DE69929063T2 - Wahlfreier zugriff in einem mobilen telekommunikationssystem - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Mobiltelekommunikationsgebiet und insbesondere ein Verfahren zum Verarbeiten von Anrufen, die von einer Mobilstation ausgehen, mit einem wahlfreien Mehrfachzugriff.
  • BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN SACHSTANDES
  • Die nächste Generation von Mobilkommunikationssystemen werden eine breite Auswahl von Telekommunikationsdiensten bereitstellen müssen, die digitale Sprache, Video und Daten in Paket- und Kanal-leitungsvermittelten Moden einschließen. Infolgedessen nimmt man an, dass die Anzahl von Anrufen, die durchgeführt werden, signifikant ansteigt, was zu einer viel höheren Verkehrsdichte auf Kanälen für einen wahlfreien Zugriff (Random Access Channels; RACHs) führen wird. Unglücklicherweise wird diese höhere Verkehrsdichte auch zu erhöhten Kollisionen und Zugriffsfehlschlägen führen. Demzufolge wird die neue Generation von Mobilkommunikationssystemen viel schnellere und flexiblere Prozeduren für den wahlfreien Zugriff verwenden müssen, um deren Zugriffserfolgsraten zu erhöhen und deren Zugriffsaufforderungs-Verarbeitungszeiten zu verringern.
  • In den meisten Mobilkommunikationssystemen, wie beispielsweise bei der europäischen gemeinsamen Entwicklung, die als das „Code Devision Testbed" (CODIT) bezeichnet wird, kann eine Mobilstation einen Zugriff zu einer Basisstation dadurch erhalten, dass zunächst bestimmt wird, dass der RACH zur Verwendung verfügbar ist. Dann überträgt die Mobilstation eine Reihe von Zugriffsaufforderungs-Präambeln (z. B. einzelne 1023 Chip-Symbole) mit ansteigenden Leistungspegeln, bis die Basisstation die Zugriffsaufforderung erfasst. Im Ansprechen darauf startet die Basisstation den Prozess zum Steuern der übertragenen Leistung der Mobilstation über einen Downlink Kanal (Kanal auf der abwärts gerichteten Strecke). Sobald die anfängliche „Anbindung" („Handshaking") zwischen der Mobilstation und der Basisstation abgeschlossen worden ist, überträgt der mobile Benutzer eine Nachricht mit einem wahlfreien Zugriff.
  • Insbesondere wird in einem CODIT-gestützten Code Devision Multiple Access (CDMA; Codeteilungs-Vielfachzugriff) System eine Mobilstation versuchen auf den Basisstationsempfänger dadurch zuzugreifen, dass ein „Leistungsrampen" Prozess verwendet wird, der den Leistungspegel von jedem sukzessive übertragenen Präambelsymbol erhöht. Sobald eine Zugriffsaufforderungspräambel erfasst wird aktiviert die Basisstation eine Leistungsriegelschaltung mit geschlossener Schleife, die dazu dient, den Übertragungsleistungspegel der Mobilstation zu steuern, um die empfangene Signalleistung von der Mobilstation auf einem gewünschten Pegel zu halten. Die Mobilstation überträgt dann ihre spezifischen Daten für die Zugriffsaufforderung. Der Empfänger der Basisstation „entspreizt" die empfangenen (Spreizspektrum-) Signale unter Verwendung eines angepassten Filters (Matched Filter) und führt eine Diversity-Kombination der entspreizten Signale aus, um den Vorteil einer Antennendiversity auszunutzen.
  • In einem IS-95 CDMA System wird eine ähnliche Technik für den wahlfreien Zugriff verwendet. Jedoch ist der Hauptunterschied zwischen dem CODIT und dem IS-95 Prozess, dass die IS-95 Mobilstation ein vollständiges Paket für den wahlfreien Zugriff an Stelle lediglich der Präambel überträgt. Wenn die Basisstation die Zugriffsaufforderung nicht bestätigt, dann überträgt die IS-95 Mobilstation das Zugriffsaufforderungspaket bei einem höheren Leistungspegel. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die Basisstation die Zugriffsaufforderung bestätigt.
  • In einem Mobilkommunikationssystem unter Verwendung eines mit Schlitzen versehenen ALOHA (S-ALOHA) Verfahrens mit einem wahlfreien Zugriff, wie beispielsweise das Verfahren, das in der WO 98/18280 offenbart ist, erzeugt und überträgt die Mobilstation ein Paket für den wahlfreien Zugriff. Ein Diagramm, das eine Rahmenstruktur für ein derartiges Paket für den wahlfreien Zugriff illustriert, ist in 1 gezeigt. Das Paket für den wahlfreien Zugriff („Zugriffsaufforderungsdatenrahmen") umfasst eine Präambel und einen Datenfeldabschnitt. Die Präambel enthält ein einzigartiges Signatur-(Bit)-Muster, welches „L" Symbole lang ist. Das Signaturmuster wird zufällig bzw. wahlfrei aus einem Satz von Mustern gewählt, die orthogonal zueinander sind, aber nicht notwendigerweise. An sich können die einzigartigen Signaturmuster in einer anderen Weise übertragen werden (z. B. nicht innerhalb einer Präambel, integriert in den Steuerkanal, parallel mit einem Datenfeld etc.). An sich stellt die Verwendung dieses Merkmals mit dem einzigartigen Signaturmuster, wie in der WO 98/18280 offenbart, eine signifikant höhere Durchsatzeffizienz als herkömmliche Verfahren für den wahlfreien Zugriff bereit.
  • Wie in der WO 98/18280 offenbart umfasst das Datenfeld des Pakets für den wahlfreien Zugriff bestimmte Information des wahlfreien Zugriffs, einschließlich einer Mobilstations-(Benutzer)-Identitätsinformation, die Anzahl der erforderlichen Dienste (die Anzahl von Diensten, die bereitgestellt werden sollen), die erforderliche Luftzeit, (die Zeit, die benötigt wird, um eine Nachricht zu vervollständigen), eine Kurzpaketdatennachricht (um die Übertragungseffizienz zu erhöhen), und ein Fehlererfassungs-Redundanzfeld (zyklischen Redundanzcode). Wegen der Gründe, die in der WO 98/18280 dargelegt werden, wird das Spreizungsverhältnis (die Spreizspektrummodulation) Präambel so gewählt, dass es länger ist als das Spreizungsverhältnis des Datenfeldabschnitts. Jedoch können Situationen erwogen werden, bei denen dies nicht notwendigerweise so ist.
  • Das Paket für den wahlfreien Zugriff (z. B. wie beispielsweise das Paket, das in 1 gezeigt wird) wird durch die Mobilstation beim Beginn des nächsten verfügbaren Schlitzes übertragen. Ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die in einer Mobilstation verwendet werden kann, um das Paket für den wahlfreien Zugriff zu erzeugen und zu übertragen, das in 1 gezeigt ist, ist in 2 gezeigt. Im Grunde genommen, wie in der 2 dargestellt, werden die Präambel und das Datenfeld des Pakets für den wahlfreien Zugriff getrennt erzeugt und gespreizt (mit jeweiligen Spreizungscodes) und werden dann durch die Mobilstation multiplexiert und übertragen.
  • Als nächstes wird das durch die Mobilstation übertragene Paket für den wahlfreien Zugriff empfangen und an der Zielbasisstation mit einem Empfänger demoduliert, der auf ein Matched Filter gestützt ist. 3 ist ein Blockdiagramm eines Erfassungsabschnitts (für eine Antenne) eines Basisstationsempfängers mit wahlfreiem Zugriff, der hauptsächlich dazu dient das Timing der empfangenen Signalstrahlen abzuschätzen. Das Matched Filter, welches nur während der Präambelperiode verwendet wird, wird auf den Spreizungscode der Präambel abgestimmt. Das Matched Filter wird verwendet, um die Anwesenheit der Aufforderung für den wahlfreien Zugriff zu erfassen und den Präambelteil des Pakets für den wahlfreien Zugriff zu entspreizen und diesen an die Akkumulatoreinheit zu führen. Der Akkumulator (Signaturen 1-l) ist ein einzigartiges Merkmal, welches für das WO 98/18280 Verfahren für den wahlfreien Zugriff verwendet wird, um die Signale an dem Ausgang des Matched Filters während der Symbolperioden der Präambel (M) zu summieren, um das Empfangssignal-zu-Störungs-(S/I) Leistungsverhältnis zu erhöhen. Da jede empfangene Präambel ein einzigartiges Signaturmuster umfasst, wird der Akkumulationsbetrieb mit einer Vielzahl von Akkumulatoren (1-l) ausgeführt, wobei jeder Akkumulator auf eines der möglichen Signaturmuster, die empfangen werden sollen, abgestimmt ist.
  • 4 ist ein einfaches Blockdiagramm eines Akkumulators, der für den 1-Kanal (Quadratur-Erfassung) in dem Detektorabschnitt für den wahlfreien Zugriff, der in 3 gezeigt ist, verwendet werden kann. Ein ähnlicher Akkumulator kann für den Q Kanal verwendet werden. Bezugnehmend auf die 3 und 4 wird der Ausgang von jedem Akkumulator (Signatur 1-l) mit einer Spitzenerfassungseinheit gekoppelt. An dem Ende der Präambelperiode durchsucht jede Spitzenerfassungseinheit den Ausgang von ihrem jeweiligen Matched Filter nach jeder Signalspitze, die eine vorgegebene Erfassungsschwelle übersteigt. Jede Spitzenerfassungseinheit registriert (erfasst und speichert) dann die Größe und die relative Phase von jedem von diesen Spitzensignalen und bestimmt dadurch die Anzahl von signifikanten Signalstrahlen, die für eine Demodulation in dem Empfänger verfügbar sind. An sich wird das Timing von jeder Stütze abgeschätzt und verwendet, um die „Rake" Parameter des Empfängers (Rake-Empfänger-Abschnitte 1-l) einzustellen. 5 ist ein Blockdiagramm eines Demodulators für den wahlfreien Zugriff, der verwendet werden kann, um den Datenfeldabschnitt des Pakets für den wahlfreien Zugriff zu demodulieren. Im Wesentlichen dekodiert der Demodulatorabschnitt für den wahlfreien Zugriff die Dateninformation in dem empfangenen Datenfeld und prüft nach Übertragungsfehlern.
  • Obwohl das voranstehend unter Bezugnahme auf die 1–5 beschriebene Verfahren und die Vorrichtung für einen wahlfreien Zugriff zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren für den wahlfreien Zugriff aufweist, gibt es in der Tat noch eine Anzahl von Problemen, die gelöst werden müssen.
  • Zum Beispiel ist 9 ein Zeitsequenzdiagramm, welches darstellt, wie zwei oder mehrere Aufforderungen für einen wahlfreien Zugriff kollidieren können, wenn sie gleichzeitig an einem Basisstationsempfänger ankommen. Um die Anzahl von Kollisionen zu minimieren, die während Neuübertragungen auftreten, kann die Auszeitperiode der Mobilstation (die Zeit, die abläuft, bevor eine Aufforderung erneut übertragen wird) wahlfrei bzw. zufällig aus einem relativ langen Zeitintervall {0, Td} gewählt werden, wobei Td die maximal zulässige Zeitverzögerung ist. Die Verwendung eines relativ langen Zeitintervalls zwischen Neuübertragungen verringert die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen. Jedoch kann die durchschnittliche Verzögerung, die beim Warten auf eine erfolgreiche Übertragung mit wahlfreiem Zugriff wahrgenommen wird, relativ lang sein. Obwohl die Verwendung der Zufallszugriffsverfahren (Verfahren für den wahlfreien Zugriff) in den voranstehend beschriebenen Patentanmeldungen gegenüber herkömmlichen Verfahren höchst vorteilhaft sind, können Zufallszugriffs-Kollisionen noch auftreten, wenn zwei oder mehrere Zufallszugriffsaufforderungen, die das gleiche Signaturmuster enthalten, gleichzeitig an dem Basisstationsempfänger ankommen. Trotzdem, wie nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, löst die vorliegende Erfindung erfolgreich diese und andere verwandte Zufallszugriffsprobleme.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Zeitintervall zwischen Zufallszugriffs-Neuübertragungen signifikant zu reduzieren und dadurch die Durchsatzeffizienz zu erhöhen.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein System gelöst, das zufällig bzw. wahlfrei neue Signaturen für Neuübertragungen eines wahlfreien Zugriffs wählt, wenn Kollisionen aufgetreten sind. An sich macht die vorliegende Erfindung die Neuübertragung von Zufallszugriffsaufforderungen über einer Signaturdomäne, an Stelle lediglich über der Zeitdomäne, zufällig. Demzufolge verkürzt die vorliegende Erfindung signifikant die Zufallszugriffsverzögerungen, die durch Kollisionen oder fehlerhafte Ankunftsvorgänge von Zufallszugriffsaufforderungen an Basisstationsempfängern verursacht werden, und verringert auch signifikant das Zeitintervall zwischen Zufallszugriffs-Neuübertragungen. Die vorliegende Erfindung erhöht somit die Durchsatzeffizienz eines Systems mit wahlfreiem Zugriff (Zufallszugriff) im Vergleich mit herkömmlichen Zufallszugriffs-Ansätzen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein vollständigeres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegende Erfindung lässt sich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erhalten. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Diagramm, das eine Rahmenstruktur für ein Zufallszugriffspaket darstellt;
  • 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die in einer Mobilstation verwendet werden kann, um das Zufallszugriffspaket, das in 1 gezeigt ist, zu erzeugen und zu übertragen;
  • 3 ein Blockdiagramm eines Erfassungsabschnitts (für eine Antenne) eines Zufallszugriffsempfängers einer Basisstation, der vorwiegend arbeitet, um das Timing der empfangenen Signalstrahlen abzuschätzen;
  • 4 ein einfaches Blockdiagramm eines Akkumulators, der für den I Kanal (Quadratur-Erfassung) in dem Zufallszugriff-Detektorabschnitt verwendet werden kann, der in 3 gezeigt ist;
  • 5 ein Blockdiagramm eines Zufallszugriffsdemodulators, der verwendet werden kann, um den Datenfeldabschnitt eines Zufallszugriffspakets zu demodulieren;
  • 6 ein Blockdiagramm eines wichtigen Abschnitts eines zellularen Kommunikationssystems;
  • 7 ein Diagramm, das den Aufbau und das Timing einer Vielzahl von Zufallszugriffs-Aufforderungspaketen darstellt, die durch unterschiedliche Mobilstationen übertragen werden können;
  • 8 ein einfaches Blockdiagramm einer Vorrichtung, die verwendet werden kann, um das Verfahren zur Verwendung mit einer Mobilstation zu implementieren, um ein Zufallszugriffspaket, wie die Zufallszugriffspakete, die in 7 gezeigt sind, zu erzeugen und zu übertragen;
  • 9 ein Zeitsequenzdiagramm, welches darstellt wie zwei oder mehrere Zufallszugriffsaufforderungen kollidieren können, wenn sie gleichzeitig an einem Basisstationsempfänger ankommen; und
  • 10 ein Zeitsequenzdiagramm, welches darstellt, wie Zufallszugriffskollisionen und Verzögerungen signifikant dadurch reduziert werden können, dass Signaturen für Neuübertragungen zufällig gewählt werden, und zwar in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verarbeiten von Aufforderungen in einem wahlfreien Zugriff (Zufallszugriffs-Aufforderungen) in einem Mobiltelekommunikationssystem bereitgestellt, das wahlfrei bzw. zufällig neue Signaturen für Neuübertragungen wählt, wenn Kollisionen aufgetreten sind. An sich macht die vorliegende Erfindung die Zufallszugriffs-Neuübertragungen über einer Signaturdomäne, an Stelle lediglich über der Zeitdomäne, zufällig. Demzufolge verkürzt die vorliegende Erfindung signifikant die Zufallszugriffsverzögerungen, die durch die Neuübertragungsverzögerungen nach Kollisionen oder fehlerhaften Ankunftsvorgängen von Zufallszugriffsaufforderungen an Basisstationsempfängern verursacht werden, und reduziert auch signifikant das Intervall zwischen Zufallszugriffs-Neuübertragungen.
  • 10 ist ein Zeitsequenzdiagramm, welches illustriert, wie Zufallszugriffskollisionen und Verzögerungen signifikant dadurch reduziert werden können, dass Signaturen für Neuübertragungen zufällig gewählt werden, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Zufallszugriffs-Aufforderungspaket mit einer neuen Signatur erneut übertragen, unmittelbar nachdem die einleitende Mobilstation bestimmt hat, dass der vorher übertragene Zufallszugriffsversuch nicht erfolgreich gewesen ist. Zum Beispiel, wie voranstehend unter Bezugnahme auf die 1–8 beschrieben, hat jede auffordernde Mobilstation von einer Zielbasisstation (z. B. in einer geeigneten Rundsendenachricht) eine Vielzahl von Signaturmustern, die mit den Präambeln der zu übertragenden Zufallszugriffs-Aufforderungspaketen assoziiert werden sollen, empfangen und gespeichert (in dem lokalen Speicher). Diese Signaturmuster (Bits oder Symbole) können orthogonal zueinander sein und werden von dem Basisstationsempfänger verwendet, um zwischen den verschiedenen Zufallszugriffsversuchen zu unterscheiden, die von den Mobilstationen durchgeführt werden. Die auffordernde Mobilstation wählt zufällig (z. B. mit einem internen Mikroprozessor) eine Signatur und überträgt ein Zufallszugriffs-Aufforderungspaket mit der gewählten Signatur, die in der Präambel des Pakets enthalten ist. Wie in 10 dargestellt hat jede von vier Mobilstationen Zufallszugriffs-Aufforderungspakete (RA1, RA2, RA3, RA4) übertragen. Drei von diesen Zufallszugriffs-Aufforderungspaketen (RA1, RA2, RA3) sind gleichzeitig an den Basisstationsempfänger angekommen. Ferner haben alle von diesen drei Mobilstationen die gleiche Signatur gewählt. Deshalb werden die einleitenden Mobilstationen für diese drei Zufallszugriffs-Aufforderungspakete keine Bestätigungs-(ACK)-Nachricht von der Zielbasisstation, die einen erfolgreichen Zugriffsversuch anzeigt, empfangen (für dieses Beispiel hat die Zielbasisstation diese Pakete als Folge von Kollisionen nicht empfangen und hat diese Pakete nicht erfasst). Demzufolge wählt, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, jede der neuübertragenden Mobilstationen wiederum eine zufällige, bzw. wahlfreie Signatur. In dieser Weise wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Kollision erneut auftreten wird, reduziert (statistisch wählt jede Mobilstation eine andere Signatur und überträgt das ursprüngliche Zufallszugriffs-Aufforderungspaket mit der zweiten gewählten Signatur, die in der Präambel enthalten ist, wie beispielsweise RA1', RA2', RA3', erneut).
  • Wie in 10 gezeigt kann angenommen werden, dass eine Zufallszugriffsversuch-Bestätigungsnachricht durch die einleitenden Mobilstationen für zwei der neu übertragenen Pakete (z. B. RA1', RA2') empfangen worden ist, aber keine Bestätigungsnachricht durch die einleitende Mobilstation für die dritte Übertragung (RA3') empfangen worden ist. Für dieses Beispiel hat die Zielbasisstation das dritte neu übertragene Paket (RA3') als Folge von seiner Kollision mit dem vierten Zufallszugriffs-Aufforderungspaket (RA4) nicht empfangen und erfasst, da beide Pakete die gleiche Signatur verwendet haben. Demzufolge wählt die einleitende Mobilstation für jedes von diesen zwei Zufallszugriffs-Aufforderungspaketen (RA3', RA4) zufällig eine andere Signatur aus jeder der jeweiligen gespeicherten Vielzahl von Signaturen und überträgt die ursprüngliche Aufforderung erneut mit der Signatur, die in der Präambel enthalten ist (z. B. RA3'', RA4'). Diese Zufallszugriffs-Aufforderungen werden dann entweder erfolgreich an der Zielbasisstation empfangen und somit bestätigt oder der Neuübertragungsprozess einer zufälligen Auswahl von neuen Signaturen wird fortgesetzt.
  • Insbesondere wird, wie in 10 gezeigt, die Auszeitdauer (τd) zwischen Neuübertragungen für eine bestimmte Mobilstation auf die minimale Zeit verringert, die für diese bestimmte Mobilstation benötigt wird, um zu bestimmen, dass der übertragene Zufallszugriffversuch nicht erfolgreich war. An sich kann die Auszeitdauer (τd) zwischen Neuübertragungen für jede einleitende Mobilistation unterschiedlich sein. Demzufolge macht die vorliegende Erfindung die Neuübertragungen mit einem zufälligen Zugriff (Zufallszugriff-Neuübertragungen) für die Mobilstationen über der Signaturdomäne, an Stelle von über der Zeitdomäne, zufällig. Demzufolge verkürzt die vorliegende Erfindung beträchtlich die Zufallszugriffsverzögerungen, die durch Kollisionen oder fehlerhafte Ankunftsvorgänge an Basisstationsempfängern verursacht werden, und reduziert auch signifikant das Intervall zwischen Zufallszugriffs-Neuübertragungen, was die Durchsatzeffizienz des Zufallszugriffssystems erhöht.
  • Wenn die Erfindung auf sektorisierte Zellen angewendet wird, wie in der WO 98/49857 beschrieben wird, und die nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, weist das Verfahren jeden Sektor in einer Zelle einen einzigartigen Präambel-Spreizungscode und auch einen einzigartigen Langcode, der mit dem kurzen Spreizungscode des Datenfelds (Signatur-assoziiert) verknüpft ist, zu. Die Periode, die für den Langcode gewählt wird, kann in der Dauer relativ lang sein (z. B. bis zu Stunden oder Tagen in der Länge). Demzufolge kann man sagen, dass das Datenfeld des Zufallszugriffspakets in einem speziell vorgesehenen Kanal übertragen wird, weil keine zwei Nachrichten die gleiche Spreizungssequenz und Phase aufweisen können, außer wenn sie die gleiche Signatur gewählt haben und deren Präambeln zu der gleichen Zeit übertragen haben. Dies führt zu einer Kollision der Datenpakete und macht diese Zufallszugriffsversuche nicht erfolgreich. Wie jedoch ausführlich nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wird, wird dieses Problem durch die vorliegende Erfindung gelöst. Insbesondere stellt dieses Verfahren zum Zuweisen von Sektor/Zellen-einzigartigen Spreizungscodes und Langcodes eine signifikant niedrige Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen mehreren Zugriffszufallsversuchen in benachbarten Sektoren oder Zellen bereit.
  • Ferner setzt das Verfahren die Breiten der Übertragungszeitschlitze gleich zu der Länge der Präambel (minus, wegen praktischer Zwecke, einer vordefinierten Schutzzeit). Demzufolge kann die Zufallszugriffsaufforderung der Mobilstation so zeitlich abgestimmt werden, um an dem Beginn des Schlitzes zu starten, und während der Präambelperiode durch das Matched Filter in dem Zufallszugriffsempfänger der Basisstation erfasst werden. Das Datenfeld der Zufallszugriffsaufforderung der Mobilstation wird in den Schlitzen übertragen, die denjenigen der Präambel folgen, und wird von dem Rake-Empfänger an der Basisstation empfangen. Mit dem vorliegenden Verfahren wird jedoch nach der Präambelperiode das Matched Filter aktiviert, um die Präambeln von anderen Zufallszugriffsaufforderungen zu empfangen, die durch andere Mobilstationen durchgeführt werden. Deshalb kann das Matched Filter kontinuierlich und effizient verwendet werden und eine signifikant größere Anzahl von Zufallszugriffsaufforderungen können im Vergleich mit herkömmlichen Zufallszugriffs-Verfahren verarbeitet werden. An sich sind der Kommunikationsdurchsatz und die Effizienz eines Zufallszugriffssystems unter Verwendung dieses Verfahrens signifikant höher als der Durchsatz und die Effizienz von herkömmlichen Zugriffssystemen.
  • Ferner ist die Länge des Datenfelds nicht beschränkt. Mit anderen Worten, das Verfahren einer verketteten Spreizung des Datenfeldabschnitts des Zufallszugriffspakets erlaubt einem Benutzer ein Paket zu erzeugen, welches so lang wie gewünscht ist. Bei der Verwendung dieses verketteten Spreizungsansatzes besteht ferner eine geringere Gefahr, dass das sich ergebende Paket mit anderen Zufallszugriffsaufforderungspaketen kollidieren wird.
  • Bezugnehmend nun auf 6 wird ein wichtiger Abschnitt eines zellularen Kommunikationssystem 10 gezeigt, das verwendet werden kann, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Das System 10 umfasst eine Basisstations-Sende/Empfangsantenne 12 und einen Sender/Empfängerabschnitt 14, und eine Vielzahl von Mobilstationen 16 und 18. Obwohl nur zwei Mobilstationen gezeigt sind ist die 6 lediglich für Illustrationszwecke gedacht und es kann angenommen werden, dass die vorliegende Erfindung mehr als zwei Mobilstationen umfasst. Vor der Erzeugung und Übertragung eines Zugriffsaufforderungsrahmens erwirbt eine Mobilstation (z. B. 16) eine Synchronisation oder synchronisiert sich mit einem Zielbasisstationsempfänger (14). Die Mobilstation bestimmt dann die Startzeit für jeden Schlitz aus der Aussende/Pilotkanal-Information der Basisstation. Die Mobilstation liest auch die Nummer des Schlitzes, der gegenwärtig gerade verarbeitet wird, aus der Aussende/Pilotkanal-Information, die durch die Basisstation verwendet werden soll, um ihre Bestätigungs-(ACK)-Nachrichtenantwort mit der Schlitznummer zu kennzeichnen, um sicherzustellen, dass die richtige Mobilstation die Bestätigung empfängt.
  • Die Zielbasisstation transferiert auch an die auffordernde Mobilstation (an die auffordernden Mobilstationen) (z. B. über den Downlink-Aussendekanal; Downlink Broadcast Channel) jeden einzigartigen Zufallszugriffs-Spreizungscode und jeden Langcode, der zu jedem der Sektoren und/oder Zellen gehört, die von dem Basisstations-Sende/Empfänger definiert werden. Zum Beispiel können diese einzigartigen Spreizungscodes und Langcodes Gold Codes oder Kasami Codes sein. Die Mobilstation speichert den Spreizungscode und die Langcode-Information in einem Speicher-Speicherungsgebiet (das nicht explizit gezeigt ist), welches von der Mobilstation ausgelesen und verwendet werden soll, um die Präambel und das Datenfeld der Zufallszugriffs-Aufforderungspakete, die erzeugt werden, zu spreizen. Schließlich transferiert die Basisstation auch an die auffordernde Mobilstation (die auffordernde Mobilstation) (z. B. in einer geeigneten Aussendenachricht (Broadcast-Nachricht)) die Signaturmuster, die zu den Präambeln gehören und die verwendet werden können, um zu einer Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Sektoren und/oder Zellen beizutragen.
  • Um zum Beispiel den Basisstationsempfänger zu befähigen effektiver zwischen mehreren Zufallszugriffsaufforderungen zu unterscheiden, wird ein Präambelbit- oder ein Symbolmuster verwendet. Jede auffordernde Mobilstation kann eines von L unterschiedlichen Präambelbit- oder Symbolmustern („Signaturen") übertragen. Die unterschiedlichen Signaturmuster, die verwendet werden, sind orthogonal zueinander, müssen dies aber nicht notwendigerweise sein. An dem Basisstationsempfänger wird jeder der L Akkumulatoren abgestimmt, um eine spezifische Signatur zu erfassen, die von dem Ausgang des Matched Filters des Empfängers gekoppelt wird. Die Signaturpräambel in einem empfangenen Signal wird von dem Basisstationsempfänger verwendet, um effektiv zwischen gleichzeitigen, unterschiedlichen mehreren Zugriffsversuchen, die von den Mobilstationen durchgeführt werden, zu unterscheiden.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Struktur und das Timing einer Vielzahl von Zufallszugriffs-Aufforderungspaketen darstellt, die durch unterschiedliche Mobilstationen übertragen werden können. Obwohl nur drei Zufallszugriffs-Aufforderungspakete für Illustrationszwecke gezeigt sind, ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung so beschränkt ist, und sie kann die Übertragung und den Empfang von mehr als drei derartigen Paketen einschließen. Im Wesentlichen gilt für jedes der gezeigten Zufallszugriffs-Aufforderungspakete (20, 22 und 24), die S-ALOHA Prozedur, die mit dem vorliegenden Verfahren verwendet wird, nur für den Präambelabschnitt des Zufallszugriffs-Aufforderungsprozesses. Die Länge von jeder Präambel (20, 22 und 24) wird gleich zu der Breite der Zeitschlitze (n, n + 1, ..., n + i) minus (für Designzwecke) einer vordefinierten Schutzzeit gesetzt, um eine potentielle Störung zwischen Schlitzen zu minimieren. Zum Beispiel kann in der Praxis eine Schutzzeit von einem Symbol verwendet werden. Ferner, wie gezeigt, können die Längen der Datenfeldabschnitte der Zufallszugriffs-Aufforderungspakete (20, 22 und 24) in Übereinstimmung mit der gewünschten Anwendung verändert werden, die Mobilstationen mit einer Flexibilität bei der Übertragung von Datenfeldern mit unterschiedlicher Länger versieht.
  • Um Kollisionen zwischen irgendwelchen zwei Zufallszugriffsversuchen zu vermeiden, die von Mobilstationen in zwei unterschiedlichen Sektoren einer Zelle durchgeführt werden, oder zwischen zwei Zufallszugriffsversuchen, die von Mobilstationen in benachbarten Zellen durchgeführt werden, kann das folgende Spreizungsverfahren verwendet werden. Wie voranstehend beschrieben erzeugen die Mobilstationen, die die Zufallszugriffsaufforderungen bilden, jeweils einzigartige Präambeln unter Verwendung eines Zellen-Sektor-spezifischen Spreizungscodes (z. B. ausgelesen aus einem jeweiligen internen Speichergebiet). In der Praxis können diese Codes für andere Zellen erneut verwendet werden, die durch einen ausreichenden Abstand getrennt sind.
  • 8 ist ein einfaches Blockdiagramm einer Vorrichtung, die verwendet werden kann, um das Verfahren zur Verwendung mit einer Mobilstation zu implementieren, um ein Zufallszugriffspaket, wie beispielsweise die Zufallszugriffspakete, die in 7 gezeigt sind, zu erzeugen und zu überragen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren unter der Steuerung eines Mikroprozessors (der nicht explizit gezeigt ist), der in der Mobilstation angeordnet ist, implementiert werden. Die Zufallszugriffspaket-Erzeugungsvorrichtung 100 umfasst einen Signalmischer 104, der eine „Signatur i 102" spreizt (z. B. ausgelesen aus dem internen Speichergebiet in der Mobilstation 18) mit einem spezifischen Spreizungscode für den beteiligten Zellensektor (z. B. ebenfalls ausgelesen aus dem internen Speichergebiet) spreizt, um die Zellen-Sektor-spezifische Präambel des Zufallszugriffspakets, welches übertragen werden soll, zu bilden. Das Datenfeld des Zufallszugriffspakets, das übertragen werden soll, wird mit einem Datenfeldgenerator 110 erzeugt. Ein Mischer 114 spreizt das erzeugte Datenfeld mit einem einzigartigen kurzen Spreizungscode (112), der zu der „Signatur i" gehört. Das sich ergebende Datenfeld des Zufallszugriffspakets wird dann mit einem verketteten Code gespreizt, der zum Beispiel durch eine Modulo-2-Addition (durch den Mischer 118) des Signatur-assoziierten kurzen Codes (112) mit einem Sektor-spezifischen langen Spreizungscode 116 (z. B. ausgelesen aus dem internen Speichergebiet) konstruiert sein kann. Die Länge des sich ergebenden Datenfelds (120) des Zufallszugriffspakets, welches übertragen werden soll, kann an der Mobilstation flexibel gewählt werden (z. B. Stunden oder Tage lang). Die Länge des sich ergebenden Datenfelds (120) kann an der Mobilstation verändert werden, was eine effektive und schnelle Vorgehensweise bereitstellt, um lange Daten oder Sprachanrufe einzurichten.
  • Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und in der voranstehenden ausführlichen Beschreibung beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern in zahlreichen Umordnungen, Modifikationen und Ersetzungen ausgeführt werden kann, wie mit den folgenden Ansprüchen aufgeführt und definiert.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Verarbeiten von Aufforderungen für einen wahlfreien Zugriff in einem Mobiltelefonkommunikationssystem (10), umfassend die Schritte, dass: eine Mobilstation (16, 18) eine erste Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) sendet, die einen ersten zufällig gewählten Signaturcode für einen Empfang durch eine Basisstation (14) umfasst; die Mobilstation (16, 18) bestimmt, ob die erste Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) durch die Basisstation empfangen worden ist; und gekennzeichnet durch die weiteren Schritte, dass: wenn die Mobilstation (16, 18) bestimmt, dass die erste Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) nicht empfangen worden ist, ein zweiter Signaturcode aus einer Vielzahl von Signaturcodes zufällig gewählt wird, und der erste zufällig gewählte Signaturcode durch den zweiten zufällig gewählten Signaturcode in einem Signaturfeld in der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff ersetzt wird, und die erste Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) in dem nächsten verfügbaren Zeitschlitz erneut übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewählte Signaturcode orthogonal zu wenigsten einem der Vielzahl von Signaturcodes ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturfeld eine Präambel umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobiltelekommunikationssystem (10) ein Spreizspektrum-Mobilkommunikationssystem umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobiltelekommunikationssystems (10) ein Code Division Multiple Access Mobilkommunikationssystem umfasst.
  6. System zum Verarbeiten von Aufforderungen für einen wahlfreien Zugriff in einem Mobiltelekommunikationssystem (10), umfassend: eine Basisstation (14); und eine Mobilstation (16, 18), die mit der Basisstation (14) über eine Funkluftschnittstelle gekoppelt ist, wobei die Mobilstation (16, 18) einschließt: eine Einrichtung zum Übertragen einer Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24), die einen ersten zufällig gewählten Signaturcode für einen Empfang durch die Basisstation (14) einschließt; eine Einrichtung zum Bestimmen, ob die Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) durch die Basisstation (14) empfangen worden ist; und gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zum zufälligen Wählen eines zweiten Signaturcodes aus einer Vielzahl von Signaturcodes, Zuordnen des zweiten gewählten Signaturcodes zu einem Signaturfeld in der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24), und erneuten Übertragen der ersten Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) mit dem Signaturfeld, das den zweiten gewählten Signaturcode einschließt, in einem nächsten verfügbaren Zeitschlitz, wenn die Mobilstation (16, 18) bestimmt, dass die Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) nicht empfangen worden ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gewählte Signaturcode orthogonal zu wenigstens einem der Vielzahl von Signaturcodes ist.
  8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturfeld eine Präambel umfasst.
  9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobiltelekommunikationssystem (10) ein Spreizspektrum-Mobilkommunikationssystem umfasst.
  10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobiltelekommunikationssystem (10) ein Code Division Multiple Access Mobilkommunikationssystem umfasst.
  11. Mobilstation (16, 18), umfassend: eine Einrichtung zum Wählen eines ersten Signaturcodes und Einschließen davon in einem Signaturfeld einer Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24); eine Einrichtung zum Übertragen der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24); eine Einrichtung zum Erfassen einer Antwort von einer Basisstation bei Empfang der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24), gekennzeichnet dadurch, dass sie ausgelegt ist zum zufälligen Wählen eines zweiten Signaturcodes aus einer Vielzahl von Signaturcodes, wenn die Antwort gerade nicht erfasst wird, zum Ersetzen der ersten zufällig gewählten Signatur durch die zweite zufällig gewählte Signatur in dem Signaturfeld der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) und zum erneuten Übertragen der Aufforderung für einen wahlfreien Zugriff (20, 22, 24) in dem ersten verfügbaren Zeitschlitz.
  12. Mobilstation (16, 18) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten gewählten Signaturcodes orthogonal zu wenigstens einem der Vielzahl von Signaturcodes sind.
  13. Mobilstation (16, 18) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Signaturfeld eine Präambel erfasst.
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