CN100484302C - 专用高优先级接入信道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于无线分组数据模式通信的系统和方法，用于便利在一个或多个远程设备与基本目标设备之间的通信。本发明提供了高优先级接入信道(406)，其可由具体使能的分组数据远程单元(102)利用，以在标准通信信道(404)过载时执行来自基站(106)的随机接入信道请求。
Description
技术领域
本发明涉及无线系统通信。更具体地，本发明涉及便利从使用分组数据的有优先级的远程单元到专用优先级信道上的基站的通信。
背景技术
无线产业在过去几年中有了长足的发展。无线通信已经成为日常生活标准的一部分。大多数人在日常生活的不同方面利用着无线通信的派生形式，例如全球移动通信系统(GSM)、通用移动电信系统(UMTS)、载波检测多路存取(CDMA)和801.11。
通常，无线系统设计用于一定地区的覆盖。这些区域通常称为小区(cell)。小区能够使得多个资源重新使用相似的频率以支持距离较远的大城市区域中的服务。整个给定区域中的小区的地理尺寸不必一致，可以根据频率和功率水平、区域拓扑、时刻等等而变化。这些小区内的通信采用称为按需分配多路存取(Demand Assigned MultipleAccess，DAMA)的概念。DAMA使多个设备能够按需要以共享的方式接入网络。基本上，设备按照先来先服务的方式接入网络。在无线网络内有着多种向端用户提供多路存取的方法。最基本地，存在频分复用(FDMA)方法，它本质上是所有无线通信的出发点，假定每个小区都必须通过频率相分隔以避免无线设备中的干扰。FDMA将分配的频率范围分割为多个载波频率，以支持多个会话。
无线联网中使用的另一种方法是时分复用(TDMA)，这是一种数字技术，将每个频率信道分成多个时隙。频率信道内的每个时隙支持单独的设备会话。一般来说，基于TDMA的服务提供约三倍于FDMA服务的通信能力。
还有一种通信方法，相对较新，立足于扩频无线技术，被称为码分多址(CDMA)。扩频无线技术将发送信号的带宽扩展到射频的频谱上。组合的射频频谱通常比支持窄带信号传输所需的频谱更宽。也就是说，扩频使用两种技术，直接序列(DS)和跳频(FH)。简单地说，直接序列扩频是分组无线技术，其中窄带信号扩展到更宽的载波频带。换句话说，信号信息被组织成分组，每个分组在更宽的载波频带频率上以冗余的方式传送，即分组被多次发送。则可以支持多个传输。来自特定终端的传输由唯一代码确定，唯一代码诸如是加在每个数据分组之前的10比特代码。跳频扩频(FHSS)通常是比直接序列扩频优选的。FHSS包括在频率范围上宽带载波内的分组的短脉冲的传输。本质上，发射器和接收器以预定的跳跃顺序从一个频率跳到另一个频率，每个频率都被发送了多个分组。跳跃顺序是由中心基站天线控制的。
不管给定网络的通信方法是什么，通信设备需要一定量的预配置建立和实时建立。一种用于远程/移动单元和基站之间通信的这样的需求是建立和配置一定的通信参数。例如，通过分组数据模式，必须为每个分组通信建立通信数据速率、可用性和最大延迟时间，并在远程单元和基站之间进行协商。通常，该协商和配置在远程单元开始与基站的通信会话时实时发生。由于每个远程单元必须接入基站，典型地，特别在大城市区域中，存在网络过载。这导致某些远程单元失去能力或顶多进行长延迟，这在用于紧急类型单元或调度单元时成为问题。
需要提供接入到一定远程单元(诸如调度单元、紧急个人单元等等)的方法的可用性。改进接入时间的重点能够非常惊人地取决于移动单元应用。例如，调度单元需要与多个移动单元通信，将极大地从到目标的改进接入中获益。同样地，需要提供一种系统和方法来减小发起移动单元和其他目标移动单元之间的时间关键通信的延迟。
发明内容
本发明涉及一种用于无线分组数据模式通信的系统和方法，用于通过在建立源设备和基站的过程中，在控制结构中捕捉一个或多个通信参数，启动源设备和一个或多个目标设备之间的通信。建立涉及一系列源设备和基站之间的交互和顺序通信。将控制结构发送到一个或多个目标设备并使用控制结构来同时配置一个或多个目标设备，从而使它们与源设备通过基站进行通信。
根据本发明一个方面，提供一种用于无线分组数据模式通信的方法，用于在高优先级远程单元和基站之间提供有优先级的通信，该方法包括：在与基站相关联的第一随机接入信道上检测繁忙状态；通过基站提供第二随机接入信道；和在第二随机接入信道上从高优先级远程单元到基站进行通信。其中，所述第二随机接入信道只在检测到第一随机接入信道的繁忙状态时才可利用；其中，所述第二随机接入信道只有高优先级远程单元可以接入；其中，基站能够使用所述第一或者第二随机接入信道进行切换和通信。
根据本发明另一个方面，提供一种用于无线分组数据模式通信的系统，用于在目标设备和选取的一个或多个源设备之间提供有优先级的通信，该系统包括：广播信道；第一随机接入信道；第二随机接入信道；和信道状态监控部件。所述信道状态监控部件检测繁忙网络，由此使得所述第二随机接入信道可利用；其中，所述广播信道用于通知一个或多个源设备所述第二随机接入信道的可利用性；其中，一个或多个源设备利用所述第二随机接入信道与目标设备通信；其中，一个或多个源设备是这样的群组：其数量少于可与基站通信的源设备的总数量，其中，具体地使所述群组在利用所述第一随机接入信道之外还可利用所述第二随机接入信道。
附图说明
图1是可实现本发明的示例无线通信系统的框图。
图2是根据本发明的示例远程单元的电子框图。
图3是典型无线网络上的服务级通信的框图。
图4A说明了包含基站、标准通信信道和多个远程用户设备的典型广播场景。
图4B说明了本发明的改进广播场景，描绘了基站、替换通信信道和多个远程用户设备。
图5是表示远程单元在本发明环境中操作过程的流程图。
图6是表示基站在本发明实施例中过程的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种独特系统和方法，用于建立和确定(set up andestablish)远程单元和基站之间的通信。本发明适用于使用分组数据模式进行寻呼或交谈的无线通信设备。
先参看图1，框图说明了无线通信系统环境，在其中可实现本发明。如所示，固定部分108包括一个或多个基站106，其向多个远程用户设备102提供通信。通过通信链路116连接的基站106优选使用常规射频技术同用户设备102通信。一个或多个天线104提供从基站106到远程用户设备102的通信。基站106优选还通过天线104从多个远程用户设备单元102接收RF信号。在本发明的实施例中，在基站106和远程用户设备102之间传送的消息包括选择性寻址方案，用于识别发起或目标设备。在基站106和远程用户设备102之间交换的信息可包括用于通信系统的数据消息、命令和对操作参数的调整。远程用户设备102和基站106之间传输的还有对预定消息、肯定确认(ACK)、否定确认(NAK)和未预定消息(诸如注册请求和信息项请求)的响应。本领域技术人员将认识到，可利用用于无线通信的其他方法和机制来在基站106和远程用户设备102之间，或者在多个远程用户设备102之间进行通信。这样的方法都被本发明的范围所预见并包括。
通信网络100的固定部分108连接到公共交换电话网(PSTN)110，用于接收和发送与其他设备类型(如电话112和计算机114)的消息。远程用户设备102发起的呼叫或信息或发往远程用户设备102的呼叫或信息可以由诸如电话112或计算机114的设备接收或来自于这样的设备。本领域技术人员认识到，替代类型的网络，例如局域网(LAN)、广域网(WAN)和因特网，也可用于接收或发送选择性呼叫信息到无线网络100。诸如计算机114的计算机还可以用作中央仓库，用于无线通信系统所使用的多种应用和信息。
还应该认识到，本发明适用于其他类型的无线通信系统，包括调度系统、蜂窝电话系统与语音和/或数据消息传递系统。下面将参考图2讨论可用于本发明的远程通信单元。
图2说明示例远程用户设备102及其各种部件。远程用户设备102包括天线202，用于接收输入消息和发送输出消息。天线202连接到发射器204和接收器206。发射器204和接收器206都连接到处理器216来处理有关输出和输入消息的信息并且根据本发明用于控制远程用户设备102。用户接口210有效连接到处理器216来提供用户交互和反馈。在本发明实施例中，用户接口210包括显示器212和键盘214。显示器212向用户提供操作信息和来自处理器216的反馈。键盘214使用户能够提供到处理器216的输入或响应。其他用于用户交互和反馈的方法和系统也可用于完成本发明的目的。晶体振荡器208提供常规定时给处理器216和远程用户设备102的其他部件。处理是由处理器216结合存储器218完成的。存储器218包括用于根据本发明对远程用户设备102进行编程和操作的软件指令和数据。远程用户设备102操作以与基站106通信。这样的操作将在下面结合图3-6进行详细讨论。
出于说明、解释和非限制的目的，将参考UMTS环境来讨论本发明。本发明等价地适用并能够用于任何无线通信策略和方法。
下面将结合图3对UMTS环境进行简短的概述。如图3所示，基站106包括一个或多个UMTS陆地无线接入网络(UTRAN)部件302。如前所述，UMTS是分组模式通信机制。同样地，存在通用分组无线业务(GPRS)，提供用于在远程用户设备102和基站106之间进行通信的环境。GPRS通过服务GPRS支持节点(SGSN)304提供分组路由和网关服务。安置SGSN，以在远程用户设备102和基站106的UTRAN 302之间通信。SGSN 304还提供到IP网络306的连接和通信。
操作中，远程用户设备102与SGSN 304针对服务质量进行协商，该服务质量将用于与基站106的UTRAN 302进行通信。服务质量包括用于通信的数据速率、可利用性、分组通信的最大时间延迟等等。服务质量协商涉及多个远程用户设备102和基站106设备之间的双向通信。这些设备通信的性质和交换的消息类型将结合图4A-图6进行进一步的讨论。
先参看图4A，说明了多个远程用户设备102a和102b(统称为102)与基站106之间的通信信道。如较早前讨论的，在发起用户设备102和基站106之间必须进行一定量的协商。在接收用户设备102和基站106之间也必须进行协商。试图接入基站106系统的远程用户设备102在专用信道上发送“随机接入脉冲”消息。专用信道可以是公用控制信道，例如iDEN和GSM的例子，或者可以是专用公共RACH(随机接入信道)404，例如UMTS的例子。此外，远程设备102进行的每个行动涉及在专用RACH 404上与基站系统106的初始通信。对于每个基站系统106，只有一个RACH 404，其必须由所有远程设备102使用，如图所示。此外，存在公用广播信道402，其一直活动并且持续地受到所有远程设备102的监控，其用于在所有网络设备之间传递通用信息。
由于每个远程设备102利用相同RACH 404接入基站106，重负荷以及与其他同时传输冲突的可能性导致在接入时间上的延迟。如前面讨论的，用于多种功能的远程设备102的使用需要在服务上的差别。服务基于服务质量(QoS)而变化，服务质量是从基站系统106请求的。例如，在UMTS内存在四个定义的QoS，即流、会话、交互和背景。进一步地，利用无线数据通信的应用可能还需要不同类型的接入优先级。例如，能够调度的远程设备不能为信道准予而等待很长时间，而其他远程设备，诸如执行互联网浏览应用程序的远程设备可以忍受长的建立时间。
本发明致力于无线通信系统，并且目标在于改进时间关键服务的接入时间。在操作中，可设计一定的远程用户设备102b能够高优先级接入，如图4A所示，而其他用户设备102a只能接入低优先级的RACH信道。这样的分割限制了上面针对高优先级接入远程用户设备102b讨论的接入时间延迟的可能性。本发明的这个方面是通过可在远程用户设备102、基站106或二者组合上实现的方法来实现的。在图4B中示出了对该方法的说明，使用了多个优先级RACH信道。
如图4B所示，存在广播信道402、低优先级RACH信道404、高优先级RACH信道406、基站106和多个远程用户设备102a和102b。广播信道402提供用于宣告高优先级RACH信道406存在的媒介。高优先级RACH信道406仅对于一定的能够使用高优先级RACH的用户设备102b可用。所有其他用户设备102a继续利用低优先级RACH信道404。高优先级RACH信道的存在/分配基于后文参考图5和6讨论的标准。高优先级的可利用性的宣告源自基站106，在广播信道402上广播给所有远程用户设备102a和102b。但是，只有能够使用高优先级的远程用户设备102b随后能够接入并利用该信道，由此消除这些设备的任何连接延迟。
如前面讨论的，合适启动的远程用户设备102b将在正常低优先级RACH信道404过载或者繁忙时切换并利用高优先级RACH信道406。高优先级RACH信道406的可利用性的确定可以以任何多种方式作出，本领域技术人员应该理解这一点。例如，基站106可以在低优先级RACH信道上监控冲突检测以确定信道过载，远程用户设备102b还可以感应其不能在低优先级信道上连接和提供报告给基站106，或基站106可以在低优先级信道上监控时隙负荷以确定容量。在任何简化检测方法或其他信道负荷检测方法中，本发明的系统和方法将使基站106能够建立高优先级RACH信道406并使合适装备的远程用户设备102b能够接入这样的信道。
图5说明了在本发明一个实施例中，在高优先级使能远程用户设备102b上使用可利用的高优先级RACH信道的过程的流程图。如通常的任何移动类型用户设备以及本发明的远程用户设备102b的情况，广播信道连续地被监控，作为正常操作的一部分。这个功能在步骤502中示出。当用户需要连接到基站或者另一远程单元，在步骤504，试图通过在标准RACH信道上与基站接入。同样地，本发明涉及网络繁忙状态的询问，如步骤506所示。如果网络不繁忙，将在步骤516作出与基站的连接。与基站的正常协商和通信随后将在步骤518进行。
另一方面，如果在步骤506确定RACH信道繁忙，下一阶段行动取决于正在执行算法的远程单元是否能够利用高优先级RACH信道。该确定过程在步骤508进行。对于不合适启用的远程用户设备，繁忙网络导致步骤510实现许多已知形式的延迟算法中的一个，然后是另一个接入网络的尝试。但是，在本发明的高优先级使能远程用户设备的例子中，繁忙网络导致在远程用户设备上到高优先级RACH信道的切换，如步骤512所示。换言之，高优先级使能远程用户设备将在步骤514试图在优先级RACH信道上连接到基站系统。由于只有有限数量的远程用户设备能够这样接入高优先级RACH信道，高优先级RACH信道上到基站的成功连接有着非常高的可能性。因此，在步骤518，远程用户设备随后将能够与基站通信和协商。为了支持远程用户设备接入高优先级RACH信道的能力，基站必须首先使高优先级RACH信道可利用，并且接受该信道上的通信。这要求基站上的一定的步骤，下面将结合图6讨论。
图6说明了在本发明实施例中基站106上过程的流程图。与远程用户设备接收的广播相一致，在步骤602存在发自基站的传输。结合广播，基站还知道网络状态，即RACH信道的负荷。这个过程在步骤604示出。如前所说明的，网络状态的知晓可以通过使用任何一种方法来获得。例如，来自远程用户设备或其他网络节点的报告，监控时隙负荷或网络上的冲突检测。在本发明实施例中，冲突检测是通过观察网络上的噪声电平而完成的。
与网络状态的知晓一起，基站进行一定的功能，其根据RACH信道是否太繁忙而变化。在信道不过载/太繁忙的情况下，基站报告先前讨论过和在步骤602到606中略述的处理。另一方面，当RACH信道过载时，基站在步骤608建立并广播高优先级RACH信道的可利用性。如前面讨论的，随后合适装备的远程用户设备可以接入该优先级信道。步骤610中，基站随后能够在高优先级RACH信道上接收通信。应该注意，高优先级RACH信道是在低优先级RACH信道之外提供，而非替代。而且，使高优先级RACH信道只对低优先级RACH信道过载时可利用。换言之，高优先级使能用户设备需要按照网络业务量的指示而切换回低优先级信道。
参考特定实施例说明了本发明，其意在说明而非限制。替换实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的，不会脱离本发明的范围。
从上述说明可以看出，本发明很好地适于获得所有上述目标和目的以及本系统和方法显然和固有的其他优点。应该理解，不用参考其他特征和子组合就可以利用和使用一定的特征和子组合。这是权利要求书所考虑到的并且在权利要求的范围内。
Claims (3)
1.一种用于无线分组数据模式通信的方法，用于在高优先级远程单元和基站之间提供有优先级的通信，该方法包括：
在与基站相关联的第一随机接入信道上检测繁忙状态；
通过基站提供第二随机接入信道；和
在第二随机接入信道上从高优先级远程单元到基站进行通信；
其中，所述第二随机接入信道只在检测到第一随机接入信道的繁忙状态时才可利用；
其中，所述第二随机接入信道只有高优先级远程单元可以接入；
其中，基站能够使用所述第一或者第二随机接入信道进行切换和通信。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，通过从基站到高优先级远程单元的广播，提供有关第二随机接入信道的可利用性的信息。
3.一种用于无线分组数据模式通信的系统，用于在目标设备和选取的一个或多个源设备之间提供有优先级的通信，该系统包括：
广播信道；
第一随机接入信道；
第二随机接入信道；和
信道状态监控部件；
所述信道状态监控部件检测繁忙网络，由此使得所述第二随机接入信道可利用；
其中，所述广播信道用于通知一个或多个源设备所述第二随机接入信道的可利用性；
其中，一个或多个源设备利用所述第二随机接入信道与目标设备通信；
其中，一个或多个源设备是这样的群组：其数量少于可与基站通信的源设备的总数量，其中，具体地使所述群组在利用所述第一随机接入信道之外还可利用所述第二随机接入信道。
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