道被請求時把比特率分配到信道的靈活性，而不是預先把比特率分配到信道，期望該分配可以滿足業務需要。即使容量目前可用，如果其它目的需要這個容量，BS100可限制AV消息302所表示的比特率。
如前面提到的在FDD系統中的其應用一樣，本發明可以在其它類型的通信系統中應用。例如，它可以在時分多址(TDMA)系統使用，前提是上行鏈路的發送與下行鏈路的發送在不同的時隙中進行。
上述的實施例涉及分組傳輸。但是，同樣的原理同樣可以應用到建立電路傳輸數據的系統中。
通過閱讀本發明公開，對本領域的技術人員來說，其它的修改是很明顯的。這樣的修改可能包括在設計、制造和無線電通信系統以及其部件的應用中的其它已知的特征，并且這些特征可以用來替代或補充在此已經描述過的特征。盡管本應用中已針對特征的特定結合系統地闡述了權利要求，但應該指出，本發明的公開的范圍還包括在此明確地或含蓄地公開的任何新穎特征、或特征的任何新穎結合、或其任何推廣，不論它是否涉及與目前在任何權利要求中所要求的相同的發明以及不管它是否緩解任何或所有與本發明緩解的相同的技術問題。申請人特此指出，在進行本申請或由本申請派生的任何其它申請期間，可能對這些特征和/或特征的結合闡明新的權利要求。
在本發明的說明書和權利要求中，在部件之前的“一”并不排除多個該部件的出現。此外，詞語“包括”并不排除出現其它部件或步驟。
工業應用本發明適用于無線電通信系統的范圍，例如UMTS。
權利要求
1.一種無線電通信系統包括一個主站和多個次站并具有把數據從次站傳送到主站的隨機接入信道，其中所述主站具有傳送表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息的單元，而所述次站具有用于接收所述狀態消息的單元和用于使用所述信息的內容來確定請求什么隨機接入信道資源的單元。
2.一種主站，用于具有把數據從次站傳送到所述主站的隨機接入信道的無線電通信系統，其中提供有傳送表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息的單元。
3.權利要求2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接入信道狀態消息的單元，其中利用與所述信道相同的信道化代碼。
4.權利要求3中所要求的主站，其特征在于提供有用于產生象3比特字那樣的所述隨機接入信道狀態消息的單元。
5.權利要求4中所要求的主站，其特征在于提供有用于使用4倍重復代碼來對所述隨機接入信道狀態消息進行編碼的單元。
6.權利要求2到5中的任何一項所要求的主站，其特征在于提供有用于響應次站發出的請求而動態地為隨機接入信道分配比特率的單元。
7.一種次站，用于具有把數據傳送到主站的隨機接入信道的無線電通信系統，其中提供有用于接收由所述主站傳送的隨機接入信道狀態消息并并用于使用所述消息的內容來確定請求什么隨機接入信道資源的單元。
8.一種操作具有將數據從次站傳送到主站的隨機接入信道的無線電通信系統的方法，其特征在于所述主站傳送表示隨機接入信道資源的可用性的隨機接入信道狀態消息，而所述次站接收所述的狀態消息并用所述消息的內容來確定請求什么隨機接入信道資源。
9.權利要求8中要求的方法，其特征在于定期廣播所述隨機接入信道狀態消息。
10.權利要求8或9中所要求的方法，其特征在于所述隨機接入信道狀態消息表示哪個隨機接入信道是可用的。
11.權利要求8或9中所要求的方法，其特征在于所述隨機接入信道狀態消息表示在所述隨機接入信道上哪個數據率是可用的。
12.權利要求8或9中所要求的方法，其特征在于所述隨機分組信道狀態消息表示在所述隨機接入信道上可用的最大數據率。
13.權利要求10到12中的任一項所要求的方法，其特征在于在尋呼指示器信道中未使用的比特期間傳送所述隨機接入信道狀態消息，其中利用與所述信道相同的信道化代碼。
14.權利要求8到13中的任一項所要求的方法，其特征在于所述主站響應次站發出的資源請求而動態地對隨機接入信道分配比特率。
全文摘要
無線電通信系統具有把數據(214)從次站傳送到主站的隨機接入信道。在這樣的信道實際上沒有進行呼叫時,具有數據分組(214)的次站用這樣的信道在主站向主站傳送數據。已知的該類型系統的一個問題在于請求進入的次站還指定它希望接入眾多信道中的哪一個。如果那個信道忙,則被拒絕接入,即使有其它合適的信道可用。在本系統中,主站每幀傳送一個隨機接入信道的可用性(AV)信息(302)來通知次站有關目前可利用的資源。因此,次站可以選擇一個已知的空閑信道。如果無信道可用,次站可避免浪費的接入嘗試。
文檔編號H04L12/56GK1327696SQ00802141
公開日2001年12月19日 申請日期2000年7月24日 優先權日1999年8月3日
發明者T·J·穆斯利, B·亨特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司