CN101228735A - 用于无线通信系统的随机访问方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在基站和多个移动终端之间建立无线随机访问通信的方法。基站首先基于预定时间和频率变量配置一个或多个上行链路随机访问机会，并且然后广播这些机会。基站保持对上行链路随机访问机会的监视，以便可以检测由移动终端通过使用被广播的机会中的一个而作出的随机访问请求。当接收到随机访问请求时，基站广播下行链路访问信道，以便移动终端可以区分哪个下行链路访问信道是专用于自己的。

Description

用于无线通信系统的随机访问方法

交叉参考

本申请要求于2005年4月26日提交的美国临时专利申请No.60/674,777和于2006年3月31日提交的美国专利申请No.11/394,507的优先权。

背景技术

本发明一般涉及无线通信系统，更具体地涉及随机访问方法。

在无线通信系统中，随机访问就是基站向其中每个都具有相对突发业务的多组移动终端动态分配无线资源。在上行链路随机访问中，移动终端一般将前导码和消息发送给基站，并且基站可以通过相关处理方法识别前导码。利用由前导码提供的信息，基站随后可以正确地检测消息。但是在发送前导码和消息之前，初始测距过程也是必需的，移动终端通过该过程来调整上行链路传输时序和功率，以便使来自不同移动终端的上行链路信号同步并且以相同功率到达基站。

在IS-95中，上行链路传输中的消息是使用正交调制(哈达玛(Hadamard)变换)来调制的，并且不使用导频来发送。在CDMA 2000中，引进了上行链路导频，以对上行链路传输执行相干检测。

在WCDMA中，随机访问请求包括前导码和消息包。导频(更一般的为控制信道)是使用消息包来被I-Q复用的。

在IEEE 802.16的OFDMA模式中，测距请求包括伪随机序列。实际上，初始测距、定期测距、带宽请求所需的伪随机序列都是从利用线性移位寄存器生成的256个伪随机序列的池中得出的。通常，m1序列被保留用于初始测距，m2序列被保留用于定期测距，并且m3被保留用于带宽请求，其中，m1、m2和m3是一些满足m1+m2+m3＜＝256的正整数。

在测距和随机访问过程中，如果先前的尝试未能引起基站响应，则移动终端可以增加测距或随机访问尝试的传输功率。然而，移动终端可使用的最大传输功率也存在限制。一种限制是移动终端可以提供的最大传输功率，另一种限制是测距或随机访问尝试可能在其它小区生成的多小区干扰。因此，测距或随机访问可以以比较低的传输功率水平来取得成功是可取的。

对于IS-95、CDMA 2000和WCDMA，来自各种随机访问尝试的前导码之间的干扰是一个问题。一次随机访问尝试的导频和消息包还可以被来自其它随机访问的多访问干扰而污染(polluted)。在IEEE 802.16-2004中，尤其当被发送的测距序列中存在定时偏移时，测距序列的多访问干扰还可以作为可能是坏的测距序列的互相关特性。

发明内容

针对前述内容，本发明公开了一种用于在基站和多个移动终端之间建立无线随机访问通信的方法。基站首先基于预定时间和频率变量配置一个或多个上行链路随机访问机会，并且然后广播这些机会。基站保持对这些上行链路随机访问机会的监视，以检测由移动终端通过使用这些被广播的机会中的一个而作出的随机访问请求。当接收到随机访问请求时，基站广播下行链路访问信道，以便使移动终端可以区分哪个下行链路访问信道是专用于其自己的。

无论如何，通过参考附图来阅读下面对特定实施例的描述，将会更好地理解本发明的结构和操作方法以及其它目的和优点。

附图说明

图1示出具有基站和作出随机访问请求的多个移动终端的无线网络。

图2示出随机访问请求的组成部分。

图3示出占用多种随机访问机会的多个移动终端。

图4示出选择不同调制序列占用相同随机访问机会的多个移动终端。

具体实施方式

图1示出具有基站100和向基站作出随机访问请求的三个移动终端110、120和130的无线网络。对于每个移动终端，移动终端和基站100之间的距离是不同的，并且，在示例中，对于移动终端1110、终端2120和终端3130，距离分别是6Km、9Km、3Km。当信号以光速传播时，它们以不同的时延到达基站100，对于移动终端1110、终端2120和终端3130的时延被分别假定为20us、30us、10us。

图2示出随机访问请求200的组成部分。通常，随机访问请求200具有三部分：第一部分是随机访问探测头部210，其包括前导码、导频和头部位。前导码使基站留意随机访问请求200的存在。导频帮助基站评估无线信道响应。作为承载符号的信息的头部位包括最重要的信息，并且可以是以下任意内容和所有内容：(1)表示移动终端的身份，(2)表示移动终端的临时身份，以便在确认随机访问请求时基站可以将其用作参考，(3)表示附加在随机访问请求中的消息包的长度、扩频码以及编码和调制方案，或者(4)包括对信息位的循环冗余校验(CRC)，以检查其完整性。在这样的情形下，多个移动终端可以选择使用相同的扩频码来发送消息包。而且在这样的情形下，移动终端采用空分多址(SDMA)来访问基站。这些移动终端的的空间特征可以根据来自不同移动终端的被传输的序列C(在下面的段落中描述)来确定。如果移动终端刚好使用相同的扩频码用于尾随消息包，则对于基站来说，分离来自不同移动终端的信号是比较容易的。头部位也可以通过信道-编码方案来保护。

参考图2，随机访问请求200中的第二部分被示出为保护时间间隔220，其将随机访问请求探测头部210与尾随消息包230分隔开。随机访问请求220的第三部分是可选消息包230，其可以通过探测头部210中包含的扩频码来扩展。

为了减少潜在的干扰并且实现多个随机请求之间互不干扰(privacy)，使用了扩频技术，该技术通过采用调制序列、跳频或它们的组合来构造信号。经扩展的频谱通常利用连续的类噪音信号结构来在相对较宽的频带上扩展窄带信息信号。基站100使所接收到的信号相互关联，以便重新得到原始信息信号。下面是调制序列结构的一个示例。

以第一编码序列A开始，该编码序列是长度为64、序列A的每个元素是具有绝对值为1的复数的编码序列。第二编码序列B是通过对序列A执行逆向离散傅立叶变换(IDFT)而得到的序列，所以序列B的长都也是64，例如，[b1 b2...b63 b64]。

可以验证序列B的循环自相关是一个δ(delta)函数，即，序列B的自相关在时移为0时是64，并且在所有其它时移时是0。从这种意义上说，在发射机(例如，移动终端)一侧的序列B以及在接收机(例如，基站)一侧的序列B*[-n]彼此低消。

假定在发射机一侧，另一个长度为64的序列M与序列B循环卷积，从而生成长度为64的序列C，其中，序列M在除了m1＝100、m11＝I1、m12＝I2、m13＝I3、m14＝I4之外的每个索引均为0，其中，I1、I2、I3和I4是承载有四相相移键控(QPSK)符号的信息。然后，发射机发送出[c61c62 c63 c64 c1 c2 c3...c62 c63 c64 c1 c2 c3 c4]。应当理解，任何长度为64的序列C与B*[-n](序列B的共轭和时逆，例如，[b*(64)b*(63)...b*(2)b*(1)])的循环卷积都将会产生序列M的循环时移版本。

当序列C被传送通过无线信道时，无线信道通过对其进行卷积积分来处理被传送的序列C。所以，B*[-n]和所接收到的序列中长度为64的子序列将产生一个作为无线信道和序列M的循环卷积的序列。只要无线信道持续时间小于10，m1就可以产生无线信道响应。利用无线信道响应的知识，现在可以评价承载有QPSK符号I1、I2、I3和I4的信息。当然，只要移动终端和基站两侧都同意信道—编码方案，该方案就可以有益地用于承载符号的信息。

根据本发明的一个实施例，前述调制序列被用于随机访问前导码、导频和请求头部。根据本发明的另一实施例，该调制序列仅用于随机访问前导码和随机访问头部。

当来自移动终端的传输没有被调度或协调时，就会发生冲突。作为本发明的实施例，有两种方式可以减少冲突的可能性：第一种方法是，基站配置并广播用于上行链路随机访问的多个随机访问机会，并且每个移动终端可以为其上行链路传输随机地选择这些机会中的一个机会。根据第二种方法，基站广播原型调制序列，移动终端可以随机地选择原型调制序列的时移版本作为自己的用于其上行链路传输的调制序列。

图3说明了根据本发明的一个实施例的用于示出由基站提供并且由不同移动终端占用的随机访问机会的时序图。参考图1和图3，基站100通过使用作为配置变量的时间和频率配置了三个随机访问机会310、320和330。在这种情形下，如果来自移动终端1110的信号350以20us的时延到达基站100，则其可以选择随机访问机会1310。同样，如果来自移动终端2120的信号360以30us的时延到达基站100，则其可以选择随机访问机会2320。以10us的时延到达基站100的来自终端3130的信号370可以选择随机访问机会3330。通过占用不同随机访问机会，基站100和移动终端110、120和130之间的上行链路通信可以避免冲突。只要随机访问机会的持续时间足够长，所接收到的信号将仍然被限制在随机访问机会内，而不管移动终端和基站之间的距离如何。

图4说明了根据本发明的另一实施例的用于由多个移动终端共享随机访问机会的配置。在该示例中，当两个移动终端110和120被允许选择相同的随机访问机会410时，为了避免冲突，移动终端110和120可以选择不同的调制序列。来自移动终端1110的信号440通过原型调制序列(0时移)来调制，并且来自移动终端2120的信号450通过原型调制序列的不同时移版本来调制，该序列可以随机选择。在基站100处，在利同B*[-n]对所接收到的信号440和450执行循环相关处理后，可以看到在频域中的相关结果中有两个尖或峰(两个请求的前导码)。通过检测两个尖，基站100知道存在在相同时间以相同随机访问机会正在发送请求的两个移动终端。根据这两个尖(即，前导码)，基站可以评价这两个移动终端的空间特征，并且可以通过上行链路零位调整(nulling)、波束形成或者联合检测找出随机访问头部的内容。通过在前导码中找出的空间特征的帮助，并且在随机访问头部的指引下，基站然后可以提取消息包中包含的信息。

如前面所述，移动终端必须选择随机访问机会和调制序列，并且移动终端可以完全随机地选择它们。如果两个移动终端碰巧选择了相同的随机访问机会以及相同的调制序列，则将会出现冲突，并且该特定的随机访问请求将会失败。在这样的情形下，移动终端可以再次随机选择其它访问机会和调制序列来作出进一步的请求。

在与上行链路随机访问机会相关的下行链路访问信道中，基站向下发送一个位置，即，基站检测到随机访问请求时的时间和频率。在下行链路访问信道中，基站还可以包括从随机访问头部和/或消息包中提取出的信息，以便使被发现已经发出随机访问请求的移动终端的身份信息可用。根据身份信息，已经发出相应的随机访问请求的移动终端将知道包含在下行链路访问信道中的信息是专用于其自己的。

虽然已经示出并描述了本发明的各个实施例，但是往往有其它的修改、改变和替代。因此，应当意识到，正如所给出的权利要求，所附权利要求应当以与所公开的范围一致的方式来被普遍分析。

Claims (22)

1.一种用于在基站和一个或多个移动终端之间建立无线随机访问通信的方法，该方法包括：

基于时间和频率变量配置一个或多个上行链路随机访问机会；

广播所述上行链路随机访问机会；

监视所述上行链路随机访问机会，以便检测随机访问请求；以及

向作出所述随机访问请求的移动终端提供一条或多条下行链路访问信道，

其中，来自多个移动终端的随机访问请求占用不同上行链路随机访问机会，或者由不同调制序列来调制，以便减少冲突。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

移动终端选择上行链路随机访问机会；

所述移动终端选择调制序列；

所述移动终端使用所述调制序列对具有前导码和请求头部的随机访问请求进行调制；以及

所述移动终端将所述经过调制的随机访问请求发送给所述基站。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述随机访问请求还包括导频。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供还包括：

从所述随机访问请求中提取所述移动终端的身份信息；以及

向与所述身份信息关联的移动终端提供所述下行链路访问信道。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述提取还包括对所接收到的随机访问请求信号执行预定的相关处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所接收到的随机访问请求执行循环相关处理，以识别频域中与所述请求的不同前导码相对应的不同峰。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述广播还包括广播预定的原型调制序列，基于该原型序列可以得到所述调制序列。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述调制序列是所述原型调制序列的时移版本。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，共享相同随机访问机会的两个移动终端具有不同调制序列。

10.一种用于在基站和一个或多个移动终端之间建立随机访问通信的方法，所述方法包括：

基于时间和频率变量配置一个或多个上行链路随机访问机会；

广播所述上行链路随机访问机会；

监视由一个或多个移动终端选择的所述上行链路随机访问机会，以据此检测随机访问请求；以及

向作出所述随机访问请求的移动终端提供一条或多条下行链路访问信道，

其中，来自多个移动终端的随机访问请求占用不同上行链路随机访问机会，以便减少冲突。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

移动终端选择上行链路随机访问机会；

所述移动终端选择调制序列；

所述移动终端使用所述调制序列对具有前导码和请求头部的随机访问请求进行调制；以及

所述移动终端将所述经过调制的随机访问请求发送给所述基站。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述随机访问请求还包括导频。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述提供还包括：

从所述随机访问请求中提取所述移动终端的身份信息；以及

向与所述身份信息关联的移动终端提供所述下行链路访问信道。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述提取还包括对所接收到的随机访问请求信号执行预定相关处理。

15.一种用于在基站和一个或多个移动终端之间建立随机访问通信的方法，所述方法包括：

基于时间和频率变量配置一个或多个上行链路随机访问机会；

广播所述上行链路随机访问机会；

监视所述上行链路随机访问机会，以检测随机访问请求；以及

向作出所述随机访问请求的移动终端提供一条或多条下行链路访问信道，

其中，来自多个移动终端的随机访问请求共享相同的随机访问机会，但由不同调制序列来调制，以便减少冲突。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

移动终端选择上行链路随机访问机会；

所述移动终端选择调制序列；

所述移动终端使用所述调制序列对具有前导码和请求头部的随机访问请求进行调制；以及

所述移动终端将所述经过调制的随机访问请求发送给所述基站。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述随机访问请求还包括导频。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述提供还包括：

从所述随机访问请求中提取所述移动终端的身份信息；以及

向与所述身份信息关联的所述移动终端提供所述下行链路访问信道。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述提取还包括对所接收到的随机访问请求信号执行预定相关处理。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，对所接收到的随机访问请求执行循环相关处理，以识别频域中与所述请求的不同前导码相对应的不同峰。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述广播还包括广播预定的原型调制序列，基于该原型序列可以得到所述调制序列。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述调制序列是所述原型调制序列的时移版本。

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