TW405312B - Random access in a mobile telecommunications system - Google Patents

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A7 B7 五 、發明説明（1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 相闞申請案 本發明係相應於1996年10月18日 美案第Ω8/7Μ u 4胃專矛J中#青案第咖3,501號，其係共同讓與給本案發明領诚本發明係關於行動通訊領域，尤其係關於_種 隨機存取行動呼叫之方法 發明背景 下：：：行動通訊系統將需要提供廣泛選擇的電信服 匕括數位語音，視訊和封包資料與通道交換式電路模 ί通：二ί生通話的數量預期將明顯增加，造成隨機存 通道非吊间的報務密度。不幸地，這樣高的報務密度將 造成碰撞的增加與存取的失敗。致使新_代的行動通訊系 統必須使用更快速和更有效的隨機存取過程，爲了增加其 存取成功率及減少存取要求的處理時間。 、、在大部分的行動通訊系統，如歐洲共同發展稱爲「劃碼 試驗台 J ("Code Division Testbed"，CODIT)及根據IS_95 標 準（ANSI J-STD-008 )操作的系統，一個行動台要對基地台 獲得存取，乃藉由首次決定出隨機存取通道是可獲得使用 的。然後行動台發射一系列具有漸增功率能級的存取要求 前文（例如單一 1023片符碼），直到基地台檢測出存取要 求。回應時，基地台藉由下行通道發射功率過程，開始控 制行動台。—旦行動台與基地台間的起始符號交換達成， 則行動用户發射一個隨機存取訊息。在展頻開槽保留多項近接（SS-SRMA)系統，使用一個開 請 先 聞 面 之 注 意 事 項 再 奮 裝 訂 4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公t ) 405312 A7 B7 五、發明説明（2 槽則HA(S-AL0HA)隨機存取方案。在槽隙的 行 動台將發送一個隨機存取封包到基地台，且等候一個來自 基地台的確認封包收到訊號。這項s_al〇ha方案不須要 一些表徵CODIT和随機存取方案的步驟（即功率上升 (ramping )和功率控制）。 更明確地，在以CODIT爲架構的劃碼多向近接（cdma) 系統，一個行動台將藉由使用一個功率上升過程，試圖存 取基地台接收器，以增加每個連續發射前文符碼的功率能 級。當一個存取要求前文被檢測時，基地台激發一個閉迴 路功率控制電路，其功能是控制行動台的發射功率能級， 以保持行動台所接收到的訊號功率在一個需要的能級。行 動台隨後發射它特定的存取要求資料。基地台的接收器使 用一個匹配濾波器「解展頻」收到的訊號，和利用天線指 向性結合分集解展頻的訊號。 相似的隨機存取技術使用在IS_95劃碼多向近接系統。 然而’ CODIT和IS-95方法的主要不同處在於IS_95行動台 發射一個完全隨機存取封包代替前文。若基地台沒有告知 收到存取要求，則IS-95行動台以更高的功率能級重新發 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 射存取要求封包。這些過程一直持續到基地台回應認可存 取要求。 在行動通訊系統中使用S-ALOHA随機存取方案，例如上 述U.S.專利申請案第〇8/733,5〇1號（在下文中稱「，5〇1申請 案」）所揭露的方法，行動台產生和發射一個隨機存取封 包。這種随機存取封包的架構説明圖示於圖1。随機存取 -5- 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) a4規格（2ΐ〇χ297公釐 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _______405312 五、發明説明（3 ) 封包（「存取要求資料框J )包括一個前文和一個資料欄部 分。前文包括一個唯一認證（位元）的圖樣，長度爲L符 碼。認證圖樣從一組彼此正交，但非必要，的圖樣中選 出。如此，這唯一認證圖樣特徵的使用，是描述並專利申 請於'501申請案，提供一項比起先前的隨機存取方案明顯 更高的流通效益。 如描述，501申請案，随機存取封包中的資料攔包括某種 随機存取訊息’包括行動（用户）辨識訊息，需求服務數目 (h供多少服務）’需求廣播時間（air time )(完成一項訊號 的時間），短封包資料訊號（以増加傳輸效益），以及錯誤 檢測剩餘欄（循環剩餘核對碼）。爲了精心完成，5〇丨申請 案，前文中的延展率（展頻調變）選擇比資料攔部分的延展 率高。然而’可想像情況並不—定要如此。 随機存取封包（例如圖1所示的封包）藉由行動台在下一 個了獲付槽隙的開端時發射出。—個被用來在行動台產生 和發射如圖1所列舉之隨機存取封包的裝置方塊圖示於圖 2。基本上，如圖2所示，隨機存取封包的前文和資料欄 被產生及分開延展（具個別的延展碼），然後由行動台多工 與發射。 接著，由行動台發射的隨機存取封包，在目標基地台被 以匹配濾波器爲架構的接收器所接收與解調。圖3爲一個 基地台的隨機存取接收器其檢測部分（對—個天 圖，主要用來估計接收訊號線的時間分配。僅使用於前文 期間的匹配撼波器受調配於前文的延展碼。匹配爐波器使 _—_ -6- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Λ4規格---—_— -I I i - ---- n ----J--1 T *τ (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) A7 B7 405312 五、發明説明（4 隨機存取要求的存在，和解展頻隨機存 取要求的 装---------1T (請先閱讀背面'之注意y·項存填寫本育) 則又邵分，以及將其饋入累加單元。累加器（簽字U :個唯一的特徵，在前文的(M)符碼期間，爲了能增加接 收的訊《干擾（S/I)功率比，使用加巾請案的隨機存取 万法來累加匹配攄波器的輸出訊號。因爲每一個接收到的 前文包括-個唯-的簽字圖#，累加運算藉眾多的累加器 (簽字1至1)來實現，每—個累加器調配到接收之所有可能 簽字圖樣中的其中之一。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 圖4是-個累加器的簡單方塊圖，它可使用於圖3所示 的隨機存取檢測器部分之〗通道（9〇度相移檢測）。一個相 似的累加器可使用於q通道。參考圖3和4，每個累加器 T字1至1)的輸出耦合到峰値檢測單元。在前文週期的一 场，每個峰値檢測單元對每個超過預先決定檢測門檻的訊 號峰値，搜尋它個別的匹配濾波器之輸出。每個峰値檢測 單疋隨後記錄（檢測和儲存）振幅大小和每個峰値訊號的相 對位移，藉以決定在接收器可獲致解調的有效訊號線數 目。如此，每個峰値的時間分配被估計且用來設定接收器 的分離多徑參數（分離多徑接收器部分丨至丨）。圖5是隨機 存取解調器的方塊圖，它能用來解調隨機存取封包的資料 欄部分。基本上，隨機存取解調器部分在收到的資料搁上 解碼資料訊息，並檢查傳輸錯誤。 特別地，雖然上面所描述關於圖1至5的随機存取裝置 和方法’有眾多優於先前随機存取方案的優點，但許多問 題仍然存在並待解決β例如，若所有細胞中的行動台在前 本紙張尺度適财關家鮮（CNS ) 44規格（21GX297公梦 Λ 7 Β7 405312 五、發明説明（5 ) 文或資料棚處理階段，使用相同的延展碼，則大量的封包 碰撞可能會發生。結果，過量的隨機存取要求將必須被重 新發射，如此會導致系統不穩定。再者，使用上述随機存 取裝置和方法，既然随機存取要求是發射於下一個時隙的 開端’則基地台的匹配濾波器接收器不能盡其有效地運 用’因爲匹配漉波器接收器在前文接受階段之後的全部週 期是閒置的。此外，因爲上述方案的随機存取封包之長度 爲固定，短資料封包的大小被剩餘封包的使用範圍所限 制。基於這全部的理由，必須有一種較有效的随機存取要 求過程來解決這些問題。 發明之簡單説明 本發明的一項目的是爲了更有效運用隨機存取通道。 另項目的是能使每個匹配濾波器比其他傳統裝置接收 明顯更鬲數量的随機存取要求。 還有另一項目的是爲了減少随機存取要求間的碰撞機 率’同時降低其漏失。 仍有另一項目的是能夠選擇隨機存取要求封包中的資料 欄 < 長度，以允許増加選擇短封包欄的長度之彈性。 還有另一項目的是爲了提供隨機存取封包能用來快速建 立長資料或語音傳呼。 仍有另一項目的是爲了維持一個從鄰近區域/細胞嘗試 建立的隨機存取間之低程度互相關。 如本發明，前述和其他目的藉由—種方法達成，此方法 ^ ixn Βάι JLA A=r *_ 個唯 扣衣— (請先閲讀背面之注意事項再填湾本買) 1T- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 分派細胞中的每個區域-個唯-的前文延展碼和 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 ____ 405312 五、發明説明（6 ) 的長碼，此長碼連鎖一個短延展碼伴隨一個隨機存取簽 子，並用來延展隨機存取封包的資料部分。長碼所選擇的 週期可以持續相當地長（例如達數時或數天之久）。並且， 傳輸時隙的寬度設定等於前文長度。因此，行動台的隨機 存取要求能被定時啓動於槽隙之開端，且在前文週期間受 基地台的隨機存取接收器之匹配濾波器所檢測。行動台的 随機存取要求之資料攔發射於追随前文的槽隙，並由基地 台的分離多徑接收器所接收。然而，在前文週期之後，匹 配濾波器仍然可以接收其他隨機存取要求的前文。因此， 匹配遽波器可.以連續地、更有效率地運用’且比起先前的 随機存取方案更能處理顯著大量的隨機存取要求。如此， 一個使用本方法的隨機存取系統比起先前的隨機系統有著 咼出許多的通訊流通量和效率。此外，資料欄的長度不受 限制。連鎖延展隨機存取封包中的資料搁部分之方法，允 許使用者產生所需長度的封包。再者，因爲延展圖樣和/ 或它的相位是唯一的，故連鎖延展排除了造成封包和其他 隨機存取要求封包碰撞之危險。 圖式之簡單説明 參考下面詳細的描述，同時伴随圖式，對本發明的方法 與裝置能有較完整的了解，其中： 圖1是隨機存取封包之主要架構的説明圖； 圖2是一項能用在行動台以產生和發射如圖1之隨機存 取封包的裝置流程圖； 圖3 —項基地台的隨機存取接收器之檢測部分（對一個天 -9- 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -n I I n n I —' i ------丁_______Κ 、-0 * J-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 ___ 405312 B7_ 五、發明説明（7 ) 線）的流程圖，其中接收器主要是用來估計接收訊號線的 時間分配； 圖4疋一項能用在圖3所示随機存取檢測部分的^通道（正 交檢測）的累加器之簡單流程圖； 圖5是一項能用來解調隨機存取封包中資料欄部分的隨 機存取解調器之流程圖； 圖6疋一項細胞式通訊系統中的一個附屬部分之流程 圖’用來實現本發明的方法； 圖7是説明可由不同行動台發射眾多隨機存取要求封包 的結構和時間分配；及 圖8是一個裝置的流程圖，能用以實行利用行動台來產 生和發射一個如圖7所示的随機存取封包之方法，如本發 明之較佳具體實施例。 發明之詳細説明 參考圖1至8最能了解本發明之較佳具體實施例及其優 點，像使用適合的數値和各圖所對應的部分。 基本上，如本發明的方法，分派細胞中每區域一個唯一 前文延展碼，以及一個唯一的長碼，此長碼連鎖資料欄 (附屬簽字）的短延展碼。長碼所選擇的週期可以持續相當 地長（例如達數時或數天之久）。結果，隨機存取封包中二 資料欄可説是被發射於公用的通道，因蛊、、々古 Μ馬，又百兩個訊息能 有相同的延展序列和相位’除非它們同時選擇相同的簽字 和發射它們的前文。如此造成封包的碰撞，和再生這些不 成功的隨機存取嘗試。然而，這情形發生的機率非常二 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（ (請先閱讀背面之注意事項存填寫本貰) •装· -10- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 --4a5iia._ 五、發明説明（8 ) ' '~ -- 特別地，k種分派區域/細胞唯一延展碼和長碼的方法提 供-項在鄰近區域細胞的随機存取嘗試間之明顯低的碰撞 率〇 ,又如本項發明的方法，設定傳輸時隙寬度等於前文長度 (爲了實際目的，減去一個預定戒備時間）。結果，行動台 的隨機存取要求能被定時啓動於槽隙之開#，且在前文週 期間受基地台的隨機存取接收器之匹配滤波器所檢測。行 動台的隨機存取要求之資料攔發射於追隨前文的槽隙，並 由基地台的分離多徑接收器所接收。然而，如本方法，在 則文週期之後，匹配濾波器仍然可以接收產生於其他行動 台的存取要求之前文。因此，如本發明，匹配濾波器可以 連4地、更有效率地運用，且比起先前的隨機存取方案更 犯處理顯著大量的随機存取要求。如此，使用本方法的随 機存取系統比起先前的隨機系統有著高出許多的通訊流通 量和效率。 更進一步’如本發明，資料欄的長度不受限制。換句話 説，連鎖延展隨機存取封包中的資料攔部分之方法，允許 使用者產生所需長度的封包。再者，使用此連鎖延展方 法’造成封包和其他随機存取要求封包碰撞之危險僅有非 常小。 明確地説’參考圖6所示爲一個細胞通訊系統1 〇的附屬 部分’其可被用來實現本發明之方法。系統丨〇包括一個 基地台發射/接收天線i 2和發射器/接收器部分〗4，以及 眾^的行動台16和18。雖然只有兩個行動台顯示出，圖6 -11 - ---—* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· •1Τ ------------- 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 405312 at ---------B7 五、發明説明（9 ) 馬了説明而已，且本發明可假設包括超過兩個行動台。 在產生和發射-個存取要求框之前，_個行動台（例如口 得與目‘基地台接收器（14)同步。行動台随後決定每個 來i基地台的廣播/導頻通道訊息之槽隙的起始時間。行 σ也檢索來自廣播/導頻通道訊息中被處理槽隙的數 目’它能被基地台用來標記其回應認可訊息，依賴槽隙數 目以確定正確的^動接收回應認可（ACK)。更詳細的説 明，在随機存取環境之行動台到基地台的同步可 申請案。 ；1 .目標基地台也傳送每一個唯一隨機存取延展碼和長碼， 伴随每個定義在基地台收發器的區域和/或細胞，到申請 :行動台（例如透過下行廣播通道）°行動台儲存延展碼: :訊息於5己憶儲存區（未明白示出），其能被檢索與被行 動台使用來延展前文和隨機存取要求封包所產生的資料 j。最後，基地台也傳送簽字圖樣伴隨前文到申請的行動 口（例如一個適當的廣播訊息），其能被用來 的區域和/或細胞。 』不门 。例如，描述在·501申請案，爲了使基地台接收器更有效 區別多樣的隨機存取要求，遂使用一個前文位元或符碼圖 樣。每個申1青的行動台可從L個不同前文位Α或符碼圖樣 (f字)中發射其中之一。不同的簽字使用上爲彼此正交 隹’'、要）在基地台接收器，L·個累加器皆被調配來檢 測一個特定簽字，此簽字耦合於接收器的匹配濾波器之輪 出。在接收訊號的簽字前文被基地台接收器用來有效地區 -____ -12- 本紙張格ϋχ—所公f) .'裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 405312 五、發明説明（10 ) ~~~ 別同一時間而由不同行動台所產生的隨機存取嘗試。 圖7疋説明眾多的隨機存取要求封包之結構與時間分配 的流程圖，這些隨機存取要求封包能被不同行動台所發 射，如本發明之較佳具體實施例。雖然只有三個隨機存取 要求封包爲了説明而示出，但本發明意圖並不受限於此， 且可以包括傳輸和接收超過三個這種封包。基本上，對所 示（2 0、22和24)的每個隨機存取要求封包，本發明所使 用的S-ALOHA過程僅應用到隨機存取要求方法中的前文 部分。每個前文（20、22和24)的長度設定成等於時隙 U，n+1，…，n+i)的寬度，減去（爲了設計目的）一個預 定戒備時間，以將槽隙間潛在的干擾減至最小。例如，實 際上’一個符碼戒備時間可以被使用。而且，如圖示，隨 機存取要求封包（2〇、22和24)的資料攔部分長度可根據 耑要的應用而變化，如此可提供於發射不同長度資料搁之 行動的彈性。 爲了避免兩個不同細胞中區域的行動台或相鄰細胞的行 動口所產生任意兩個隨機存取嘗試的碰撞，遂使用下面的 延展方法。如先前所述，行動台產生随機存取要求，使用 —個細胞區域特定延展碼（例如從個別内部記憶區中檢索） 產生唯一前文。實際上，這些碼可被足夠距離分開的細胞 所重複使用。 圖8是一個裝置的流程圖，能用以實行利用行動台來產 生和發射一個如圖7所示的隨機存取封包之方法，如本發 明之較佳具體實施例。在一個具體實施例，本方法可以一 -13- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ---i l^i I- - I - I I - - ! _ H · "Κβ! - - I m — - .....I I— - I TJ ，T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 405312 Λ7 B7 五、發明説明（11 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 個位於行動台的微處理機（未明白示 存取封包產生裝置⑽包括_個單實現。随· 個牵涉細胞區域(例如同樣從内部記憶區二 文延展碼，延展「簽字。叫例如在行動索)，來形成欲被發射的隨機存取；之細= i== 被發射的隨機存取封包中資科欄由資料搁產 所產生。混波器114偕同—個唯—短延展碼ιΐ2伴 ^’延展生成資料欄。隨機存取封包造成的資 料欄随後延展一個連鎖碼，能被附屬簽字短碼ιΐ2與特定 區士長延展碼116 (例如從内部記憶區中檢索)所建造，例 如藉-個模-2加法（由混波器118)。欲被發射的隨機存取 封包中生成資料棚（120)的長度可被行動台彈性地選擇（例 如數時或數天長）。生成資料欄（12〇)的長度可在行動台中 變化，提供一個有效和快速建立長資料和語音傳呼的方 法。 雖然本發明的方法或裝置之較佳具體實施例已説明於附 圖中且詳細描述於前’但將可以了解到本發明並不侷限於 具體實施例所揭示的，且能有無數的變換排列、修改和替 換，而不離開本發明所揭示和定義如下的專利申請範園之 精神。 ----i----.ΪΤ- (請先閲讀背|^-之注意事項再4寫表瓦)

HI I -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公茇）

Claims (1)

1. A8 88 CS D8 405312 申請專利範圍 1. 一種在行動通訊系統中用來發射隨機存取要求的訊號格 式，包括： ^ 一則文，該前文包括一個簽字碼，延展—個首位延展 .碼’該首位延展碼伴隨一個預定區域；和 一資料棚，該資料欄包括訊息資料，延展—個短延展 碼，該延展碼伴隨該簽字碼，該訊息資料延展—個短延 展碼更進一步延展一個長延展碼，該長延展碼伴隨—個 預定區域。 2·如申請專利範圍第1項之訊號格式，其中該前文長度實 際上設定等於傳輸槽隙的寬度。 3·如申請專利範圍第1項之訊號格式，其中該資料欄的長 度是選擇性變化的。 ’ 4. 如申請專利範圍第^頁之訊號‘格式，其中該資料欄的長 度至少寺於一小時。 5. 如申請專利範園第1項之訊號格式，其中該資科欄被具 有至少一個唯一圖樣或相位的連鎖碼所延展。 6_如申請專利範圍第！項之訊號格式，其中該簽字碼包括 眾多簽字圖樣中之一。 7. 如申請專利範圍第1項之訊號格式，其中該前文和該資 料欄包括一個隨機存取封包。 8. —種在行動通訊系統中，用來發射随機存取要求的前文 格式，包括： 一簽字碼；和 一延展碼，該延展碼伴隨一個預定區域。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 ^1 ^ I I 7^^-- (請先閎讀背^之注意事項界填寫本頁』 -、tr 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 J----------------- I— II 1 I I -I II 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 405312^ 六、申請專利範圍 9. 一種在行動通訊系統中，用來發射隨機存取要求的資料 欄格式，包括： 一訊息資料欄；和 一短延展碼，該訊息資料延展加上該短延展碼，該短 延展碼伴隨-個簽字碼，該訊息資料延展加上該短延展 碼更進一步延展加上一個附屬區域長延展碼。 10. —種在行動通訊系統中，用來製造隨機存取封包之方 法，包括下列之步驟： 藉由結合一個簽字碼和一個延展碼來產生一個前文， 該延展碼伴隨一個預定區域； 產生一個資料欄； 延展該資料欄加上一個短碼伴随該簽字碼；和 更進一步延展該延展的資料欄加上一個長延展碼伴隨 該預定區域。 11·如申請專利範圍第10項之方法，更進一步包括從—個 行動台發射該隨機存取封包之步驟。 12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該前文的產生步 驟更進-步包括設定該前文的長度，以實質地符合傳輸 槽隙的持續時間。 13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該延展步驟進— 步包括選擇該資料欄長度的步驟。 14. 如申請專利範圍第1〇項之方法，更進一步包括於發射 該前文後的週期在基地台接收器運用匹配濾波器的 驟。 -16- 本紙張疋家標準（CNS〉A4· (2l0x297公^'p— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -1 In , i·^ AS B8 CS D8 個延展碼伴 4Q5312 申請專利範圍 15. 如申請專利範圍第10項之方法，丨中該延展步驟進— 步包括連鎖該延展資料欄和該長延展碼的步驟。 16. 如申請專利範圍第1 5項之方法，其由兮、φ妙土 乃m 再中孩連鎖步 模-2加法。 17. —種用在行動通訊系統中製造随機存取封包的裝置， 括： ，匕 第一產生裝置用以產生一個前文； 第一延展裝置用以延展一個簽字碼加上 随一個預定區域； 第二產生裝置用以產生資料欄； 第一延展裝置用以延展該資料欄加上一個短碼伴随該 簽字碼；和 第三延展裝置用以延展該延展的資料欄加上—個長延 展碼伴隨該預定區域。 18-如申請專利範圍第1 7項之裝置，更進一步包括位於行 動台的一個微處理機。 19.如申請專利範園第17項之裝置，其中該前文長度實質 地配合傳輸槽隙的持續時間。 —I- - - I 11 I- -- - - --- tL 1 n In I -—-1-、ίτ (請先閎請背16.之注t.事項再填寫本頁) 經 中 標 準 員 消 費 合 作 社 印 製 -17- __- 本纸張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉