专利名称：一种在扩频分组网络中基于多包接收的信道接入方法
技术领域：
本发明属于蜂窝移动通信系统技术领域，特别是涉及分组业务的信道接入控制方法。
背景技术：
面对越来越多的具有不同业务要求的移动终端用户接入和日趋紧张的无线频谱资源，蜂窝移动通信系统除了需要物理层的技术来支持高速分组业务传输、较大的系统容量外，还需要有合理高效的媒体接入控制方法来保证无线资频谱源的充分利用和满足多用户多业务的服务质量要求，并优化系统的总体性能。
《国际电子与电气工程师协会信号处理会刊》(IEEE TRANSACTIONS ONSIGNAL PROCESSING，VOL.48，NO.3，MARCH 2000，pp-702-711)介绍了一种媒体接入控制层的信道接入方法来提高系统的性能。该方法中，每个用户接入申请信息各自包含一个唯一的序列，而各个用户之间的序列是完全正交的。每个用户如果有数据发送，就向基站发送接入申请。这样当用户都在同一个时隙发送接入申请时，基站可以区分出各个用户。接着基站在下行信道广播碰撞检测成功的用户并且通知这些用户在对应的时隙重新发送接入申请，在重新接入申请过程中，一个时隙只有一个用户发送，因此不会再有新的碰撞产生。
这种方法的缺点在于首先它要求每个用户都具有一个正交的序列，如果用户数目很大时，正交序列的长度和数目就会变得很大，系统就会变得相对复杂；而如果所有用户公用一个正交序列，就会造成接入时的碰撞非常严重，导致系统性能下降，因此它不具有多包接收的能力；另外，它只针对单一业务的传输，无法满足多种类型业务的信道接入需要。
发明内容
本发明针对上述现有方法的不足，提出一种在扩频分组网络中基于多包接收的信道接入方法，以提高系统的吞吐量、减少业务传输的时延，并可支持多类业务的传输。
这种在扩频分组网络中基于多包接收的信道接入方法，通过基站调度器和移动终端用户之间的信令交互来完成信道的接入，其特征在于在基站方调度器内建立一张包含移动终端用户和系统信息的表，该表的内容包括与基站相连接的移动终端用户的状态、移动终端用户接入请求到达基站的时刻、重新发送接入请求的移动终端用户的队列、碰撞检测门限和接入请求允许标志；该表中所述移动终端用户的状态包括空闲状态、待发状态、竞争状态或重传状态；所述重新发送接入请求的移动终端用户的队列包括基站正在调度重发的移动终端用户的标志号、优先级和重发的时隙顺序号；所述接入请求允许标志为允许和不许；处于空闲状态的移动终端用户当需要建立某个业务的呼叫连接时，首先监听基站的接入请求允许标志，如果此时的标志为“不许”，则继续等待；如果此时的标志为“允许”，则切换到待发状态，并在时隙的开始向基站发出一个请求信号；然后切换到竞争状态，并继续监听信道；基站调度器记下用户请求到达的时刻；在同一时隙的末尾，基站调度器比较这个时隙内发送接入请求的全部终端用户的到达时刻和碰撞检测门限，判断出碰撞检测是成功还是失败；如果碰撞检测的结果是成功，基站调度器即根据全部竞争用户优先级大小的排列顺序将这些用户存放到基站调度器表中的重新调度队列中，并依次分配重新发送的时隙顺序号，在同一时隙的末尾在下行信道广播碰撞检测成功消息，并公布后续每个时隙将要重新发送接入请求的用户的标志号，启动重传调度定时器，设置该定时器定时长度的值等于碰撞检测成功的用户个数，然后将接入请求允许标志设置为“不许”；如果基站碰撞检测的结果是失败，则基站调度器在同一时隙的末尾在下行信道广播检测失败消息，同时将接入请求允许标志设置为“允许”；处于竞争状态的移动终端用户监听基站发送的信息，如果收到的是碰撞检测成功的消息，则设置接入请求定时器的定时长度的值为重新发送接入请求的时隙序号，启动该定时器，并将用户的状态切换为重传状态；如果收到的是碰撞检测失败的消息，则切换为待发状态，等待时间增加一个时隙；处于重传状态的移动终端用户在重发接入请求定时器溢出的开始发送请求接入申请，在同一时隙的末尾将状态置为空闲；基站调度器在重传调度定时器溢出之时重新刷新表中的记录。
移动终端用户可根据上次接入成功的情况自适应的改变发送概率；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测失败消息，则下次发送时将自己的发送概率降低一半；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测成功消息，则保持这次的发送概率。
当有接入请求发送的用户监听到当前重传过程中的最高优先级比自己的低时，高优先级业务用户可以打断当前正在进行的低优先级业务用户的重传过程，直接向基站发送接入申请；基站调度器首先存储当前剩下的重发用户的接入申请，然后执行碰撞检测；检测成功后进行新的重传调度；当此重传过程发送完毕后，基站继续执行以前存储下的原有的重传过程。
与《国际电子与电气工程师协会信号处理会刊》(IEEE TRANSACTIONS ONSIGNAL PROCESSING，VOL.48，NO.3，MARCH 2000，pp-702-711)提出的方法不同，由于本发明在基站端的调度器中记录了移动终端用户接入请求到达基站的时刻、重新发送接入请求的移动终端用户的队列和碰撞检测门限等内容，因此基站通过比较用户接入请求到达基站的时刻和碰撞检测门限来进行碰撞检测，从而可以检测出多个用户的碰撞结果，使得系统具备多包接收的能力；同时基站和用户双方通过二者之间的信令交互过程使得基站能方便、快速获取移动终端用户和系统的信息，并且根据碰撞结果得到的用户信息按照优先级的高低来重新调度，从而克服了现有技术只能同时接入单个用户、无法满足多种类型业务的信道接入需要的缺陷。
图1是本发明的状态切换和信令交互原理示意图；图2是系统的吞吐量示意图；图3是移动终端用户平均接入延迟示意图；图4是两类优先级用户的接入时延比较示意图。
下面结合
本发明的实施例。
具体实施例方式实施例1本实施例基于信道保持的分组业务无线资源管理的具体实施方法，是由基站和用户双方通过基站调度器和移动终端用户之间的信令交互过程来完成信道的接入过程，同时移动终端用户必须在每个时隙的开始在下行广播信道监听基站的广播信息。
先在基站端的调度器中建立一张包含移动终端用户和系统信息的表，该表中记录的内容有与基站相连接的移动终端用户的状态、移动终端用户接入请求到达基站的时刻、重新发送接入请求的移动终端用户的队列、碰撞检测门限、接入请求允许标志；表中所述移动终端用户的状态信息包括空闲状态、待发状态、竞争状态、重传状态；重新发送接入请求的移动终端用户的队列包括基站正在调度重发的移动终端用户的标志号、优先级和重发的时隙顺序号；接入请求允许标志为允许和不许。
图1给出了本发明的状态切换和信令交互原理示意图。在图1中，A表示移动终端用户方，B表示基站调度器方。当处于空闲状态1的移动终端用户需要建立呼叫连接2时，则进入待发状态3；同时监听基站的接入请求允许标志4；若此时允许标志为“不许”6，则用户继续监听接入请求允许标志4并保持待发状态3；如果接入请求允许标志是“允许”5，则在时隙的开始向基站发出一个接入请求信号8，该请求信号中包括请求的用户标志、请求的优先级；同时切换到竞争状态7，并且继续监听基站碰撞检测结果9；基站方在表中记下用户请求到达的时刻；在同一时隙的末尾，基站比较表中这个时隙内发送接入请求的全部终端用户的到达时刻差和碰撞检测门限，判断出碰撞检测是成功11还是失败10；如果基站进行碰撞检测的结果是成功11，并判断出这个时隙全部用户的标志号和优先级，则根据优先级大小的排列顺序将用户存放到基站调度表中的重新调度队列中，并依次分配重新发送的时隙序号，并在同一时隙的末尾在下行信道广播碰撞检测成功消息以及后续每个时隙将要重新发送接入请求的用户的标志号，启动重传调度定时器，其定时长度的值等于碰撞检测成功的用户个数，并将接入请求允许标志置为“不许”；如果基站碰撞检测的结果是失败10，则在同一时隙的末尾在下行信道广播检测失败消息，将接入请求允许标志设置为“允许”；处于“竞争”状态7的移动终端用户监听基站碰撞检测结果9，如果收到碰撞检测成功消息11，就可以知道自己重新发送接入请求的时隙号，并将用户的状态置为“重传”12，启动接入请求定时器，其定时长度的值等于重新发送接入请求的时隙顺序号；如果收到碰撞检测失败消息10，则返回待发状态，等待时间增加一个时隙；处于“重传”状态的移动终端用户，在接入请求定时器溢出时隙的开始发送请求接入申请14，发送结束后13将状态置为“静默”；基站方在重传调度定时器溢出之时重新刷新表中的记录。
移动终端用户可根据上次接入成功的情况自适应的改变发送概率；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测失败消息，则下次发送时将自己的发送概率降低一半；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测成功消息，则保持这次的发送概率。发送概率可以通过在每个移动终端用户内设定的一个门限来产生，该门限的值小于或者等于1；在每次发送前产生一个在0到门限之间均匀分布的随机数，如果该随机数小于此门限，则移动终端用户发送接入请求，如果大于或者大于此门限则等待下一次发送；改变用户设定的门限就可以改变用户的发送概率。
当有接入请求发送的用户监听到当前重传过程中的最高优先级比自己的低时，高优先级业务用户可以打断当前正在进行的低优先级业务用户的重传过程，直接向基站发送接入申请；基站调度器首先存储当前剩下的重发用户的接入申请，然后执行碰撞检测；检测成功后进行新的重传调度；当此重传过程发送完毕后，基站继续执行以前存储下的原有的重传过程。
定义系统的吞吐量S为成功发送的时隙数目和仿真时隙的数目之比；某个移动终端用户的接入时延为该用户产生接入请求之后到成功接入到基站时的等待时间；考虑到各个用户的等待传输时延不同，定义这一类业务移动终端用户的平均接入时延为全部用户的接入时延之和与该类业务用户总数之比。
在本实施例中的性能仿真中，用户数目从0到45依次增大，假定第一类业务的优先级要高于第二类业务的优先级，两类业务的用户数目各占一半；此两类业务的接入请求都是按照泊松分布来产生的，参数分别为0.1和0.15。
本实施例的性能仿真结果如附图2、3、4所示。
图2是系统的吞吐量示意图。图中，横坐标为总的用户数目，纵坐标为系统的吞吐量，曲线C表示《国际电子与电气工程师协会信号处理会刊》(IEEE TRANSACTIONSON SIGNAL PROCESSING，VOL.48，NO.3，MARCH 2000，pp-702-711)介绍的媒体接入控制(MAC)层的接入方法所使用的1个正交序列的系统吞吐量性能，曲线D表示本实施例使用的1个正交序列的系统吞吐量性能，从结果中可以看出曲线D的值大于曲线C的值，这表明本发明的吞吐量要优于前者所述接入方法。
图3是移动终端用户接入延迟示意图。图中，横坐标是用户数目，纵坐标是移动终端用户的平均接入时延，以时隙为单位。曲线E表示《国际电子与电气工程师协会信号处理会刊》(IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING，VOL.48，NO.3，MARCH 2000，pp-702-711)介绍的媒体接入控制层的接入方法所使用的1个正交序列下的移动终端用户的平均接入时延，曲线F是本实施例中使用的1个正交序列的移动终端用户的平均接入时延，从结果可以看出曲线F的值要小于曲线E的值，这表明本发明的接入时延性能要好于前者所述接入方法。
图4是两类优先级用户的接入时延比较示意图。图中，横坐标是用户数目，纵坐标是移动终端用户平均接入时延，以时隙为单位，曲线G是较高优先级用户的接入时延，曲线H是较低优先级用户的接入时延，从图中可以看出曲线G的值要小于曲线H的值，这表明本发明充分保证了高优先级业务用户的时延要求。
权利要求
1.一种在扩频分组网络中基于多包接收的信道接入方法，通过基站调度器和移动终端用户之间的信令交互来完成信道的接入，其特征在于在基站方调度器内建立一张包含移动终端用户和系统信息的表，该表的内容包括与基站相连接的移动终端用户的状态、移动终端用户接入请求到达基站的时刻、重新发送接入请求的移动终端用户的队列、碰撞检测门限和接入请求允许标志；该表中所述移动终端用户的状态包括空闲状态、待发状态、竞争状态或重传状态；所述重新发送接入请求的移动终端用户的队列包括基站正在调度重发的移动终端用户的标志号、优先级和重发的时隙顺序号；所述接入请求允许标志为允许和不许；处于空闲状态的移动终端用户当需要建立某个业务的呼叫连接时，首先监听基站的接入请求允许标志，如果此时的标志为“不许”，则继续等待；如果此时的标志为“允许”，则切换到待发状态，并在时隙的开始向基站发出一个请求信号；然后切换到竞争状态，并继续监听信道；基站调度器记下用户请求到达的时刻；在同一时隙的末尾，基站调度器比较这个时隙内发送接入请求的全部终端用户的到达时刻和碰撞检测门限，判断出碰撞检测是成功还是失败；如果碰撞检测的结果是成功，基站调度器即根据全部竞争用户优先级大小的排列顺序将这些用户存放到基站调度器表中的重新调度队列中，并依次分配重新发送的时隙顺序号，在同一时隙的末尾在下行信道广播碰撞检测成功消息，并公布后续每个时隙将要重新发送接入请求的用户的标志号，启动重传调度定时器，设置该定时器定时长度的值等于碰撞检测成功的用户个数，然后将接入请求允许标志设置为“不许”；如果基站碰撞检测的结果是失败，则基站调度器在同一时隙的末尾在下行信道广播检测失败消息，同时将接入请求允许标志设置为“允许”；处于竞争状态的移动终端用户监听基站发送的信息，如果收到的是碰撞检测成功的消息，则设置接入请求定时器的定时长度的值为重新发送接入请求的时隙序号，启动该定时器，并将用户的状态切换为重传状态；如果收到的是碰撞检测失败的消息，则切换为待发状态，等待时间增加一个时隙；处于重传状态的移动终端用户在重发接入请求定时器溢出的开始发送请求接入申请，在同一时隙的末尾将状态置为空闲；基站调度器在重传调度定时器溢出之时重新刷新表中的记录。
2.如权利要求1所述的基于多包接收的信道接入方法，其特征在于移动终端用户可根据上次接入成功的情况自适应的改变发送概率；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测失败消息，则下次发送时将自己的发送概率降低一半；如果用户收到基站调度器下行广播的碰撞检测成功消息，则保持这次的发送概率。
3.如权利要求1所述的基于多包接收的信道接入方法，其特征在于当有接入请求发送的用户监听到当前重传过程中的最高优先级比自己的低时，高优先级业务用户可以打断当前正在进行的低优先级业务用户的重传过程，直接向基站发送接入申请；基站调度器首先存储当前剩下的重发用户的接入申请，然后执行碰撞检测；检测成功后进行新的重传调度；当此重传过程发送完毕后，基站继续执行以前存储下的原有的重传过程。
全文摘要
本发明在扩频分组网络中基于多包接收的信道接入方法，通过基站调度器和移动终端用户之间的信令交互来完成信道的接入，特征是在基站方调度器内建立一张包含移动终端用户和系统信息的表，该表中包括与基站相连接的移动终端用户的状态、移动终端用户接入请求到达基站的时刻、重新发送接入请求的移动终端用户的队列、碰撞检测门限和接入请求允许标志；基站通过比较用户接入请求到达基站的时刻和碰撞检测门限进行碰撞检测，从而可以检测出多个用户的碰撞结果，使得系统具备多包接收的能力，同时使基站能方便、快速获取移动终端用户和系统的信息，并且根据碰撞结果得到的用户信息按照优先级的高低来重新调度。
文档编号H04W74/00GK1553715SQ0313159
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月27日 优先权日2003年5月27日
发明者朱近康, 陆晓文 申请人:中国科学技术大学