专利名称：具有由多个接入分组构成的随机接入请求的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到包含随机接入信道的无线通信系统，该信道用于传输辅助站对主站的接入请求，并且还涉及到系统内使用的主站和辅助站，以及系统的操作方法。尽管在此特别参考新兴的通用移动电信系统(UMTS)来描述本说明书，但是应该理解到这种技术也同样可以适用于其它移动无线系统。
背景技术：
无线通信系统通常要求能够在移动台(MS)和基站(BS)之间交换信令消息。下行信令(从BS到MS)通常由基站的物理广播信道发送，对其覆盖区域内的任一MS进行寻址。由于只有一个发射机(BS)使用广播信道，所以不存在接入问题。
与此相反，上行信令(从MS到BS)则要求考虑得更仔细。如果MS已经分配有上行信道用于语音或数据业务，则信令可以通过驮背运输方式(piggy-backing)进行传送，其中信令消息可以被附加在由MS发送给BS的数据分组之上。然而如果MS没有分配上行信道，则该驮背运输方式是不可行的。在这种情况下，可以使用快速上行信令机制来实现新链接信道的建立或重建。
在许多系统(例如那些按全球移动通信系统(GSM)标准和建议的UMTS标准进行操作的系统)中，快速上行信令传送可以通过使用缝隙式ALOHA或类似协议提供随机接入信道来启动。那些希望向其BS请求特定业务或发送短消息的MS要通过随机接入信道发送接入请求，该请求中包括用于标识MS的信息以及与被请求业务或消息相关的数据(该数据信息通常被认为是负荷信息)。如果BS成功地接收到了接入请求，则它会向MS发送一条确认消息。如果要求进一步协商才能建立被请求的业务，则该协商通常在确认中注明的新建立的信道中进行。
本发明涉及按时分多址(TDMA)协议方式操作的随机接入信道的实施，其中的传输要求占用预定长度的时隙。MS选择这样的一个时隙用于发送其接入请求。该方案的实施过程中所要考虑的主要问题是需要保证有足够的容量用于预定的业务负载。实施该有效方案过程中所存在的特定问题是对随机接入信道来说存在有若干个不同的用户，每一个用户都要向BS发送不同数量的有效负荷数据。如果为满足所有可能的应用而令时隙长度足够长，则随机接入信道的容量就会被减小到令人不能接受的程度。另一方面，如果时隙长度的设置能够保证提供足够的信道容量，则那些需要较大量(多于接入请求所能容纳的数量)有效负荷数据的业务启动会变得不必要的复杂。
在类似UMTS的码分多址(CDMA)系统中，接入分组的容量要受到最小可用扩频系数的限制。此外，该扩频系数可以对最大通信范围加以限制。这就意味着在规模较大的小区中(或者至少当一个MS接近小区边界时)，最大容量会被减小。
发明的公开本发明的一个目的在于解决使得随机接入信道容量最大化的问题。
根据本发明第一个方面，提供一个包含主站和多个辅助站在内的无线通信系统，该系统拥有用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包含拥有预定最大数据容量的接入分组，其中一个需要发送包含着多于单个接入分组格式所能容纳的有效负荷数据的接入请求的辅助站具有用于把数据分割成为多个部分并且用于发送含有多个接入分组的接入请求的装置，其中每一个分组包括有效负荷数据的一部分，并且在主站中包括用于判定接收到的接入请求包含多个接入分组的装置，以及用于把多个接入分组组合成为有效负荷数据的装置。
根据本发明的第二个方面，提供了工作于无线通信系统内的主站，该系统拥有用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包括拥有预定最大数据容量的接入分组，并且主站还提供了用于判定接收到的接入请求包含多个接入分组并且用于把多个接入分组组合成为有效负荷数据的装置。
根据本发明的第三个方面，提供了工作于无线通信系统内的辅助站，该系统拥有用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包括拥有预定最大数据容量的接入分组，其中辅助站包括响应对辅助站需要发送一个包含着多于单个接入分组所能容纳的有效负荷数据的接入请求进行的判定、用于把数据分割成为多个部分并且用于传输包括多个接入分组的接入请求的装置，其中每一个分组包括有效负荷数据的一部分。
根据本发明的第四个方面，提供无线通信系统的一种操作方法，该系统包括一个主站和多个辅助站，并且拥有用于传输辅助站对主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包含拥有预定最大数据容量的接入分组，其中一个需要发送包含着多于单个接入分组格式所能容纳的有效负荷数据的接入请求的辅助站把数据分割成为多个部分并且发送包含多接入分组的接入请求，其中每一个接入分组包括负荷数据的一部分，而且主站判定接收到的接入请求包含多个接入分组并且把多个接入分组组合成有效负荷数据。
附图简述现在要参考附图，通过实例的方法来描述本发明的实施例，其中
图1是无线通信系统的模块框图；图2说明一种可用的接入分组格式；以及图3根据本发明，用于说明在随机接入信道中的传输方法的流程图。
实施本发明的方式参考图1，无线通信系统包含主站(BS)100和多个辅助站(MS)110。BS100包括微处理器(uC)102、与无线传输装置106相连的收发机装置104、以及用于连接PSTN或其它适合的网络的连接装置108。每一个MS110包括一个微处理器(uC)112以及与无线传输装置116相连的收发机装置114。从BS100到MS110的通信通过下行信道122进行，而从MS110到BS100的通信需要占用上行信道124。
本发明考虑用于传输来自MS110的接入请求的随机接入上行信道124。尽管在此所描述的技术同样适用于其它采用TDMA随机接入信道(无论是否采用CDMA和TDD技术)的系统，但是随后的实施例还是参考采用码分多址(CDMA)技术的时分双工(TDD)UMTS系统来描述。例如，即使UMTS的FDD与TDD模式的帧结构细节有所不同，但类似的技术也可以适用于频分双工(FDD)UMTS系统。
本发明特别考虑这样的系统其中由MS110传送的接入请求包含要在预定时间长度的时隙内发送的预定格式的接入分组。这种系统的一个实例就是UMTS的TDD模式中的随机接入信道。图2中给出该系统的接入分组格式。该接入分组的总时间长度为312.5us(1280个码片)，占据了系统内总时隙的时间长度的一半。接入分组200包括336个码片的第一数据段(DAT1)202、512个码片的中间同步(mid-amble)段(MID)204、336个码片的第二数据段(DAT2)206，以及96个码片的保护间隔(G)。
接入分组200使用由MS110随机选择的多个可用扩频码之一来编码，这样就使得几个接入请求可以被同时传输。中间同步段204的目的在于使BS100获得精确的信道估计(即使在最差的信道条件下)，从而可以无差错地接收包含在数据段202和206内的有效负荷。中间同步段204还能够允许对同时传输的、但使用不同扩频码的接入分组200进行联合检测。
在扩频系数为16时，每一个数据段202和206可以容纳21个符号(如果采用QPSK(四相移相键控)调制，则可以包含42个比特)。一个公知的问题在于该数据容量不能满足MS110的初始接入的要求。然而其它类型的接入请求只要求较小的有效负荷。可以考虑各种可能性来提高有效负荷●可以把中间同步204的大小减小到256个码片。然而这样做会造成具有比较大的时延扩展的信道性能的恶化，而且有效负荷增加256个码片(16个符号)也是不够用的。
●可以减小数据段202和206的扩频系数，例如从16减小到8。这样就可以使有效负荷的规模加倍，但是这样会减小同时传输的接入请求的最大数量，因此会减小随机接入信道的总容量。
●接入分组200的长度可以被加倍，从而占据整个时隙。然而这样会减小可用时隙的个数，因此提高了冲突概率，并且减小了随机接入信道的总容量。
在根据本发明的系统中，如果有效负荷大于单个接入分组200所能容纳的数据量，则可以通过允许MS110把其有效负荷数据传输分割成为多个接入分组200来解决该问题。在大多数接入请求只要求传输单个接入分组200的情况下，与上述其它可能的解决方案相比，这种系统具备很大的优势。
该系统可以限制组成接入请求的接入分组200的个数，例如限制成两个(如果可以提供足够的有效负荷容量的话)。为简单起见，该系统可以要求发送多个接入分组200，而在它们之间要求具有特定的关系。例如可以要求接入分组在连续的时隙中传输，或者各个分组之间有预定数量的时隙，而且还可以要求MS110对每一个接入分组200都使用相同的扩频码。或者可以要求同时传输多个接入分组200，它们各自采用不同的扩频码。
接入分组200的数据段202和206需要包含某些信令，用于标识该接入分组200本身就是完整的接入请求或者是组成多个接入分组200的接入请求的一部分，由BS100对其中的有效负荷数据进行组合。可以对多个接入分组中的每一个使用相同的扩频码来实现这种标识。
在多个接入分组200中的每一个有效负荷数据格式不需要是相同的。例如，第一接入分组200可以包含信令信息、标识发送MS110身份的信息、以及所有被发送的接入分组的总数量。接入分组200之一可以包含用于整个有效负荷数据的循环冗余校验(CRC)或其它数据完整性校验措施。为改善差错性能，可以在多个接入分组200之间对完整的有效负荷数据进行交织。
根据本发明，图3以流程图的形式给出在随机接入信道中的传输方法。该方法从步骤302开始，此时MS110需要向BS100请求新业务或者向BS100发送短消息。在步骤304，该MS110判定要求传输多少有效负荷数据，并且因此判定容纳该数据所需要的接入分组200的个数N。然后在步骤306，MS110生成适当数量的接入分组200，选择一个扩频码去对其进行编码，并且通过随机接入信道向BS100发送这些数据。
然后在步骤308，MS110等待BS100例如通过通用下行信令信道发送对请求的确认消息。如果在预定的时间内没有接收到确认消息，则MS110重新发送这N个接入分组200。在步骤310，该方法以连续接收到确认消息作为结束，在此之前，为启动被请求业务或处理消息，MS110和BS100有必要采用所需要的措施。
BS100能够为每一个接入分组200发送一个独立的确认消息，这样如果由MS110发送的一个或多个接入分组发生错误，则只要求重新发送那些错误的分组。然而对于BS100来说更简单的方法是为整个的接入请求而发送单一确认消息，并且这样可以还可以为更高层的协议(它不用考虑传输特定接入请求所需要的接入分组数量)提供一致的接口。
通过阅读本描述，很明显对于本领域内的技术人员来说可以做出其它的修改。这种修改可能包括无线通信系统内已知的其它特性及其部件，它们可用来代替或附加于在此描述的上述特性。
在本规定和权利要求中，单词“一个”或“一”并不排除多个这种元素的存在。而且，单词“包含”并不排除其它未被列出的元素或步骤的出现。
工业适用性本发明适用于多种无线通信系统，例如UMTS。
权利要求
1．无线通信系统，包含一个主站和多个辅助站，该系统拥有用于传输从辅助站到主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包含拥有预定最大数据容量的接入分组，其中一个需要发送包含着多于单个接入分组格式所能容纳的有效负荷数据的接入请求的辅助站具有用于把数据分割成为多个部分并且用于发送包含多接入分组的接入请求的装置，其中每一个接入分组包括有效负荷数据的一部分，并且在主站中包含用于判定该接收到的接入请求包含多接入分组的装置，以及用于把多个接入分组组合形成有效负荷数据的装置。
2．工作在无线通信系统内的主站，该系统内包括用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，其中接入请求包括拥有预定最大数据容量的接入分组，其中主站提供了用于判定接收到的接入请求包含多个接入分组并且用于把多个接入分组组合成为有效负荷数据的装置。
3．权利要求2中的主站，其特征在于提供了用于传输有关多接入分组的单一确认消息的装置。
4．工作在无线通信系统内的辅助站，该系统内包括用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包括拥有预定最大数据容量的接入分组，其中辅助站包括响应对辅助站需要发送一个包含着多于单接入分组格式所能容纳的有效负荷数据的接入请求进行的判定、用于把数据分割成为多个部分并且用于传输包括多个接入分组的接入请求的装置，其中每一个分组包括有效负荷数据的一部分。
5．对无线通信系统进行操作的方法，该系统包括一个主站和多个辅助站，并且拥有用于传输辅助站向主站的接入请求的随机接入信道，该接入请求包含拥有预定最大数据容量的接入分组，其中一个需要发送包含着多于单接入分组格式所能容纳的有效负荷数据的接入请求的辅助站把数据分割成为多个部分并且发送包含多接入分组的接入请求，其中每一个分组包括负荷数据的一部分，而且主站判定接收到的接入请求包含多个接入分组并且把多个接入分组组合成有效负荷数据。
6．权利要求5中的方法，其特征在于多个接入分组中除第一个分组外的每一个分组的传输时间都与多个接入分组当中的第一分组进行传输的时间有预定的关系。
7．权利要求6中的方法，其特征在于多个接入分组以连续序列的方式被传送。
8．权利要求5到7中任一项的方法，其特征在于要在多个接入分组范围内对有效负荷数据进行交织。
9．权利要求5到8中任一项的方法，其特征在于信令信息仅仅被包含在多个接入分组中的一个分组当中。
10．权利要求5到9中任一项的方法，其特征在于数据完整性校验仅仅被包含在多个接入分组中的一个分组当中。
11．权利要求5到10中任一项的方法，其特征在于主站发送关于多个接入分组的单一确认消息。
12．权利要求5到11中任一项的方法，其特征在于该系统采用码分多址技术。
13．权利要求12中的方法，其特征在于多个接入分组采用相同的扩频码来编码。
14．权利要求12中的方法，其特征在于多个接入分组采用不同的扩频码来编码，并且同时被发送。
全文摘要
本发明涉及无线通信系统,其中辅助站(110)可以通过使用时分多址协议的随机接入信道向主站(100)请求业务。一个接入请求包括一个拥有预定最大数据容量的接入分组(200)。如果辅助站要求发送接入请求,该请求内包含的有效负荷数据(202、206)多于单个接入分组所能容纳的数据数量,则该数据要被分割成为多个部分,每一部分在单独的接入分组中被传输。主站对多个接入分组(200)进行组合以形成接入请求,并且向辅助站发送确认消息。
文档编号H04B1/707GK1304622SQ00800794
公开日2001年7月18日 申请日期2000年4月18日 优先权日1999年5月7日
发明者T·J·穆斯利 申请人:皇家菲利浦电子有限公司