专利名称：具有最小广播信道的无线电通信系统的制作方法
背景技术：
BCH通常都是填充关于该网络的数据，从而减少在接入、注册、验证或登录过程中必须发送给任何特定远程终端的信息量。结果，在注册后，为发起一个呼叫，除了已知的信道集中特定信道分配信息，远程终端不需要任何进一步的信息。
广播信道通常以一个相对较高的功率电平发送，这样，处于基站范围内任何地方的远程终端都能清楚地接收到该信道。高功率电平和高数据速率的结合将使得该广播信道容易干扰无线电通信系统的其它业务信道。当有多个不同的基站发送一个或多个广播信道时，干扰的可能性和量就更大了。
本发明减少了由广播信道产生的干扰。这允许更少的信道资源专门用于广播信道而更多的信道资源专门用于业务信道。在一个实施例中，当其它通信在产生少得多的与其它远程终端之间的干扰的信道上直接发送到预期远程终端时，广播信道就被发送到所有进入基站范围内的远程终端。在这样一个实施例中，通过在广播信道上发送较少的数据而在特定的定向信道上发送较多的数据，本发明还要减少更多的广播信道干扰。
在另一个实施例中，本发明包括在广播信道上从至少一个基站接收多个定时序列、使用接收到的定时序列去确定网络定时、使用该网络定时确定网络接入请求发送时间、在已确定的时间发送网络接入请求、以及从基站接收消息脉冲串。该消息脉冲串包括无线网络上可获得信道的描述。
发明详述基本结构
图1显示了一种无线电通信系统或网络的实例，其中许多用户电台(符号显示为手机)20，22，24(它们也被称为远程终端或者用户终端)由一个基站100提供服务，该基站100可能连接到一个广域网(WAN)56，用于提供所需的数据服务和到外面无线系统的连接。本发明涉及到无线电通信系统，它可以是使用空分多址接入(SDMA)技术结合诸如时分多址接入(TDMA)、频分多址接入(FDMA)和码分多址接入(CDMA)等多址接入系统的固定接入或移动接入的无线网络。多址接入能够与频分双工(FDD)或者时分双工(TDD)相结合。交换网络58与WAN56相连，以便通过将输入的WAN数据交换到基站100中的线路60并将线路54上的输出信号从基站100交换到WAN，它提供与WAN之间的多信道双工操作。进线60与信号调制器62接触，调制器62为基站正在发送信号给它的每个用户电台产生已调制的信号64。每个用户电台的一系列的空间多路复用权值74在空间复用器66中被应用到相应的已调信号中去，从而产生空间复用信号68，该空间复用信号68被多信道发送机组70使用发射天线阵列18发送出去。SDMA处理器(SDMAP)48为每个用户电台和每个常规信道产生和保持空间特征(signature)、为空间复用器66和空间解复用器46的使用计算空间复用和解复用权值、以及使用接收到的信号测度44来选择一个用于新连接的信道。按照这种方式，来自当前激活的用户电台的信号被分离并且干扰和噪声被抑制，其中有些用户电台可能在相同的常规信道上处于激活状态。当通信从基站到用户电台进行时，适合于当前激活用户电台连接和干扰环境的优化过的多瓣天线辐射模式被创建。可能被创建的发射天线模式的一个实例在图2中显示。例如，在于1998年10月27日授予Ottersten等人的专利号为5,828,658以及1997年6月24日授予Roy，III等人的专利号为5,642,353的美国专利中，用于实现这样空间定向波束的合适的技术被描述了。
回到图1，空间解复用器46将从多信道接收机42及其相关的天线阵列19接收到的信号测度44根据空间解复用权值76组合起来，独立的解复用权值集被应用到与基站通信每个用户电台。空间解复用器46的输出对于与基站通信的每个用户电台来说是空间分离的信号50。在一个替换实施例中，解复用和解调制过程在一个非线性多维信号处理单元中一起被完成。然后，解复用过的接收信号54就能被交换网络58和WAN56获得。多信道接收机还从GPS(全球定位系统)卫星接收定时信号或其它无线精确定时信号，该定时信号随后被提供给SDMAP用于精确定时，该定时通过该系统中所有的基站同步。
在FDMA系统实现中，每个多信道接收机和每个多信道发射机能够处理多个频率的信道。在其它实施例中，多信道接收机42和多信道发射机70还可以如同在TDMA系统中处理多个时隙、在CDMA系统中处理多个码、或者处理这些公知多址接入技术的组合。
图3显示了空分多址接入信号处理器(SDMAP)48的分解。该SDMAP的功能包括判决在特定信道中有多少个信号存在、估计发射机空间位置等信号参数(也就是到达方向(DOA)和到基站的距离)以及确定正确的空间解复用和复用方案。到DSMAP的输入44包括基站接收机的输出，每个接收天线都有一个基站接收机。在一个实施例中，该接收机在当前系统中执行信号的正交检测，在这种情况下，从每个天线后的每个信道有同相(I)和正交(Q)成分(信号)输出。在另一个实施例中，单个下变频成分被使用，即I或Q或者其任意组合。在一个实施例中，接收机在将数据传送给SDMAP之前将该数据数字化。在另一实施例中，数字化在数据压缩器160中完成。
在本发明的一个实施例中，SDMAP通过首先获得重要信号相关的诸如其到达方向(DOA)等参数的估计值而不使用该信号的时间属性来完成其任务。例如，在模拟调制方案被使用并且对信号波形知道得很少的情况下，这是适当的。在第二个实施例中，放置在数字数据流中用于信道均衡的已知训练序列能够与传感器阵列信息结合起来用于计算DOA和信号功率电平等信号参数的估计值。该信息然后被用于为空间解复用器计算适当的权值76，在本实施例中空间解复用器被实现为线性组合器，也就是加权和累加操作。在第三个实施例中，来自参数估计装置的到达时间(OA)相关的参数与信号相关参数结合起来用于确定哪些信号是公共信号的多径版本。然后相对时延就被计算出来，这样这些信号就能相干地组合，因此进一步增加了估计信号的质量。
但是，在本发明的另一个实施例中，空间解复用器的功能与其它DOA等源参数的估计协同完成。作为这种类型的这样一个实施例的一个实例，数字移相键控(PSK)等不同通信信号的固定系数属性(也就是固定幅度)和模拟FM波形可以与接收天线阵列的属性一起使用，进而能够使用本领域中公知的多信道固定系数算法(CMA)同步地估计源波形及其DOA。
在另一个实施例中，在本领域中同样是公知的扩展卡尔曼(Kalman)滤波器能被用于开发这些以及类似的属性。在这些及其类似实施例中，空间解复用器46的功能由SDMAP48承担，并且SDMAP的输出76是要发往解调器的空间已解复用的信号。
再次参看图3，为了减少数据量，数据压缩160被执行，而且在另一个实施例中，数据压缩由抽样的协方差矩阵的累积组成，包括在特定信道中抽样的接收机输出的外积之和。此后，这些抽样的输出被称为数据矢量，并且对于分配给特定基站的每个信道在每一个抽样时间都有一个这样的数据矢量。在另一个实施例中，压缩的数据只不过是未处理的数据矢量。如果I和Q信号44从接收机输出，每个数据矢量是mr个复数的集合，对于每个mr接收机/天线对都有一个数据矢量。
在第三个实施例中，数据压缩还包括使用已知的信号信息计算独特的周期信号特征的到达时间(TOA)和包含距离相关的重要信息的参数，上述已知信号信息包括无线数字系统中存在的训练序列和当前模拟系统中的移动单元转发器响应等，而上述距离为小区站点和本实施例中使用的无线发射机之间的距离。
压缩过的数据162被传递到信号检测器164去检测信道中存在的信号的数目。在一个实施例中，统计检测方案与来自SDMA控制器72的信息一起被用于估计信道中存在的源数目。这信息和(压缩过的)数据168被送到参数估计装置170，在这里获得包括源位置(例如DOA和范围)相关参数的信号参数的估计值。
位置相关的参数估计值172被送到源跟踪器174。在一个实施例中，源跟踪器的功能是作为一个时间函数始终监视每个发射机的位置。这通过已知的非线性滤波技术来实现，例如上面提到的扩展卡尔曼滤波器(EKF)。在另一个实施例中，特定信道中的每个无线单元的速度和加速度也被跟踪。一个实施例中EKF的输入包括来自本地基站的DOA和TOA。在另一个实施例中，同样接收移动单元传输的其它邻近小区站点的DOA和TOA测定与已知的小区站的位置相结合，用于进一步提高EKF的估计精确度，这在本技术领域内是公知的。跟踪器174输出和(压缩过的)数据176一起被送到空间解复用控制器178，从而控制空间解复用器的功能，它们还被送到空间复用控制器180从而控制空间复用器的功能。
图4显示了适合于实现本发明的无线电通信系统无线电通信系统一个替换实施例。该系统通常类似于图1所示系统耦合到一个交换网络和WAN，诸如交换网络58和WAN56。在图4中，多个天线103被使用，例如4个天线，但是其它数目的天线也可以被选用。天线的输出连接到双工器开关107，它在TDD系统中是一个时间开关。开关107的两种可能实现分别在频分双工(FDD)中为频率双工器，而在时分双工(TDD)中为时间开关。在接收时，天线输出通过开关107连接到接收机205，并且被RE接收机(“RX”)模块205以模拟方式从载波频率(例如约1.9GHz)下混频到如384KHz的FM中频(“IF”)。然后，该信号被模数转换器(“ADC”)209以某频率数字化(抽样)，例如1.536MHz。此信号只有实数部分被采样。因此在复数矢量符号中，该数字信号能被视为包含一个复数值的384KHz的IF信号和一个384KHz的虚数。通过将每秒1.536兆个采样的实数部分乘以384KHz的复数矢量，最后到基带的下变频以数字形式执行。其结果是一个复数值信号，它包括复数值基带信号加一个在某频率(例如-2×384＝-768kHz)的虚数。这个我们所不希望的负频率虚数被数字滤波，从而产生复数值的1.536MHz频率上的基带采样信号。GrayChip Inc.GC2011数字滤波器能被用于实现下变频和数字滤波，后者使用有限冲激响应(FIR)滤波技术。这个被显示为块213。上面建议的特定频率通过示例的方式提供。本发明能够能适应很多种RF和IF载波频率和频带。
在当前的实例中有四个来自每个天线的GC2011数字滤波设备213的下变频输出，每个接收时隙一个输出。时隙的特定数目可以改变以适应网络需要。虽然本实例为每个TDD帧使用四个上行链路和四个下行链路时隙，但是在每一帧中为上行链路和下行链路使用三个时隙也能获得期望的结果。对四个接收时隙中的每一个来说，来自四个天线的四个下变频输出被送到数字信号处理器(DSP)设备217(此后称为“时隙处理器”)以便进一步的处理，根据本发明的一个方面，该处理包括校准。四个Motorola DSP56303型号的DSP可以用作时隙处理器，每个接收时隙一个处理器。
时隙处理器217完成的几个功能包括下面这些监控接收到的信号功率；频率偏移估计和时间对齐；智能天线处理，它包括为每个天线元件确定权值从而判决来自特定远程用户的信号；以及对该确定的信号进行解调。
时隙处理器217的输出是对应于四个接收时隙中的每一个的已解调的脉冲串数据。该数据被送到主DSP处理器231，它的主要功能是控制该系统所有的元件以及提供与更高层处理之间的接口，也就是处理在本系统通信协议中定义的所有不同的控制和服务通信信道中需要什么信号用于通信。主DSP231可以是Motorola DSP56303。此外，时隙处理器发送已确定的接收权值到主DSP231。主DSP231的主要功能具体包括保持状态与定时信息；从时隙处理器217接收上行链路脉冲串数据；对时隙处理器217进行编程；处理上行链路信号，包括解密，解扰，纠错码校验以及上行链路的脉冲串解构；对要发送到基站其它部分作较高层处理的上行链路信号进行格式化；对服务数据和业务数据进行格式化以便在基站作进一步的高层处理；从基站的其它部分接收下行链路消息和业务数据；处理下行链路脉冲串(脉冲串构造，编码，加扰和加密)；将下行脉冲串格式化并将它送到发送控制器/调制器，图中显示为237；对发送控制器/调制器237进行编程，包括确定发送权值矢量和向发送控制器/调制器237发送该矢量；控制图中显示为233的RF控制器；和维护及报告调制解调器的状态信息以及控制同步。
RF控制器233连接到图示为块245的RF系统，RF控制器还产生许多能被RF系统和调制解调器使用的定时信号。明确由RF控制器233完成的任务包括为RF系统(RX和TX)和调制解调器的其它部分产生定时信号；读取发送功率监控值；
写发送功率控制值；产生双工器107开关盒控制信号；和读取自动增益控制(AGC)值。
RF控制器233自主DSP231接收定时参数以及对每个脉冲串的其它设置。
发送控制器/调制器237接收来自主DSP231的发送数据，每次4个码元符号。发送控制器使用该数据产生模拟IF输出，该输出被送到RF发射机(RX)模块245。明确由发送控制器/调制器237完成的操作为将数据比特转换为复数已调信号；上变频到IF频率，例如使用GrayChip 2011；对该IF信号进行4倍过采样；将从主DSP231获得的发送权值乘以该已经4倍过采样的复数信号；和将所得的复数值波形的实数部分通过数模转换器(“DAC”)变换为模拟的发送波形，其中数模转换器是发送控制器/调制器237的一部分，而该模拟发送波形被送往发送模块245。
发送模块245将该信号上变频到发射频率并且然后放大该信号。已放大的发送信号输出通过双工器/时间开关107被送到天线103。广播信道(BCH)本发明的系统从广播信道BCH为每个用户终端或者远程终端启动，该BCH作为一个脉冲串从基站向所有潜在的用户终端发送。该BCH脉冲串不同于业务信道脉冲串，它向用户终端可能存在的所有方向发射，该发射一般是全向的，但特定的波束依赖于网络。因此，BCH脉冲串将在系统中产生比空间直达的或者较低功率的业务信道TCH更多的干扰。因为这个原因，BCH信道的数据和调制属性要有所选择从而产生最小的干扰。广播脉冲串结构的一个实例在图5中显示。一些重要的BCH脉冲串属性如下所示。在没有时隙边界的任何信息的情况下，通过实时扫描，BCH在计算上是易于找到的。BCH传输着足够的基本信息，它使得基站和用户终端之间随后能够交换配置请求CR和配置消息CM。BCH还给所有的用户终端提供好的频率偏移和定时更新信息，即使当BCH没有明确朝向任一用户终端时也是如此。
表1在下面概述了如图5所示的BCH脉冲串实例的内容。
表1
频率和定时校准训练码元能够根据本技术领域内公知的任何一种方法设置。它们能够被结合、被同步序列替换或者被删除。
广播信息码元由15比特的广播消息构建，该广播消息被调制和编码为一个256比特的序列。码元的数目和结构以及发送比特的序列能够被修改以适应于许多应用。当前描述的实施例被选择，以便最小化在BCH中发送的信息量和最小化比特率。广播信道信息码元提供用户终端向基站请求一个配置消息所需的信息。它们还提供指导用户终端切换决定的信息。
每条广播消息被映射到一个包括下面表2所示信息的广播脉冲串。
表2
BStxPwr是广播消息的有效全向辐射功率。这个数目指示基站发射的功率，这个数目要考虑放大器和基站可获得的分集天线的数目。对于一个10天线广播信道，基站功率等于(2 BStxPwr+10)dBm。
BSCC是基站的色码，它被用户终端用于为上行链路脉冲串选择训练数据以及区分不同基站的广播。在一个实施例中，最多可能有128个不同色码。这些色码能被用于指示不同位置的基站或者相同位置的不同调制器/解调器组。
BS1oad是基站上的负载，它被用户终端用于确定发送随机接入消息的频率。BS1oad指示基站拥有的未使用容量。它不同于激活的已注册用户数，这是因为用户能够请求不同的业务容量。BS1oad表示基站的每个调制解调器发送和接收比特率，它是在几分钟的一段时间上相对最大可能的负载测定的。
在一个实施例中，BCH信道被无线电通信系统中所有的基站共享。使用7比特的BSCC时，最多能够容纳128个基站。BCH是一个有重复帧的时分双工信道。该信道是一个用于上行链路和下行链路的单RF载波频率。对于高噪音的环境或者为了增加健壮性，BCH能够根据预定的方案跳频或者在几个不同的频率上重复。重复帧包括对应于每个基站的下行链路BCH，这些基站在下面表3中标识为BS1等。下一帧包括上行链路配置请求CR(它标识为CR1等)和下行配置消息CM(它标识为CM1等)。每一帧还包括许多保留比特，下面显示为空框。这些时隙能被用于数据业务，如果广播信道也用于业务的话，这些时隙可用于其它控制消息或者保留以便减少网络中其它信道上的干扰。这些帧被每个相应的基站从1到128重复，从而如后面更具体的讨论建立一个超帧。在最后一个CM，即CM128以后，超帧重发并且再次以下一个超帧和基站1的BCH开始。
表3
一个基站可以认为是服务于一组连续RF载波的基站调制解调器的集合。作为选择，一个基站也可以是在单独一个站点安装了一组调制解调器。对于其它系统配置，每个调制解调调制器/解调器集52，62可以认为是一个基站。给每个基站分配一个唯一的32比特基站标识符BSID。该BSID像下面这样使用从而产生基站色码BSCC＝BSID mod128。作为BSCC的功能，基站频率跳变、广播BCH、侦听上行链路CR和发送下行链路CM。在无线传输交叠的地理区域内，BSID应该被分配以便BSCC被唯一地分配。通常，任何基站都不能发现用户终端正在与有相同色码的基站通信。同样地，任何用户都不能发现两个分配了相同BSCC的基站。基站的总数以及超帧中帧的数目、帧中时隙的数目和用于发送BCH脉冲串的特定时隙、CR和CM可以被修改以适合特定的应用。
为了进一步最小化BCH脉冲串的数据率，BSCC和BS1oad能够从BCH脉冲串中删除。这样，BCH脉冲串就只包含训练或同步和BStxPwr，也就是与切换判决直接相关的信息。为了选择和切换判决，用户终端仍然能基于接收到的BCH脉冲串中的定时区分和比较不同的基站。用户终端也可以根据定时将他的CR消息定向到如表3所示的明确的基站。对于单独一个基站系统，BStxPwr比特也可以被删除。如果只有一个基站，就不必评估路径损耗，而只需评估是否可以接收到信号。网络信息的剩下部分在下面描述的注册后就可以知道。可选地，既然BCH包括BSCC，用户终端就能够被编程以便读取BSCC以及假定使用公共BSCC从相同的基站接收BCH脉冲串。按照这种方式，用户终端能够知道一种缩短的帧重复时间，并且减少注册到该系统所需的时间。注册一个用户终端建立起与基站的联系被称为注册。这个注册以侦听广播信道开始而以切换、超时或者断开连接结束。注册的第一步由远程终端通过发送配置请求脉冲串CR以及接收配置消息脉冲串CM来完成。该CM包含跳变序列计算参数等基本配置参数。通过使用来自CM的信息，用户终端然后就使用随机接入注册请求RA-rreq打开一个未鉴定流。该未鉴定的流只运送用于完成注册的带内信令数据、分配注册标识符RID和寻呼标识符PID。使用在注册流尾部分配的RID，用户终端能够打开随后的流，并且它还可以中止注册。用户终端还可以打开随后的流，在随后的流中它可以发送用于向Internet服务供应商(ISP)执行“网络登录”的分组数据。
在注册流期间，身份标识和容量被交换，操作参数被设置，以及RID和PID被分配。此后，一个新的网络会话就可以被创建并且连接到这个RID，或者一个已存在的会话被切换。该切换可以是从另一基站、相同基站上的另外的基站调制解调器(负载转移)或甚至是从相同基站调制解调器上一个冬眠的会话切换。注册的详细细节在这里只以实例形式提供。在本发明的范围内，许多其它注册方案也是可能的。
参看图8，帧定时由位于该区域并在预定RF载波上发送的基站建立。该载波可以是频率跳变或者扩展频谱载波。但是，该载波最好能够易于发现并且在用户终端预先编程。多个基站(或者只有一个基站时的一个基站)使用GPS或者其它精确公用定时参考来建立帧定时300。GPS定时提供如下这个优点，它精确同步并且是所有基站都可获得的一种廉价方式。这就允许BCH能被所有基站共享，在基站间的BCH内仅仅使用一个最小的保护时间。基站然后构建上述BCH帧302并在相应的分配时隙304广播。当用户终端开启以后，它就扫描这个公知的、可随意预定的RF载波306，从而发现基本的帧定时308和同步310。用户终端扫描BCH脉冲串的此载波，建立一个RSSI(接收信号强度指示符)映射312。通过这个BCH RSSI映射以及其它因素，用户终端选择最强的或者最好的基站314。它也使用BCH去精确校准其振荡器频率，并且它还精确调整它的帧定时参考308和310。如上所述，这个通过使用BCH脉冲串中的同步和定时序列来完成。然后，它使用它的用户或远程终端ID(UTID)建立316并发送配置请求CR到320，此请求CR相对于最强或者最好的基站的BCH脉冲串定时。在一个实施例中，CR被使用从所选的基站318在BCH中接收到的BSCC加扰。
如果该预定的基站成功接收到CR并且有可获得的容量，它就对CR323进行解扰，并且确定该用户终端324的空间特征。用户终端在应答326时接收一条配置消息脉冲串CM。如下所具体描述的，该CM包含充足的信息，这些信息使得用户终端能够知道它与基站之间的距离和RF路径损耗、纠正其定时超前、调整其功率控制、并且还能够知道频率跳变的参数(例如帧编号方式和BSCC)328。几个基站可以被使用CR进行探查，从而找到最近或者最好的基站。当用户终端有数据发送时，它能基于来自CM的信息开始一个会话，这个利用随机接入注册请求RA-rreq330开始。如果有可获得资源，基站发送分配一条业务信道的接入分配AA332给该用户终端。基站和用户终端交换不同的接入控制参数，包括已建立流上的加密密钥。最后，RID和PID被分配。通过使用该RID，用户终端能够建立安全的流(例如RA-rts/AA-cts)，在该流上用户终端发送和接收互联网分组334。
对每个已发送的数据分组，业务信道包括数据确认DA或者数据非法DI响应。该DA和DI消息作为下一数据分组的一部分在下一时隙从接收者发送。在时分双工帧中，基站和用户终端如图8所示轮流发送时隙336，338，340，342。因此，如果有时隙没有被正确接收，数据能被很快地重发，这减少了相应基站和用户终端调制解调器上的数据缓存大小。如表3和4所示，上行链路时隙总是先于下行链路时隙并且在两者之间有保护时间，这样就可以容许任何的同步错误和未预料到的传播时延。在一个实施例中，每一端都在三个时隙内发送数据分组，每个时隙包括逐升和逐降期间以及同步比特，这在本领域是公知的。
表4
用户终端周期地扫描BCH从而更新其RSSI和BSCC映射。当它检测到一个更好的基站时，它可以发送一个CR到这个新的基站并且可能切换它的网络会话。如果成功流启动失败了许多次，用户终端就进入一个超时状态。超时后，它可能试图通过RA-rreq重新获得一个RID，使用CR更新它的定时超前，通过扫描BCH发现一个它可能切换至的新基站，或甚至重新开始请求基本帧定时。如果此重新建立成功，通过完成到新基站的网络会话切换，用户终端可以继续其网络会话。信道考虑在一个实施例中，网络被设计用来充分发挥空分多址接入技术以及特别智能的天线阵列信号处理的最大优势。为了有助于在极其密集的频率重用模式中保持可靠的空间信道，网络使用时分双工TDMA，在TDMA中，上行链路和下行链路传输总是在相同的频率上进行的。此外，因为许多用户终端是单天线而且除了BCH都是全向发送和接收，总是在下行链路脉冲串需要发送之前接收上行脉冲串。这就使得下行链路脉冲串能更精确地空间定向。上行链路训练序列被周期地嵌入到每个上行链路脉冲串中，从而不管任何空间信道频率的解相关如何，都为中等速度的频率跳变作准备。
频率跳变序列可以是许多本技术领域中公知的不同序列中的任何一个。频率跳变方案的参数开始对用户终端来说是未知的。这最大化了网络的灵活性并增加了用户终端的灵活性。正如下面所解释的，频率跳变参数在CM脉冲串中被发送到用户。
如果有更多的频率载波可以被分配到频率跳变方案，该频率跳变方案的健壮性和系统的业务容量都可得到改善。BCH载波被作为频率跳变方案的一部分被包括进来并且相应地用作业务信道。因为任一个基站仅仅每帧发送一次BCH脉冲串，还因为业务被空间定向到特定用户，所以基站在另一个基站的BCH脉冲串期间也能发送业务信道数据脉冲串，而且不会给在相邻信道上侦听BCH脉冲串的用户终端增加显著的干扰。通常，业务数据脉冲串被定向至的用户终端不会一直侦听BCH脉冲串，因为它已经处在一个业务会话中。
因为在本发明中有128个基站，每一个基站都分配给BCH的一个不同时隙，当频率跳变业务信道方案中的某一特定信道正被用于业务时，分配给任一特定基站的BCH的第128部分不太可能与该特定信道重叠。但是如果它的确重叠了，基站就在其分配的时间广播其BCH脉冲串，在其分配的时间侦听CR消息以及在其分配的时隙发送CM脉冲串。这进一步保证了网络操作的一致性。但是对于一个用户终端来说，作为BCH的BCH载波使用将打断它的业务信道会话。结果，它不从基站接收数据分组脉冲串，而是接收BCH脉冲串。即使用户终端没有识别出这个脉冲串是BCH，但是它也会很快被识别为对期望的数据分组而言有非法格式。因此，在下个上行链路帧，它将在脉冲串中发送一个数据非法DI消息，而基站将在业务信道的下一个可获得的帧中发送较早期望的数据分组。在目前的定时方案中，下一帧中相同的时隙将和该基站的配置消息时隙相一致。下一帧中相同的时隙将与一个不同基站分配的BCH时隙相一致。但是，即使第二个时隙与基站的BCH分配重叠，相同的协议将再次使用。远程终端将再次发送一个DI消息，并且在已分配的BCH时隙过后，该基站将发送期望的数据脉冲串。依靠确认协议，网络的数据容量能够增加，从而可以在不增加信令复杂度或处理资源的情况下包括大多数的BCH。
数据容量的增加量依赖于有多少RF资源被分配给BCH以及系统中有多少基站。如果系统中有较少数量的基站，因而BCH帧有非常短的重复，那么网络就能这样配置，以便每个BCH时隙被用于BCH，从而大大减少了远程用户获取定时和同步以及发送一个配置请求所需的时间。BCH也可以这样配置，可能的128个时隙中只有较少数量的时隙用于BCH脉冲串，其余的信道容量留作业务用。如果网络中有较大数目的(也就是接近128)基站，用户终端不太可能能从多于百分之十的基站接收BCH脉冲串。结果，剩下的百分之九十的载波能在不影响新的用户终端扫描BCH脉冲串的情况下用于数据业务。基站能够使用相邻基站的BSID和BSCC进行规划，这样在分配给那些基站的BCH时隙期间它也不会发送业务。上述相同的DI重发方案能够补偿相邻BCH时隙和业务信道之间的任何冲突。配置请求CR配置请求脉冲串结构的一个实例在图6中显示。CR脉冲串不同于随机接入RA和业务TCH脉冲串的地方部分在于特别的CR空间训练序列。该CR训练序列比通常的要长，并且有周期性，从而使得寻找定时对齐在计算上特别有效。CR脉冲串比标准上行链路数据脉冲串要短，这样就容许用户终端和基站之间由于位置距离而产生的时延。CR脉冲串被缩短了86微秒，这样就允许等价于距离基站15km的用户终端的未补偿时延。
CR脉冲串被从距离基站的距离未知的用户终端发送。因为考虑到传播时间，用户终端时间基准相对于基站有时延。而且，因为其定时超前仍没被初始化，他的CR发送也被时延。将CR脉冲串缩短35微秒就允许它最多晚35微秒抵达而不需溢出到下一时隙。这35微秒意味着距离基站5300米的用户终端能够发送完全在CR所在的时隙内到达的CR脉冲串。如果这个脉冲串被基站发现，并且被应答，相应的CM将包含为随后的数据脉冲串正确定位的定时超前校准。
下面表5概述了图6所示的CR脉冲串实例的内容。82个信息码元符号从配置请求消息中使用调制和编码构建。
表5
CR空间训练对于所有基站是相同的，并且基站在接受CR之前不必知道用户终端的位置。CR被用户终端按照表3所示相对BCH发送的固定偏移发送。所得到的时间复用注册信道很容易区分被发送到几个相邻的不同基站的CR。此外，CR和CM利用BSCC功能加扰，从而确保即使被发送到相邻基站的CR中有些干扰，但BSCC的解调捕获效应也能对付任何碰撞。在一个实施例中，通过接收已编码的比特序列并将它与线性反馈移位寄存器进行异或操作来完成加扰。最后，基站的智能天线的空间解析能力用于分辨接收到的CR中剩下的任何不确定性。
配置请求消息利用物理层映射到配置请求脉冲串CR。一条配置请求消息利用物理层映射到标准下行链路脉冲串。当前CR脉冲串中的信息码元如下面表6所示进行映射。在注册周期期间或者并不完全基于系统的需要，下面列出的任何项目都能删除或稍后再发。
表6
对于每个用户终端来说，identity(身份识别)是一系列唯一随机比特，它用于区分同时来自多个用户终端的消息。因为随机性和大数目的比特，两个用户终端不太可能同时选择相同的身份识别码。
utClass表示用户终端容量(最高调制级，频率跳变容量等)。这个序列标识发送CR的用户终端的类型。掌上数字助理设备可能有不同于具有固定专有天线的桌面计算机的容量。使用tuClass就能区分不同的容量。
txPwr标识用户终端用于发送配置请求脉冲串的功率。例如，用户终端功率等于(2 txPwr-30)dBm。
在接收到下行链路BCH脉冲串后，例如在精确的2265微秒后，在控制载波上发送CR。按照这种方式，另外的未初始化用户终端能够在不知道任何频率跳变序列参数的情况下发送CR。CR脉冲串比标准上行链路时隙短，这样就容许用户终端到基站的未知传播时延，并且CR脉冲串一般在上行链路时隙接收窗口中较晚抵达。配置消息CM下面表7概述了图7所示的配置消息脉冲串实例的内容。494个信息码元通过调制编码从配置消息中构造而成。
表7
无论什么时候在相应的上行链路时隙中接收到CR，在BCH载波上发送配置消息CM脉冲串，而且是在发送下行链路BCH脉冲串过去后精确5微秒时发送。使用这个定时，CM被定向到请求的用户终端。还在空间定向信号中发送CM，该空间定向信号基于对空间特征的分析，例如上行链路CR的DOA和TOA等参数。因为在BCH载波上发送CM，在不知道任何频率跳变序列参数情况下，另外的未初始化的用户终端可以在BCH固定时间偏移后接收CM。对CR进行响应的CM中包括AFN(绝对帧号)、更大的定时超前调整动态范围、更粗略的功率控制以及不同的接入控制参数。下面表8概述了图7所示CM脉冲串的内容。在注册周期期间或者并不完全基于系统的需要，下面列出的任何项目都能删除或稍后再发。
表8
该符号集的意义如下identity用户终端在CR中发送的随机身份标识pwrCtrl用户终端应该应用到未来参数请求脉冲串和随机接入脉冲串中的功率偏移偏移等于(2 pwrCtrl-16)dBm。
timingAdjust用户终端应该应用到未来随机接入脉冲串的定时超前定时超前等于timingAdjust微秒。
AFN绝对帧号的10个最低有效比特carrierMask包含业务信道的载波的位图racarrierMask包含随机接入信道(最低有效比特位为载波0)载波的位图raslotMask包含随机接入信道(最低有效比特位为时隙1)的时隙的位图。当racarrierMask和raslotMask都非零时，随机接入信道就会产生。
raDec随机接入信道可获得的AFN。
hopping如果等于1，物理和逻辑载波之间的关系每一帧都跳变。
在上面的描述中，出于解释的目的，为了提供对本发明的一个完整的理解，许多详细的细节被列出来了。但是，在没有某些特定细节的情况下，本发明也能够被实施，这对本领域的技术人员来说是非常明显的。在其它的实例中，公知的结构和设备以框图的形式显示。
本发明包括各种步骤。本发明的步骤可以利用例如图1到图4所示的那些硬件组件执行，或者可以利用机器可执行的指今实施，这些可以用于导致通用或专用处理器或者导致使用这些指令编程的逻辑电路执行这些步骤。选择地，这些步骤也可以利用硬件和软件结合起来完成。
本发明可以以计算机程序产品的形式提供，该程序产品可以包括机器可读的媒体，该媒体上存储着用于对计算机(或者其它电子设备)进行编程从而能够根据本发明执行方法的指令。该机器可读媒体可以包括但不局限于软盘、光盘、CD-ROM、磁光碟、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁或光卡、闪存或者其它类型的适合于存储电子指令的媒体/机器可读媒体。而且，本发明也可以作为计算机程序产品下载，其特征在于该程序可以从远程计算机向请求计算机传送，该传送是通过通信链路(例如调制解调器或者网络连接)利用载波或者其它传播媒体中包含的数据信号完成的。
重要的是，虽然本发明是在用于便携式手持设备的无线互联网数据系统的背景上描述的，但是它也可以应用于许多其中数据必须进行交换的无线系统。这样的系统包括语音、视频、音乐、广播和其它类型的没有外部连接的数据系统。本发明既可以应用于固定远程终端也可以应用于低移动性或高移动性终端。虽然许多方法是按照它们最基本的情况描述的，但是在不偏离本发明的基本范围的情况下，任一个方法中都可以加入或者删除一些步骤，任意已描述的消息中可以增加或者减少某些信息。本领域的技术人员将会明显看到，许多进一步的修改和调整都可以被实施。特定实施例不是用于限制本发明而是用于举例说明。本发明的范围不由上面提供的明确的实例确定，而仅仅由下面的权利要求确定。
权利要求
1.一种方法包括在广播信道中从无线电通信系统的基站中发送广播脉冲串；从用户终端接收请求脉冲串；从基站向用户终端发送消息脉冲串，从该用户终端接收到请求脉冲串，该消息脉冲串包括无线电通信系统上可用于从用户终端接收消息的信道的描述。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的业务信道的标识。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，该消息脉冲串还包括用户终端在进一步的传输中要使用的发送功率电平的指示。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，该请求脉冲串还包括用户终端用于发送请求脉冲串的功率的指示，并且其中用户终端要使用的发送功率的指示基于请求中的指示。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，此请求包括用户终端的标识。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，配置消息还包括用户终端在进一步传输中要用的定时调整的指示。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，广播脉冲串有一个明确的发送时间，并且利用与广播消息相关联的明确定时关系接收请求脉冲串，该方法还包括使用定时关系来确定请求脉冲串要定向到的基站。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，消息脉冲串利用与请求脉冲串的明确定时关系被发送，该方法还包括使用定时关系将消息脉冲串定向到用户终端，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，广播脉冲串还包括标识发送基站的码，并且其中接收请求脉冲串包括从该基站标识码中解复用请求脉冲串。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，标识发送基站的码包括基站色码。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，广播脉冲串包括与用于发送该广播脉冲串的功率相关的功率序列。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，广播脉冲串包括与该基站上的当前业务负载相关的负载序列。
14.根据权利要求1的方法，还包括分析从中接收此请求脉冲串的空间方向，其特征在于，发送消息脉冲串包括基于空间方向分析直接向用户终端发送消息脉冲串。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，分析该空间方向包括从接收到的消息脉冲串中确定到达参数的方向。
16.一种其上存储有表示指令序列的数据的机器可读媒体，这些指令被机器执行时会导致机器执行的操作包括在广播信道中从无线电通信系统的基站中发送广播脉冲串；从用户终端接收请求脉冲串；从基站向用户终端发送消息脉冲串，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的，该消息脉冲串包括无线电通信系统上可用于从用户终端接收消息的信道的描述。
17.根据权利要求16的媒体，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电业务系统的通信信道的标识。
18.根据权利要求16的媒体，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
19.根据权利要求16的媒体，其特征在于，该消息脉冲串还包括用户终端在进一步的传输中要使用的发送功率电平的指示。
20.根据权利要求19的媒体，其特征在于，该请求脉冲串还包括用户终端用于发送请求脉冲串的功率指示，并且其中用户终端要使用的发送功率的指示基于请求中的指示。
21.根据权利要求16的媒体，其特征在于，广播脉冲串有一个明确的发送时间，并且利用与广播消息的明确定时关系接收请求脉冲串，这些指令进一步导致机器执行的操作还包括使用定时关系来确定请求脉冲串要定向到的基站。
22.根据权利要求16的媒体，其特征在于，消息脉冲串利用与请求脉冲串的明确定时关系被发送，这些指令进一步导致机器执行的操作还包括使用定时关系将消息脉冲串定向到用户终端，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的。
23.根据权利要求16的媒体，其特征在于，广播脉冲串包括与该基站上的当前业务负载相关的负载序列。
24.根据权利要求16的媒体，这些指令还导致机器执行的操作包括分析接收请求脉冲串的空间方向，其特征在于，发送消息脉冲串的指令还包括导致机器执行操作的指令，这些操作包括基于空间方向分析直接在空间向用户终端发送消息脉冲串。
25.一种设备，包括无线电通信系统的基站的一个发送机，用于在广播信道中发送广播脉冲串；基站上的接收机，用于从用户终端接收请求脉冲串；基站上的处理器，用于装配向用户终端发送的消息脉冲串，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的，该消息脉冲串包括无线电通信系统上可用于从用户终端接收消息的信道的描述。
26.根据权利要求25的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的通信信道的标识。
27.根据权利要求25的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
28.根据权利要求25的设备，其特征在于，该请求脉冲串还包括用户终端用于发送请求脉冲串的功率的指示，并且其中这些消息脉冲串包括用户终端基于请求中的指示使用的发送功率的指示。
29.根据权利要求25的设备，其特征在于，广播脉冲串有一个明确的发送时间，并且利用与广播消息明确定时关系接收请求脉冲串，并且其中此处理器使用定时关系来确定请求脉冲串要定向到的基站。
30.根据权利要求25的设备，其特征在于，消息脉冲串利用与请求脉冲串的明确定时关系被发送，从而将消息脉冲串定向到用户终端，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的。
31.根据权利要求25的设备，其特征在于，广播脉冲串中包括和基站上的当前业务负载有关的负载序列。
32.根据权利要求25的设备，还包括一空间处理器，用于分析从中接收请求脉冲串的空间方向，以及基于空间方向分析直接向用户终端发送消息脉冲串。
33.一种设备，包括用于在广播信道中从无线电通信系统的基站中发送广播脉冲串的装置；用于从用户终端接收请求脉冲串的装置；用于从基站向用户终端发送消息脉冲串的装置，该请求脉冲串是从该用户终端收到的，该消息脉冲串包括无线电通信系统中可用于从用户终端接收消息的信道的描述。
34.根据权利要求33的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的业务信道的标识。
35.根据权利要求33的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
36.根据权利要求33的设备，其特征在于，消息脉冲串还包括用户终端在进一步的传输中要使用的发送功率电平的指示。
37.根据权利要求33的设备，其特征在于，消息脉冲串还包括用户终端在进一步传输中要使用的定时调整的指示。
38.根据权利要求33的设备，其特征在于，广播脉冲串有一个明确的发送时间，并且利用与广播消息的明确定时关系接收请求脉冲串，该设备还包括用于使用定时关系来确定请求脉冲串要被定向到哪一个基站的装置。
39.根据权利要求33的设备，其特征在于，消息脉冲串利用与请求脉冲串的明确定时关系被发送，该设备还包括用于使用定时关系将消息脉冲串定向到用户终端的装置，请求脉冲串就是从该用户终端接收到的。
40.根据权利要求33的设备，其特征在于，广播脉冲串包括与该基站上的当前业务负载相关的负载序列。
41.用于在无线网络上请求接入的一种方法，包括在广播信道上从至少一个基站中接收多个定时序列；使用接收到的定时序列确定网络定时；使用网络定时确定网络接入请求发送时间；在预定的时间发送网络接入请求；和从基站接收消息脉冲串，该消息脉冲串包括无线网络上可利用信道的描述。
42.根据权利要求16的方法，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的通信信道的标识。
43.根据权利要求16的方法，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
44.根据权利要求16的方法，其特征在于，该消息脉冲串还包括用户终端在进一步的传输中要使用的发送功率电平的指示。
45.根据权利要求16的方法，其特征在于，消息脉冲串还包括用户终端在进一步传输中要使用的定时调整的指示。
46.根据权利要求16的方法，其特征在于，定时序列包括用于与发送定时序列的功率相关的功率序列。
47.根据权利要求21的方法，其特征在于，发送一个请求还包括使用基于接收到的功率序列选择的功率发送一个请求。
48.根据权利要求16的方法，其特征在于，定时序列包括与该基站上的当前负载相关的负载序列。
49.根据权利要求16的方法，其特征在于，从多个不同基站接收这些定时序；列，并且该方法还包括使用接收不同定时序列的时间来区分不同基站。
50.根据权利要求16的方法，其特征在于，发送一个请求包括发送一个请求到多个不同基站中选择的一个基站，这是通过在与从所选的基站接收到的定时序列时间有明确关系的时间上发送此请求来完成的。
51.根据权利要求16的方法，其特征在于，使用至少一个频率接收该定时序列，并且该方法还包括使用接收到的定时序列来基于接收到的定时序列的频率确定请求发送频率。
52.根据权利要求16的方法，还包括在广播信道上接收一个基站标识符和使用该基站标识符区分相同广播信道上来自不同基站的广播。
53.根据权利要求16的方法，其特征在于，接收定时序列还包括接收基站的标识，并且其中发送一个请求还包括发送基站标识。
54.根据权利要求28的方法，其特征在于，标识发送基站的码包括一个基站色码。
55.根据权利要求29的方法，其特征在于，发送一个请求包括对该请求和基站标识码进行复用。
56.根据权利要求16的方法，其特征在于，发送一个请求还包括发送发送机的标识符。
57.一种其上存储有表示指令序列的数据的机器可读媒体，这些指令在被机器执行时会导致机器执行的操作包括在无线网络的广播信道上从至少一个基站中接收多个定时序列；使用接收到的定时序列确定网络定时；使用网络定时确定网络接入请求发送时间；在确定时间上发送网络接入请求；和从基站接收消息脉冲串，该消息脉冲串包括无线网络上可利用信道的描述。
58.根据权利要求57的媒体，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的业务信道的标识。
59.根据权利要求57的媒体，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
60.根据权利要求57的媒体，其特征在于，该消息脉冲串还包括用户终端在进一步的传输中要使用的发送功率电平的指示。
61.根据权利要求57的媒体，用于发送一个请求的指令还包括导致机器执行操作的指令，这些操作包括使用基于接收到的功率序列选择的功率发送一个请求。
62.根据权利要求57的媒体，其特征在于，用于发送一个请求的指令还包括导致机器执行操作的指令，这些操作包括发送一个请求到多个不同基站中所选的一个，这是通过在与从所选基站接收到定时序列的时间有明确关系的时间上发送一个请求来完成的。
63.根据权利要求57的媒体，其特征在于，用于发送一个请求的指令还包括导致机器执行操作的指令，这些操作包括复用该请求和基站标识码。
64.一种用于在无线网络上请求接入的设备，包括用于在广播信道上从至少一个基站接收多个定时序列的装置；用于使用接收到的定时序列确定网络定时的装置；用于使用网络定时确定网络接入请求发送时间的装置；用于在确定时间上发送网络接入请求的装置；和用于从基站接收消息脉冲串的装置，该消息脉冲串包括无线网络上可利用信道的描述。
65.根据权利要求64的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的业务信道的标识。
66.根据权利要求64的设备，其特征在于，可利用信道的描述包括无线电通信系统的随机接入信道的标识。
67.根据权利要求64的设备，其特征在于，该消息脉冲串还包括用户终端在进一步传输中要使用的发送功率电平指示。
68.根据权利要求64的设备，其特征在于，用于发送请求的装置包括发送请求到多个不同基站中选择的一个基站，这是通过在与从所选基站接收到定时序列的时间有明确关系的时间上发送该请求来完成的。
全文摘要
在一个实施例中，本发明包括在广播信道中从无线电通信系统的基站发送广播脉冲串。本发明还包括从用户终端接收脉冲串，以及从基站向用户终端发送消息脉冲串，该请求就是从该用户终端接收到的。该消息脉冲串包括无线电通信系统上可用于从用户终端接收消息的信道的描。
文档编号H04B1/713GK1478367SQ01819789
公开日2004年2月25日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年9月29日
发明者C·R·乌利克, M·尤塞夫米尔, M·D·特罗特, C·H·巴拉特, C R 乌利克, 巴拉特, 特罗特, 蛎锥 申请人:阿雷伊通讯有限公司