-
Verwandte Anmeldung
-
Die
vorliegende Erfindung ist mit der in der US Patentanmeldung, laufende
Nr. 09/503,041, ausgegeben als US-Patent
US 6,922,388 und entsprechend der
europäischen
Patentpublikation
EP-A-1124348 ,
beschriebenen Erfindung verwandt.
-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme
und insbesondere Techniken zum Implementieren der Aufwärtsstrecken-Timing-Synchronisation
und Zugangssteuerung in einem drahtlosen Kommunikationssystem mit Mehrfachzugang.
-
Allgemeiner Stand der Technik
-
Orthogonal-Frequenzmultiplex
(OFDM) wurde vor kurzem als Mehrfachzugangsschema für die Verwendung
in zellularen drahtlosen Systemen der nächsten Generation vorgeschlagen.
Ein kritischer Gesichtspunkt beim Entwurf dieser Systeme ist die Anforderung
strikter Timing-Synchronisation und Zugangssteuerung. Obwohl Timing-Synchronisations- und
Zugangssteuerungstechniken extensiv untersucht wurden und viele
solche Techniken in der Technik bekannt sind, entstehen bei Synchronisation
und Zugangssteuerung in einer OFDM-Mehrbenutzerumgebung mehrere einzigartige
Probleme, die von herkömmlichen
Techniken nicht adäquat
behandelt werden.
-
Im
Gegensatz zu anderen Mehrbenutzersystemen können zum Beispiel mobile Einrichtungen
in OFDM-Systemen im allgemeinen nicht individuell synchronisiert
werden. Um Orthogonalität
in Zellen aufrechtzuerhalten und Zwischensymbolstörungen (ISI)
zu vermeiden, erfordert OFDM-Übertragung deshalb
häufig,
daß alle
Signalwege von allen mobilen Einrichtungen bis auf eine spezifische
zyklische Erweiterung der Basisstations-Abtastperiode synchronisiert an einer
gegebenen Basisstation ankommen. Folglich erfordert die OFDM-Timing-Synchronisation
eine bestimmte Form von Koordination und Rückmeldung zwischen den Benutzern
in einer Zelle.
-
Da
OFDM-Synchronisationsfehler in die oben erwähnte zyklische Erweiterung
absorbiert werden müssen,
müssen
Synchronisationsfehler zusätzlich
viel kleiner als die Symbolperiode sein. Diese fraktionale Symbol-Timing-Genauigkeit ist aus
regulären
OFDM-Datensymbolen jedoch nur schwierig zu erhalten. Dies ist auf
den Umstand zurückzuführen, daß OFDM-Datensymbole
in der Regel linearmodulierte diskrete Töne umfassen, deren Perioden
so groß wie
die Symbolperiode sein können.
Die genaue Schätzung
des Timings aus solchen schmalbandigen Signalen kann schwierig sein.
-
Deshalb
werden verbesserte Timing-Synchronisations- und Zugangsregeltechniken
zur Verwendung in OFDM-Systemen benötigt.
-
EP 0760564 betrifft ein
System, das einen völlig
getrennten Direktzugriffskanal verwendet, um ein Aufwärtsstrecken-Zugangssignal
von einer Mobilstation zu einer Basisstation zu übermitteln. In dieser Schrift
erfolgt die reguläre
Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
zwischen Mobilstationen und der Basisstation in "anderen Kanälen ... die modulierte Informationen
führen", wie zum Beispiel
in dem fest zugeordneten Informationskanal (DICH), wie auf Seite
6, Zeilen 52-55,
zu lesen ist. In
6 von
EP 0760564 ist zu sehen, daß der Direktzugriffskanal
(RACH) völlig
von den DICH-Kanälen
von Mobilstationen mit der Bezeichnung User 1 und User 2 getrennt
ist. Somit schafft
EP 0760564 Aufwärtsstrecken-Direktzugriffstechniken
bei denen, wenn sie auf eine gegebene Mobilstation angewandt werden,
keine teilweise oder vollständige
Suspendierung der regulären
Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
von irgendeiner anderen Mobilstation erfolgt.
-
Das
US-Patent Nr. 5,430,760 offenbart
einen anderen Ansatz, bei dem ein Aufwärtsstrecken-Zugangssignal ohne
jegliche teilweise oder vollständige Suspendierung
der regulären
Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
von irgendeiner anderen Mobilstation übertragen wird.
-
Kurzfassung der Erfindung
-
Verfahren
und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung werden in den unabhängigen Ansprüchen definiert,
auf die der Leser nun verwiesen wird. Bevorzugte Merkmale werden
in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Die
Erfindung schafft verbesserte Timing-Synchronisations- und Zugangssteuerungstechniken,
die sich besonders gut für
die Verwendung im Aufwärtsstreckenkanal
eines drahtlosen Mehrfachzugangssystems mit Orthogonal-Frequenzmultiplex
(OFDM) eignen. Gemäß der Erfindung
senden mobile Einrichtungen bestimmte Timing- und Zugangssignale in fest zugeordneten
Timing- und Zugangsintervallen. Die Timing- und Zugangsintervalle können regelmäßig innerhalb
eines Aufwärtsstrecken-Datenstroms auftreten,
und die gesamte Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
kann während
dieser Intervalle suspendiert werden. Die Suspendierung der Datenübertragung
ermöglicht
die Verwendung von vorspezifizierten breitbandigen Timing- und Zugangssignalen.
-
Genauer
gesagt ermöglicht
die Verwendung von fest zugeordneten Timing- und Zugangsintervallen
gemäß der Erfindung
die Trennung der Timing-Synchronisation und Zugangssteuerung von der
Datenkommunikation. Durch diese Trennung können Timing und Zugang Signalisierung
verwenden, die von der der Datenkommunikation verschieden ist, und
Störungen
zwischen diesen Übermittlungen
werden beseitigt. Zum Beispiel können
Timing- und Zugangssignalen größere Bandbreiten
als Datensignalen zugeteilt werden, so daß Mobileinrichtungs-Timing
leichter aus den Timing- und Zugangssignalen geschätzt werden
kann. Durch Verwendung von fest zugeordneten Timing- und Zugangsintervallen
stören
außerdem "neue" mobile Einrichtungen,
d. h. mobile Einrichtungen, die einen anfänglichen Zugang zu einer gegebenen
Basisstation versuchen und im allgemeinen nicht timing-synchronisiert
oder leistungsgeregelt sind, während
ihrer Zugangsversuche nicht den Datenverkehr.
-
Bei
einer beispielhaften Ausführungsform synchronisiert
jede Basisstation in einem drahtlosen OFDM-System ihr Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstrecken-Timing.
Die Abwärtsstrecken
und Aufwärtsstrecken
verschiedener Basisstationen müssen
nicht synchronisiert sein. Eine mobile Einrichtung, die Aufwärtsstreckenzugang
bei einer gegebenen Basisstation wünscht, beginnt mit einer Timing-Synchronisation
in offener Schleife durch Synchronisieren ihres Übertragungs-Timing mit der
empfangenen Abwärtsstrecke.
Diese Abwärtsstrecken-Synchronisation in offener
Schleife synchronisiert automatisch die Aufwärtsstrecke bis auf die Gesamtlaufzeitverzögerung zwischen
der Basisstation und der mobilen Einrichtung.
-
Nach
der Synchronisation in offener Schleife kann die mobile Einrichtung
versuchen, auf den Aufwärtsstreckenkanal
zuzugreifen und die Aufwärtsstreckensynchronisation
zu verbessern. Für
diesen Zweck wählt
die mobile Einrichtung ein Signal aus einer designierten Menge vorspezifizierter
Zugangssignale und sendet das gewählte Signal in einem beliebigen
der Timing- und Zugangsintervalle. In jedem Timing- und Zugangsintervall
sucht die Basisstation nach der Präsenz eines oder mehrerer der
Zugangssignale. Wenn das Zugangssignal erkannt wird und der Zugang
gewährt
wird, kann die Basisstation eine Bestätigung in einem reservierten
Abwärtsstreckenkanal
senden. Die Bestätigung
kann anfängliche Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenkanalzuweisungen
zusammen mit anfänglichen
Timing- und Leistungskorrekturen enthalten. Die mobile Einrichtung
kann dann mit der Verbindungsinitialisierung auf den zugewiesenen
Kanälen
beginnen.
-
Ein
wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Zugangssignale
in dem Sinne generisch gemacht werden können, daß weder die mobile Einrichtung
noch der angeforderte Dienst in dem Zugangssignal selbst identifiziert
werden. Die gesamte Identifikation und Verbindungsinitialisierung
wird auf zugewiesenen Kanälen
durchgeführt,
nachdem die Bestätigung
gewährt
wird. Diese zweistufige Prozedur begrenzt die Übertragung in einer Menge von asynchronen
Direktzugriffs-Timing- und Zugangsintervallen auf ein Minimum. Die
Verwendung generischer Zugangssignale in designierten Intervallen
reduziert zusätzlich
den Suchraum für
die Basisstation.
-
Nach
der anfänglichen
Kanalbeschaffung und Timing-Synchronisation
führen
mobile Einrichtungen weiter für
die Dauer ihrer Verbindung mit derselben Basisstation Neusynchronisierung
aus. Zur Neusynchronisierung senden mobile Einrichtungen vorbestimmte
Timing-Neusynchronisationssignale
in den Timing- und Zugangsintervallen zu der Basisstation. Die Basisstation
mißt die
Ankunftszeit des Signals und sendet entsprechende Timing-Korrekturen zu
der mobilen Einrichtung. Die kontinuierliche Neusynchronisation
erlaubt es den mobilen Einrichtungen, Taktdrifts und Änderungen
der Ausbreitungsverzögerung
von der mobilen Einrichtung zu der Basisstation zu verfolgen.
-
Im
allgemeinen müssen
sich mobile Einrichtungen nicht in jedem Timing- und Zugangsintervall neu
synchronisieren. Folglich muß nur
eine begrenzte Anzahl mobiler Einrichtungen in jedem Intervall neu
synchronisiert werden. Das Verringern der Anzahl der in jedem Intervall
synchronisierten mobilen Einrichtungen ermöglicht den mobilen Einrichtungen die
Verwendung von Timing-Signalen mit größerer Bandbreite und gibt außerdem zusätzliche
Bandbreite für
Zugangssignale frei.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine beispielhafte Anordnung von Timing- und Zugangsintervallen in einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 zeigt
ein Mobil-Aufwärtsstreckenzugangs-
und -Synchronisationssystem gemäß der Erfindung;
und
-
3 zeigt
ein Basisstations-Aufwärtsstreckenzugangs- und -Synchronisationssystem
gemäß der Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einem beispielhaften
drahtlosen Mehrfachzugangs-Kommunikationssystem auf der Basis von
Orthogonal-Frequenzmultiplex (OFDM) dargestellt. Es versteht sich
jedoch, daß die
Erfindung nicht auf die Verwendung mit einer bestimmten Art von
drahtlosem Kommunikationssystem begrenzt ist.
-
Techniken
zur Signalkonstruktion, -detektion und -schätzung, die sich für die Verwendung
in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eignen, werden in der
oben angeführten
US-Patentanmeldung Nr. 09/503,041 beschrieben.
-
Timing- und Zugangsintervalle
-
Gemäß der Erfindung
können
mobile Einrichtungen bestimmte vorspezifizierte breitbandige Timing-
und Zugangssignale in designierten Timing- und Zugangsintervallen
senden. Die Timing- und Zugangsintervalle treten regelmäßig in einem
Aufwärtsstrecken-Datenstrom
auf und alle Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
wird während
dieser Intervalle suspendiert.
-
Die
Timing- und Zugangsintervalle sind insofern fest zugeordnet, als
reguläre
Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
in den Intervallen suspendiert ist. Die Verwendung der fest zugeordneten
Intervalle gestattet es Daten und Timing, verschiedene Signalisierung
zu verwenden, und verhindert, daß neue mobile Einrichtungen,
die sich noch nicht synchronisiert haben, die synchronisierte Datenübertragung stören.
-
Die
Positionen der Timing- und Zugangsintervalle in dem Aufwärtsstrecken-Datenstrom
sollten allen mobilen Einrichtungen, die Aufwärtsstreckenzugang oder Synchronisation
wünschen,
bekannt sein. Zu diesem Zweck können
die Timing- und Zugangsintervalle an feste, möglicherweise periodische Stellen
in den Aufwärtsstrecken-Rahmen
gelegt werden.
-
Häufigkeit
und Größe der Intervalle
sind grundlegende Entwurfsparameter. Häufigere Intervalle gestatten
eine größere Anzahl
von Zugangsversuchen und eine größere Rate
der Neusynchronisation. Größere Intervalle
erlauben längere
Zugangssignale, wodurch sich die Detektions- und Schätzungsgenauigkeit
verbessern kann. Da jedoch während der
Timing- und Zugangsintervalle keine Aufwärtsstrecken-Datenübertragung
stattfindet, stellen Größe und Häufigkeit
der Intervalle ein direktes Overhead bezüglich der Aufwärtsstrecken-Datenbandbreite dar.
-
Es
wird nun ein Timing- und Zugangssystem, das die oben erwähnten fest
zugeordneten Intervalle verwendet, in Verbindung mit den folgenden
drei Phasen der Aufwärtsstreckenkommunikation
einer mobilen Einrichtung beschrieben: 1) anfängliche Synchronisation in
offener Schleife; 2) Zugangs- und anfängliche Aufwärtsstreckensynchronisation;
und 3) Aufwärtsstrecken-Neusynchronisation.
Jede dieser Aufwärtsstrecken-Kommunikationsphasen
wird im folgenden ausführlich
beschrieben.
-
Anfängliche Synchronisation in
offener Schleife
-
Bei
der Synchronisation in offener Schleife identifiziert die mobile
Einrichtung eine Basisstation, mit der zu kommunizieren ist, stellt
Abwärtsstreckensynchronisation
her und synchronisiert die Aufwärtsstrecke
ungefähr.
Insbesondere werden nach dem Ausführen der Synchronisation in
offener Schleife die mobilen Einrichtungen in der Lage sein, die
Timing- und Zugangsintervalle ungefähr zu finden.
-
Eine
Zugang wünschende
mobile Einrichtung beginnt, indem sie identifiziert, ob ein Träger in ihrem
Gebiet verfügbar
ist, und wenn dies der Fall ist, synchronisiert sie ihren Empfänger auf
die Abwärtsstrecke
von einer entsprechenden Basisstation. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung synchronisiert die mobile Einrichtung anfänglich ihr
Sende-Timing mit ihrem Empfangs-Timing. Zusätzlich synchronisiert jede
Basisstation bei der beispielhaften Ausführungsform ihr Aufwärtsstreckenund
Abwärtsstrecken-Timing.
In einem solchen System ist es nicht notwendig, daß verschiedene
Basisstationen ihre Aufwärtsstrecke
oder Abwärtsstrecke miteinander
synchronisieren.
-
Ein
wichtiger Aspekt der anfänglichen
Synchronisation in offener Schleife besteht darin, daß, nachdem
die mobile Einrichtung ihr Sende- und Empfangs-Timing mit der Basisstations-Abwärtsstrecke synchronisiert
hat, die Mobil-Aufwärtsstrecke
automatisch anfänglich
mit einem Fehler von höchstens einer
Gesamtausbreitungsverzögerung
mit der Basisstations-Aufwärtsstrecke
synchronisiert sein wird. Diese Synchronisationsgenauigkeit in offener
Schleife ist nicht dafür
gedacht, für
die Datenübertragung ausreichend
zu sein. Sie soll lediglich einen ungefähren Grad an Synchronisation
bereitstellen, der für den
Beginn der Zugangsprozedur ausreicht. Da die Timing- und Zugangsintervalle
an festen Punkten in dem Aufwärtsstreckenstrom
auftreten, werden insbesondere mobile Einrichtungen, die die Synchronisation
in offener Schleife abgeschlossen haben, in der Lage sein, die Timing-
und Zugangsintervalle bis auf die Gesamtausbreitungsverzögerung zu
finden.
-
Die
für diese
anfängliche
Abwärtsstreckensynchronisation
verwendete konkrete Prozedur wird hier nicht im einzelnen beschrieben.
Es wird bei der beispielhaften Ausführungsform angenommen, daß jede Basisstation
dauernd eine bestimmte Form von Abwärtsstrecken-Pilottönen sendet,
aus denen die mobilen Einrichtungen die Trägerfrequenz und das Abwärtsstreckensymbol-
und Rahmen-Timing erfassen können.
Diese Abwärtsstreckensynchronisation kann
mit standardmäßigen Phasenregelkreisen
und anderen Einrichtungen auf herkömmliche Weise durchgeführt werden,
z. B. unter Verwendung der wohlbekannten Techniken, die etwa in
S. Gupta, "Phase-Locked
Loops", Proceedings
IEEE, Band 63, S. 291-306, Februar 1975; W. Lindsey und C. Chie, "A survey of digital
Phase-locked loops",
Proceedings IEEE, Band 69, S. 410-432, 1981; L. Franks, "Synchronization subsystems:
analysis and design", Digital
Communications, Satellite/Earth Station Engineering, K. Feher, Hrsg.,
Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1981; H. Meyr und G. Ascheid, "Synchronization in
Digital Communications",
New York, NY: Wiley Interscience, 1990; und J. Proakis, "Digital Communications", New York, NY: McGraw-Rill,
3. Aufl., 1995, beschrieben werden.
-
Für den Zweck
der Synchronisation in offener Schleife wird angenommen, daß jede mobile
Einrichtung nach dem Anhören
der Pilotsignale eine Basisstation auswählen, das Abwärtsstrecken-Timing aus
der Basisstation erfassen und ihr Aufwärtsstrecken-Sendertiming ohne
Timing-Fehler auf die Abwärtsstrecke
abstimmen kann.
-
Man
beachte, daß Abwärtsstreckensynchronisation
durchgeführt
werden kann, ohne daß mobile Einrichtungen
irgendwelche Daten zu der Basisstation senden. Folglich können mobile
Einrichtungen die Synchronisation in offener Schleife aufrechterhalten, auch
wenn der Kanalzugang nicht sofort erforderlich ist oder nachdem
eine Kanalbenutzung abgeschlossen ist. Auf diese Weise muß die Neusynchronisation in
offener Schleife im Fall von mehreren Kanalzugriffen nicht wiederholt
werden. Dadurch reduziert sich die Zugangslatenz für wenig
häufig
sendende mobile Einrichtungen.
-
Zugangssteuerung
-
Nach
der anfänglichen
Synchronisation in offener Schleife ist die mobile Einrichtung bereit,
die Synchronisation von Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenkanälen zu beschaffen
und zu verfeinern. Eine mobile Einrichtung, die einen Aufwärtsstreckenkanal
erfassen möchte,
sendet eines einer Menge designierter Zugangssignale während eines
Timing- und Zugangsintervalls. In jedem Timing- und Zugangsintervall
sucht die Basisstation nach der Anwesenheit eines oder mehrerer
der Zugangssignale. Die Detektion eines Zugangssignals zeigt einen
Zugangsversuch von einer bestimmten mobilen Einrichtung an.
-
Nachdem
ein Zugangssignal erfolgreich detektiert wurde, bestimmt die Basisstations-Zugangssteuerlogik,
ob der Zugang gewährt
werden kann. Außerdem
kann die Basisstation Ankunftszeit und Leistung des empfangenen
Signals schätzen.
Aus der Ankunftszeit kann die Basisstation den anfänglichen
Timing-Fehler der mobilen Einrichtung schätzen. Dieser Timing-Fehler
wird ein Fehler aus der Synchronisation in offener Schleife sein,
nämlich
die Gesamtausbreitungsverzögerung
zwischen der mobilen Einrichtung und der Basisstation.
-
Wenn
der Zugang detektiert und gewährt wird,
sendet die Basisstation in einem reservierten Abwärtsstreckenkanal
eine Zugangsbestätigung
zu der mobilen Einrichtung zurück.
Die Position des Abwärtsstreckenkanals
für die
Bestätigung
sollte der mobilen Einrichtung bekannt sein. Die Zugangsbestätigung kann
außerdem
eine Timing- und
Leistungskorrektur, anfängliche
Aufwärtsstreckenund
Abwärtsstreckenkanalzuweisungen
und möglicherweise
andere Verbindungsaufbauinformationen enthalten. Nach dem Empfang
der Zugangsbestätigung kann
die mobile Einrichtung ihr Timing und ihre Leistung entsprechend
einstellen und mit der Kommunikation auf den zugewiesenen Kanälen beginnen.
-
Das
Zugangssignal wird möglicherweise
wegen unzureichender Leistung oder Kanal-Fading nicht detektiert.
Auch wenn es detektiert wird, kann die Basisstation auch entscheiden,
den Zugang nicht zu gewähren,
wenn keine Betriebsmittel verfügbar sind.
Wenn der Zugang verweigert oder nicht detektiert wird, kann die
Basisstation eine negative Bestätigung
senden oder einfach keine Bestätigung
senden.
-
Zugangssteuerlogik
und das allgemeine Problem des Einteilens von Betriebsmitteln sind
in der Technik wohlverstanden und werden hier deshalb nicht im Detail
beschrieben. Zugriffe sollten jedoch nicht gewährt werden, wenn die Basisstation
der Meinung ist, daß das
Timing nicht ausreichend genau geschätzt wurde, damit die mobile
Einrichtung mit ordnungsgemäßer Timing- Synchronisation beginnen kann.
Ein Verfahren zur Bestimmung, ob die Timing-Schätzung genau genug ist, besteht
darin, zu prüfen,
daß die
empfangene Signalleistung des Zugangssignals groß genug ist.
-
Man
beachte, daß die
Zugangssignale, die die mobilen Einrichtungen senden, in dem Sinne
generisch sind, daß die
mobile Einrichtung oder die Dienste, die angefordert werden, nicht
in dem Zugangssignal selbst identifiziert werden. Mobile Einrichtungen
führen
ihre Identifikation, Authentifikation und etwaigen anderen Verbindungsaufbau
auf den zugewiesenen Kanälen
durch, nachdem ihr Timing und ihre Leistung korrigiert wurden. Dieser
zweistufige Zugang garantiert, daß die mobilen Einrichtungen die
Verbindungsinitialisierung durchführen, während sie auf einem zugewiesenen
Nicht-Direktzugriffskanal
synchronisiert sind, wodurch die für die Verbindungsinitialisierung
erforderlichen Betriebsmittel und Verzögerungen reduziert werden.
Durch Verwendung einer Menge generischer Signale in den Timing-
und Zugangsintervallen muß zusätzlich die
Basisstation nur eine kleine Menge von Signalen in bestimmten konkreten
Intervallen durchsuchen, wodurch sich die Suchprozedur für Direktzugriff
vereinfacht.
-
Es
ist möglich,
daß mehr
als eine mobile Einrichtung dasselbe Zugangssignal in demselben
Timing- und Zugangsintervall verwendet. Um solche Fälle zu behandeln,
können
die Basisstationen und mobilen Einrichtungen eine Kombination von
Kollisionsdetektion und/oder zufälligem
Zurückweichen und
Zufallssignalauswahlverfahren verwenden. Bei der Kollisionsdetektion
sucht die Basisstation nach der Anwesenheit von mehr als einem derselben
Zugangssignale in demselben Timing- und Zugangsintervall. Falls eine Kollision
detektiert wird, kann eine negative Bestätigung oder keine Bestätigung auf dem
Rundsendekanal gesendet werden. Es kann auch ein spezifisches Kollisionswarnsignal
gesendet werden.
-
Mobile
Einrichtungen, die keine Bestätigungen
empfangen oder negative Bestätigungen
empfangen, können
den Zugang in nachfolgenden Timing- und Zugangsintervallen neu versuchen.
Um die Wahrscheinlichkeit wiederholter Kollisionen bei nachfolgenden
Versuchen zu reduzieren, kann jede mobile Einrichtung zufällig ein
neues Zugangssignal aus der designierten Zugangssignalmenge auswählen. Auf ähnliche
Weise wie bei einer herkömmlichen Schlitz-ALOHA-Mehrfachzugangstechnik
können
zusätzlich
die mobilen Einrichtungen ein zufälliges Zurückweichen zwischen Zugangsversuchen
ausüben.
-
Zusätzlich zu
Kollisionen ist ein anderer Grund, aus dem Bestätigungen möglicherweise nicht gesendet
werden, daß das
Zugangssignal von der mobilen Einrichtung nicht mit ausreichender
Leistung empfangen wurde. Mobile Einrichtungen sollten deshalb bei
den nachfolgenden Zugangsversuchen ihre Sendeleistung vergrößern. Falls
mobile Einrichtungen jedoch eine spezifische Kollisionswarnung empfangen,
ist die Leistungsvergrößerung möglicherweise
jedoch nicht notwendig.
-
In
bestimmten Umständen
kann die Kollisionsdetektion für
die Basisstation schwierig sein. Wenn zum Beispiel die Verzögerungsspreizung
groß ist,
können
Kopien desselben Signals, die von mehreren mobilen Einrichtungen
gesendet werden, mit Mehrwegekopien von einer mobilen Einrichtung
verwechselt werden. Wenn Kollisionen auftreten und nicht detektiert
werden, beginnen möglicherweise mehr
als eine mobile Einrichtung die zweite Phase des Zugangs auf demselben
zugewiesenen Kanal. Um diesen Fehler zu erkennen, können die
Basisstation und mobilen Einrichtungen zwei mögliche Tests durchführen.
-
Als
erstes kann die Basisstation eine Fehlerdetektionscodierungsprüfung an
den Daten auf dem zugewiesenen Aufwärtsstreckenkanal ausführen. Wenn
mehr als eine mobile Einrichtung denselben Kanal mit ähnlicher
Leistung verwendet hat, sind die Daten auf dem Aufwärtsstreckenkanal
wahrscheinlich verfälscht
und bestehen die Prüfung
nicht. In diesem Fall kann die Basisstation ein Signal senden, das
alle mobile Einrichtungen anweist, die Kanäle abzuwerfen, und die mobilen
Einrichtungen können
die Zugangsprozedur mit entsprechendem zufälligen Zurückweichen und zufälliger Signalauswahl
wie zuvor beschrieben neu starten.
-
Als
zusätzliche
Prüfung
können
mobile Einrichtungen eine eindeutige Identifikation in der Verbindungsinitialisierung
auf dem zugewiesenen Aufwärtsstreckenkanal
senden und die Basisstation kann die empfangene Identifikation in
der Abwärtsstrecke
zu der mobilen Einrichtung zurücksenden. Eine
mobile Einrichtung kann deshalb bestätigen, daß sie der beabsichtigte Benutzer
der zugewiesenen Kanäle
ist. Wenn mehr als eine mobile Einrichtung den Kanal verwendet,
aber einer mit wesentlich höherer
Leistung empfangen wird, wird nur die Identifikation der dominanten
mobilen Einrichtung von der Basisstation empfangen und zurückgemeldet.
Auf diese Weise empfangen die nichtdominanten mobilen Einrichtungen
nicht ihre Identifikation und werfen den Kanal ab und starten die
Zugangsprozedur mit entsprechendem zufälligem Zurückweichen und zufälliger Signalauswahl
wie zuvor beschrieben neu.
-
Neusynchronisation
-
Nach
der Beschaffung der anfänglichen
Kanäle
und des anfänglichen
Timing müssen
sich mobile Einrichtungen kontinuierlich neu synchronisieren, um
Ausbreitungsverzögerungs-
und Timing-Driftänderungen
zwischen der mobilen Einrichtung und der Basisstation zu folgen.
Zur Neusynchronisation kann eine mobile Einrichtung ein vorbestimmtes
Timing-Neusynchronisationssignal in einem vorbestimmten Timing-
und Zugangsintervall zu der Basisstation senden. Die Basisstation
kann die Ankunftszeit des Signals messen und eine entsprechende
Timing-Korrektur in einem Abwärtsstreckenkanal
zu der mobilen Einrichtung zurück übermitteln.
-
Die
Neusynchronisation kann eine Teilmenge der Timing- und Zugangsintervalle
verwenden, die von der für
anfängliche
Timing-Synchronisation und Zugangssteuerung verwendeten getrennt
ist. Als Alternative können
Neusynchronisation und anfängliche
Zugangssteuerung dieselben Timing- und Zugangsintervalle verwenden,
aber mit verschiedenen Längen
von Signalen.
-
Die
Häufigkeit
der Neusynchronisation muß nur
ausreichen, um die maximal mögliche
Taktdrift und Gesamtausbreitungsverzögerungsänderung abzudecken. Folglich
müssen
sich nicht alle mobilen Einrichtungen in jedem Timing- und Zugangsintervall neu
synchronisieren. Durch Neusynchronisieren nur einer kleinen Anzahl
von mobilen Einrichtungen in jedem Timing- und Zugangsintervall
steht es jeder mobilen Einrichtung, die sich neu synchronisiert,
frei, ein Signal mit größerer Bandbreite
für genauere
Timing-Schätzung zu
verwenden. Zusätzlich
gibt die verringerte Anzahl von sich in dem Timing- und Zugangsintervall
neu synchronisierenden mobilen Einrichtungen Bandbreite für Zugangssignale
frei, wenn Neusynchronisation und anfängliche Zugangssteuerung dieselben
Timing- und Zugangsintervalle verwenden.
-
Die
Neusynchronisationseinteilung jeder mobilen Einrichtung, d. h. die
Zuweisung von Timing-Neusynchronisationssignalen
und Timing- und Zugangsintervallen, kann bei der Verbindungsinitialisierung
bestimmt werden. Darüber
hinaus kann die Basisstation auch gegebenenfalls explizit eine Neusynchronisation
von der mobilen Einrichtung anfordern. In diesem Fall sendet die
Basisstation eine Neusynchronisationsanforderung in der Abwärtsstrecke
zusammen mit der Zuweisung eines Timing- und Zugangsintervalls und
einem Neusynchronisationssignal für die mobile Einrichtung zur
Ausführung
der Neusynchronisation zu der mobilen Einrichtung.
-
1 zeigt
ein Beispiel für
eine einfache Neusynchronisationseinteilung, bei der die Timing- und
Zugangsintervalle für
die Neusynchronisation der mobilen Einrichtung periodisch wiederkehren. Jede
mobile Einrichtung wird beim Eintritt in das System einer von M
Gruppen zugewiesen. In jedem Timing-Intervall wird eine bestimmte der M
Gruppen von mobilen Einrichtungen synchronisiert (wie durch die
ausgefüllten
schwarzen Timing-Schlitze angegeben), während die anderen M – 1 Gruppen
ihre Übertragung
suspendieren (wie durch die schraffierten Timing-Schlitze angegeben). Die zu synchronisierenden
Gruppen können
z. B. im Reigenverfahren ausgewählt
werden, d. h. Gruppe 1 wird im Timing-Intervall 1 synchronisiert,
Gruppe 2 im Intervall 2 usw., wobei sich der Synchronisationszyklus
alle M Timing-Intervalle wiederholt. Zahlreiche andere Neusynchronisationseinteilungen
können
in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden und
sind für
Fachleute ersichtlich.
-
Implementierung von Basisstation
und mobiler Einrichtung
-
Beispiele
für bestimmte
Anordnungen von Verarbeitungselementen, die für die Implementierung der oben
beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung geeignet
sind, werden nun mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
Es versteht sich, daß dies
lediglich Beispiele sind und auch viele andere Anordnungen verwendet
werden könnten.
-
2 zeigt
ein Mobil-Aufwärtsstreckenzugangs-
und -synchronisationssystem 100. Das System 100 ist
in einer mobilen Einrichtung verankert und ist für Kanalbeschaffung und Timing-Synchronisationssignalisierung
für diese
mobile Einrichtung verantwortlich. Das System 100 justiert
außerdem den
Aufwärtsstrecken-Symboltakt auf der
Basis von Timing-Offset-Messungen von einer Basisstation. Das System 100 umfaßt eine
Sync-Signaleinfügeeinheit 102,
eine Timing- und Zugangssignaldatenbank 104, eine variable
Zeitvorrückeinheit 106 und
eine Taktoffset-Einstelleinheit 110.
-
Die
Sync-Signaleinfügeeinheit 102 fügt die Timing-
und Zugangssignale in den Datenstrom für Senden (TX) ein. Die Position
der Intervalle wird durch den Timing- und Zugangsintervallindikator
angegeben, von dem in diesem Beispiel angenommen wird, daß er aus
dem Abwärtsstrecken-Timing
abgeleitet wird. Die Timing- und Zugangssignale werden in der Timing-
und Zugangssignaldatenbank 104 gespeichert.
-
Das
Aufwärtsstrecken-Timing
der mobilen Einrichtung wird in der variablen Zeitvorrückeinheit 106 und
in der Taktoffset-Einstelleinheit 110 abgeleitet. Der Symboltakt
für Empfang
(RX) ist eine Eingabe für
die variable Zeitvorrückeinheit 106 und
wird aus der Basisstations-Abwärtsstrecke
abgeleitet. Die variable Timing-Offset-Vorrückeinheit 106 erzeugt den
TX-Takt durch Vorrücken
des RX-Takts um ein variables Zeitoffset. Der TX-Takt besitzt dieselbe
Frequenz wie der RX-Takt, ist aber zeitlich versetzt, um sicherzustellen,
daß die
Daten der mobilen Einrichtung zur gewünschten Zeit an der Basisstation
ankommen.
-
Die
Taktoffset-Einstelleinheit 110 wählt das Timing-Offset auf der Basis
von aus der Basisstation empfangenen Timing-Fehlerschätzungen.
Die Taktoffset-Einstellschaltung 110 kann
versuchen, falsche Fehlerschätzungen
aufgrund einer schlechten Schätzung in
der Basisstation oder Verfälschung
des Rückkopplungssignals
zu filtern.
-
Um
einen Aufwärtsstreckenkanal
zu beschaffen, sendet eine mobile Einrichtung in einem beliebigen
Timing- und Zugangsintervall unter Verwendung der Sync-Signaleinfügeeinheit 102 ein
Zugangssignal. Die Timing- und
Zugangsintervalle treten in diesem Beispiel periodisch zu Zeitpunkten
auf, die aus dem Abwärtsstreckenrahmen-
und Symboltiming bestimmt werden können. Bei jedem Beschaffungsversuch
wird das Zugangssignal zufällig
aus einem einer Gruppe von Signalen ausgewählt, die allen mobilen Einrichtungen
gemeinsam und allen Basisstationen bekannt sind. Die Zugangssignalmenge wird
in der Timing- und Zugangssignaldatenbank 104 gespeichert.
Jede Basisstation scannt die Timing- und Zugangsintervalle auf Zugangssignale,
um zu bestimmen, ob irgendeine mobile Einrichtung eine Zugangsanforderung
für einen
Aufwärtsstreckenkanal
gesendet hat.
-
Wenn
ein Zugang detektiert und der Zugang gewährt wird, sendet die Basisstation
eine Zugangsbestätigung
in einem reservierten Signalisierungskanal in der Abwärtsstrecke
zusammen mit einer Aufwärtsstreckenkanalzuweisung,
einer anfänglichen
Timing- und Leistungskorrektur und etwaigen anderen Verbindungsaufbauinformationen.
Nachdem einer mobilen Einrichtung ein Aufwärtsstreckenkanal gewährt wurde
und kontinuierlich während
ihrer Verwendung des Kanals, sendet die mobile Einrichtung periodisch
bestimmte Timing-Synchronisationssignale zu der Basisstation. Die
Timing-Synchronisationssignale
werden durch die Sync-Signaleinfügeeinheit 102 in
den TX-Datenstrom in den designierten Timing- und Zugangsintervallen
eingefügt.
Jeder mit der Basisstation verbundenen mobilen Einrichtung wird
ein eindeutiges Timing-Signal und Timing-Intervall, worin es sendet,
zugewiesen. Die Signal- und Intervallzuweisung kann durch die Basisstation
während
des Verbindungsaufbaus der mobilen Einrichtung gegeben werden.
-
Die
Basisstation schätzt
die Ankunftszeit des Timing-Synchronisationssignals,
um den Timing-Fehler zwischen der gewünschten und tatsächlichen
Ankunftszeit der Übertragung
der mobilen Einrichtung zu bestimmen. Der geschätzte Timing-Fehler wird über die
Abwärtsstrecke
zu der Taktoffset-Einstelleinheit 110 der mobilen Einrichtung
zurück übermittelt.
Die Taktoffset-Einstelleinheit 110 justiert
das Timing-Offset um die Timing-Fehlerschätzung. Der TX-Takt wird in
der variablen Zeitvorrückeinheit 106 um
das Timing-Offset von dem RX-Symboltakt vorgerückt, um sicherzustellen, daß die Daten der
mobilen Einrichtung zum gewünschten
Zeitpunkt an der Basisstation ankommen. Die Taktoffset-Einstelleinheit 110 kann
auch versuchen, falsche Timing-Fehlerschätzungen aufgrund einer schlechten Schätzung in
der Basisstation oder Verfälschung
des Rückkopplungssignals
herauszufiltern.
-
3 zeigt
ein Basisstations-Aufwärtsstreckenzugangs- und -synchronisationssystem 120. Das
Basisstationssystem 120 ist in jeder Basisstation des drahtlosen
Systems verankert und ist für
das Detektieren von Zugangsanforderungen und das Schätzen des
Timing-Offset aus dem Synchronisationssignal verantwortlich. Die
Daten aus den Timing- und Zugangsintervallen werden zuerst in einer
Timing-Zugangsintervall-Datenentfernungseinheit 122 aus
dem RX-Datenstrom entfernt. Eine Signalverzögerungs- und Leistungsschätzungseinheit 125 scannt
die Daten in jedem Intervall auf die Anwesenheit von Zugangssignalen.
Die Zugangssignale, nach denen zu suchen ist, können in einer Timing- und Zugangssignaldatenbank 128 vorgespeichert
werden. Die Anwesenheit eines Zugangssignals zeigt eine Aufwärtsstreckenzugangsanforderung
von einer mobilen Einrichtung an, und die Detektion einer Zugangsanforderung
in dem Detektionselement 130 kann wie gezeigt zu der Basisstations-Zugangssteuerlogik
weitergeleitet werden.
-
Das
Zugangs- und Synchronisationssystem 120 schätzt auch
die Ankunftszeit jedes Timing-Synchronisationssignals. Wie bei den
Zugangssignalen können
auch die Timing-Signale in der Datenbank 128 vorgespeichert
werden. Die Ankunftszeitschätzungen
der Timing-Synchronisationssignale
dienen zur Betimmung des Fehlers zwischen der gewünschten
und tatsächlichen
Ankunftszeit der Übertragung der
mobilen Einrichtung. Es werden eine Verzögerungsschätzung und eine Leistungsschätzung aus der
Signalverzögerungs-
und Leistungsschätzungseinheit 125 zu
den mobilen Einrichtungen gesendet. Die Zuweisungen der Timing-Signale zu den mobilen Einrichtungen
können
in einer Datenbank gespeichert werden, die durch die Zugangssteuerlogik
aktualisiert wird. Mit Informationen aus einer solchen Datenbank
kann man sicherstellen, daß die
gemessenen Timing-Fehler zu den korrekten mobilen Einrichtungen
in der Abwärtsstrecke
zurückgesendet
werden können.
-
Die
oben beschriebene Ausführungsform
ist lediglich veranschaulichend. Es können alternative Ausführungsformen
implementiert werden, z. B. mit einer Form von Kollisionsdetektion,
die sich zur Abwicklung von Datenverkehr eignet. Außerdem erfolgen
die obigen Annahmen in bezug auf die Analyse der beispielhaften
Ausführungsform
lediglich der Einfachheit und Klarheit halber und sollen den Schutzumfang
der Erfindung nicht einschränken.
Die Erfindung kann natürlich
auch in Systemen implementiert werden, in denen diese Annahmen nicht
gelten. Weiterhin können
viele verschiedene Arten, Anordnungen und Konfigurationen von Verarbeitungselementen,
die von hier beschriebenen verschieden sind, zur Implementierung
der Erfindung verwendet werden. Diese und andere alternative Ausführungsformen
innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche werden Fachleuten ohne
weiteres einfallen.