CN1329802A - 移动通信系统中的随机接入 - Google Patents

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Abstract

本发明阐述了一种用于处理多个随机接入请求的方法,其中基站(204)发送搜索指示信号(A),该信号用于指示基站(204)已经检测到了随机接入传输(P,M)的出现。可以在随机接入信道中接收到(210)的能量值的基础上(212)生成搜索指示信号(例如,与对随机接入消息正确/非正确译码不同)。因此随机接入传输(P,M)起始时刻与搜索指示(A)传输起始时刻之间的时延会显著地小于随机接入传输起始时刻与根据接收到正确译码的随机接入消息而发送的确认消息的起始时刻之间的时延。如果移动台(202)没有接收正搜索指示(A),则移动台应该中断当前传输,并且在下一个时隙中重新传输随机接入脉冲串,同时相应地修改连续接重的传输之间的发射功率值。

Description

移动通信系统中的随机接入
相关申请的相互参考
本专利申请就主题内容而言，涉及到序列号为No.08/733,501、No.08/847,655以及No.09/148,244的共同转让的美国专利申请(分别于1996年10月18日、1997年4月30日、1998年9月4日提交)，以及序列号为No.60/063,024的临时申请(1997年10与23日提交)。上述引用的申请可以用于说明本申请的某些特定重要前提以及现有技术状况，并且在此全部被引入做为参考。
发明背景
本发明技术领域
本发明总体涉及移动通信领域，并且特别涉及到管理多个随机接入的、由移动台发起的呼叫的方法。
相关技术描述
下一代(所谓的三代)移动通信系统被要求能够提供多种广泛的电信业务选择，其中包括数字语音、视频以及分组数据和电路交换模式信道中的数据。由此可以预计到，发起呼叫的数量就会显著增加，这也导致随机接入信道(RACHs)内的业务密度会变得更大。不幸的是，这种更大的业务密度又会导致冲突和接入失败次数的增加。因此，能够支持更加快捷、更加方便的随机接入方式是新一代移动通信系统开发研制过程中的一项关键要求。换句话说就是，为了提高系统的接入成功率以及减小其随机接入请求的处理时间，新一代系统中必须要采用更加快捷、更加灵活的随机接入方式。
一种联合研制的欧洲移动通信系统被称做“码分测试台”(CODIT)。在基于CODIT的码分多址(CDMA)系统中，移动台首先判断是否有RACH可供使用，然后才能够接入到基站。随后，移动台发送一系列接入请求前同步信号(例如单独的1023个码片符号)，并且在此期间不断提高发射功率值，直到基站能够检测到该接入请求。这样移动台就可以利用“功率倾斜(power ramping)”方法去增加连续被发送的每个前同步符号的功率值。只要检测到接入请求前同步信号，基站就会激活闭环功率控制电路，该电路的功能在于：为了把来自移动台的接收信号功率限制在一定期望值内，而对移动台的发射功率值进行控制。然后移动台可以发送其特定接入请求数据。基站接收机采用例如RAKE接收机或者类似的处理，对接收信号进行解扩，并且分集合并。
多种移动通信系统中都采用分隙ALOHA(S-ALOHA)随机接入方案。例如根据IS-95标准(ANSI J-STD-008)进行操作的系统中采用S-ALOHA随机接入方案。CODIT和IS-95方法的主要区别在于：CODIT方法不采用S-ALOHA随机接入方案。此外，它们的另一区别在于：IS-95移动台发送完整的随机接入分组，代替仅仅前同步信号。如果基站没有对接入请求进行确认，则IS-95移动台就要利用更高的功率值去重新发送完整的随机接入分组。该过程一直要持续下去，直到基站对接入请求进行了确认。
在上述引用的申请和IS-95CDMA技术规范中，描述了基于S-ALOHA随机接入方案的不同随机接入方法。它们本质上采用基本S-ALOHA方案(图1所示)，其中已经对时刻(时隙)进行了完整的定义，在每个时刻都允许开始随机接入传输。典型地，移动台(用户)随机选择时隙，在其中开始传输随机接入脉冲串(例如U1、U2)。然而这些时隙并不是预先分配给特定用户使用的。因此不同用户的随机接脉冲串之间就会产生冲突(例如U3、U4)。
在使用这种S-ALOHA随机接入方案的特定移动通信系统中(例如上述美国申请No.08/733,501(此后称为“501申请”)中所阐述的方法)，移动台生成并且发送随机接入分组。图2中给出说明这种随机接入分组帧结构的示意图。被发送的随机接入分组(“接入请求数据帧”)或者“脉冲串”内包括前同步信号(10)和消息部分(12)。典型地，前同步信号中不包括用户信息，并且在基站接收机内被主要用于检测随机接入脉冲串的出现以及得到特定定时信息(例如不同的传输路径时延)。值得注意的是(如图2所示)，在前同步信号与消息部分之间存在有空闲时段(14)，在这段时间内没有进行传输。然而使用另外一种技术(如前文引用的美国临时申请No.60/063,024(此后称为“024申请”)所描述的)，并且参见图3，随机接入脉冲串内也可以不包括前同步信号。因此在这种情况中，只能根据消息部分来进行基站的随机接入检测以及定时估计。
为了减小两个移动台的随机接入脉冲串之间由于选择了同一时隙而发生冲突的概率，需要引入脉冲串“签名”的概念。例如“501申请”中所描述的(见图4)，随机接入脉冲串的前同步信号经过唯一签名模式的调制。而且，消息部分也要受到与所用签名模式相关的码字的扩频。签名模式可以从一组模式中进行随机选择，该组序列之间是可以相互正交的(但这不是必需的)。由于只有在采用相同签名的移动台的脉冲串之间才会产生冲突，所以与其它现有方案相比，这种方法的随机接入冲突的概率就会大大降低。因此与现有随机接入方案相比，采用唯一签名模式特征(如‘501申请的权利要求中所描述的)，就会显著提高其流量效率。
在‘024申请中，移动台在脉冲串消息部分内的Q分支中发送签名。为准备传输，移动台从一组预定的签名中随机选择签名。由于只用在采用相同签名模式的移动台脉冲串之间才会发生冲突(这是采用签名的主要好处)，所以与其它现有方案相比，随机接入冲突的概率就会大大降低。
值得注意的是，尽管前面引用的申请中所描述的随机接入方案和方法具备现有随机接入方案所不具备的多种好处，但是其中仍然存在许多有待解决的问题。例如无论采用何种随机接入方案，移动台都必须要判断应使用多高的随机接入发射功率。理想情况是，移动台应该这样来选择发射功率，即基站所接收的随机接入脉冲串的功率值恰好可以满足其对随机接入消息进行正确译码所需要的功率值。然而由于各种原因，实际中不可能总是确保这种情况。
例如按照基站的要求，接收脉冲串的功率不是恒定的，而是可以变化的(例如由于无线信道特征以及移动台运动速度的改变所带来的变化)。因此在某种程度上讲，这些变化对于移动台来说都是不可预测的或者是不可知的。而且在估计上行链路损耗中会存在较大的误差。此外即使移动台可以判断所使用的“正确”发射功率值，但是由于现有硬件条件的限制，也不太可能把实际传输功率值恰好设定在所需要的正确值之上。
因此，出于上述的原因，基站所接收的随机接入脉冲串，其功率偏高情况的概率是很大的。这种情况就会对其它用户产生过多的干扰，从而也会降低CDMA系统的容量。出于相同的原因，也会存在随机接入脉冲串发射功率值过于低的情况。这种情况下，基站不可能对随机接入脉冲串进行检测并且正确地译码。
为了减小发送过高功率值的危害性，在上述IS-95CDMA系统中，可以以附加的负功率偏移值去发送初始的随机接入请求(即采用低于预计发射功率值的功率值)，见图5。参考图5，移动台不断减小负功率偏移值重新发送随机接入脉冲串，直到基站能够对随机接入消息进行正确地译码，并且发出确认消息(ACK)(“NACK”表示没有发出确认消息)。典型地，基站的确认要基于计算随机接入消息中的循环冗余校验(CRC)。然而值得注意的是，并不是对每一次重新发送都要进行发射功率的重新估计。因此对每次重新传输，其所采用的负偏移值都是要减小的。
上述功率倾斜方法中存在的显著问题就是需要在下面两者之间进行折中，即移动台重新发送随机接入脉冲串直到基站给出确认消息时所带来的时延，以及随机接入传输所引起的干扰量。因此如果平均而言，采用比较大的负初始功率偏移值，则在基站能够接收到足够功率的随接接入脉冲串之前，就会需要更多次的重发。另一方面，如果采用较小的初始负功率偏移值，则基站接收随机接入脉冲串功率值过高的概率就会增加。平均来说，这种情况会对其它用户带来更大的干扰。对于比较大的、合理的负功率偏移值来说，由于基站必须要接收到完整的随机接入脉冲串之后，才能发出确认消息，所以直到对随机接入脉冲串进行正确译码的确认消息被发出，这个期间的时延会是十分显著的。正如随后所要详细描述的，本发明可以成功地解决上述的问题。
发明概述
根据本发明的优选实施例，提供一种凭借基站发出搜索指示信号的方式来处理多个随机接入请求的方法，该信号用于指示基站已经检测到了随机接入传输的出现。对于本示范实施例，基于在随机接入信道中所接收到的能量值来生成所述的搜索指示信号(例如，与对随机接入消息正确/非正确的译码不同)。因此随机接入传输起始时刻与搜索指示传输起始时刻之间的时延会显著地小于随机接入传输起始时刻与根据接收到正确译码的随机接入消息而发送的确认消息的起始时刻之间的时延。如果移动台没有接收正搜索指示，则移动台应该中断当前传输，并且在下一个时隙中重新传输随机接入脉冲串，同时相应地修改各个接连的重新传输之间的发射功率值。
本发明的一个重要技术优势在于：可以在S-ALOHA随机接入系统中实现非常快捷的功率倾斜。
本发明另外一个重要的技术优势在于：在不改变S-ALOHA随机接入方案中的初始功率偏移值的情况下，随机接入时延可以大大减少，由此提高系统的性能。
本发明还有一个重要的技术优势在于：对于所涉及的相同时延限制来说，可以对S-ALOHA随机接入系统中的一个用户采用较大的初始功率偏移值，这会减小对其它用户产生过多干扰的概率。
附图简述
可以参考随后的详细描述以及结合附图来更加完整地理解本发明的方法和装置，附图包括：
图1说明S-ALOHA随机接入方案中不同用户的随机接入脉冲串之间如何发生冲突的示意图；
图2说明S-ALOHA随机接入方案中随机接入分组的帧结构的示意图；
图3是说明不包括前同步信号在内的随机接入脉冲串的示意图；
图4是说明随机接入脉冲串的前同步信号受到唯一签名模式的调制，并且消息部分经过与所使用的签名模式相关的码的扩频的示意图；
图5说明以初始负功率偏移值进行随机接入传输的示意图；
图6是根据本发明的优选实施例，说明用于在基站接收机内检测来自移动台的随机接入传输是否出现的示范检测部分(用于一副天线)的框图；
图7是根据本发明的优选实施例，说明在随机接入脉冲串空闲时间内接收搜索指示信号的示意图；以及
图8是根据本发明的优选实施例，说明系统中的移动台接收搜索指示信号的示意图，其中被发送的随机接入脉冲串内不包含前同步信号。
附图详细描述
参考附图1-8可以最佳地理解本发明的优选实施例及其好处，各个附图中类似以及对应的部分都采用类似的数字来表示。
从本质上说，根据本发明优选实施例，提供一种凭借基站发出搜索指示信号的方式来处理多个随机接入请求的方法，该信号用于指示基站已经检测到了随机接入传输的出现。对于本示范实施例，基于在随机接入信道中所接收到的能量值(或者干扰能量)来生成搜索指示信号(例如，与对随机接入消息正确/非正确的译码不同)。因此随机接入传输起始时刻与搜索指示传输起始时刻之间的时延会显著小于随机接入传输起始时刻与接收到正确译码的随机接入消息而发送的确认消息的起始时刻之间的时延。如果移动台没有接收正搜索指示，则移动台应该中断当前传输，并且在下一个时隙中重新传输随机接入脉冲串，同时相应地修改接连的重新传输之间的发射功率值。
图6是根据本发明的优选实施例说明用于供基站接收机(204)使用的、用于检测来自移动台(202)的随机接入传输是否出现的示范检测部分(用于一副天线)的框图。示范检测部分200包括匹配滤波器206(例如在前同步期间使用)，该滤波器被调整与前同步扩频码相匹配。在本实例中，该匹配滤波器被用于去检测随机接入脉冲串的出现，对前同步部分进行解扩，并且把解扩信号传送到合适的累加器208部分。由于每个被接收到的前同步信号内都包括唯一的签名模式，所以累加器208包括这样一个被调整成与所有可能接收到的签名模式(1-1)之一相匹配的单元。每个累加单元208(1-1)被连接到各自的门限检测单元210(1-1)。累加单元208把前同步期间所接收到的能量进行累加。
在前同步期间，如果门限检测单元210(1-1)检测到超过预定检测门限值的输入信号，则门限检测单元输出一个信号。该输出信号(表示检测到随机接入脉冲串已经具有了足够的能量)被发送到各自的搜索指示生成器电路212(1-1)，后者输出搜索指示信号(A)以便由基站进行传输。
对于被发送脉冲串内不包括前同步信号的情况来说，图6中的匹配滤波器206则要与脉冲串控制部分所用的扩频码相匹配(即签名模式所处在的位置)。然而在这种情况中，累加器208(1-1)所执行的累加操作要执行一个特定的时间段(例如要具备足够的时间以便进行估计：基站检测是否已经接收到了随机接入脉冲串)。
值得注意的是，本发明所提供的解决方案适用于随机接入脉冲串内包括或者不包括前同步信号的两种情况。更加特别的是，如图7所示实施例的上行链路和下行链路传输示意图，在使用前同步的这些情况中，如果前同步(P)和消息部分的空闲期间足够大，则移动台可以在这种空闲时段内接收由基站发出的搜索指示信号(A)。然而根据本实施例的基本原理，移动台一直要到接收了搜索指示信号(A1)才会发送随机接入脉冲串的消息部分(M1)(其中NA表示没有接收到搜索指示传输)。如果没有接收到搜索指示(例如接收到NA1、NA2)，则移动台不会发送脉冲串的消息部分，而是会继续发送新的前同步信号(例如P2、P3)。
如图8所示的上行链路和下行链路传输框图，在那些随机接入脉冲串内没有使用前同步的情况中(或者前同步与消息部分之间的空闲时段非常短)，则移动台会在发送脉冲串消息部分(M3)期间接收基站发出的搜索指示信号(A1)。然而根据示范实施例的基本原理，如果在预定的时刻没有接收到搜索指示信号(例如接收到NA1、NA2)，则移动台会中断随机接入脉冲串消息部分(M1、M2)的传输，在下一个时隙重新发送随机接入脉冲串，直到接收到搜索指示信号(A1)。
从本发明的其它不同方面来看，对于那些随机接入方案中使用签名的情况，由基站发出的每一个搜索指示信号都能够表示接收到了相应的签名(由移动台发出的)。或者，多个签名可以共享一个搜索指示信号。在这种情况中，基站发出的搜索指示信号就表示至少接收到了一个对应的签名(由移动台发出的)。根据本发明的另一个方面，移动台也能够为每一次脉冲串重传(随机或者非随机地)选择一个新的签名或者新的RACH(直到接收到搜索指示信号)。
基站能够通过下行链路物理信道发送搜索指示信号。这种物理信道可以专用于并且只用于传输搜索指示信号，或者搜索指示信号可以在一个物理信道或者多个不同的物理信道上与其它信号进行时间复用。因此，在用于传输搜索指示信号的物理信道与移动通信系统所使用的其它下行链路物理信道之间，可以是保持正交的，或者是非正交的。
从本发明的另一个方面来看，基站能够以“通-断(ON-OFF)”类型信号来发送搜索指示信号。换句话说就是，只有基站检测到随机接入脉冲串时，基站才发出信号，如果没有检测到随机接入脉冲串，则不发送信号。例如基站可以针对不同的签名使用不同的正交码字来发送搜索指示信号。这种情况中，基站所发出的特定码字就意味着基站已经搜索到对应签名模式调制的随机接入信号。或者多个签名可以共享一个搜索指示信号。这种情况中，基站所发出的搜索指示信号就意味着接至少接收到了一个对应的签名。
尽管在附图中说明，并且在前面的详细描述中描述了本发明方法和装置的优选实施例，但是应该可以理解到本发明不仅局限于在此给出的实施例，它应该能够进行各种的重新设计、修改和替换，而没有脱离随后权利要求中提出以及定义的精神实质。

Claims (38)

1.用于改善随机接入移动通信系统性能的方法，包括如下步骤：
移动台发送随机接入请求；以及
基站检测该随机接入请求的出现，生成用于指示该随机接入请求的出现的指示信号，并且发送该指示信号。
2.权利要求1中的方法，其中该发送步骤包括在预定时刻发送该指示信号的步骤。
3.权利要求1中的方法，其中该指示信号包括ON-OFF信号的ON部分。
4.权利要求1中的方法，还包括如下步骤：
如果该移动台接收到该指示信号，则该移动台继续发送该随机接入请求；以及
如果该移动台没有在预定时刻接收到该指示信号，则该移动台终止发送该随机接入请求。
5.权利要求1中的方法，其中检测该随接接入请求出现的该步骤包括检测功率值等于或者超过预定门限值。
6.权利要求1中的方法，其中该随机接入移动通信系统包括扩频移动通信系统。
7.权利要求1中的方法，其中该随机接入移动通信系统包括宽带CDMA系统。
8.权利要求1中的方法，其中该指示信号包括一个搜索指示信号。
9.权利要求1中的方法，其中该指示信号在物理信道上被发送。
10.权利要求4中的方法，其中终止发送该随机接入请求的该步骤还包括在随后的时隙内重传该随机接入请求。
11.权利要求10中的方法，其中重传该随机接入请求的步骤包括重传前同步信号。
12.权利要求11中的方法，其中重传步骤包括重传带有不同扩频码的该前同步信号。
13.权利要求11中的方法，其中重传步骤包括重传受不同签名的该前同步信号。
14.权利要求12中的方法，还包括在该重传步骤之前该移动台要为该随机接入请求减小负功率偏移值的步骤。
15.权利要求9中的方法，其中该物理信道是与其它下行链路物理信道正交的下行链路信道。
16.权利要求9中的方法，其中该物理信道是与其它下行链路物理信道非正交的下行链路物理信道。
17.权利要求1中的方法，其中该指示信号与唯一的签名相关。
18.权利要求1中的方法，其中该指示信号与一组唯一的签名相关。
19.权利要求17中的方法，其中该指示信号中包括一个与该唯一签名相关的正交码字。
20.权利要求17或18中的方法，其中该指示信号包括ON-OFF信号的ON部分。
21.随机接入通信系统，包括：
移动台，该移动台包括用于发送随机接入请求的装置；以及
通过空中接口与该移动台相连的基站，该基站包括用于检测该随机接入请求出现、生成用于指示该随机接入请求的出现的指示信号、以及发送该指示信号的装置。
22.权利要求21中的系统，其中该用于发送的装置中包括用于在预定时刻发送该指示信号的装置。
23.权利要求21的系统，还包括：
其中，该移动台包括这样的装置，该装置用于接收该指示信号，并且判断该移动台是否接收到该指示信号，如果收到该信号，则该移动台继续发送该随机接入请求；以及
如果该移动台没有在预定时刻接收到该指示信号，则该移动台终止发送该随机接入请求。
24.权利要求21中的系统，其中该用于检测该随机接入请求出现的装置内包括用于检测功率值等于或超过预定门限值的装置。
25.权利要求21中的系统，其中该随机接入通信系统包括扩频移动通信系统。
26.权利要求21中的系统，其中该随机接入通信系统包括宽带CDMA系统。
27.权利要求21中的系统，其中该指示信号包括一个搜索指示信号。
28.权利要求21中的系统，其中该指示信号在物理信道上被发送。
29.权利要求23中的系统，还包括用于在随后的时隙内重传该随机接入请求的装置。
30.权利要求29中的系统，其中该用于重传该随机接入请求的装置中包括用于重传前同步信号的装置。
31.权利要求30中的系统，其中该用于重传的装置中包括用于重传带有不同扩频码的该前同步信号的装置。
32.权利要求30中的系统，其中该用于重传的装置包括用于重传带有不同签名模式的该前同步信号的装置。
33.权利要求29中的系统，还包括在该重传之前用于减小该随机接入请求的负功率偏移值的装置。
34.权利要求28中的系统，其中该物理信道是与其它下行链路物理信道正交的下行链路信道。
35.权利要求28中的系统，其中该物理信道是与其它下行链路物理信道非正交的下行链路物理信道。
36.权利要求21中的系统，其中该指示信号与唯一的签名相关。
37.权利要求21中的系统，其中该指示信号与一组唯一的签名相关。
38.权利要求36或37中的系统，其中该指示信号包括ON-OFF信号的ON部分。
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