专利名称：用于在无线电通信系统中分配随机接入信道的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于从辅助站至主站的数据的传输的随机接入信道的无线电通信系统，并且还涉及这样的系统中使用的主站与辅助站，而且涉及操作这样的系统的方法。虽然本说明书特别结合正在形成的通用移动电信系统(UMTS)来描述系统，但将明白所述的技术同样可应用于在其他的移动无线电系统中使用。在此说明书中，术语随机接入信道指进行随机接入传输的逻辑信道，这一般由许多不同的物理信道构成。
随机接入信道是无线电通信系统的普通组成部分，使移动站(MS)能给基站(BS)发送短消息。应用包括在MS被接通时传送信号给BS、在MS可能未在进行呼叫时发送数据分组给BS和请求BS分配资源给MS使用。
在移动站在实际未在进行呼叫时时常具有发送数据分组给BS的请求的系统中，提供具有类似于标准随机接入信道的特征但预定用于从MS至BS的小与中等大小分组的传输的随机接入分组信道是有益的。
在研制用于UMTS的这样的方案的实施例中，具有许多随机接入分组信道可用于MS。利用对应于分组信道之一的随机选择的特征标记编码由MS发送的接入分组信道的请求。如果此信道是可利用的，则BS将此信道分配给请求MS。
因为特征标记的随机选择，所以即使具有其他合适的信道可以利用，也有可能拒绝MS接入其选择的分组信道。这个问题能导致MS的显著延迟以及干扰的增加与容量的损失。
本发明的一个目的是提供随机接入信道至MS的改善的分配。
根据本发明的第一方面，提供一种无线电通信系统，具有用于从辅助站至主站的数据的传输的随机接入信道，此辅助站具有用于通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源的装置，此主站具有用于对此请求发送一个应答的装置，此辅助站具有用于接着发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号的装置，并且此主站具有用于对此争用分辨信号发送另一应答、用于选择将同意此辅助站接入的随机接入信道和用于在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号的装置。
根据本发明的第二方面，提供用于无线电通信系统中的一种主站，具有用于从辅助站至此主站的数据传输的随机接入信道，其中提供用于对此辅助站的接入随机接入信道资源的请求发送应答、用于对此辅助站发送的利用第二特征标记编码的后续争用分辨信号发送另一应答、用于选择将同意此辅助站接入的随机接入信道并用于在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号的装置，此请求包括利用第一特征标记编码的信号的传输。
根据本发明的第三方面，提供用于无线电通信系统中的一种辅助站，具有用于数据至主站的传输的随机接入信道，其中提供用于通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源、用于从此主站中接收应答和随后发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号、用于从此主站中接收另一应答并用于在至少一个应答的同时从此主站发送的信道分配信号中确定已分配哪个信道的装置。
根据本发明的第四方面，提供操作具有用于从辅助站至主站的数据传输的随机接入信道的无线电通信系统的一种方法，此方法包括以下步骤此辅助站通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源；此主站对此请求发送一个应答；此辅助站接着发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号；并且此主站对此争用分辨信号发送另一应答、选择将同意此辅助站接入的随机接入信道和在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号。
现在将结合附图利用示例来描述本发明的实施例，其中
图1是无线电通信系统的方框示意图；图2表示基本的随机接入分组信道方案；图3是表示16个前置特征标记的一个可能组的表；图4表示具有分组信道可利用性消息的增强的随机接入分组信道方案；和图5是表示根据本发明用于随机接入分组信道的改善分配的方法的流程图。
在这些附图中，相同的标号用于表示相应的特性。
参见图1，无线电通信系统包括主站(BS)100和多个辅助站(MS)110。BS 100包括微控制器(μC)102、连接到天线装置106的收发信机装置(Tx/Rx)104、用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)107和用于连接到PSTN或其他合适网络的连接装置108。每个MS 110包括微控制器(μC)112、连接到天线装置116的收发信机装置(Tx/Rx)114和用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)118。在下行链路信道122上进行从BS100至MS110的通信，而在上行链路信道124上进行从MS110至BS100的通信。
在图2中示出操作在频分双工系统中的随机接入分组信道的基本方案，上行链路信道124画在下行链路122之上。在接入阶段中，MS110首先在特定的接入时隙中以低功率电平发送利用从一组16个可能的特征标记中随机选择的一个特征标记编码的一个前置码(P)202。
特征标记是以其利用特定比特序列调制的扰频码与信道化码为特征的信号。通过定义一组互相正交的比特序列用于调制能获得互相正交的一组特征标记。这样的组的一个示例表示在图3中，此组包括16个特征标记P0-P15。每个特征标记Pi包括16个复合码元S，每个码元为A或-A，其中A＝1＋j。通过互换A与-A得到每个特征标记的逆。这些特征标记及其逆全部互相正交。
通过改变扰频码或信道化码(即，物理信道)或通过使用不同的相互正交组的比特序列能获得不同组的特征标记。可选择地，可以以具有低的互相关性而不是严格正交性的方式定义较大组的特征标记。虽然本说明书涉及16个特征标记的组，但是不同的实施可以采用具有不同数量的特征标记的组。
在此基本方案中，用于编码接入前置码202的前置特征标记的选择确定MS110请求的物理信道，而每个前置特征标记对应于有限数量的上行链路与下行链路信道。如果BS100正确地接收与解码此前置码，则它发送前置码确认(A)206。在图2所示的示例中，在发送第一前置码202之后，在分配给它的时隙204(这一般可能为1ms长)中未返回确认，MS110因此以较高的功率电平发送另一前置码202。在时隙204中又未接收到确认，于是MS110以仍然较高的功率发送另一前置码202，此码由BS100进行接收与解码，此BS100发送确认206并从而结束接入阶段。
除了通知MS110已接收到其前置码202之外，确认206可以是肯定的以表示所请求的信道是空闲的，或者可以是否定的以表示所请求的信道在使用并拒绝至MS110的接入。可以通过BS100(相对某一基准或导频信号)倒置特征标记的相位来表示否定确认(NACK)。可选择地，由BS100用于确认的一些特征标记也可以用作NACK。
BS100将只对每个接入时隙发送一个确认，然而却发送许多前置码202。此选择的一个基础能是确认利用最高功率接收的前置码202。如果发送多于一个的前置码202但却利用不同的特征标记来编码每个前置码，则每个MS110将知道是否正确地接收到其前置码202。然而，有可能多于一个的MS110选择同一特征标记并因此相信其前置码202已被接收到。如果这些移动站110之中的每一个移动站开始发送其数据，则结果将是碰撞，而不可能正确接收任何数据。
为减少这种情况发生的机会，争用分辨阶段在表示所请求的信道是空闲的确认206的发送之后。发送利用对应于BS100确认的特征标记编码的前置码202的每个MS110现在发送另一争用分辨前置码(CP)208。此前置码208利用从另一组16个可能的特征标记中随机选择的一个特征标记进行编码。此组(通过改变调制比特序列的组、扰频码或信道化码)可能不同于用于接入前置码202的组，或者可选择地此组特征标记可以在接入与争用分辨阶段进行共享。BS100然后发出对应于例如利用最高功率接收的选择前置码208的争用分辨确认(CA)210，此确认210使MS110能发送其数据。因此，如果多于一个的MS110选择同一接入前置码202，则也选择同一争用分辨前置码208的机会小。
在此争用分辨阶段之后，BS100开始物理控制信道(PCCH)212的传输，这包括功率控制信息以命令MS110根据需要调整其发射功率，并且MS110在分配的分组信道上发送一个或多个数据分组(PKT)214，此分配的分组信道通常是不同于用于前置码传输的那些信道的物理信道。PCCH212可以同时从数据214的发送开始，或可以在此之前足以使闭环功率控制在此数据传输之前得以建立。
上述基本方案所具有的特定问题是即使其他合适的信道可能是可利用的，MS110也有可能被拒绝接入对应于其选择的前置特征标记的分组信道，这尤其在业务负载高时有可能使MS110将花费大量的时间等待信道变得可利用。
在根据本发明的系统中，通过使BS100能在它发送接入确认206或争用分辨确认210的同时通知分组信道的分配来缓解此问题，此信号传送可以形成确认206、210的一部分或可能最好与同一信道化码同时进行发送。在如图4所示的本发明的可选择实施例中，BS100也发送分组信道可利用性(AV)消息402，以使MS11能在请求接入之前确定其所要求的信道是否是可利用的。这种方法更具体地公开在我们的待审UK专利申请9921548.8(我方的参考资料PHB34390)中。
将参见图5解释本发明的其他细节，图5是概述根据本发明的用于至MS110的随机接入分组信道的改善分配的方法的流程图。此方法在步骤502从MS110具有在随机接入分组信道上发送的数据开始。MS110在步骤504接收给出有关可利用信道与比特速率的信息的AV消息402。此消息的一种可能的格式是每个10ms帧发送一次的三比特字，表示此组(0，60，120，240，480，960，1920)中最高可利用的比特速率(以Kb/s为单位)。UMTS实施例中此消息的一个特别方便的位置是在一个信道(例如，每帧具有12个未用比特的寻呼指示符信道(PICH))的反而未用的部分中(或在具有与PICH相同的信道化码但只占用PICH中未用比特所剩余的空间的物理信道中)。
MS110在步骤506确定所请求的比特速率是否可利用。如果可利用的比特速率为零，或MS110确定可利用的比特速率不够，则此处理在步骤504重新开始。如果可利用的比特速率足够，则MS110能继续。在继续之前，MS110可以等待一个短的随机补偿(back-off)时间周期，此时间周期最好高达一个帧，以便在许多MS110同时确定同一资源是空闲时减少过度碰撞的概率。
在继续时，MS110选择一个比特速率(这等于或小于最大的当前可利用比特速率)并将其发射功率设置为最小功率电平。此功率电平一般由MS110使用开环功率控制进行确定，以使MS110与更靠近BS100的另一个MS110相比不是处于不利地位。此MS110随后在步骤508发送利用对应于选择的比特速率的特征标记编码的接入前置码202。将每个可利用的特征标记变换为用于此分组信道和相应PCCH212的单个比特速率。此组可利用的特征标记以及特征标记与比特速率之间的变换例如能由BS100定期进行广播。如果具有对应于其要求的比特速率的不止一个的特征标记可利用，则MS110随机选择一个特征标记。
MS110现在在步骤510确定它是否从BS100接收到确认206。如果未接收到确认，则MS110在步骤512增加其发送功率，并返回到步骤508。如果接收到确认，MS110在步骤514确定此确认是肯定的(在这种情况中此程序继续)还是否定的(在这种情况中，MS110等待一个随机补偿时间周期并返回到步骤504)。
接下来，MS110在步骤516使用随机选择的特征标记发送争用分辨前置码208。BS100至多确认一个争用分辨前置码208，并同时表示用于PCCH212的信道化码和用于上行链路分组信道的扰频码。利用16个特征标记及其逆的选择，有可能利用一个码字确认多达16个不同的前置码特征标记，并同时发送另一个码字来表示多达16个不同信道化码之一。为避免需要同时发送特征标记及其逆的情况，可以将这些特征标记分成两个组。第一组及其逆用于确认210，而第二组及其逆用于信道分配。
最后，MS110在步骤518确定它是否从BS110接收到争用分辨确认210。如果接收到CA210，则MS110能前进至步骤520在分配的信道上发送其数据分组214，在此之后此方法在步骤522结束。如果未接收到CA210，则MS110等待一个随机补偿时间周期并返回到步骤504。在这种情况中，MS110最好将其发送功率保持设置为与BS100确认的原始前置码202相同的电平。
上述的根据本发明的方法具有许多优点。因为能使用上行链路比特速率的任意组合(在BS100的能力或分配给此分组信道的资源的极限之内)，所以改善系统的灵活性。在公知系统中实现此灵活性要求广播参数的频繁更新。在信道分配的的同时发送CA210使延迟最小，同时增加即使许多可利用的信道正在使用MS110也能获得至一个分组信道的接入的概率。
如果只有一个有限组的特征标记可用于争用分辨，则能使用多级处理，包括两个或多个争用分辨前置码208和相应确认210的发送。能从同一组或从另一组中选择用于后续前置码208的特征标记。这种处理描述在我们的待审UK专利申请9914926.2(我方的参考资料PHB34352)中。在这种情况下，信道分配信息能在争用分辨阶段之间进行分开(并且也有可能与接入确认206共享)。可选择地，在每个确认206、210中能重复此信道分配信息。
分组信道可利用性消息402只使用每帧3个比特，这在高负载时考虑下行链路信令中的节省时是非常低的开销。因为整个传输延迟将由发送这些数据分组214所花费的时间(一般为几个帧)控制，所以每帧一次的数量级的更新速率是下行链路开销与延迟之间合理的折衷办法。通过阻止MS110在它不具有表示合适的资源是可利用的指示时试图发送，使干扰最小并且MS110节省电源。这些修改将增加高负载情况下分组信道的总通过量。
如果没有可利用性消息402，MS110能监视系统活动以确定哪些分组信道有可能是空闲的。然而，这要求MS110在发送之前监视扩展的时间周期，并且获得的信息不可能完全可靠。因此，给定其低开销，则优选可利用性消息402。
如上所述，与用于分组传输的物理信道相关的参数(例如，用于上行链路与下行链路的比特速率、扰频与信道化码)可以结合上行链路中发送的前置码特征标记进行确定。作为另一改善，这些参数也可以部分地(或全部地)根据用于前置码传输的时隙进行确定。因此，能定义一组前置码特征标记(和/或时隙)与能由系统分配给MS110使用的相应组的物理信道之间的变换。BS100能广播描述这样的一个(或多个)变换的信息。
能区分以下可能的变换a)一个特征标记→一个物理信道b)几个特征标记→一个物理信道c)几个特征标记→几个物理信道d)一个特征标记→几个物理信道在a)与b)的情况中，利用特征标记唯一地确定物理信道，于是不需要信道分配消息。
在c)与d)的情况中，需要信道分配消息来表示哪个特定物理信道将由此MS使用。在这些情况中，也可以加上简单限制，诸如要求比特速率在一个变换内对于所有的物理信道是相同的。
在实施中提供更多灵活性的还一扩展是允许对特征标记与物理信道之间变换的任意组合进行任何相关实施限制。例如，能在一种系统结构中定义以下变换。
特征标记1→信道1，比特速率480kb/s特征标记2→信道2，比特速率480kb/s特征标记3与4→信道3，比特速率240kb/s特征标记5与6→信道4、5、6与7，比特速率60kb/s特征标记7→信道8与9，比特速率120kb/s如上所述，如果MS110的特征标记的选择并不唯一确定物理信道，则只需信道分配消息。可能不必将这些变换限制为互相排斥组的信道。随后，能通过一个以上的变换接入给定的物理信道。例如，尽管这样做未必具有明显的益处，但能加上新的特征标记8至信道6的变换。作为另一精细之处，同一下行链路信道化码也能用于支持一个以上的比特速率。即，能独立地指定上行链路比特速率与下行链路信道化码，并且能由一个以上的信道使用一个信道化码，但不同时使用。
如果广播状态或可利用性信息，则对于每个变换此信息能表示任何一个相应信道是否是可利用的(对于上面示例中的5个变换要求5个比特)。一种选择是发送每个信道的可利用性(9个比特用于9个信道)。另一选择是表示可利用的最高比特速率(3个比特用于5个比特速率)。
除了上述的FDD系统中的其应用之外，本发明也能应用于其他类型的通信系统中。例如，本发明能用于时分多址(TDMA)系统中，假定上行链路传输在不同于下行链路传输的时隙中进行。
上述实施例涉及分组传输。然而，相同的原理也能同样应用于其中建立用于数据传输的电路的系统中。
通过阅读本公开说明书，其他修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改可以涉及在无线电通信系统及其组成部分的设计、制造与使用中已公知的并且可以用于替代或除了在此所述的特性之外的其他特性。虽然权利要求书在此申请中已系统阐述为特性的特定组合，但应明白本发明公开的范畴也包括在本文中明确或隐含公开的任何新颖特性或特性的任何新颖组合或其任何推广得出的特性，不管这是否涉及与当前在任何一个权利要求中要求保护的相同的发明和是否与本发明一样缓解任何或所有相同的技术问题。申请人因而提请注意新的权利要求在本发明或从中导出的任何进一步申请的执行期间可以系统阐述为这样的特性和/或特性的组合。
在本说明书与权利要求书中，单元之前的字“一”不排除多个这样的单元的存在。还有，字“包括”不排除所列出的单元与步骤之外的其他单元或步骤的存在。
本发明可应用于例如UMTS的无线电通信系统的范围。
权利要求
1.一种无线电通信系统，具有用于从辅助站至主站的数据的传输的随机接入信道，此辅助站具有用于通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源的装置，此主站具有用于对此请求发送应答的装置，此辅助站具有用于接着发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号的装置，并且此主站具有用于对此争用分辨信号发送另一应答、用于选择将同意此辅助站接入的随机接入信道和用于在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号的装置。
2.如权利要求1的系统，其特征在于，此随机接入信道适用于分组数据的传输。
3.一种用于无线电通信系统中的主站，具有用于从辅助站至此主站的数据传输的随机接入信道，其中提供用于对辅助站的接入随机接入信道资源的请求发送应答、用于对利用此辅助站发送的第二特征标记编码的后续争用分辨信号发送另一应答、用于选择将同意此辅助站接入的随机接入信道并用于在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号的装置，其中此请求包括利用第一特征标记编码的信号的传输。
4.如权利要求3的主站，其特征在于，提供用于对此辅助站发送的另一争用分辨信号发送另一应答的装置。
5.如权利要求3或4的主站，其特征在于，提供用于在每个应答的同时发送此信道分配信号的装置。
6.如权利要求3或4的主站，其特征在于，提供用于将此信道分配信号细分为多个部分并用于在相应一个应答的同时发送这每个部分的装置。
7.如权利要求3-6之中任何一个权利要求的主站，其特征在于，提供用于包括此信道分配信号作为此应答或每个应答的一部分的装置。
8.如权利要求3-7之中任何一个权利要求的主站，其特征在于，提供用于发送表示此随机接入信道上可获得的最高数据速率的随机接入信道状态消息的装置。
9.用于无线电通信系统中的一种辅助站，具有用于数据至主站的传输的随机接入信道，其中提供用于通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源、用于从此主站中接收应答并随后发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号、用于从此主站中接收另一应答和用于在至少一个应答的同时从此主站发送的信道分配信号中确定已分配哪个信道的装置。
10.如权利要求9的辅助站，其特征在于，提供用于从此主站中接收表示随机接入信道资源的可利用性的随机接入信道状态消息并用于在数据的最初传输之前将此状态消息用作此信道分配信号的检验的装置。
11.操作具有用于从辅助站至主站的数据传输的随机接入信道的无线电通信系统的一种方法，此方法包括以下步骤此辅助站通过发送利用对应于随机接入信道资源的第一特征标记编码的信号来请求接入此随机接入信道资源；此主站对此请求发送一个应答；此辅助站接着发送利用第二特征标记编码的争用分辨信号；并且此主站对此争用分辨信号发送另一应答、选择将同意此辅助站接入的随机接入信道和在至少一个应答的同时发送识别此信道的信道分配信号。
12.如权利要求11的方法，其特征在于，此辅助站发送另一争用分辨信号，并且此主站发送另一应答。
13.如权利要求11或12的方法，其特征在于，此主站在每个应答的同时发送此信道分配信号。
14.如权利要求11或12的方法，其特征在于，此主站将此信道分配信号码细分为多个部分，并在发送相应一个应答的同时发送每个部分。
15.如权利要求11-14之中任何一项权利要求的方法，其特征在于，此主站包括此分配信号作为此应答或每个应答的一部分。
16.如权利要求11-15之中任何一项权利要求的方法，其特征在于，此主站发送表示此随机接入信道上可获得的最高数据速率的随机接入信道状态消息。
全文摘要
无线电通信系统具有用于从辅助站至主站的数据(214)的传输的随机接入信道,这样的信道预定由要将数据(214)发送给主站的辅助站在实际上未在进行呼叫时使用。这种类型的公知系统所具有的问题是:请求接入的辅助站也指定它希望接入的多个资源之中的哪个资源。如果那个资源忙,即使其他合适的信道是可利用的,接入也被拒绝。在目前的系统中,由主站在确认(206,210)辅助站的接入尝试(202,208)时执行信道的分配,从而消除浪费的尝试。在一个实施例中,主站也周期性地广播表示用于接入尝试的信道的可利用性的短消息。
文档编号H04L12/56GK1327697SQ00802150
公开日2001年12月19日 申请日期2000年7月21日 优先权日1999年8月3日
发明者T·J·穆斯利, B·亨特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司