专利名称：预约多址联接的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，尤其涉及无线通信系统中的多址联接。
相关技术的描述在典型的无线通信系统中，多个移动站通过一个共用基站通信。由于基站可用资源有限，因而移动站为访问基站资源而发生竞争。
图1为表明典型现代无线通信系统10的框图。该系统包含一系列的基站14。移动站12在前向链路信道18和反向链路信道20上与基站14通信。作为这里所用，术语“信道”是指基站与特定移动站间的单通信链路以及通信链路组，通常具有共同功能。图1显示各种类型的移动站，例如，手持便携电话、车载移动电话和固定场所的无线本地环路电话。这种系统提供话音和数据服务。其它现代通信系统在无线卫星链路上而不通过地面基站工作。
在题为“双模宽带扩频蜂窝系统用移动站一基站兼容标准”的TIA/EIA暂定标准、TIA/EIA/IS-95和它的后代(这里统称为IS-95)中记载了无线系统采用码分多址(CDMA)的工业标准，这些内容通过参考也结合在此。在其它信道间，IS-95定义移动站用来与基站通信的反向链路随机接入信道。该接入信道用于诸如呼叫始发、响应寻呼和登记等的短信令消息交换。例如，为了持续双向通信，可在移动站与基站间建立专用前向链路和反向链路业务信道对。在业务信道建立好之前可用接入信道从移动站传送信息到基站，以便促成建立。
IS-95定义的接入信道是一种随机接入信道，就是移动站随机选择接入信道资源的其上发送接入探询的部分。由于接入信道的随机性，不能保证只有单个移动站将在所选部分接入。因此，当发送接入探询，基站因几种原因之一可能接收不到该探询。失败的原因可以是由于基站收到的功率电平比当前干扰电平低得多，还可以是另一移动站在同一时刻企图使用选择信道资源的相同部分，导致碰撞。在任何情况下，当基站未接收到接入探询时，移动站随机选择接入信道的另一部分，并企图接入系统，或许使用更高的信号电平。为了避免在起始碰撞后两移动站间的一系列接连失败，也可将重发过程随机化。
为了选择一部分接入信道资源，按照IS-95，移动站随机选择CDMA技术定义的一组多个接入信道中的一个。一旦选择某个接入信道，就强制移动站在一组重复出现时隙边界中的一个开始发送接入探询。移动站随机选择某个时隙边界，开始发送。这种操作称为时隙ALOHA操作，是本领域中公知的。
随机接入系统的关键之一是负载控制。负载控制用于统计控制基站接收接入探询的速率。时分式ALOHA系统中的负载控制很重要，这是因为试接入数增加，随之碰撞量也增加。当加载进一步增加，则由于碰撞消耗系统资源而使成功地接入的数量开始跌落。因此，在时隙ALOHA系统中，最好保持系统加载小于全载能力的18％，要不然会产生不稳定性。
加载也是系统中干扰量的函数。当干扰增加，则系统可用能力下降。当随机接入信道上负载增加，则可能对系统中如业务信道那样的其它信道产生显著的干扰。按照IS-95，对接入信道加载受到在失败的试接入与接着的尝试间插入随机延迟(称为接入探询补偿)的控制。但是，IS-95缺乏任何机构用于快速起动和中断接入到接入信道，以便控制加载。
按照IS-95，当移动站发送接入探询时，它发送唯一的识别号，如移动站的电子编号(ESN)，以及前置码中的其它信息。此外，接入探询包含指定探询用途或载送用户数据的消息。例如，该消息可以指派电话号，用于产生呼叫。一个探询的持续时间通常在80和150毫秒。
按照IS-95，移动站起始以第1电平发送接入探询。如果基站在预定时间量后未用确认响应，则移动站以递增更高功率电平继续重复接入探询。
该接入方法不能非常有效地使用系统资源。首先，接入探询相当长，而且，即使基站不能接收该接入探询，移动站仍要不断地发送整个接入探询，因而，将无用能量射入系统，浪费掉移动站的资源，从而使系统能力下降。按照IS-95，一旦移动站已开始发送，则不存在功率控制机构可用来使基站增加或减小发送功率。如果反向链路受到深衰落，则发送可能失败，且移动站在更高功率电平上重发消息，这种更高功率电平在无衰落时未必需要。基站无手段请求在深衰落期间更多的功率也不请求在接着的重发过程中减少功率。除了消耗重要的系统资源外，按照IS-95的接入方法延伸到包含将延迟加给系统的大量时间。按照IS-95，数据仅以一个数据速率在接入信道上发送，与数据量或移动站和基站间的连接质量无关。
因此，在本领域中需要开发一种多址联接系统，它引入小的延迟，并能有效地利用可得到的系统资源。
本发明概述预约多址联接(RsMA)用来提供多址联接到多个移动站。接入系统用的接入探询分成两个不同的部分请求部分和消息部分。该请求部分包含“准唯一地”识别移动站的号码。例如使用散列函数能从唯一识别移动站的较长号码导出散列标识。请求部分还包含前置码，以便检测。请求部分的长度比消息部分的长度短。
请求部分在随机接入信道上发送。在一实施例中，请求部分如在时隙ALOHA信道上发送，在该ALOHA信道中，时隙边界在如几个请求部分长度的数量级上相互紧接。
如果基站适当地检测到该请求部分而且如果资源可得到，则基站使用信道分配消息分配预约接入信道。该信道分配消息包含散列标识。移动站在预约接入信道上发送消息部分。预约接入信道给通信带来低概率的竞争(争用)。在一实施例中，消息部分能包含请求业务信道或其它系统管理消息，或它可以包含用户信息的数据报。在一实施例中，消息部分能采纳可变数据速率组中的一个。
在另一实施例中，前向链路信道发送功率控制信息到移动站，并在预约接入信道上发送。在又一实施例中，信道分配消息、功率控制信息或两者从多个扇区、基站或两者发送。
在一实施例中，基站经前向链路信道分配信道能发送等待消息给特定的移动站或给一类移动站，该分配信道还载有信道分配消息。该等待消息对接着对象移动站后的接入要求加以延迟。在另一实施例中，等待消息能用来迅速分离对系统的接入，以便控制加载。
附图概述从下面结合附图进行的详细描述中使本发明的特征、目的和优点更明显，其中，相同的参考号前后标识一致或相应，其中图1为表示典型现代无线通信系统的框图。
图2A和2B为表示RsMA中移动站工作的流程图。
图3为表示RsMA系统中一系列信道的示例图。
图4为表示作为前向功率控制共用信道的数据结构例子的示例图。
图5为表示闭环系统中移动站发送功率的曲线图。
图6为表示多扇区基站的覆盖扇区的示例图。
图7为多扇区基站的框图。
图8为作为移动站构造例的框图。
本发明的详细说明为了克服现有技术的局限性，本发明使用预约多址联接(RsMA)格式来帮助随机接入到系统。为了提高效率，接入消息分为两部分请求部分和消息部分。请求部分经随机接入信道发送。响应时，分配预约接入信道。消息部分经该预约接入信道发送。在一实施例中，通过使用预约接入信道对接入探询的消息部分施加。闭环功率控制这点与其它特性一起，使本发明提高接入过程的效率。
通过举例方式能很好地理解本发明。图2A和2B为作为RsMA系统中移动站按照本发明工作为例的流程图。图3为能用于帮助理解图2的RsMA系统中一系列信道和消息的示例图。
参看图2A，流程从起始框100开始。在框102中，序号和探询号置0。在框104中，移动站从一组系统支持的前向链路信道分配信道中随机选择一前向链路信道分配信道(F-CACH)。例如，移动站选择第n个前向链路信道分配信道，如图3中所示F-CACH(n)200。在一实施例中，为了减少成功接入的数目，可对前向链路信道分配信道的数目进行编程并可减少到1或0。
在框106中，移动站估算从相应基站接收到的导频信号的信号质量。例如，移动站可估算接收导频信号上的载波能量与噪声功率密度的比(EC/IO)。框108确定导频信号的质量是否超过预定的阈值。若未超过，移动站就假设前向链路信道已衰落，且流程不断地返回到框106，直到信号质量得到改善为止。由于陆地信道的快速衰落特性，有害的衰落条件本身的纠正通常非常快。通过在深衰落期间避免发送，移动站能增加它在F-CACH上接收基站响应的可能性，下文作更详细的说明。框106和108是可选的，某些实施例可不包含该特性。
如果在框108中确定导频信号的质量超过阈值，流程进入框110，在此移动站随机选择一个对应于所选F-CACH的反向链路共用控制信道(R-CCCH)。例如，移动站选择第c个反向链路共用控制信道，如图3所示的R-CCCH(c)202。在一实施例中，F-CACH与多个R-CCCH相关联。在框上112中，移动站将发送功率初始化到起始功率电平(IP)。在一实例中，IP的值根据导频信号及其它因素确定。在另一实施例中，IP值为固定值或可编程的值。流程继续进行，通过另页连接符114到图2B的另页连接符116。
在框118中，移动站经R-CCCH(c)202发送接入探询的请求部分，该部分包含前置码和散列ID，如请求消息210所示。该散列ID从表示发送移动站是唯一的信息导出。按照多个已知技术之一，散列值用散列函数产生，该函数将包含大量比特的输入数映射到缩短的输出数。例如在一实施例中，散列函数的输入信息包含移动站的电子编号(ESN)，按照IS-95，该编号是在制造移动站时所分配的唯一标识该移动站设备的32比特数码。采用32比特可对40亿个移动站分配唯一的ESN。例如，散列函数的输出是12比特的数，定义4096个不同的“准唯一”散列ID值。虽然不唯一，但散列ID的长度足以使得在基站覆盖区内工作的一个以上的移动站极难产生相同的散列ID并极难在相同时间上发送接入探询的请求部分。使用该散列ID与IS-95相比使得要发送的信息少。同时，在极大多数情况下，仍然能区分那个移动站与该区域中的其它移动站。如果在相同时间使用相同散列ID的两个或多个移动站之间出现冲突，那么接入要求中一些或全部可能失败。在这种情况下，未成功的请求部分再次发送，且随机重发延时减小了后续冲突的危险性。
在接入过程中，移动站最终必须被基站唯一识别。但是，为了在该点继续进行系统接入，这种唯一识别不是必须的。使用散列ID能明显减少接入探询的请求部分中发送的数据量。按照本发明，移动站的唯一识别是在探询的消息部分中而不是在请求部分中完成的。
在框120中移动站监测F-CACH(n)200，确定接入探询是否成功地被基站解码。如图3所示，在一情况中，基站通过发送应答消息212进行响应。应答消息包含所指移动站的散列ID。应答消息还包含周期的冗余校验(CRC)值或其它的差错检测机构。在一实施例中，F-CACH(n)200与R-CCCH(c)的数相关，并能携带一些不同移动站所需的消息，每个消息包括CRC值。在框122中，移动站监测F-CACH(n)上携带的应答消息，并确定依靠CRC是否测得未成功。若测得未成功，则如下文所述，流程在框126中继续进行。在一实施例中，如果检测到移动站未应答，则基站重发重复的应答消息212’。图3中，在起始发送结束后重复应答消息D2秒，使得移动站的定时器D1在重复应答消息212’结束前不会计满。在一实施例中，移动站按照已知技术将来自原始的应答消息212和重复应答消息212’加以软组合以改进性能。
如果在框122未检测到未成功，则过程进到框124，确定F-CACH(n)200上载送的应答消息212中发送的特定散列ID是否与移动站发送的散列ID匹配。如果散列ID不匹配或在框122中检测到未成功，那么流程继续到框126。框126确定D1定时器是否计满。当接入探询的请求部分被发送并累计时间直到它超时时，D1就复位。例如，在图3中，D1定时器的周期用标以D1的双箭头线表示，从接入探询的请求部分210的终端开始。如果D1定时器未计满，则移动站继续监测框120中开始的F-CACH(n)200。
如果散列ID匹配，则流程从框124连续进行到框146。框146确定应答消息212是否是等待消息。例如，基站可以发送等待消息，该消息在经过一些时间后将移动站再次导向希望的接入。以这种方式，基站能够控制移动站使用这些反向链路信道产生的基站负载。通过将等待时间设置成无限，系统有一机构能迅速禁止对接入信道的接入，以便控制加载。如果消息是等待消息，则流程通过另页连接符148接续到图2A中的另页连接符158。在框160中，移动站产生伪随机数PN(b)，为重发延迟定时器所用。在框162中，在再进入流程进行另一试接入之前，移动站等待PN(b)个时隙的时间。在一实施例中，等待消息简单地将移动站导入重发延迟选择程序。在另一实施例中，基站能将移动站导向等待随机选择数所指定最大等待周期再加一段额外时间。在又一实施例中，基站能指定一个因数，与重发延时相乘，以便改变等待周期。
再回到图2B，如果在框146未收到等待消息，则流程继续到框150。框150确定信道分配消息是否收到。如果未收到信道分配消息，则流程继续到框152，宣告接入失败，移动站进入系统测定状态。在其它实施例中，系统包括其它类型的应答消息，并在宣告失败之前检测这些应答消息。
如果在框150检测到信道分配消息，则流程继续到框154。信道分配消息指定一个反向链路，即移动站使用的预约接入信道(R-RACH)，如图3所示R-RACH_1204。由于两个或更多个以相同的ID接入系统的移动站的可能性很小，故该预约信道受到竞争的概率不高。此外，在一实施例中，预约信道与例如图3所示F-PCCH_1 206的前向链路功率控制信道(F-PCCH)相关，该功率控制信道为移动站提供闭环功率控制，如下文所述。在一实施例中，根据分配的R-RACH_1，移动站能确定相关的F-PCCH。在另一实施例中，信道分配消息指定R-RACH和F-PCCH。
在一实施例中，信道分配消息能指定等待周期。在该实施例中，基站确定当前处于使用的某个R-RACH在未来某个时刻可加以利用。这种确定可根据消息已经前进的已知长度或根据消息的已知最大长度来进行。实质上，滞后的信道分配消息告诉移动站在预定数量的帧通过后在指定的R-RACH上进行发送。这类操作有利于其它移动站自由使用R-CCCH，因此，减少了碰撞的数量，增加了系统的总效率。
在框154中，移动站在分配的反向预约接入信道R-RACH_1 204上发送接入探询的消息部分214，并在相关的F-PCCH_1 206上接收功率控制命令216，下文将作更全面的说明。消息部分可包含对寻呼的应答、对业务信道的原始请求、载有数字数据系统中用户信息的数据报，或其它类型的消息。在框156，移动站已经完成试接入要求，接入程序进入空闲状态。
再回到框126，如果在正确接收到的应答消息中检测到匹配散列ID之前D1定时器计满，则流程继续到128。在框128，探询计数递增。框130确定探询计数是否小于阈值。如果小于，则不发送最大数量的接入探询，流程继续到框144，其中，移动站产生重发延迟的随机数PN(p)。在框142，流程等待PN(p)指定的规定数量的时隙。在框140，移动站增加它的发送功率，并且流程返回到框118，在框118，接入探询通过R-CCCH(c)以更高的功率电平发送。
如果在框130确定最大数量的接入探询已经在先前选择的R-CCCH上发送，则流程从框130进到框132。在框132，序号递增。框134确定序号是否小于规定的阈值。如果小于，则流程通过另页连接符138回到图2A，这里，随机延迟后，移动站随机选择新的F-CACH和R-CCCH对，通过它们作系统接入。如果在框134确定序号大于或等于最大序号，则流程从框134进到框136，在这里宣告接入失败，移动站进入系统确定状态。
上面描述的操作具有与IS-95中定义的接入方案相关的许多优点。接入探询的请求部分以与IS-95中类同的方式通过时隙ALOHA信道发送。然而，按照IS-95，移动站发送完整的探询，该探询包含冗长的ESN和消息，它们可以有520msec那么长的持续时间。按照IS-95，此后，移动站监测寻呼信道1360msec，以便业务信道分配来自基站的消息。如果业务信道分配消息未接收到，则移动站在插入可达8320msec长的重发延时后再一次发送整个接入探询。因此，在一未成功事件中，移动站再发送整个接入探询之前经过9680msec那么长时间，通常以比前面更高的功率电平将更多的能量输给系统。
于是，按照IS-95，通常在反向链路接入信道上不管基站是否能检测到信号，都发送150msec或更长时间的能量。以这种方式，大量的功率消耗在无用的接入努力上，从而降低了移动站功耗效率并对系统产生无用的干扰。此外，这类操作在最初未成功时引入明显的延迟。本发明能克服这些局限性。
根据IS-95，基站在整个接入探询接收到之前不建立连接到移动站的前向链路。因此，在发送冗长的接入探询期间，基站没有办法将功率控制信息传送给移动站。没有任何功率控制，过度产生功率(由于发送功率电平太高)和重复发送(由于发送功率电平太低)的可能性增大，因而对系统的干扰电平增大。在一实施例中，本发明通过对接入探询的消息部分提供闭环功率控制也能克服这种局限性。
根据周知的捕获技术，即，由基站检测移动站的信号，只需要已有技术的接入探询中发射的极小部分能量。因此，相比之下，本发明使用接入探询的请求部分，以便于基站检测移动站信号。接入探询的请求部分比IS-95中的接入探询短得多。例如，在一实施例中，整个请求部分能在2.5msec内发送。通常，请求部分持续时间与消息部分持续时间之比是非常小的，譬如，数量级为0.01。
在发送简短的请求部分之后，移动站停止发送。如果基站接收到请求，则用简短的信道分配消息作出应答。该消息也可相当短，这是因为它指定散列ID而不是整个ESN。例如，在一实例中，接收到的接入信道分配消息的长度为3.75msec。利用这种方式，发送预约接入信道分配消息所消耗掉的系统资源不明显。而且，利用该方式，移动站能迅速被告知基站是否能接收到它的信号。例如在图3中，如果应答消息212是用于移动站的信道分配消息，那么移动站知道基站是在发送请求部分结束后约5msec检测到它的信号。这整个事务处理大约发生在为发送符合IS-95的接入探询所需时间的1/20。
接入探询的请求部分的持续时间短，因而，时隙分界(在该分界上移动站允许按照时隙ALOHA操作开始发送)相互一个接一个。利用这种方式，增加了可能发送的次数，从而减小了碰撞的概率，使得随机接入信道能支持更多的移动站。例如，按照IS-95，时隙分界以每秒1.92-12.5个分界的速率产生。在一实施例中，本发明的时隙分界以每秒800个分界数量级的速率出现。如果两个移动站在相同的时隙分界中进行发送但是基站因像时间分集那样的通道延迟的分集作用而能检测一个或两个请求，则基站通过参照散列ID可将各个竞争的移动站分配给不同的R-RACH，因此，允许系统在某些情况下能捕获竞争的移动站。
如果发生未成功，则移动站在周期D1中知道该未成功，在一实例中，该周期D1在40-60msec的量级。移动站能在迅速出现的紧跟的时隙分界上发送相随的请求部分，因而减小了未成功引入的延迟。此外，请求部分短暂，因而与IS-95相比，大大减少了无用能量射入系统的量。
一旦移动站分配到预约的接入信道，则业务信道分配过程能以与IS-95近乎相同的方式进行。除了消息部分指定移动站请求的资源外，移动站还发送接入探询的消息部分中的短前置码，以便基站能检测信号并完成相关的去解调。在一实施例中，消息部分中的前置码的长度约为1.25秒。
使用预约的多址联接方案的一个明显好处是从基站到移动站的前向链路很容易与反向链路预约多址联接信道并行建立起来。相比之下，按照IS-95的操作，基站在整个接入探询接收到之前不能充分检测移动站，而移动站在整个接入探询发送之前不能开始监测前向链路信号。但是，按照本发明，基站在发送请求部分后能知道移动站。分配R-RACH使连接到移动站的并行前向链路很容易建立。基站能监测分配给移动站的R-RACH，以便迅速检测移动站作出的任何发送。
如上所述，在一实施例中，系统使用并行的前向链路信道，在发送接入探询的消息部分期间执行闭环功率控制，控制移动站的发送功率。闭环功率控制就是基站控制移动站的发送功率。基站根据它的实际工作条件确定适当的发送电平。如图3所示，在一实施例中，单个F-PCCH与多个R-RACH关联。用于多个移动站的功率控制命令以预定的方式时间多路复用到信道，使得当移动站分配一个R-RACH时，它能确定F-PCCH上的哪个信息对应它自己的发送。在一变化实施例中，功率控制包能在各自的信道上例如以与按照IS-95的业务信道工作的相同方式与数据交织。在一实施例中，功率控制速度是可编程的。例如，功率控制命令可以0、200、400或800个命令/秒的速度传送到移动站。功率控制速度取决于消息长度及其它因素，如系统负载。如果消息短使得在消息结束后功率控制也不发生作用，则也可用不传送命令的功率控制。
现在参看图4，示出功率控制信息包250的示例结构。每个功率控制信息包250能载有N个功率控制命令252A-252N。以这种方式，N个不同的R-RACH能与单个F-PCCH关联。在图4所示实施例中，功率控制包250中的各个功率控制命令252映射到单个R-RACH并用来控制在该R-RACH上通信的移动站的输出功率。因此，功率控制命令252A控制移动站在R-RACH_1上发送的输出功率电平，功率控制命令252B控制移动站在R-RACH_2上发送的输出功率电平，等等。如上所述，在一实施例中，系统允许各种速度的功率控制，这样使得某些功率控制信息包250能包含用于单个移动站的一个以上的命令，或使得F-PCCH利用时间多路复用连续的功率控制信息包中的功率控制命令能控制多于N个R-RACH。在这种情况下，功率控制信息包到关联R-RACH的映射不均匀，但工作原理相同。
在一实例中，功率控制命令长度上是1个二进制位(比特)，且移动站以与IS一95中业务信道的类似方式按照该单一比特使发送功率上升或下降。当移动站在特定的R-RACH上开始发送时，移动站开始监测该功率控制比特流250，特别是监测映射到特定的R-RACH的功率控制命令252。
现在参看图5，这里示出表明移动站按照在F-PCCH上接收到的功率控制信息命令在R-RACH上发送的功率的定时图。在接入信道时隙的起始端，移动站以起始功率电平发送接入探询的消息部分中的前置码。通常，基站必须捕获质移动站信号，并在该基站开始发送功率控制比特给移动站之前，累计一系列信号质量指示。这种延迟作为D3显示在图3和图5上。图5的其余部分作为例子示出移动站响应从基站收到一系列功率控制命而输出的功率序列。
在一实施例中，R-RACH上的功率控制类似于IS-95描述的业务信道上的功率控制。更具体地说，基站能将接收到信号的功率电平与阈值比较。如果接收到的信号低于该阈值，则基站使用功率控制信息包向移动站发送单比特功率增命令。否则，基站使用功率控制信息包向移动站发送单比特功率降命令。在一实施例中，各功率控制比特用BPSK调制加以调制，因此，可设定三种状态之一，这三种状态是“断开”，“0度”和“180度”。关于功率控制的更详细信息可查看IS-95、美国专利No.5,056,109和No.5,265,119。这两个专利的名称都是“CDMA蜂窝电话系统中控制发送功率的方法和装置”并且已转让给了本发明的受让人，在此通过参考完全加以结合。
根据已知的通信理论，这种闭环功率控制对实现移动无线电话系统的容量最大化是很重要的。一旦基站捕获移动站的发送，闭环功率控制就使得通过用比所需功率更大的功率发送自己信号开始R-RACH接入的移动站能迅速校正到所需功率，这样减小了系统中不必要的干扰。一旦基站捕获移动站的发送，闭环功率控制就使得通过用比所需功率小的功率发送自己信号开始R-RACH接入的移动站能迅速校正到所需功率，这样减小未成功的概率。
将消息部分及发送该消息部分期间规定功率控制部分分开还给系统带来了灵活性。例如，在无线数据系统中，移动站产生散置在相当长的空闲周期之中的数据的短脉冲串。每当移动站有数据脉冲串而不是建立业务信道，最好是使用刚描述过的接入过程载送用户数据。例如，接入探询的消息部分可包含承载业务的数据报。
因为几种原因，本发明尤其适合发送数据报。按照IS-95，只用单一数据速率4800比特/秒发送接入探询。按照本发明，在接入模式期间系统能支持各种数据速率。通常，如果移动站能增加它的发送功率，就允许增大数据速率，使得对各比特提供的能量(Eb)即便在各比特的持续时间减少情况下也能保持基本不变。例如，在一实施例中，如果获得足够的发送功率的话，那么移动站能将其数据速率增大到9600比特/秒、19.2千比特/秒或38.4千比特/秒。使用高数据速率使移动站传送消息比低速率时快，使得它们占用信道的时间短并减少系统中堵塞现象。使用高数据速率也减小与传送大的数据报相关的延迟。使用高数据速率是很实际的，这是因为工作在R-RACH的闭环功率控制使得移动站增大它的发送功率仅仅到它所需的程度。
此外，使用预约信道允许系统作负载控制。负载控制比简单的不变更加智能化，这是因为考虑到引入信号的数据速率。如果预约信道以增大的速率载送数据，这也会消耗掉系统容量的更多部分。在一实施例中，移动站在请求部分的前置码中包含所需数据速率的指示。在另一实施例中，移动站可在消息部分的前置码中包含所需数据速率的指示。在又一实施例中，基站通过参照移动站信号中隐含的特征来确定数据速率。基站用该数据速率来确定当前的系统负载。如果系统负载达到预定的阈值，那么例如开始发送等待消息给指定的或所有请求的移动站，或能命令指定的或全部移动站使用规定的数据速率。
在本发明的一实施例中，系统对前向链路、反向链路或两者的伪高层软切换操作。图6为示出多扇区化基站的覆盖区的扇区的代表图。多扇区化基站270发送信号到3个不同的扇区的覆盖区272A-272C。扇区覆盖区272A-272C以覆盖重叠区274A-274C重叠某些范围，以提供与基站相关的连续覆盖区。在覆盖重叠区274A-274C中，系统信号的电平足以使移动站通过两相交扇区与基站建立双向通信。这种操作在美国专利No.5,625,876(题为“公用基站的扇区间进行越区切换的方法和装置”)中有详细说明，该专利已转让给其受让人，在此通过参考完全结合于此。
图7是多扇区化基站270的方框图。天线280A-280C分别接收扇区覆盖区272A-272C来的信号。在一实施例中，一个或多个天线280A-280C是分集天线，包含两个或多个分开的天线元。天线280A-280C将接收到的能量分别加给射频(RF)处理块282A-282C。RF处理块282A-282C使用各种周知技术之一将接收到的信号能量下变频并量化以产生数字采样。
解调器284A-284C接收数字采样并对包含在其中的一个或多个反向链路信号进行去解调。在一实施例中，解调器284A-284C包含一组解调器元件和搜索元件，如美国专利No.5,654,979(题为“扩频多址联接通信系统的区站解调结构”)中所揭示的那样，已转让给其受让人，这里通过参考完全加以结合。按照该专利，各个解调器包含一组解调元件，各个解调元件可分配给某个反向链路信号的多径传播。解调元件的输出加以组合以产生合成信号。
如果移动站处于高层软切换，则分配两个或多个解调器284解调来自移动站的同一反向链路业务信道的信号。解调器284将解调后的信号输出到信号合成块288，能进一步将通过多个扇区接收到的业务信道信号加以合并。信号合成块288的输出耦连到信号处理单元290，对合并后的输出进行信号处理。
信号产生块292产生前向链路信号，并提供前向链路信号给一个或多个调制器286A-286C，这取决于移动站的位置。只有建立了双向通信的那些扇区发送业务信道给移动站，因而减少了那些不对移动站提供服务的扇区的干扰。调制器286A-286C调制无线链路发送的信号并将它们分别传送到RF处理块282A-282C。RF处理块282A-282C将数字比特变换成模拟信号并将它们上变频到希望的发送频率。天线280A-280C将信号发射到相应的覆盖区的扇区272A-272C。
按照已有技术，高层软切换技术仅仅与业务信道关联，该业务信道中持续的双向通信建立在基站与移动站之间。按照IS-95，接入探询只被多扇区化基站的一个扇区接收，与移动站是否位于覆盖的重叠区无关。同样，按照IS-95，信道分配消息只从多扇区化基站的一个扇区段送，也与移动站是否位于覆盖的重叠区无关。
与只有一个扇区和接入探询的请求部分相联的各R-CCCH只被一个扇区检测。在本发明的一实施例中，基站270配置成以所谓的同播方式播送基站的所有扇区中的F-CACH。用这种方式，位于覆盖重叠区中的移动站向一个扇区发送请求消息210，但能接收一个以上扇区来的应答消息212，因而增加了移动站检测的合成后信号能量，并增加了移动站成功接收的概率。接入处理中这种类型的伪高层软切换模拟前向链路业务信道上的高层软切换。于是，在图7中，信号产生块292产生F-CACH并把它传送到各调制器286A-286C，与对其产生应答消息的请求部分的出处无关。这些同样的原理可用于多个扇区发送F-PCCH。在另一实施例中，通过使用发送分集，提高了扇区中移动站接收F-CACH和F-PCCH的可靠性。在该实施例中，使用诸如正交码分集、时分重复发送和延迟发送等一个或多个分集技术，在给定扇区中的不同天线上发射同一信息的复制品。
按照类似的方法，该原理可延用到同一区域中工作的其它基站。因此，当移动站发送接入探询的请求部分时，围绕检测基站的区域中的一组基站发送应答消息作出响应。这些相同原理能应用于多个基站发送F-PCCH。接入处理中这种伪高层软切换操作模拟了前向链路业务信道上的高层软切换。
如上面看到的，按照IS-95，基站在接收到完整的(而不是过长的)接入探询前不充分检测移动站。因此按照IS-95，用于业务信道的高层软切换技术，由于接入探询指向的扇区不能识别到其它扇区的信号(便于它们也可检测信号)而不能用于接入处理。相比之下，按照本发明，接入探询的多半在易于识别的R-RACH上发送。于是在一实施例中，众多区段解调R-RACH并提供相应信号能量的输出。例如，当请求部分210在与覆盖区域的区段272A关联的R-CCCH上接收时，各解调器284A-284C用来解调分配给移动站的R-RACH。按照这种方式，如果移动站位于覆盖重叠区域274A-274C中之一，那么接入探询的消息部分由各对应的区段的解调器284接收。信号通信块288合并合成信号，并产生基于合成后信号的单一功率控制指示。如上所述，功率控制指示能从一个以上的区段经同播F-PCCH发送。接入处理中这种伪高层软切换操作模拟了反向链路业务信道上的高层软切换。
用同样的方法，该原理能延用到同一区域中其它基站的工作。于是，当移动站发送接入探询的请求部分时，围绕检测基站的区域中的一组基站要解调R-RACH。接入处理中这种伪软切换操作模拟前向链路业务信道上的软切换。
在反向链路上组合伪高层软切换、伪软切换或两者大大加强了R-RACH上功率控制的正确操作。除非能接收电平显著移动站信号的各基站和扇区能够对发送给移动站的功率控制命令作出贡献，移动站信号强度在非贡献基站会变得极强，并干扰那里的通信。因此，在一实施例中，各周围基站和区段要解调来自移动站的R-RACH上的信号并对发送给移动站的功率控制命令作出贡献。
图8是作为移动站结构例子的框图。天线302经无线链路接收和发送信号到基站。RF信号处理块304耦连到天线302。RF信号处理块304使用众多公知技术之一对接收到的信号能量进行下变频和量化，产生数字样品。RF信号处理块304耦连到调制/解调器(modem)306。调制/解调器306在控制器308的控制下接收量化后的能量并解调引入的信号。在一实施例中，调制/解调器306按照美国专利No.5,764,687工作，该专利题为“用于扩频多址联接通信系统的移动解调器结构”，已转让给本申请的受让人，这里通过引证完全结合于本申请。调制/解调器306在控制器308的控制下还对无线链路上发送的信号进行调制。调制后的信号耦连到RF信号处理块304，把数字比特变换成模拟信号并将它们上变频到需要的发送频率，在天线302上发送。在一实施例中，图2A和图2B中所示块可用存储在存储器310中的一系列处理单元来实现，并由控制器308执行。在一实施例中，移动站由执行功能的专用集成电路(ASIC)构成。在另一实施例中，过程块存储在可编程的存储装置中。虽然结合CDMA系统的前后关系描述了本发明，其中，某些CDMA信道利用时分技术进一步信道化，但是，这里描述的一般原理也适用于其它信道化技术。例如，时分多址联接(TDMA)和频分多址联接(FDMA)信道也能按照本发明原理加以运用。此外，信道上的消息能被编码和交织。消息能重复且能量被组合以提高可靠性。正交技术可用来增加数据在信道上传输的速率。
根据这里讨论的原理，本领域中技术人员很容易作出包括重新配置图2A和图2B中所示各块在内的各种变化实施例。例如，减小请求部分中发送的移动站识别的规模所获得的好处，能用其它方式(除了使用散列函数外)减小规模获得。在一实施例中，移动站可选用准唯一识别作为移动站的临时标识符。在一变化实施例中，移动站一旦发送接入探询的请求部分，它就监测导频信号的强度及F-CACH。如果导频信号强度较高但F-CACH未载有应答消息，那么移动站就决定基站不检测请求部分，这是因为信号电平太低。因此，移动站未插入随机延迟而在高信号电平上重新发送请求部分。
在一实施例中，基站周期地发送广播接入控制消息。移动站利用该接入控制消息确定系统的负荷状态。接入控制消息包含消息型字段，该字段包含表明消息是所有移动站要接收的接入控制消息的值。接入控制消息还包含持续参数字段，该字段包含移动站用来确定重发延迟定时器值的值。接入控制消息还包含最小等待时间字段，该字段包含表明为加载/数据流控制(load/flow control)的持续性测试中要用的最小值的值。如果最小等待时间字段设置到它的最大值，那么接入就切断。其它系统配置信息和相关的参数能够在前向链路公用控制信道上，如IS-95中的寻呼信道上传送。
在另一实施例中，移动站发送导频子信道及接入探询的消息部分。内含导频子信道可用众多公知技术的任一种来实现。移动站能用该子信道将与基站接收F-PCCH时的功率电平有关的功率控制信息发送给该基站。也即，移动站利用导频信道的一小部分向基站发送增加或减小命令，使得分配给它的F-PCCH子信道的功率调节到可接收的最小电平，以便节省系统资源。
在另一实施例中，如果移动站有短消息要发送，则它用设置为全0(或其它预选值)散列ID在R-CCCH上发送请求消息，向基站表明紧随的是附加数据且无需信道分配。后随的数据如在约5毫秒内发送，因此也太短，以致从使用闭环功率控制中得不到任何有益效果。在这种情况下，在随机接入信道上来传送该信息，而不是等待分配备用的接入信道。这样更有效。请求消息由于在R-CCCH上发送而不受功率控制。
在一实施例中，信道分配消息有1比特指示，用来通知在接入的移动站基站在同一接入时隙中已接收到多个请求部分消息。等待F-CACH上应答的移动站以这种方式更快地确定它是否应在高功率电平或相同功率电平上重发请求部分还是继续等待分配消息。该特性能用来减小发送延迟。
在另一实施例中，信道分配消息可包含功率控制校正值，移动站用它在备份信道上能作闭环功率控制之前调节移动站的发送功率。基站用这种方案确定为了支持基于如请求或分配的数据速率及在移动站发送的请求部分上检测到的接收能量进行可靠通信所必须的调节。
在又一实施例中，分级等待消息用来对移动站分级接入系统的行为发挥作用。分级等待消息指示那些级别标记低于或等于级别标记阈值的移动站强制使用不同组持续和重发时延参数或停止接入系统并回复到监测适当的额外开销信道以获得更新接入参数。分级标记大于分级标记阈值的移动站允许继续接入系统，或使用现有的或更新的持续和重发时延参数。按照该方式，系统有一种机构，用来以优先化方式快速禁止接入，以便控制负载。
在另一实施例中，希望接入系统的移动站能监测F-PCCH、F-CACH或两者上的活动，以便导出系统负载的估算。该估算可用于对诸如持续、重发时延、数据速率等参数发挥作用，这些参数影响到移动站的接入性能。该方案可有效地用来增加特定工作环境中的请求信道的效率。
在一实施例中，本发明可在使用一组二进制编码序列作为署名的系统中加以实施。例如，移动站发送给基站用于接入系统的前置码是称为署名的预定可区分编码序列组之一。移动站选择署名之一，每当要接入系统时发送它。例如，移动站随机选择1毫秒长的16个不同署名之一并在一串1.25毫秒时隙之一期间发送它。或者，移动站可根据该移动站的唯一识别号码产生署名。
基站在所有时隙上监测每16个署名用的R-CCCH。当基站检测到署名时用反映移动站用署名的消息在F-CACH上应答移动站。例如，在一实施例中，基站使用与移动站所用相同的二进制码序列调制的消息在F-CACH上应答移动站。在另一实施例中，基站用与移动站用署名相关联的不同二进制码序列所调制的消息以预定方式进行应答。在另一实施例中，基站通过包含指定移动站所用署名的字段在F-CACH上进行响应。例如，如果可得到16个署名，基站能够用4比特字段指定作出响应的接入探询的署名。以这种方式，在F-CACH和R-CCCH上消除了发送散列函数的额外开销负载，因此减少了完成这些任务所扩充的系统资源量。
在一实施例中，各署名包含重复16次按照16比特掩码调制的256比特序列。在反向链路上，该序列可以是Gold码，如“McGraw-Hill Book Company”出版的“John Proakis””著、书名为“Digital Communications”(1989年第二版)，第833和834页中有描述。在前向链路上，如本领域中公知，该序列可以是正交可变扩展因数(OVSF)码或长度为256的可变长度或分级的Walsh码。按这种方式，F-CACH上的前向链路发送与其它前向链路发送正交。
在一实施例中，基站在F-CACH上使用的一个或多个二进制码序列被保留，用于指示基站负载大小。例如，二进制码序列之一能指示最大负载已超过，于是，指示移动站等待到该负载指示器关掉、按照持续参数进入重发延迟过程或两者。在该实施例中，在R-CCCH上发送署名之后，移动站监测F-CACH，以便检测对应于发送的署名及指示负载大小的一个或多个署名的应答消息。
在一实施例中，基站在F-CACH上发送的二进制码序列的极性传输信息给移动站。例如，码序列的极性可用来传输功率控制信息给移动站。一个极性可指示移动站增加它在R-RACH上发送的电平，使得大于在R-CCCH使用的电平，而反向极性可指示移动站减小它在R-RACH上发送的电平，使得低于在R-CCCH使用的电平。极性也可用来设置或限定移动站在R-RACH上发送的数据速率。
使用署名可认为是使用调制信号所用限定量的半唯一(sesmi-unique)ID(如散列ID)。在一实施例中，随机选择的署名按照移动站关联的散列ID调制。在另一实施例中，散列ID作为数据在署名调制的消息中载送。当基站在F-CACH上应答时，该应答消息能指示散列ID。如果两个移动站在同一时间使用同一署名而基站只检测一个，则使用散列ID可减小错误捕获的概率。如果其信号未得到检测的移动站在R-RACH上解码包含其它移动站的散列ID的消息，则它能够确定R-RACH发送是用于另一移动站的。
在一实施例中，散列ID在F-CACH上隐式传送。例如，用于调制信道分配消息的二进制码序列是散列ID的唯一函数。因此，散列ID不与移动站用其它数据一起显式发送，但可用来选择或修改F-CACH上所用的码。移动站使用根据它自己的散列ID导出的码序列解调F-CACH，如果连续解码到确认，就能在分配的R-RACH信道上继续发送消息。在一实施例中，与其它所有前向链路信道正交的分开的前向链路用来传送散列ID和其它数据。在另一实施例中，散列ID用来修改前向链路上传送散列ID和其它数据用的现有序列。按照该方式，F-CACH上使用的二进制码序列可以是署名函数、散列ID或两者。
本发明可以其它特定形式实施而不脱离其精髓或实质特征。所描述的实施例在所有方面只是说明性的而不是限定，因此本发明的范围由所附而不是前面的说明加以指定。所有落入权利要求书的含义和等效范围内的变化均涵盖在它的范围内。
权利要求
1.一种通信系统中移动站接入基站的方法，其特征在于，包含步骤为从多个移动站使用的多个署名序列中选择第1署名序列；在受到竞争的反向链路公用控制信道上发送接入探询的请求部分，所述接入探询受所述署名序列的调制；从指定预约接入信道的所述基站接收信道分配消息，所述预约接入信道提供低概率竞争的通信，所述信道分配消息反映了所述第1署名；在所述预约接入信道上发送所述接入探询的消息部分；在与所述预约接入信道关联的前向链路信道上接收功率控制命令；通过增加或减小所述移动站发送所述消息部分时的功率电平来响应所述功率控制命令。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述发送消息部分的步骤借助与单个基站关联的多个区段促进接收所述消息部分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述发送消息部分的步骤借助多个基站促进接收所述消息部分。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述消息部分包含额外开销消息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述消息部分包含用户数据。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述发送消息部分以多个可用数据速率之一的速率产生。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述消息部分包含呼叫源消息。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述消息部分比所述请求部分长得多。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述请求部分包含准唯一识别所述移动站的标识。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包含使用散列函数从与所述移动站相联的唯一识别号码确定准唯一识别所述移动站的所述标识的步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包含随机选择准唯一识别所述移动站的所述标识的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述信道分配消息指定等待时间用于观察，所述方法进一步包含相对于所述等待时间延迟所述发送消息部分的步骤的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述信道分配消息指定功率控制信息，所述方法进一步包含根据所述功率控制信息确定发送所述消息部分的功率电平的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，所述信道分配消息用第2扩展序列进行扩展，所述第2扩展序列反映所述第1署名。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，其中，所述第2扩展序列的极性传送移动站信息。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，其中，所述移动站信息是功率控制信息。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，其中，所述移动站信息是数据速率信息。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述前向链路清楚地指定在所述信道分配消息中。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述功率控制命令从与单一基站关联的多个区段接收。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述功率控制命令从多个基站接收。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含从所述基站接收受预定序列调制的消息的步骤，所述预定序列反映了所述基站负载的大小。
22.一种移动通信站，其特征在于，包含配置成从多个移动站使用的多个署名序列中产生第1署名序列的控制器；与所述控制器耦连的调制器，所述调制器配置成用所述第1署名序列调制接入探询的请求部分并调制所述接入探询的消息部分；与所述调制器耦连的射频信号处理单元，所述信号处理单元配置成在受到竞争的反向链路公用控制信道上发送所述请求部分并配置成接收反映所述第1署名和预约接入信道的信道分配消息，所述预约接入信道提供低概率竞争的通信，并配置成在所述预约接入信道上发送所述已调消息部分，所述射频信号处理单元包含功率控制装置，配置成在前向链路信道上接收功率控制命令并配置成通过增加或减小所述移动站发送所述消息部分时的功率电平来响应所述功率控制命令；与所述射频信号处理单元和所述控制器耦连的解调器，所述解调器配置成解调所述信道分配消息。
23.如权利要求22所述的移动通信站，其中，所述解调器配置成按照与所述第1扩展序列关联的第2扩展序列解调所述信道分配消息。
24.如权利要求22所述的移动通信站，其中，所述射频信号处理单元进一步配置成从与单个基站关联的多个区段接收所述功率控制命令。
25.如权利要求22所述的移动通信站，其中，所述射频信号处理单元进一步配置成从多个基站接收所述功率控制命令。
26.一种通信系统接入方法，其特征在于，包含下列步骤接收接入探询受第1署名序列调制的请求部分，该第1署名部分从通信竞争的多个署名中选择；发送信道分配消息，指定第1署名序列和预约接入信道，所述预约接入信道提供低概率竞争的通信；在所述预约接入信道上接收来自所述移动站的所述接入探询的消息部分；根据信号质量的等级在前向链路信道上发送功率控制命令，在所述接收消息部分的步骤中，所述消息部分以该信号质量等级得到接收。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，其中，所述接收消息部分的步骤利用与基站关联的多个区段来完成。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，其中，所述信道分配消息指定一个等待时间，用于在执行所述接收消息部分的步骤之前进行观察。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包含根据所述请求部分接收时的信号质量等级确定功率校正量的步骤，其中，所述信道分配消息指定所述移动站用来发送所述消息部分的所述功率控制校正量。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包含通过与所述基站相联的多个区段发送功率控制命令的步骤，所述发送步骤是在应答所述消息部分接收的信号质量等级时进行的。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，其中，所述请求部分包含准唯一识别所述移动站用的标识。
32.如权利要求26所述的方法，其特征在于，其中，所述发送信道分配消息的步骤包含用第2署名序列调制所述信道分配消息的步骤，所述第2署名序列与所述第1署名序列关联。
33.如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包含发送受扩展序列调制的负荷消息的步骤，该负荷消息反映了所述基站的负荷大小。
34.一种基站，其特征在于，包含信号处理单元，配置成接收接入探询的受第1署名序列调制的请求部分，所述第1署名序列从通信竞争的多个署名序列中选取，所述信号处理单元进一步配置成在预约接入信道上从所述移动站接收所述接入探询的消息部分；信号产生单元，配置成响应所述请求部分发送信道分配消息，所述信道分配消息指定所述第1署名序列并指定所述预约接入信道，所述预约接入信道提供竞争概率低的通信。
全文摘要
通过从一组随机接入信道中选择第1反向链路公共控制信道将移动站接入基站。该移动站在第1反向链路公共控制信道上发送接入探询的请求部分。该请求部分受到与其它信号的碰撞。该请求部分包含使用散列函数从唯一识别号中导出的散列标识。该散列标识准唯一识别移动站。该移动站从基站接收指定散列标识和预约接入信道用的信道分配消息。该预约接入信道提供竞争概率低的通信。移动站在预约接入信道上发送接入探询的消息部分。
文档编号H04W52/22GK1344474SQ00805396
公开日2002年4月10日 申请日期2000年3月24日 优先权日1999年3月24日
发明者S·威伦尼格, R·J·沃尔顿, V·万格希 申请人:高通股份有限公司