专利名称：访问信道时隙共享的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及多个访问、扩展频谱、通信系统和网络。具体地说，本发明涉及增加在扩展频谱通信系统中的用户访问容量。
相关技术已发展用于在大量系统用户之间传递信息的多种多访问通信系统和技术。然而，诸如那些在码分多址(CDMA)通信系统中用到的扩展频谱调制技术提供优于其他调制方案的明显优点，特别是当为大量通信系统用户提供业务时。在美国专利号4,901/307(1990年2月13日颁布，发明名称为“运用卫星或地面中继站扩展频谱多访问通信系统”)和美国专利号5,691,974(1997年11月25日颁布，发明名称为“在用于跟踪各接受器(recipient)相位时间和能量的扩展频谱通信系统中运用全频谱发送功率的方法和装置”)说明中描述了这种技术，其中作为参考资料在此引入上述两项专利。
上述专利揭示了多访问通信系统，其中大量一般移动或远程系统用户中的每个用户都可至少使用一个收发机来于其他系统用户或诸如公共电话交换网的其他连接系统的用户进行通信。收发机通过信关和卫星或地面基站(有时称为区站或小区)进行通信。
基站覆盖小区，同时卫星在地球表面上具有波束射到的覆盖区(footpriht)(也被称为“点(spot)”)。在任一种系统中，通过分成扇区或子划分，可以获得容量增益，同时覆盖地理区域。通过在基站运用定向天线，可将小区分成“扇区”。类似地，通过运用波束形成天线系统，可将卫星的覆盖区按地理分成“波束(beam)”。可将用于子划分覆盖区的这些技术看作是运用相关天线定向性或空间划分多路复用，产生隔离。此外，假设存在可用带宽，通过运用频分复用(FDM)，可向多个CDMA信道分配每个这样的子划分，或者扇区或者波束。在卫星系统中，将每个CDMA信道称为“子波束”，因为每个“波束”可能存在几个这样的“子波束”。
在采用CDMA的通信系统中，用分开的链路来向(从)信关或基站发送通信信号。前向链路是指基站或信关-至-用户终端通信链路，在信关或基站始发通信信号，并发送到系统用户或用户。反向链路是指用户终端-至-信关或-基站通信链路，在用户终端始发通信信号并发送到信关或基站。
反向链路至少包括两个分开的信道访问信道和反向话务信道。一般，在通信系统中存在几个访问信道和反向链路话务信道。由一个或多个用户终端使用访问信道，在时间上分开，来始发或响应于来自信关或基站通信。把每个这样的通信处理称为访问信号发送或“访问探询(probe)”。反向话务信道用于在“呼叫”或通信链路建立期间，发送把用户和信令信息或数据从用户终端发送到一个或多个信关或基站。在电信工业协会IS-95标准中更加详细地示出用于访问信道、消息和呼叫的一种结构或协议(名为“用于双模式宽带扩展频谱蜂窝状系统的移动站-基站兼容性标准”，作为参考资料在此引入)。
在典型的扩展频谱通信系统中，在调制成载波以作为通信信号发送之前，用一个或多个预选伪随机噪声(PN)码序列在预定频谱带(spectral band)上调制或“扩展”用户信息信号。PN扩展，在现有技术中已知的一种扩展频谱发送方法，产生用于发送的信号，它具有甚大于数据信号的带宽。在基站-或信关-至-用户终端通信链路中，PN扩展码或二进制序列用来在由不同基站发送或在不同波束上发送的信号，以及在多路径信号之间进行区分。一般由在给定小区或子波束内的所有通信信号共享这些码。在一些通信系统中，在反向链路中用到相同PN扩展码组，用于反向话务信道和访问信道。在其他提到的通信系统中，前向链路和反向链路用不同的PN扩展码组。
一般，用一对伪噪声(PN)码序列来调制或“扩展”信息信号，完成PN扩展。典型地，在通常被称为正交移相键控(QPSK)技术中，用一个PN码序列来调制同相(I)信道，同时用另一个PN码序列来调制正交相位(Q)信道。在载波信号调制信息信号之前，发生PN扩展，而且在前向链路上将它从信关或基站发送到用户终端作为通信信号。因为当与由通信系统所用到的其他PN码相比较时，它们相对“较短”，所以还把PN扩展码称为短PN码。一般，由前向和反向链路话务相对共享相同PN扩展码组，而且如上所述，将另一组PN扩展码用作访问信道。
特定的通信系统可用短PN码的几种长度，这依赖于是否正在使用前向链路或反向链路信道。在前向链路中，诸如在卫星系统中，短PN码一般具有从210到215码片的长度。用这些短PN码来在诸如信关、卫星和基站一类的多种信号源之间进行区分。此外，用在给定的短PN码内的定时偏置来在特定卫星波束之间或地面系统中的小区和扇区之间进行区分。
在提到的卫星通信系统中，在反向链路中用到的短PN码具有大约为28码片的长度。这些短PN码用来使信关或基站接收机快速找到尝试访问通信系统的用户终端，而没有与在前向链路中用到的“更长”短PN码相关的复杂度。出于讨论的目的，“短PN码”是指在反向链路中用到的这些短PN码序列(28)。
用被称为信道化码(channelizing code)的另一种PN码序列来区分由在小区或子波束内的不同用户终端在反向链路上发送的通信信号。因为当与由通信系统所用到的其他PN码相比较时，它们相对“较长”，所以还把PN信道化码称为长码。长PN码一般具有大约为242码片的长度，但是如需要的化可以更短或被屏蔽(mask)。一般，在由短PN码调制之前，由长PN码调制访问消息，然后作为访问探询或信号发送到信关或基站。然而，可在调制或扩展访问消息之前，组合短PN码和长PN码。
当在信关或基站处的接收机接收访问探询时，接收机必须对访问探询进行去扩展来获得访问消息。通过关于用哪些长PN码和短PN码对来调制访问消息来形成假设、或者预测，实现它。产生在给定假设和访问探询之间的相关性，来确定哪些假定是对于访问探询的最佳评估。选择产生一般关于预定门限的最大相关性的假设，作为最可能码和定时匹配的假设。一旦确定所选的假设，用所选假设对访问探询进行去扩展，以获得访问消息。
在具有多个用户的通信系统中，可能有多于一个访问探询同时或者在检测到信号的预选时间期间内，到达信关或基站。在这发生时，访问探询可能冲突或相互干扰，使得它们不能被信关或基站识别。避免这种冲突的一种方法是运用中央控制访问技术，其中通信系统调度用户终端访问探询发送。这种技术的一个缺点是大量的访问信道带宽被这种调度机构所消耗。
用来避免这种冲突的另一种技术是时隙随机访问技术，诸如“时隙ALOHA”技术。在时隙随机访问技术中，规则系统宽定时结构建立可行发送或接收时间。一般将访问信道分成一系列固定长度帧或者“时隙”或窗口，每个具有相同固定持续时间，用于接收消耗的时隙。一般将访问信号构成为“数据包”，它包括前置和消息部分，必须到达所需的时隙的开始部分。用户终端根据它自己的判断力进行发送，但是驱使它在单个时隙的边界内发送来接收消息。在访问信道上用这种技术大大减小了来自不同用户的访问探询在信关或基站冲突的可能性。
不幸的是，时隙随机访问技术还导致在访问信道上大量不被使用的时间。由于必须在单个时隙内发送访问探询，所以必须选择时隙持续时间超出最长可能访问探询的持续时间。由于所有时隙都持续相同时间，所以对于除了最长的访问探询之外的所有访问探询，时隙将有部分为空。结果是在访问信道上浪费大量带宽，减小访问信道的用户容量。
不能在特定帧期间获得访问探询导致希望访问的发射机必须重新发送访问探询，以允许接收机在下一个帧内再次检测探询。一起到达的多个访问信号“冲突”，而且不能捕获到它们，在这两种情况下都需要重新发送。在任一种情况下，当初始蚕丝试办时，下一个访问发送时间基于等于最小时隙长度的延迟时间，而且一般基于随机数量的时隙或帧。因此，在再次重新发送和接收之前，经过大量时间。在探询捕获过程中的延迟长度增加达在接收机中的复位捕获电路(reset acquisition circuit)中的任一延迟，以扫描各种假设，而且增加在如上所述的首先要捕获的其他探询中的任一延迟。最终，访问探询不再，至少不在实际时限内，能够被捕获，如果不解决定时不确定的问题的话。
所需的是用于增加在扩展频谱通信系统中的时限随机访问信道上的用户容量的系统和方法。较佳的是，该技术允许以最小延迟和有效地接收访问探询。
发明概述本发明是一种用于通过运用多部分访问探询，增加在扩展频谱通信系统中的时隙随机访问信道上的用户容量的系统和方法。本发明还具有在初始访问失败后减小获得访问的延迟的优点。
通过用于在至少一个访问信道上发送多个访问信号的方法和装置实现本发明，其中每个访问信号包括前置和消息部分，其中前置部分具有第一和第二级。访问探询前置不包含消息信息，但是包括空数据。
通过用第一信号调制前置部分的第一级和第二级、用第二信号调制前置部分的第二级；和用所述第一和所述第二信号调制该消息，产生访问信号。于是，以第一级和第二级的形式以及消息的形式发送访问信号。于是，可以在访问信号划分(divided)时隙上发送和接收已形成的访问信号，从而前置部分落在多个预选时隙的一个内。结果是当及时发送多于一个的访问信号，从而第二级或消息部分重叠一个或多个其他发送访问信号的第一级时，仍然可捕获它。
在较佳所述实施例中，可以在分成信号接收时隙的访问信道上发送和接收访问信号，其中上述信号接收时隙的长度基本上与所述第一级相同。另一方面，可以在分成信号接收时隙的多个访问信道上接收访问信号，其中上述信号接收时隙相互时间偏差达长度基本上等于所述第一级的期间。
最好通过首先用短PN序列调制或扩展访问信号，来形成访问探询的第一部分，其中上述短PN序列还用来扩展第二部分。在较佳实施例中，短PN序列是一对正交短PN序列。一般运用用于发送具有第一和第二PN码调制器、数据调制器和发射机的多部分访问探询的装置完成这种扩展。
第一PN码调制器用所需短PN序列扩展访问探询的第一和第二部分，同时第二PN码调制器用长PN序列扩展访问探询的第二部分。数据调制器利用访问消息调制第二部分。于是，发射机发送访问探询，从而第一部分落在一个访问信道时隙内。
用于接收多部分访问探询的装置包括多个解调器和搜索器接收机。搜索器接收机捕获访问探询的第一部分，把对探询的进一步处理，即，第二部分，传递到一个解调器。搜索器接收机可以捕获另一个访问探询的第一部分，同时解调器解调第一访问探询的第二部分。可以重复该处理过程，捕获和传送(hand-off)如在任一给定时间间隔内可接收、解调和捕获的那么多的访问探询。
参照下列附图，描述本发明，其中相同标号表示相同或功能相似的元件，并且标号的最左边数字表示该标号首先出现的附图。
图1示出根据本发明的一个实施例构成并操作的示例无线通信系统。
图2示出在图1的通信系统中的信关和用户终端之间用到的通信链路的示例实施方法。
图3更详细示出访问信道的结构。
图4是表示用于在传统时隙随机访问信道中的访问探询的典型定时结构的时序图。
图5是示出根据本发明的较佳实施例的时隙随机访问信道中的访问探询的时序图。
图6示出用于根据本发明的一个实施例产生访问探询的协议。
图7是示出用来根据本发明的一个实施例发送访问探询的示例访问信道发射机的方框图。
图8是示出根据本发明的一个实施例的访问信道发射机的操作的流程图。
图9是示出用于根据本发明的一个实施例接收访问探询的示例访问信道接收机的方框图。
较佳实施例的详细描述本发明是一种用于通过使用多部分访问探询来增加在扩展频谱通信系统中的时隙随机访问信道上的用户容量的系统和方法。本发明还减小重新发送不成功访问探询或信号中的延迟。在本发明的一个实施例中，从用户终端把访问探询发送到信关或基站。
虽然关于特定实施例详细描述本发明，但是可进行各种修正，而不偏离本发明的范围。例如，本发明同样可适于除了用多个PN码序列扩展的访问信道发送之外的发送。此外，本发明的通信信道不局限于所述空间链路，而且可用于有线、光纤电缆等等。
在典型的CDMA通信系统中，在预限定地理区域内的基站或小区运用几个扩展频谱调制解调器或发射机和接收机模块，来处理用于在业务区域内的系统用户的通信信号。每个接收机模块一般用数字扩展频谱数据接收机和至少一个搜索器接收机，以及相关解调器，等等。在典型的操作过程中，向用户终端分配在基站中的特定发射机模块和特定接收机模块或单个调制解调器，来容纳在基站和用户终端之间的通信信号的传递。在一些情况下，可用多个接收机模块或调制解调器来容纳分集信号处理。
对于运用卫星的通信系统，一般将发射机和接收机模块设置在被称为信关的基站中，其中上述信关通过卫星传递通信信号来于系统用户进行通信。此外，还有与卫星或信关进行通信的其他相关控制中心来保持系统宽话务控制和信号同步。
I.系统概述图1示出根据本发明构成和操作的无线通信系统的例子。通信系统100利用控制扩谱调制技术来于用户终端(示为终端126和128)进行通信。在地面系统中，通信系统100运用基站(示为基站114和116)与移动站或用户终端126和128进行通信。在大城市中的蜂窝状电话类系统可具有几百个基站114和116来对几千个用户终端126和128提供业务。
在基于卫星的系统中，通信系统100采用卫星中继站(示为卫星118和120)和系统信关(示为信关122和124)来与用户终端126和128进行通信。信关122和124通过卫星118和120把通信信号发送到用户终端126和128。基于卫星的系统一般用较少的卫星中继站以在比可比较的地面系统更大的地理区域上对更多用户提供业务。
移动站或用户终端126和128都具有或包括无线通信装置，诸如(但不局限于)蜂窝状电话、数据收发机或传递装置(例如，计算机、个人数据助手(assistant)、传真)。一般，根据需要，这样的单元是手持或者安装在车辆中。虽然描述这些用户终端是移动的，但是应理解本发明的内容可用于固定单元或需要远程无线业务的其他类型的终端。后者业务一般适于用卫星中继站来在世界上的多个远程区域中建立通信链路。根据喜好，有时还将用户终端称为在一些通信系统中的用户单元、移动单元、移动站或简单地“用户”、“移动”或“订户(subscriber)”。
在上述美国专利号5,691,974号和美国专利申请序号08/627,830(发明名称为“对于低地球轨道卫星通信系统的导频信号强度控制”)和08/723,725号(发明名称为“运用两个低地球轨道卫星的明确位置确定”)中揭示了示例用户终端，上述专利申请作为参考资料在此引入。
考虑到卫星118和120提供在“点”内的多个波束来覆盖通常分开的非重叠地理区域。一般，在不同频率的多个波束(同样被称为CDMA信道、“子波束”或FDM信号、频率隙(frequency slot)或信道)用于重叠相同的区域。然而，容易理解的是对于不同卫星的波束覆盖和业务区域，或者对于地面区站的天线方向图，可以在给定区域中完全或部分重叠，这依赖于通信系统设计和所提供的业务种类，而且还可在这些通信区域或装置中的任一区域或装置之间获得空间分集。例如，每个都可在不同频率下，向具有不同特性的不同用户组提供业务，或者给定的移动单元可用多个频率和/或多个业务提供者，其中每个频率和/或每个业务提供者都重叠地理覆盖区。
如图1所示，通信系统100一般用系统控制器和交换网络，还称为在地面系统中的移动电话交换局(MTSO)112，或对于卫星系统的(地面)命令和控制中心(GOCC)，它们正与卫星进行通信。这种控制器一般包括接口和处理电路，用于对基站114和116或信关122和124在某些操作中(包括PN码产生、分配和定时)提供系统宽控制。控制器112还控制在公共交换电话网(PSTN)以及基站114和116或信关122和124，和用户终端126和128之间的通信链路或电话呼叫的路由选择。然而，PSTN接口一般形成每个信关部分，用于直接连接到这种通信网络或链路。
可运用已知技术(诸如，但不局限于，专用电话线、光纤链路和微波或专用卫星通信链路)，建立控制器122耦合到多个系统基站114和116或信关122和124的通信链路。
虽然图1中只示出两个卫星，但是通信系统一般采用多个卫星118和120来穿越不同的轨道平面。已提出多种多卫星通信系统，它们包括那些运用向大量用户终端提供业务的低地球轨道(LEO)卫星的星座图。然而，熟悉本技术领域的人员容易地理解如何将本发明的内容用于多种地面和卫星系统结构。
在图1中，用于在基站114和116以及用户终端126和128之间的通信链路的一些可行信号路径示为线130、132、134和136。在这些线上的箭头示出对于该链路的示例信号方向，或者前向链路或者反向链路，而且只为了说明清楚，而不是局限于实际信号形式。
以类似的方法，将对于在信关122和124、卫星中继站118和120以及用户终端126和128之间的通信链路的信号路径，对于网关一至一卫星链路示为线146、148、150和150，对于卫星-至-用户链路示为线140、142和144。在一些结构中，建立直接卫星-至-卫星链路(由线154所示)是可行和理想的。
对熟悉本技术领域的人员显而易见的是，本发明适于基于地面的系统或基于卫星的系统。于是，为了说明清楚，此后将信关122和124以及基站114和116集中称为信关122。有时在现有技术中可交替地使用术语基站和信关，而信关被认为是通过卫星的直接通信的专用基站。同样，卫星118和120可集中称为卫星118，而用户终端126和128可集中被称为用户终端126。
II.通信链路图2示出在通信系统100中的信关122和用户终端126之间所用到的通信链路的示例实施。在通信系统100中用两个链路来促进在信关122和用户终端126之间的通信信号的传递。这些链路被称为前向链路210和反向链路220。前向链路210处理从信关122发送到用户终端126的发送信号215。反向链路220处理从用户终端126发送到信关122的发送信号225。
前向链路210包括前向链路发射机212和前向链路接收机218。在一个实施例中，根据如在上述引用的专利中所解释的已知的CDMA通信技术，在信关122中实施前向链路发射机212。在一个实施例中，根据在上述引用的专利中所揭示的已知的CDMA通信技术，在用户终端126中实施前向链路接收机218。
反向链路220包括反向链路发射机222和反向链路接收机228。在一个实施例中，在用户终端126中实施反向链路发射机222。在一个实施例中，在信关126中实施反向链路接收机228。
如上所述，反向链路220运用至少两个信道，包括一个或多个访问信道和一个或多个反向话务信道。由分开的接收机或以不同模式操作的相同接收机实施这些信道。如上所述，用户终端126用访问信道来启动或响应与信关122的通信。对于每个现行(active)用户，在任一给定时间内需要分开的访问信道。特别是，由几个用户终端126时间共享访问信道，同时将来自每个现行用户的传输时间上相互分开。下面，进一步详细描述访问信道的结构和信号。
系统可用多于一个的访问信道，这依赖于已知因素，诸如信关复杂度的所需等级和访问定时。在较佳实施例中，每频率使用1至8个访问信道。在较佳实施例中，在反向话务信道和访问信道之间使用不同的PN扩展码组。此外，访问信道可使用非常短的PN码，从唯一码组(或代码发生器)选出，通过通信系统100分配只供访问信道使用。这后一项技术在存在信号延长和多普勒及其他已知效应的情况下，为在信关处快速捕获访问信号提供非常有效的机构。
III.访问信道图3更详细地示出访问信道300。访问信道300包括访问信道发射机310、访问信道接收机320和访问信号或探询330。访问信道发射机310可包括在如上所述的反向链路发射机322中。访问信道接收机320可包括在如上所述的反向链路接收机328。
访问信道300用于短信令消息交换，包括呼叫始发、响应寻呼和从用户终端126始发和最终到信关122的登记。为了使用户终端126始发或响应在访问信道300上与信关122的通信发送被称为访问探询330的信号。
一般，访问信道还与在通信系统中用到的一个或多个特殊寻呼信道相关。这使得在系统知道响应于寻呼到哪里寻找用户终端访问发送的方面，更有效地响应寻呼消息。根据固定系统设计，可知道相关性或分配，或者向用户终端指示在寻呼消息的结构内。
IV.在访问探询中的定时不确定性由于作为在地球周围的卫星118的轨道结果，改变在用户终端126和卫星118之间的距离或传播路径长度，使得在访问探询330中产生不确定性。这种定时不确定性受到最小传播延迟和最大传播延迟的束缚。最小传播延迟是一般当卫星118直接在用户终端126的上方时，寻呼从用户终端126传播到卫星118(和信关)所需的时间量。最大传播延迟是当卫星118位于用户终端126的预定有用水平线时，寻呼从用户终端126传播到卫星118的时间量。总延迟还受信关相对于卫星的位置的影响，而且还改变发生最大或最小的卫星位置。以类似的方法，对于在用户终端和基站114或其他信号源之间的相对移动，可产生某种程度定时不确定性，虽然一般根据相对移动，幅度较小。
为了适当获得访问探询330，解决定时不确定性是必须的。特别是，必须已知PN码相位和定时，即，PN码序列的开始时间，以便去扩展在形成访问探询330中所用的长短PN码。通过使访问探询330和各种定时(以及适当的代码)假设相关联，来确定哪个定时假设是对于捕获访问探询330的最佳估计。使定时假设在时间(和对于多普勒效应是频率)上相互偏移，而且代表访问探询330或者用于产生访问信号的PN码的定时的多种估计。产生与访问探询330的最高相关性(一般，是超出预定相关性门限的那个)的假设是对该特定访问探询330使用的定时的最可能估计(假设，“正确”或适当)。一旦通过这种方式解决定时不确定性，根据已知技术可运用已分辨定时和长短PN码来去扩展访问探询330。
V.对于访问探询发送的系统定时对于访问信号的一般访问技术是称之为“时隙ALOHA”的时隙随机访问。根据这种技术，通信系统100建立在访问信道上的规则定时结构来协调访问探询发送。图4是示出用于在传统时隙随机访问信道400中的访问信号或探询的典型定时结构的时序图。信道400包括访问时隙402、边界404、保护带406和访问探询408。把信道400分成具有边界404的称为访问时隙402的相等持续时间的时间块。在较佳实施例中，每个访问时隙402包括引导保护带406A和结尾保护带406B，来容纳上述定时不确定性。
当用户终端希望访问通信系统100时，即，始发或响应于通信，用户终端把访问信号或探询408发送到信关122。传统访问探询408包括访问前置和访问消息，而且由在用户终端126中的访问信道发射机310发送到在信关122中的访问信道接收机320。在传统扩展频谱系统中，前置和访问消息都用短PN码对正交扩展，而且用长PN码信道化。前置一般包括空数据，即，全“1”或全“0”，或者“1”和“0”的预选模式。在发送访问消息之前先发送前置，向访问信道接收机提供捕获访问探询408的机会。当访问信道接收机320接收前置时，访问信道接收机320必须运用短PN码对和长PN码来去扩展它。一旦由访问信道接收机320确定短PN和长码，把访问探询认为是被捕获的。在预定时间期间内发送前置之后，由访问信道发射机310发送访问消息。运用用来扩展前置的相同短PN码对和长PN码，扩展访问消息。
前置必须具有足够长度，从而访问信道接收机320有时间来处理假设，而且在发送访问消息之前捕获访问探询。否则，访问信道接收机320将仍然尝试捕获访问探询，同时发送访问消息。在这种情况下，不适当地接收访问消息。捕获访问探询所需的时间，被称为捕获时间，根据与处理假设并行用到多少接收机、各种码序列有多长、在信号发送中的定时不确定范围，等等，而变化。此外，选择前置的重复长度和频率，来使在由不同用户终端发送的访问探询之间的冲突最小。显而易见，认为这些因素中的每个因素是基于在确定前置长度时的系统设计考虑。
如果同时发送，那么传统设计的访问探询相互干扰。处于这一原因，可在时隙随机访问信道上的一个访问时隙期间，只成功地接收一个传统访问探询。由于对于特定用户不保留访问时隙，所以用户可以在任一访问时隙期间发送。然后，在发送另一个消息之前，用户等待来自接收机的确认。如果在预定期间之后，没有接收到任何确认，那么用户假定访问探询与来自另一个用户的访问探询冲突，或者不能简单地接收，并重新发送访问消息。
选择在传统时隙随机访问信道中的访问时隙持续时间(更少的保护带)超出最长可行访问探询的长度。于是，发送传统访问探询，以完全落在一个访问时隙402中。这种布局在一定程度上减小冲突的可能性。然而，这种布局还导致大量的访问信道400不被使用。因为添加通信信道很昂贵，所以理想的是使任一通信信道的不使用部分最小，特别是用来获得访问系统或建立通信链路的。
图5是示出根据本发明的较佳实施例的时隙随机访问信道中的访问探询的时序图。在图5中，根据本发明，传统访问探询408已被多部分访问探询502所替代。在待批、共同拥有的申请中(1998年6月16日申请，发明名称为“用于访问发送的快速信号捕获和同步”，其美国专利申请号是09/098,631，并作为参考资料在此引入)详细揭示了这种多部分访问探询。如下所述，在某些条件下，这种多部分访问探询可以部分重叠。这种技术不仅大大减小了访问信道400的不使用部分，还允许多个访问探询502在基本上相同的时间，至少在一定期间内，共享访问信道400。在本发明和传统协议400之间的一个基本差异是最初只用短PN码对扩展前置，后来用短PN码和长PN码扩展。这允许访问信道接收机320只用短PN码对440来解决定时不确定性。相反，传统协议400要求用短PN码对440和长PN码450来解决定时不确定性。
VI.用于根据本发明发送访问探询的协议图6示出用于根据本发明的一个实施例产生访问探询502的协议或处理结构600。在协议600中，访问探询502包括访问探询前置(前置)604和访问探询消息(访问消息)606。根据本发明，在两个阶段发送前置604第一级508和第二级510。在单个消息级512中发送访问消息606。把级508、510和512分成两部分用于调制第一部分504和第二部分506。第一部分504包括第一级508，而且用短PN码620扩展。第二部分506包括第二级510和消息级512,而且用短PN码620和长PN码622扩展。在较佳实施例中，短PN码620是正交PN码对，而且用于运用已知技术来扩展信号。在一个实施例中，用来扩展Q信道的PN码序列可以是用来扩展I信道的PN码信道的经延迟的型式，虽然分开的代码是较佳的。
在第一级508中，在足以允许访问信道接收机320确定短PN码620的定时的时间长度内，用短PN码620扩展访问探询502的前置604。前置604可以包括任何比特模式，它有助于捕获访问探询502。在较佳实施例中，对于前置604的比特模式是空数据，诸如全1、全0的比特模式，或者“1’s”和“0’s”的预选模式。为了有助于信关122快速捕获访问探询502，长PN码632不用于扩展第一级508。
在第二级510中，用短PN码620扩展访问探询502的前置604，如第一级508一样。还用长码622扩展前置604，以有助于由信关122对长码的同步。当用户终端126尝试在特定访问信道上访问时，长码622包括与该访问信道相关的掩码，产生伪正交PN码。信关用相同的掩码来解调对于该特定访问信道的信号。在第二级510结束时，访问信道接收机320应捕获访问探询502。
可以与在典型话务信道上的数据相类似的方法编码访问消息，其中运用诸如Walsh函数的一组正交码M阵列(M-ary)调制上述数据。虽然定时不确定性一般对这种方法起反作用，但是也可运用单个Walsh函数来调制数据。
在另一实施例中，在消息级512期间，用从一组正交码选定的一个或多个正交码调制该消息数据，然后用短码620扩展和用长码622扩展。在共同拥有待批美国专利申请SN08/627,831号(发明名称为“运用正交波形来共享CDMA信道”(PA208)，作为参考资料在此引入)中揭示了示例正交PN码组。
运用协议600产生的两个访问探询502在某些条件下可能冲突或相互干扰。例如，用相同短PN码620调制的两个信号将相互干扰，如果它们到达访问信道接收机320的时间差小于一半码片，模256码片。因此，如果发送它们的第一级508以在相同访问时隙402中接收到，那么两个访问探询502可能冲突。
此外，用相同短PN码620和相同长码622调制的两个信号将在某些条件下相互干扰。特别是，如果它们到达访问信道接收机320的时间差小于一半码片，模256码片，那么用相同短PN码620和相同长PN码622调制的两个信号将相互干扰。因此，如果发送它们的第二级510以在相同访问时隙402内接收到，那么两个访问探询502可相互干扰。
然而，用短PN码620调制的信号只不与同样用长PN码622调制的信号冲突。因此，一个访问探询的第一级508可以占用与第二级510相同的访问时隙402，和/或另一个访问探询的消息级512。
此外，用一个正交码(使用时)调制的信号不与用从相同正交扩展码组选出的其他正交码调制的信号相互干扰。因此，一个访问探询的消息级512可占有与另一个访问探询的消息级512相同的访问时隙402。
因此，根据本发明，访问探询502可共享访问时隙402，或者其一部分。于是，当对于每个访问探询502的第一级508注意到(observe)时隙随机访问技术，和访问探询502的第二级的到达时间不与上述一致时，根据图6的协议调制的通信信号可以部分重叠，如图5所示。这允许运用时隙，否则的话就浪费或不可用。于是，本发明导致更加有效地运用通信信道。
此外，通常将每个访问时隙的长度定义为访问信号的每部分(即，前置和消息部分)以及保护带(如果使用的话)(级508+级508+512)的长度之和。这在给定时间期间内提供可用的时隙数量。在给定频率上的可用访问信道的数量受短PN码的数量限制。此外，这些事实提供其中用户可尝试访问通信100的时隙数量。然而，通过本发明，可有效地增加访问信道的数量。
例如，可用部分访问探询或访问探询级可以重叠的事实来尝试多个访问信道。即，可以形成访问信道，这基于或运用短PN码，其中用专用于或用于前置的第一部分(仅短PN扩展)的预选时间期间移位其定位结构。信道用相互移位的相同短PN码时间，从而可以接收的各种邻近访问信号或探询部分不一致。可以在一个信道中接收访问探询，同时另一个信道接收另一个访问探询，它用相同短PN码，但是具有时间偏置，第一前置级的长度或者更大，从而两个信号不一致。接收第二前置级和消息部分不会导致在该方法中的冲突，而且不需要在建立信道偏置方面直接说明那些部分。该接收机可以根据它们用于在信号捕获和解调处理的假设中的时间偏置PN码，建立信道。根据用于时间偏置以保证前置接收的时间长度，以及任何所需保护带，如前面所述，估计可在相同频率空间中产生至少两倍或三倍多的信道。
然而，本发明的较佳实施例认识到另一方面，可将每个时隙的总(固定)长度减小到短PN码的周期，加上如系统性能所需的保护带或额外时间。由于除了在使用相同短PN码的这一短时间之外的其他时间内访问探询应不冲突，所以不需要更长时隙来区分、捕获和解调访问信号。这允许实际上在访问信道或频率上产生每信道(在一些系统中也称为信道)更多的访问时隙。这种技术提供增加的访问信道容量和访问容易度，而不增加用于产生和监视访问信道的硬件或控制系统的复杂度。
VII.访问信道发射机图7是用于根据图6的协议或信号结构发送访问探询502的示例访问信道发射机310。访问信道发射机310包括数据调制器702、PN码调制器704、发射机706和天线708。
图8是示出图7的电路的操作的流程图。在步骤802中，数据调制器702用访问消息调制传统设计(未图示)的载波信号(基带)，来产生访问探询502的第二部分506的消息级512。在步骤804中，PN码调制器704A运用长PN码622调制由数据调制器702产生的一部分信号，以产生访问探询502的第二部分504。在步骤806中，PN码调制器704B用短PN码620调制由PN码调制器704A产生的信号的第一部分504和第二部分506。在步骤808中，发射机706通过天线708发送访问探询502，从而访问探询502的第一部分504完全落在一个访问时隙402中。
VIII.访问信道接收机图9是对于根据图6的协议接收访问探询502的示例访问信道接收机320的方框图。访问信道接收机320包括搜索器902、解调器904A-904N和天线908。访问信道接收机320的两级体系结构对于以流水线方法处理本发明的多部分访问探询是十分理想的，如下所述。
在操作过程中，搜索器902运用天线908接收访问探询502，并捕获前置604。通过捕获短PN码620和长PN码，捕获前置604，如上所述，而且去扩展访问探询502。当搜索器902具有捕获的前置604时，搜索器902把去扩展访问探询传递到一个解调器904。解调器904解调去扩展访问探询来获得访问消息606。
由于由分开的功能单元捕获前置604和访问消息606，所以对于不同访问探询它们可以同时发生。更具体地说，即，解调器902可以解调一个访问探询的访问消息，同时搜索器902捕获另一个访问探询的前置。理想的是，这种布局适于根据本发明，更有效地运用重叠多部分访问探询。如上所述，由于在全部传统访问期间都过去之前，再次发送没有成功接收到的访问信号，所以即使不捕获的或不成功的(unacquired or failed)访问信号也能更有效地获得对探询系统的访问。此外，当提供有附加偏置访问信道或所使用的更短时隙时，不捕获的可能性减小以及重新发送和捕获访问信号的时间减小。
IX.结论提供较佳实施例的前面描述来使得熟悉该技术领域的人员能够进行或运用本发明。虽然参照其较佳实施例特别示出和描述本发明，但是熟悉本技术领域的人员应理解，可对其进行各种形式和细节变化，而不偏离本发明的构思和范围。例如，本发明同样适用于除了用多码序列扩展的访问信道发送之外的其他发送。
我们对我们的发明所要求的权利是
权利要求
1.一种用于在具有多个访问信道时隙的时隙随机访问通信信道上发送多部分访问探询的系统，其中每个所述访问探询包括访问消息，其特征在于，所述系统包括第一调制器，用于通过短伪噪声序列调制第一部分和第二部分访问探询；第二调制器，用于通过长伪随机序列调制所述第二部分访问探询；数据调制器，用于通过所述访问消息调制所述第二部分；和发射机，用于发送所述访问探询，从而所述第一部分落在一个所述访问信道时隙内。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短PN序列的长度是28码片。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述长PN序列的长度是242码片。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短PN序列是一对正交短伪噪声序列。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述访问信道时隙具有第一和第二保护带，其中用于发送的所述装置还包括用于发送所述访问探询的装置，从而所述第一部分落在所述第一和第二保护带之间的一个所述访问信道时隙内。
6.一种用于在具有多个访问信道时隙的时隙随机访问通信信道上接收多部分访问探询的系统，其中每个所述访问探询包括用短伪噪声序列调制的第一部分和用所述短伪噪声序列和长伪噪声序列调制的第二部分，其特征在于，所述系统包括用于解调所述访问探询的多个解调器；和搜索器接收机，用于捕获和去扩展所述访问探询，并把所述去扩展访问探询传送到所述多个解调器之一。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述时隙随机访问通信是时隙ALOHA信道。
8.一种用于在具有多个访问信道时隙的时隙随机访问通信信道上发送多部分访问探询的方法，每一个所述访问探询包括访问消息，其特征在于，所述方法包括下列步骤用短伪噪声序列调制所述访问探询的第一部分和第二部分；用长伪噪声序列调制所述访问探询的第二部分；用所述访问消息调制所述第二部分；和发送所述访问探询，从而所述第一部分落在所述访问信道时隙之一内。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述短伪噪声序列的长度是28码片。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述长伪噪声序列的长度是242码片。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述短伪噪声序列是正交短伪噪声序列对。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，每个所述访问信道时隙具有第一和第二保护带，还包括下列步骤发送所述访问探询，从而所述第一部分落在所述第一和第二保护带之间的所述访问信道时隙之一。
13.一种用于在至少一个访问信道上发送多个访问信号的方法，每个包括前置和消息部分，其中所述前置具有第一和第二级，其特征在于，所述方法包括下列步骤用第一信号调制所述前置的所述第一级和第二级；还用第二信号调制所述前置的所述第二级；用所述第一信号和所述第二信号调制所述消息；以及以所述第一级、所述第二级和所述消息的形式发送所述访问信号，从而所述前置落在其长度大致相当于所述第一级的多个预选时隙之一内。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，及时发送多于一个访问信号，从而第二级或消息部分重叠一个或多个其他发送访问信号的所述第一级。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括形成对于所述预选时隙的边界的保护带。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在足以让接收机捕获所述第一信号定时的时间内发送所述前置的所述经调制第一级。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，对于足以让接收机捕获所述第二信号的定时的时间内，发送所述前置的所述经调制第二级。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一信号是一对正交扩展、伪噪声序列。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二信号是信道化伪噪声序列。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述访问信号包括跟随所述前置的消息，由所述第一码序列和所述第二码序列调制所述消息。
21.一种用于在无线通信系统中运用访问信号的方法，其特征在于，包括发送包括前置和消息的访问信号，所述前置具有预定第一长度的第一级和第二级，所述第一级具有用第一信号调制的数据，所述第二级具有用第二信号和所述第一信号调制的数据；和在被分成信号接收时隙的访问信道上接收所述访问信号，其中所述信号接收时隙实际上具有与所述第一级相同的长度。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述前置的第一级包括空数据。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述前置的第二级包括空数据。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一信号和所述第二信号是PN序列。
25.一种用于在无线通信系统中运用访问信号的方法，其特征在于，包括发送包括前置和消息的访问信号，所述前置具有预定第一长度的第一级和第二级，所述第一级具有用第一信号调制的数据，所述第二级具有用第二信号和所述第一信号调制的数据；和在被分成信号接收时隙的多个访问信道上接收所述访问信号，其中所述信号接收时隙是相互时间偏离达基本与所述第一级的长度相等的期间。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述前置的所述第一级包括空数据。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一信号和所述第二信号是PN序列。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括形成对于所述信号接收时隙的边界的保护带。
29.一种用于在接收机处获得来自发射机的发送，所述发送具有前置，所述前置具有第一级和第二级，其特征在于，所述方法包括下列步骤在所述前置的所述第一级期间，对由接收机接收到的发送执行粗略搜索，其中用第一信号调制所述前置的所述第一级，所述粗略搜索确定所述第一信号的定时偏置；在所述前置的所述第二级期间，对由所述接收机接收到的所述发送执行精细搜索，其中用所述第一信号和第二信号调制所述前置的所述第二级，所述精细搜索确定所述第二信号的定时偏置，其中运用所述第一信号和所述第一信号的所述定时偏置确定所述第二信号的所述定时偏置；和运用所述第一信号、所述第二信号、所述第一信号的定时偏置和所述第二信号的所述定时偏置，解调所述发送。
全文摘要
本发明是一种通过运用多部分访问探询(502)增加在扩展频谱通信系统(100)中的时隙随机访问信道上的用户容量的系统和方法。运用短PN码序列(620)调制访问探询前置(604)的第一和第二部分(508,510),而且用长PN码序列调制访问探询(502)的第二部分和剩余部分。在访问探询(502)的第二部分(606)上,调制由访问探询(502)发送的信息,而且发送访问探询,从而探询前置(604)的第一部分(508)落在访问信道时隙(402)的边界内。在一个实施例中,使在用于访问信号接收的访问信道(400)中的时隙(402)的长度为第一部分(508)的长度。在另一个实施例中,在用于访问信号接收的多个邻近访问信道中的时隙(402)比所述第一部分(508)更长,但是相互时间偏置达第一部分的长度或周期。
文档编号H04B7/26GK1327651SQ9881100
公开日2001年12月19日 申请日期1998年11月10日 优先权日1998年6月16日
发明者D·S·米勒, R·维贾雅恩, E·泽哈维, J·列文 申请人:夸尔柯姆股份有限公司