专利名称：随机接入信道最优化的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于从辅助站向主站传输数据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。应用方式包括在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。
在移动站当实际上未在进行呼叫时时常具有发送数据分组给BS的要求的系统中，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的小与中等大小的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。可以利用对应于分组信道资源的随机选择的特征标记来对由MS发送的接入分组信道的请求进行编码。如果此信道是可利用的，则BS将此信道分配给请求MS。
本发明的一个目的是提供具有改善的资源利用的随机接入信道。
根据本发明的第一方面，提供一种无线电通信系统，它具有用于从辅助站向主站传输数据的随机接入信道，其中此辅助站具有用于在此数据传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息的装置，并且此主站具有用于从接收的消息中确定此数据传输何时将结束的装置。
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，它具有用于从辅助站向此主站传输数据的随机接入信道，其中提供了用于在此数据的传输之前从此辅助站中接收包括将要发送的数据量指示的消息、并用于从接收的消息中确定此数据传输何时将结束的装置。
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，它具有用于将数据传输至主站的随机接入信道，其中提供了用于在此数据的传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息的装置。
根据本发明的第四方面，提供运行具有用于从辅助站向主站传输数据的随机接入信道的无线电通信系统的一种方法，其特征在于，此辅助站在此数据的传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息，并且此主站从接收的消息中确定此数据传输何时将结束。
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表示具有分组标题的增强的随机接入分组信道方案；图4表示具有分组信道可用性消息的另一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在随机接入分组信道上发送分组标题的方法的流程图。
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MS110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乱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。因此，通过改变扰乱码或信道化码(即，物理信道)或利用不同的相互正交的比特序列组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一个较大组的特征标记。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由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以更高的功率发送另一前置码202，此码由BS100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，以便表示所请求的信道是空闲的，或者可以是否定的，以便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。MS110发送前置码202的初始功率电平一般由MS110使用开环功率控制来确定，以使MS110与更靠近BS100的另一MS110相比不处于不利位置。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将知道其前置码202是否正确地被接收。然而，有可能一个以上的MS110选择同一特征标记并因此相信其前置码202已被接收。如果这些移动站110之中的每一个移动站开始发送其数据，则结果将是发生碰撞，而不可能正确接收任何数据。
为减少这种情况发生的机会，使一个争用分辨阶段跟随在表示所请求的信道是空闲的确认206的发送之后。每个发送利用对应于BS100确认的特征标记编码的前置码202的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。该组(通过改变调制比特序列的组、扰乱码或信道化码)因而可能不同于用于接入前置码202的组，或者可选择地，该组特征标记可以在接入与争用分辨阶段之间进行共享。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，如果一个以上的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的机会就很小。
在此争用分辨阶段之后，BS100开始发送一个包括用于命令MS110根据需要调整其发射功率的功率控制信息的物理控制信道(PCCH)212，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处在不同于用于前置码传输的那些信道的物理信道上。PCCH212可以与数据214的传输同时开始，或可以在此数据传输之前足以使闭环功率控制得以建立。
上述基本方案所具有的问题是MS110未提供有关它将发送的数据分组214的长度的任何信息给BS100。BS100因此必须例如通过检测正确解码的CRC(循环冗余校验)的位置使用盲检测来检测MS110的传输的结束。此基本方案的低效性的另一根源是有关此分组的格式信息即使在分组214的传输期间未改变，也与数据分组214同时进行广播。此格式信息例如可以包括对此数据应用的差错控制编码与凿孔的细节以及多路复用安排的细节，如果具有一个以上的传送信道用于此分组的话。
用于解决上面问题的、根据本发明的改善方案被表示在图3中。在MS110发送数据分组214之前，它发送包含有关分组214的长度的信息的分组标题(H)302。标题302的存在减轻了BS100的复杂性，BS100不再需要进行盲估算来确定数据分组214的末尾。
标题302也以许多方式改善资源利用。首先，BS100能在知道数据分组214结束时停止PCCH212的传输，而不必继续进行传输直至检测到数据分组214的末尾。第二，只要分组信道资源变得可利用，BS100就能重新分配这些分组信道资源而不用查找数据分组214的末尾引起的额外延迟。第三，BS100能在知道一个分组信道在MS100完成接入与争用分辨阶段时将变得可利用时预先分配此分组信道给MS100。
由于MS110能知道数据分组214的传输的结束时间，因而提高了ARQ(自动请求重发)性能。这是因为否则，BS100对于区分分组的正常结束(不要求重发)与被严重破坏的接收(要求重发)将会发生某些困难。BS100也有可能在分组传输结束时发信号表示要求重发并保持分配的信道用于这些重发。然而，此行为与BS100的信道的预先分配相冲突并因此可能不是优选的做法。
如果MS100另外在标题302中发送有关数据分组214的格式信息，则进一步提高系统的效率。此信息不必再在控制信道上在数据分组214的持续期内进行发送，从而减少控制信道上的负载。其他信息(例如用于数据分组214的检查和的)也能包括在此标题中，以使BS100能确认其正确接收。
本发明的方案的其他优点可以结合由BS100表示分组信道资源的可用性的改善方案一起被发现。在图4中表示出与本发明的方案组合的、更具体公开在我们待审查的UK专利申请9921548.5(我方的参考号PHB34390)中的一个这样的方案。在此组合方案中，BS100重复广播分组信道可用性(AV)消息402，此消息402将当前可利用的资源通知给MS110。每帧广播AV消息402一次的做法可以在下行链路开销与延迟之间达到一个合理的折衷，这是因为总的传输延迟将受发送数据分组214所花费的时间(一般为几秒)控制。
这个与其他类似方案可以解决以下问题即使其他合适的资源可能是可利用的，也可能会拒绝MS100接入一个与其选择的前置特征标记对应的分组信道资源，这有可能使MS100花费大量的时间去等待资源变成为可以利用。在与本发明的方案组合时，如图4所示，BS100使用AV消息402来表示在进行信令与任何后续接入尝试时将变得可利用的分组信道资源的可用性，即使此资源在AV消息402的时刻不是可利用的。因此，由于减少没有MS100在特定分组信道上进行发送的时间周期长度，所以能更有效地使用分组信道资源。
根据本发明的方案的一个缺点是稍增加MS100发送的消息(现在包括标题302与数据分组214)的长度。然而，将要发送的额外数据量是最少的。例如，为了表示出数据分组214的长度，MS110优选地指示数据的帧的数量。因此，一个4比特消息能表示多达16帧的数据，这对应于60kb/s的最低比特率上的9.6kb。甚至在添加上例如重复编码或简单块码这样的差错编码来保护此信息之后，开销也是最少的。同样地，格式信息一般只要求几个比特，有可能是10个比特。
因为更有效地分配了资源，所以分组传输的平均延迟实际上不增加。MS110发送标题302的最少额外功率费用可以至少部分地利用在一个具有分组信道可用性的系统中其他的功率节省来抵消。一种节省来源于MS110在尝试接入之前必须监视系统的时间的减少。另一节省是因为MS110只需在标题302中发送格式信息一次而不在发送数据分组214的同时重复发送格式信息。
概述根据本发明的MS110广播分组标题302的方法的流程图表示在图5中。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资源(例如，信道和/或比特速率)的信息的AV消息402。
MS110在步骤506确定所请求的资源是否可利用。如果不可利用，则此程序在步骤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选择可利用的资源并将其发射功率设置为最小功率电平。此MS110随后在步骤508发送利用对应于选择资源的特征标记编码的接入前置码202。接下来，MS110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，并在合适时同时表示用于PCCH212的信道化码和用于上行链路分组信道的扰乱码。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与522在分配的信道上发送其分组标题302与数据分组214，在此之后此方法在步骤524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。
本发明也可应用于其他的随机接入信道方案。总之，本发明可应用于允许MS110发送具有长于一个帧的时长(在UMTS中为10ms)的数据的任何这样的方案。
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“一”字不排除多个这样的单元的存在。还有，“包括”一词并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，具有用于从辅助站向主站传输数据的随机接入信道，其中此辅助站具有用于在此数据传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息的装置，并且此主站具有用于从接收的消息中确定此数据传输何时将结束的装置。
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.用于无线电通信系统中的一种主站，具有用于从辅助站向此主站传输数据的随机接入信道，其中提供了用于在此数据的传输之前从此辅助站中接收包括将要发送的数据量指示的消息、并用于从接收的消息中确定此数据传输何时将结束的装置。
4.如权利要求3的主站，其特征在于，提供用于在数据传输期间发送包括功率控制信息的控制信道并用于在此数据传输所指示的末尾时结束此控制信道的传输的装置。
5.如权利要求3或4的主站，其特征在于，提供了这样的装置，该装置用于在确定了当随机接入信道资源在辅助站已完成它对使用该资源的请求时该随机接入信道资源将是可利用的情况下，在此资源正在使用的同时分配此随机接入信道资源给辅助站。
6.如权利要求3-5之中任何一个权利要求的主站，其特征在于，提供了这样的装置，该装置用于把随机接入信道资源的可用性通知给辅助站并且还提供了这样的装置，该装置用于一种资源的可用性，该资源当前正在使用，但在辅助站已完成它对使用该资源的请求时将是可利用的。
7.用于无线电通信系统中的一种辅助站，具有用于将数据传输至主站的随机接入信道，其中提供了用于在此数据的传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息的装置。
8.如权利要求7的辅助站，其特征在于，提供用于在此消息中包括有关此数据传输的格式信息的装置。
9.运行具有用于从辅助站向主站传输数据的随机接入信道的无线电通信系统的一种方法，其特征在于，此辅助站在此数据的传输之前发送包括将要发送的数据量指示的消息，并且此主站从接收的消息中确定此数据传输何时将结束。
10.如权利要求9的方法，其特征在于，此辅助站在此消息中包括有关此数据传输的格式信息。
11.如权利要求9或10的方法，其特征在于，此主站在数据传输期间发送包括功率控制信息的控制信道并在此数据传输所指示的末尾时结束此控制信道的传输。
12.如权利要求9-11之中任何一个权利要求的方法，其特征在于，此主站把随机接入信道资源的可用性通知给辅助站，并表示一种资源的可用性，该资源当前正在使用，但在辅助站已完成它对使用该资源的请求时将是可利用的。
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,这样的信道预定由具有要发送给主站的数据(214)的辅助站在实际上未在进行呼叫时使用。在其数据(214)的传输之前,辅助站发送提供有关数据传输(214)的长度的信息并且可以包括有关此数据(214)的格式信息的消息(302)。此方案在与例如利用可用性(AV)消息(402)表示随机接入信道资源的可用性的方案组合时特别有效。在这种情况中,主站能表示当前正在使用的资源的未来可用性。
文档编号H04L12/28GK1327699SQ00802171
公开日2001年12月19日 申请日期2000年8月1日 优先权日1999年8月5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