专利名称：随机接入通信机会方法
技术领域：
本发明一般涉及通信，更具体地涉及随机接入通信机会。
背景技术：
在本领域中已知有各种通信协议。例如，第三代合作项目(3GPP)正在朝着发展供无线通信路径使用的许多协议进行。3GPP的原始范围是基于演进的全球移动通信系统(GSM)核心网和它们所支持的无线接入技术(即包括频分复用和时分复用模式的通用陆地无线接入系统(UTRA))来产生用于第三代移动系统的全球可应用技术规范和技术报告。随后增加了3GPP的范围以包括GSM技术规范和技术报告的维护和发展，其包括演进的无线接入技术(例如，通用分组无线服务(GPRS)和GSM演进的增强数据速率(EDGE))。
3GPP规范25.214的第6章(通过引用参考，将该规范包含于此)部分描述了随机接入信道(RACH)协议并且具体地描述了物理随机接入过程。3GPP UMTS规范批准了一个总的过程，该过程考虑了各种协议/操作状态，它们适合数据分组传输所需要、预测和/或期望的不同程度的操作活动。不幸的是，尽管这些状态中被设计用来支持较高传输数据活动的一个状态还算比较适合那个目的，但是被设计用来支持较低传输速率活动的另一个状态实际上看起来规定得太严格了，至少对于某些期望的应用来说是这样的。后一个状态的峰值速率和总用户吞吐量可能不足以完全合乎许多可能的操作需要。此外，在该状态期间的至少某些操作环境下，上行链路延迟性能看起来也不合时宜得长。
通过提供在下面的详细说明中所描述的随机接入通信机会方法，至少部分地满足了上面的需要，尤其是在结合附图研究时可以认识到这一点，附图中图1包括根据3GPP UMTS Rel-99、Rel-4和Rel-5配置的现有技术状态图；图2包括根据本发明的实施例配置的框图；图3包括根据本发明的实施例配置的各种随机接入信道消息大小选项的示意表示；图4包括根据本发明的一个实施例配置的流程图；图5包括根据本发明的另一个实施例配置的流程图；和图6包括根据本发明的又一个实施例配置的流程图。
本领域技术人员将认识到，附图中的元件的描述是为了简单和清楚，它们没有必要按比例画。例如，为了帮助进一步理解本发明的各种实施例，图中的一些元件的尺寸相对于其他元件可能放大了。另外，为了便于清楚地认识本发明的各种实施例，没有表示在商业上可行的实施例中有用或需要的、通用但是公知的元件。
具体实施例方式
通常来讲，根据这些各种实施例，有时可以为规定的用户提供多个增强上行链路专用信道(例如，在相应的通信路径状态期间)，以便于用于这种用户的相对中等到较高数据速率传输速率通信。在其它时间，可以提供使用随机接入信道(RACH)通信机会的上行链路数据传输(例如，在不同的相应通信路径状态)。根据这些实施例，这种随机接入通信机会优选地，特征在于，基于混合自动重复请求(HARQ)的通信协议或者基于自适应调制和编码的通信协议中的一个或两者。在一种优选的方法中，多个可选择消息帧大小也可用于选择性使用和应用。
根据一个实施例，可以使用多种候选的基于自适应调制和编码的通信协议。用户设备(或基站)可以基于各种合适的标准来选择一种特定的协议。例如，可以至少部分地，作为所检测或其他方式所确定的该通信路径的质量条件和/或者用户设备的存储缓冲的条件的函数，来选择一种特定的协议。
如此配置，可以更好地平衡(leverage)随机接入通信机会，以实现延迟的降低和数据吞吐量的提高(包括峰值数据吞吐量和总数据吞吐量的提高)。此外，这种改善可以以一种完全或大体与现有标准相兼容的方式来实现，这些标准例如是3GPP技术规范25.211到25.214。这些好处又会导致整个通信路径本身的更有效使用，因为可以通过使用一个(或多个)性能提高的较低传输活动状态来满足许多通信需要，从而降低对一个(或多个)有较高传输能力的操作状态的需要。
现在参照图1，关于3GPP技术规范25.331的其他细节可能有助于更好理解这些实施例。实际上，该规范提供了三种基本状态10。第一种状态11包括所谓的CELL_PCH/URA_PCH状态并且主要服务于没有传输活动的周期期间。第二种状态12包括所谓的CELL_FACH状态并且用来帮助按照第三种状态13建立专用信道并且用来独立支持低水平传输活动。CELL_FACH状态通过以增长的功率电平发送前同步来在上行链路中使用随机接入过程(包括改进的分时隙ALOHA协议)，该功率电平一直增长到可以被网络检测并且用在捕获指示符信道上发送的捕获指示符来确认为止。在肯定确认的情况中，在最后一个被确认前同步的几个时隙之后经捕获指示符发送长度为10ms或20ms的消息帧。第三状态13(所谓的CELL_DCH状态)支持通过使用专用信道的更高级传输活动。后者通过重配置交换14来建立和/或维护，重配置交换14可以包括CELL_FACH状态12。
这些实施例通常涉及CELL_FACH状态12的修改使用或配置，以便能够更好地平衡由此提供的随机接入通信机会(并且尤其是这种随机接入过程的消息部分)。但是，本领域技术人员将理解，这些实施例实际上是说明性的，并不是排除这些教导的所有可能应用。这些替换应用及其它们相应的实施例应该被认为在这些教导和该发明的范围内。
现在参照图2，适于在此使用的用户设备20包括控制器21，其可操作地连接到收发信机22以允许传输例如承载内容，承载内容例如是消息23。在优选实施例中，收发信机22包括无线收发信机，该无线收发信机还与3GPP规范25.211到25.21相兼容。当然也可以利用适于确保在特别所选的通信系统内的兼容操作的其它收发信机。这种用户设备20还可以可选地包括存储缓冲24，这在本领域中是公知的。例如可以利用这种存储缓冲24来支持承载内容的有用发送和/或接收。用户设备在本领域中通常是公知的，并且本领域技术人员将认识到，还可以提供其它部件和/或性能以满足给定应用。为了简洁和保持清楚，关于上述部件的详细细节和这些附加部件的描述在此并不涉及。
在优选实施例中，用户设备20还将包括以下至少一个用于从一组不同消息帧大小中选择一个消息帧大小的机制(mechanism)25，基于自适应调制和编码的通信26，以及基于HARQ的通信协议。尽管这些部件和/或功能在本领域中也是已知的，但是下面给出了其它细节，以适于能更彻底理解这些实施例。
在该实施例中，随机接入通信机会包括一个由两个10毫秒帧组成的无线接入信道机制，这两个帧每个由15个接入时隙组成，每个时隙包括5120个码片。
如上所述，在一个实施例中，控制器21可以接入多个不同大小的消息帧25。在3GPP规范25.211到25.214中，提供两种这样的不同大小消息帧；一个具有10毫秒持续时间并且另一个具有20毫秒持续时间。优选实施例提供关于帧大小的至少一个以上的选项。尤其是，这种实施例另外提供具有3.33毫秒持续时间的更小帧大小。通过使用五个0.6667ms时隙可以实现这种3.33毫秒消息帧。
参照图3，如此配置，提供三个随机接入信道消息大小选项30供控制器21使用。每个随机接入信道包括至少一个前同步部分32(以及可能更多前同步部分33)，前同步部分在该实施例中包括每个前同步4096个码片，以支持根据规范25.211到25.214的上行链路随机接入过程和动作。第一随机接入信道消息大小选项31提供具有最短持续时间的消息部分34。第二随机接入信道消息大小选项35提供具有中间长度持续时间的消息部分选项。并且第三随机接入信道消息大小选项37提供具有最长长度持续时间的消息部分选项。
如此配置，控制器21可以选择一个给定随机接入信道消息大小选项，以更合乎给定预期传输的可能要求。可以有利地采用较短持续时间消息帧34以便至少在一些操作条件下降低上行链路延迟和/或更便于如下所述的基于HARQ的交换。较短RACH消息选项的一个可能优点在于，随着消息帧长度增加，由于信道衰落关系，信道条件相对于发送前同步时愈加改变。因此，由于是较短消息，在消息帧结束时信道改变很少。在RACH过程中采用的前同步斜坡(ramping)可以认为是一种粗略功率控制形式，因此较短的RACH消息长度意味着对RACH消息更好进行功率控制。
再次参照图2，在优选实施例中，控制器21还可以接入一个或多个基于自适应调制和编码的通信协议26。例如，根据一个实施例，用户设备20支持三种这样的协议。可能使用的协议例子包括以下几种，但不限于此-第一可选择协议，包括二进制相移键控和各种信道编码速率；-第二可选择协议，包括正交相移键控和各种信道编码速率；
第三可选择协议，包括8相移键控和各种信道编码速率。
这样的选择提供了数据吞吐量机会的有用范围。例如，假定最大信道比特率480kbps(也就是，假定16个循环冗余校验(CRC)比特和8个尾部比特，3.33毫秒消息帧的有效负载可以是用R＝0.615编码的960个比特)，在表1中示出了用于二进制相移键控和正交相移键控的各种示范性可用随机接入信道消息字段。另外，表2中示出了随机接入消息控制字段。控制字段比特携带导频和传输格式组合指示符(TFCI)字段。(在这两个表中，“SF”指“扩展因子”。)表1.随机接入消息数据字段
表2.随机接入消息控制字段
上面假定使用卷积编码。可以通过使用Turbo码实现较高的有效负载大小。
当多个这种基于自适应调制和编码的通信协议可用时，控制器21可以被配置用来选择一个特定的协议以便最好地满足给定应用的需要或者最好地适应给定操作条件或环境。为了说明，并且现在参照图4，该控制器可以被配置用来从多个候选自适应调制和编码方案中选择41一个给定可选择协议并且然后用来在随机接入过程期间发射给定消息时使用42所选择的方案。
这样一种选择可以基于一个或多个可能与给定应用相关的标准。例如，并且现在参照图5，控制器可以确定51无线通信路径的质量条件并且把基于自适应调制和编码的给定通信协议的选择至少部分地基于该质量条件。可以以各种方式确定质量。例如，公共导频信道(CPICH)的发射和接收功率电平之间的差值可以用来确定上行链路信道质量。可以方便地在FACH上广播CPICH的发射功率电平。作为简单的说明，当通信路径表现出高质量时，可以选择较高吞吐量的协议。相反地，当通信路径表现出较差质量时，控制器21可以选择较低的吞吐量协议。
作为另一个例子，并且现在参照图6，可以确定61用户设备存储缓冲的当前或预期条件，并且至少部分地作为该条件的函数来选择62具体协议。为了说明，低或空缓冲占用率条件可能使协议选择偏向较低的吞吐量协议。类似地，较高的缓冲占用率条件可能证明选择相对较高的吞吐量协议是正确的。
当然可以采用合乎特定系统、环境和应用的需要、要求、灵敏度的其他标准。
在分组数据通信系统中使用自动重复请求(ARQ)方案。Chase提出了最简单形式的混合ARQ方案。Chase方案的基本思想是发送每个编码数据分组的大量重复并且允许解码器在解码之前组合由SNR加权的多个编码分组的接收副本。该方法提供了分集增益并且非常简单就可以实现。还可以使用Turbo码来改善混合ARQ方案的效率。不发送编码数据分组的简单重复，取而代之的是，这种形式的混合ARQ发送相应于R＝3/4、1/2、1/3等编码速率的渐进(progressive)奇偶分组，即在每个随后的分组传输中，增加编码速率。这种形式的混合ARQ方案称为增量冗余(IR)。
再次参照图2，如早前所说，在优选实施例中，控制器21还可以接入至少一个基于HARQ的通信协议。如此配置，控制器21可以使用基于HARQ的方案在通信资源的CELL_FACH状态的随机接入部分期间使用通信资源发送消息。当前已知各种HARQ方案(并且也可能在未来发展其他的方案)并且这些方案被认为与这些教导相符。为了说明，控制器21可能使用基于增量冗余HARQ的通信协议或者基于chase型HARQ的通信协议(关于这两种HAQR方法，在本领域中是公知的)。在一个实施例中，控制器21仅可以使用一种HARQ协议。根据另一个方法，提供多个HARQ协议，选择一个最合乎当前需要和/或当前操作条件的给定协议。
HARQ协议的使用将典型地必然伴有允许传输确认消息的需要。可以以各种方式满足这种需要。例如，3GPP规范25.211可以在下行链路捕获指示符信道中提供确认字段用于发送RACH的前同步部分的确认。如果需要，该字段可以用于HARQ确认消息。特别是，可以分配当前未使用的1024个码片给这种确认功能(最好可能用比捕获指示符部分高的功率发送这种确认，以提高接收可靠性)。作为另一个例子，还可以在单独的捕获指示符信道上发送这种确认(例如，为了该目的可以使用较低的功率信道(例如，特征在于4096个码片))。
根据这些不同实施例，相当大地增强了目前在如上所述的3GPP标准中定义的上行链路。特别是，提供CELL_FACH状态的性能增强了数据传输的峰值速率并且大大降低了上行链路的延迟。我们还期待实现更高的扇区和用户分组呼叫吞吐量。尽管有这些优点，但是在仅对现有相关标准进行最小的改变的情况下就可以实现这些实施例。
本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对上述的实施例作出大量的修改、变形和组合，并且这种修改、变形和组合应看作在本发明思想的范围内。
权利要求
1.一种供通信路径使用的方法，包括-时常为指定用户提供多个专用信道，以有助于这些指定用户的较高数据传输速率通信；-至少在除了提供上述多个专用信道之外的一些时间提供随机接入通信机会，其中所述随机接入通信机会包括以下至少一个-基于HARQ的通信协议；以及-基于自适应调制和编码的通信协议。
2.如权利要求1的方法，其中所述随机接入通信机会对应于随机接入过程的消息部分。
3.如权利要求1的方法，其中所述随机接入通信机会包括改进的分时隙ALOHA协议。
4.如权利要求1的方法，其中所述通信路径至少部分包括无线通信路径。
5.如权利要求1的方法，其中所述随机接入通信机会进一步包括多个不同大小的可选择消息帧的使用。
6.如权利要求5的方法，其中所述多个不同大小的可选择消息帧至少包括持续时间大约为3.33毫秒的第一可选择帧，持续时间大约为10.0毫秒的第二可选择帧，以及持续时间大约为20.0毫秒的第三可选择帧。
7.如权利要求1的方法，其中所述基于自适应调制和编码的通信协议进一步包括多个可选择调制和编码协议的使用。
8.如权利要求7的方法，其中所述多个可选择调制和编码协议至少包括-包括二进制相移键控和各种信道编码速率的第一可选择协议；-包括正交相移键控和各种信道编码速率的第二可选择协议；以及-包括8相移键控和各种信道编码速率的第三可选择协议。
9.如权利要求1的方法，并且进一步包括至少部分地作为通信路径的质量条件的函数，来选择特定的基于自适应调制和编码的通信协议。
10.如权利要求1的方法，并且进一步包括至少部分地作为特定通信单元的存储缓冲的条件的函数，来选择特定的基于自适应调制和编码的通信协议。
11.一种用于使用随机接入过程在随机接入通信机会期间利用通信资源以便于传输包括承载内容的消息的方法，包括-从多个候选自适应调制和编码方案中选择特定的自适应调制和编码方案；-使用所述特定的自适应调制和编码方案在所述通信资源的随机接入通信机会期间通过使用所述通信资源发送该消息。
12.如权利要求11的方法，其中所述多个候选自适应调制和编码方法至少包括-包括二进制相移键控和各种信道编码速率的第一可选择协议；-包括正交相移键控和各种信道编码速率的第二可选择协议；以及-包括8相移键控和各种信道编码速率的第三可选择协议。
13.如权利要求11的方法，其中选择特定自适应调制和编码方案包括至少部分地作为所述通信资源的质量条件的函数，来选择所述特定自适应调制和编码方案。
14.如权利要求11的方法，其中选择特定自适应调制和编码方案包括至少部分地作为特定通信单元的缓冲条件的函数，来选择所述特定自适应调制和编码方案。
全文摘要
在随机接入通信机会(12)期间，用户设备(20)利用基于自适应调制和编码的通信协议(26)和基于HARQ的通信协议(27)之一或两者来实现改善的性能。这可以避免建立专用信道(13)来支持所要求的通信的需要。在一个实施例中，提供多个基于自适应调制和编码的通信协议，并且作为一个或多个管理标准的函数来选择一个给定协议。例如，可以作为通信路径的质量条件的函数、作为存储缓冲的函数等等来选择该协议。
文档编号H04Q7/00GK1839635SQ200480024224
公开日2006年9月27日 申请日期2004年8月23日 优先权日2003年8月25日
发明者阿米塔瓦·高希, 罗伯特·T·勒弗, 尼克·W·温尼特 申请人:摩托罗拉公司