专利名称：通过移动通信系统中保留的接入时隙控制信道接入的装置和方法
背景技术：
1.发明领域本发明一般涉及通信系统，特别涉及码分多址(CDMA)移动通信系统中的信道接入控制装置和方法。具体地讲，本发明涉及在移动台要发送长度超过一个无线帧的数据的情况下，当基站为移动台保留特定接入时隙时进行的信道接入，以增加传输效率和系统性能。
2.相关技术的描述在移动通信系统中，移动台向基站的随机接入会产生冲突，因为有关可用信道的信息没有在移动台之间进行交换。作为减小冲突概率的另一种方案，已引入接入时隙的概念。
移动台想要按照物理层的无线帧单元中的接入偏址(offset)与基站同步地发送数据。一个无线帧包括四个偏址，当两个或更多个移动台用相同的偏址接入相同代码时便会发生冲突。这种偏址单元发送系统称为时隙ALOHA系统，一般用于移动通信系统。时隙ALOHA系统能使移动台具有较少的延迟时间，从而提供比标准ALOHA系统高的信道使用效率。
更具体地讲，当有信令消息或分组数据要发送到基站时，移动台想要参照用于随机接入的接入代码和偏址信息发送数据。当上层(即，链路接入控制子层(LAC子层))的消息长度超过一个帧时，以无线帧长度为单位对该上层消息分段，并加入相应的指示位。当完成对无线帧的构建时，移动台在偏址开始时间将这些无线帧经特定信道发送到基站，并等待接收确认。当从移动台接收到数据时，基站利用循环冗余校验(CRC)代码执行纠错，以判断接收的数据是否有错，并将确认信号发送到移动台。
此外，当有附加数据要接收时，基站在结束对附加消息的接收之后对接收的数据进行组合(assembly)。在对消息进行组合之后，基站将数据发送到上层。当接收到来自基站的确认信号时，移动台在随机延迟后发送附加数据或新数据。如果在数据发送之后的预定时间内没有接收到确认信号，则移动台重发所述数据。
图1是说明传统的广播控制信道的帧结构的图。广播控制信道(BCCH)包括一对无线帧，BI字段指示该帧是第一无线帧还是第二无线帧。此外，TX PWR字段表示广播控制信道的发送功率；SFN字段表示系统帧号码，它对每一个无线帧加1；UP INTERFACE表示最新反向干扰的测量值；W字段指示在作为MAC层的上层的链路接入控制(LAC)子层中的数据被分段发送的情况下，数据是否在下一帧中连续；CRC字段包括循环冗余代码；以及，TA字段包括尾部位，用于正交编码器的初始化。在IMT-2000系统中，为分配信令信道，移动台经一随机接入信道(RACH)发送信道分配请求，然后，基站经一前向接入信道(FACH)发送对所述信道分配请求的确认信号。当基站向移动台发送系统信息时，采用广播控制信道。
图2是说明随机接入信道的帧结构的图。在图2中，D字段表示填充位；U/C字段指示该帧数据是用户数据还是控制数据；TN字段表示信息是用在基站收发信机系统(BTS)和移动台之间还是用于基站控制器(BSC)和移动台之间；S字段包括一序列号，其中当根据CRC校验结果得知帧有错时，将相应序列号写入S字段，以重发数据；以及，PID字段表示用于识别移动台的分组ID。随机接入信道为物理信道，用在当移动台向基站发送用于请求分配专用信道的控制数据和不需建立专用信道而发送少量用户分组数据的时候。
图3是说明传统的前向接入信道的帧结构的图。在图3中，NA(ACK的数)字段表示用于移动台的随机接入的ACK数。前向接入信道为物理信道，用在当基站向移动台发送控制数据或有关随机接入的确认信息的时候。如图中所示，64K信道帧被分为4个子帧，每个子帧具有16K传输信道。
图4是说明在传统的IMT-2000系统中经RACH和FACH进行的信道接入过程的图。在图4中，“ACK”表示由移动台对基站的成功接入；“FACH”表示前向接入信道；“RACH”表示随机接入信道；以及，“BCCH表示广播控制信道。
参照图4，移动台与基站同步。然后，移动台从RACH获得接入的偏址，然后试图经RACH发送信道接入信息。在经RACH发送的信道接入信息无冲突地被接收的情况下，基站通过经FACH发送一确认信号而通知移动台。一旦接收到确认信号，移动台在随机延迟之后试图接入信道。如图所示，移动台在随机延迟之后在第16个接入时隙发送数据。
如上所述，时隙ALOHA系统不考虑有连续数据要发送的情况。因此，当将大小超过一个无线帧的连续数据以无线帧大小为单位分段，然后以随机接入方式发送时，可能同等地管理连续数据的发送和新数据的发送，从而造成发送延迟问题。也就是说，即使对连续数据的发送，也是在接收到一个无线帧的确认信号之后以随机延迟来发送下一帧。如果连续帧和非连续帧构成同等的争用(contention)，则不能保证当前帧的发送。此外，当通过公共信令信道提供分组数据业务时，会发生时间延迟。也就是说，即使对连续数据的发送，也是在接收到一个无线帧的确认信号之后以随机延迟来发送下一帧。如果连续帧发生冲突问题，则上层消息的发送不能保证在当前持续时间内被发送。此外，当通过随机接入信道提供分组数据业务时，会发生长时间的延迟。
本发明的概述因此，本发明的一个目的是提供一种移动通信系统中的信道接入控制装置和方法，其中当移动台要发送长度超过一帧的数据时，基站为该移动台保留特定接入时隙，从而提高发送效率和系统性能。
为实现上述目的，提供了一种用于移动通信系统中的基站的信道接入方法。该方法包括下列步骤(a)经反向接入信道从移动台接收信道接入信息；(b)检查包括在接收的信道接入信息中的发送数据的长度，从而判断该发送数据是否在至少一个后续帧中连续；和(c)当所述数据在至少一个后续帧中连续时，经前向接入信道为移动台保留反向接入信道上的特定接入时隙。
还提供了一种用于移动通信系统中的移动台的信道接入方法。该方法包括下列步骤(a)从系统广播信道接收接入信道保留信息，并判断一随机接入信道上有多少接入时隙被保留用于下一个系统广播信道数据发送持续时间；(b)经前向接入信道接收反向确认信息，并判断是否为移动台保留了用于下一个系统广播信道数据发送持续时间的接入时隙；(c)当检测到保留的接入信道时，在随机接入信道上的保留接入时隙中发送接入信道帧；(d)判断在第一预定时间内是否从基站接收到响应；和(e)当在第一预定时间内接收到响应时，分析该响应，以确认是否保留了接入时隙，并且当保留了接入时隙时返回步骤(c)。
附图的简要说明从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述目的、特征和优点将变得更明朗，附图中图1是说明现有技术的广播控制信道的帧结构的图；图2是说明现有技术的随机接入信道的帧结构的图；图3是说明现有技术的前向接入信道的帧结构的图；图4是说明在现有技术的IMT-2000系统中经随机接入信道(RACH)和前向接入信道(FACH)执行的信道接入过程的图；图5是说明按照本发明一个实施例的广播控制信道的帧结构的图；图6是说明按照本发明一个实施例的前向接入信道的帧结构的图；图7是说明按照本发明一个实施例的基站如何控制来自移动台的信道接入的流程图；图8是说明按照本发明一个实施例的移动台的信道接入方法的流程图；图9是说明按照本发明一个实施例的用于控制来自移动台的信道接入的基站装置的方框图；图10是说明按照本发明一个实施例的信道接入过程的图；图11是说明对时隙ALOHA系统和本发明之间的平均发送延迟进行比较的图；和图12是说明对时隙ALOHA系统和本发明之间的平均消息吞吐量进行比较的图。
优选实施例的详细描述下面将参照附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，没有详细描述公知的功能或结构，以免以不必要的细节妨碍本发明。
为了支持其中将接入时隙保留功能引入时隙ALOHA系统的新的信道接入机制，广播控制信道和前向接入信道应当能够接受接入时隙保留信息。也就是说，基站经广播控制信道向移动台发送用于随机接入信道的接入时隙保留信息，并经前向接入信道指定用于随机接入信道和相应移动台的保留位置(即，接入时隙号码)。
图5是说明按照本发明一个实施例的广播控制信道的帧结构的图。在图5中，NR字段表示在用于随机接入信道的接入时隙中被保留用于广播控制信道的下一个无线帧持续时间的接入时隙的数。从持续时间的起点开始，基站顺序分配接入时隙。因此，甚至由NR字段的值就能知道争用中的接入时隙的位置。
图6是说明按照本发明一个实施例的前向接入信道的帧结构的图。在图6中，NR字段表示当前确认消息之外的包括保留消息的确认消息数；并且，SI字段表示用于相应移动台的保留接入时隙的位置(PID)。例如，当将值5写入前向接入信道上的确认消息的NA字段并将值3写入其NR字段时，意味着为总共5个移动台中的3个移动台保留接入时隙。
当有数据要发送时，移动台从广播控制信道获取有关随机接入时隙的位置的信息。此外，移动台根据获取的随机接入代码和偏址值来确定要接入的接入时隙。在这种情况下，按照保留的接入时隙数来计算用于移动台的接入概率，然后，将其与一随机变量比较，以确定是否实际接入了接入时隙。这里，随机接入概率P可由下式计算P＝1.0-{(保留的接入时隙数)/(总接入时隙数)} …(1)当随机接入概率为零或者当不允许接入时，在随机重传延迟(randomback-offdelay)之后重试接入。
所示的288位帧要发送10ms(毫秒)。如图所示，该帧在卷积编码和交织之后被分为16个时隙TS#1-TS#16，然后被随机发送。这个过程是本领域中熟知的。将所述帧划分为16个时隙TS#1-TS#16的原因是为了补偿通常在无线电环境中发生的数据丢失。
图7是说明按照本发明一个实施例的用于控制从移动台对基站的信道接入的图。基站判断随机接入数据是否有错并按照结果发送确认消息。此外，基站保持用于随机接入信道的接入时隙保留信息，并将该接入时隙保留信息提供给移动台。
在步骤7A，基站在预定周期从移动台(MS)接收信道接入信息。例如，该信道接入信息包括用于请求分配专用信道的信令消息、以及可在不分配专用信道的情况下经反向接入信道发送的短分组数据(例如，短消息)。在步骤7B，基站利用包括在接收的信道接入信息中的CRC代码执行纠错，以判断接收的信道接入信息是否为无效，并且基于该判断，确认是否向移动台发送确认信号(ACK)。在步骤7C，基站分析该信息，以确认要从移动台发送的数据是否在长度上超过一个无线帧。当数据在长度上超过一个无线帧(即为连续数据)时，在步骤7D，基站参照一反向存储器选择一特定接入时隙，并将所选的接入时隙存储在该反向存储器中，作为用于移动台的专用接入时隙。然后，在步骤7E，基站产生包括接入时隙保留状态(即PID和SI)的确认消息。
在产生确认消息之后，基站在步骤7F判断是否是用于前向接入信道的帧发送时间。如果不是帧发送时间，则流程回到步骤7A。否则，如果是帧发送时间，则基站在步骤7G经前向接入信道发送确认消息。在发送确认消息之后，基站在步骤7H判断是否是用于广播控制信道的帧发送时间。如果不是帧发送时间，则流程回到步骤7A。否则，如果是帧发送时间，则基站在步骤7I经广播控制信道发送表示保留接入时隙的数的系统消息。此时，更新所述保留存储器中的相应信息。
同时，当在步骤7C判断出要从移动台发送的数据在长度上没有超过一个无线帧(即为非连续数据)时，基站进到步骤7J，以产生包括相应移动台的唯一ID(即，PID)的确认消息。之后，基站在步骤7K判断是否为用于前向接入信道的帧发送时间。如果不是帧发送时间，则流程回到步骤7A。否则，如果是帧发送时间，则基站在步骤7L经前向接入信道发送确认消息。
图8说明按照本发明一个实施例的移动台的信道接入方法。在步骤8a，移动台从广播控制信道(BCCH)接收用于接入信道的保留信息。该保留信息用于确定随机接入信道具有多少保留的接入时隙用于下一个20ms。在步骤8b，移动台从前向接入信道(FACH)接收有关是否有任何接入时隙被保留用于移动台本身的保留确认信息。
在步骤8c，基站判断是否有任何接入时隙被保留。一旦检测到保留的接入时隙，则移动台进到步骤8d，以在指定的接入时隙发送一接入信道帧，并激活等待定时器Twait，以在所设定时间内等待来自基站的响应(或确认)。
之后，基站在步骤8e检验等待定时器Twait是否已到时。如果等待定时器Twait还没有到时，则移动台在步骤8f检验是否从基站收到了响应。一旦接收到该响应，则移动台在步骤8g判断是否保留了接入时隙。如果没有保留接入时隙，则移动台返回步骤8d。
然而，如果在步骤8c中没有保留接入时隙，则移动台在步骤8h从广播控制信道接收用于接入信道的保留信息。然后，在步骤8i，移动台从前向接入信道接收用于移动台本身的保留确认信息。随后，移动台在步骤8j按照公式(1)计算接入概率。在计算接入概率之后，在步骤8k，移动台在经过随机延迟时间之后在特定接入时隙发送接入信道帧，然后激活等待定时器Twait。这里，所述特定接入时隙是除保留接入时隙之外的接入时隙之一。
如果在从基站接收到响应之前等待定时器Twait到时，则移动台进到步骤81，以增加重发计数，然后返回步骤8k。重发计数的限制可设置为预定值。
此外，如果在步骤8g没有保留接入时隙，则移动台在步骤8m判断是否有任何数据要发送。如果有数据要发送，则移动台返回步骤8h。如前面所提到的，可以有一种情况是，即使有数据要发送，也可以按照信道条件不保留接入时隙。如果在步骤8m判断出没有数据要发送，则移动台结束该流程。
图9是说明按照本发明一个实施例的用于控制来自移动台的信道接入的基站装置的图。存储器10存储接入时隙保留状态(信息)，比如移动台的唯一ID(即，PID)，以及存储用于各个移动台的保留接入时隙号码或未保留的代码。信道接收器20在预定偏址周期从移动台接收信道接入信息。控制器30分析所接收的信道接入信息，以判断要从移动台发送的数据是否在长度上超过一个帧。如果该数据在长度上超过一个帧，则控制器30选择一特定接入时隙，并将所选的接入时隙存储在存储器10中，作为用于移动台的专用接入时隙，并产生包括该接入时隙保留状态的确认消息。确认发送器40将由控制器产生的确认消息发送给移动台。
例如，在图9的存储器10中，接入时隙号码1和接入时隙号码2被分别保留用于第一和第三移动台MS1和MS3，但没有为第二移动台MS2保留接入时隙。
图10是说明按照本发明一个实施例的信道接入过程的图。在图10中，“RESV”表示保留的接入时隙；“RA”表示移动台可在争用(或竞争)基础上使用的接入时隙；“ACK”表示从移动台成功接入；“DELAY”表示当一随机接入信道到达基站时所需的延迟时间；“FACH”表示一前向接入信道；“RACH”表示一随机接入信道；并且，“BCCH”表示一广播控制信道，通过该广播控制信道将用于下一个20ms持续时间的用于随机接入的保留接入时隙的数通知给移动台。此外，在用于FACH的确认模式中，基站响应于在用于RACH的基于争用的接入时隙中接收的请求而发送有关分配的接入时隙的位置信息。因此，仅当各个移动台首先发送的数据是在用于RACH的基于争用的接入时隙之一中发送的数据时，之后，连续数据才在接入时隙保留基础上被发送。
图11是说明对时隙ALOHA(S-ALOHA)系统和本发明之间的平均发送延迟进行比较的图。如图所示，当信号业务负荷(或概率)为0.1时，给出最大容许接入值，而当信号业务负荷为1时，接入几乎是不可能的。当信号业务负荷为0.25时，传统的时隙ALOHA系统的平均延迟时间为大约400ms，而结合该时隙ALOHA系统和接入时隙保留系统而得到的新系统的平均延迟时间为大约150ms。
图12是说明对时隙ALOHA系统和本发明之间的平均消息吞吐量进行比较的图。由于低业务负荷的消息吞吐量高的事实，结合该时隙ALOHA系统和接入时隙保留系统而得到的新系统具有比传统的时隙ALOHA系统更高的平均消息吞吐量。如图所示，当信号业务负荷为0.8时，传统的时隙ALOHA系统的平均消息吞吐量为大约0.37，而结合该时隙ALOHA系统和接入时隙保留系统而得到的新系统的平均消息吞吐量为大约0.6。
当由两个或更多个连续无线帧组成的数据以超过0.5的业务负荷被发送时，本发明的新方法能在性能上提高20-30％。因此，本发明的新方法可有效用于经公共信道的数据发送。
也就是说，当数据由一个无线帧携带时，结合所述时隙ALOHA系统和接入时隙保留系统而得到的新方法以与传统的时隙ALOHA系统相同的方式进行操作。然而，当数据由两个或更多个连续无线帧携带时，在结合所述时隙ALOHA系统和接入时隙保留系统而得到的所述新方法中能更有效地发送数据，从而增强系统性能。
如上所述，当数据由两个或更多个连续无线帧携带时，所述新方法具有比现有的时隙ALOHA系统更高的发送效率。因此，移动台能够以更少的延迟时间经公共信道或随机接入信道发送分组数据。
尽管已参照本发明的某些优选实施例图示和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，可在不脱离由附属权利要求所限定的本发明宗旨和范围的情况下对其进行形式和细节上的多种修改。
权利要求
1.一种用于移动通信系统中的基站的信道接入方法，包括下列步骤(a)经反向接入信道从移动台接收信道接入信息；(b)检查包括在接收的信道接入信息中的发送数据的长度，从而判断该发送数据是否在至少一个后续帧中连续；和(c)经前向接入信道发送包括当前没有分配给其它移动台的接入时隙数的确认消息，用于保留后续帧。
2.如权利要求1所述的信道接入方法，还包括如下步骤(d)在每一次用于反向接入信道的发送时，都经广播控制信道发送有关保留接入时隙的数的信息。
3.如权利要求1所述的信道接入方法，其中所述步骤(b)包括下列步骤(b1)在一存储器中存储要由移动台使用的接入时隙的接入时隙号码；和(b2)在前向接入信道帧发送时刻，读取存储的接入时隙号码，并产生包括该接入时隙号码的确认消息。
4.一种用于移动通信系统中的移动台的信道接入方法，包括下列步骤(a)从广播控制信道接收接入信道保留信息，并判断随机接入信道上的接入时隙是多少；(b)发送包括用于后续帧数据的保留请求信息的接入消息；(c)经前向接入信道接收包括保留接入时隙号码的确认消息；(d)在检测到保留的接入信道时，在保留接入时隙发送接入信道帧。
5.如权利要求4所述的信道接入方法，还包括如下步骤(e)当在第一预定时间内未能接收确认消息时，在随机延迟时间过去之后在给定接入时隙发送接入信道帧。
全文摘要
提供了一种信道接入控制装置和方法,其中,当移动台要发送长度超过一帧的数据时,基站为该移动台保留特定接入时隙。所述基站经反向接入信道从所述移动台接收信道接入信息;并检查包括在接收的信道接入信息中的发送数据的长度,从而判断该发送数据是否在至少一个后续帧中连续;并且,当所述数据在至少一个后续帧中连续时,经前向接入信道为移动台保留所述反向接入信道上的特定接入时隙。
文档编号H04L12/56GK1272990SQ99800879
公开日2000年11月8日 申请日期1999年6月14日 优先权日1998年6月13日
发明者赵东浩, 朴圣水, 金善美 申请人:三星电子株式会社