СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ МЕЖДУ СООБЩЕНИЯМИ В СЕТИ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H04L27/30 H04L12/413 

Настоящее изобретение относится к сотовым телефонным системам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе для увеличения надежности сотовой телефонной системы в окружающих средах с, по существу, многолучевой передачей сигналов или в условиях, в которых большое число подвижных телефонных единиц одновременно пытаются осуществить доступ к базовой станции.

Многие системы связи имеют множество передатчиков, которые произвольно требуют доступ к одному или более приемникам. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) является одним из примеров такой системы с множественным доступом (мультидоступом). Сотовая телефонная сеть является другим примером. В любой такой системе, когда несколько передатчиков пытаются осуществить доступ одновременно, сообщения могут перекрываться или "сталкиваться" друг с другом. Приемник не может отличить перекрывающиеся сообщения.

Два таких протокола мультидоступа, обычно называемых протоколами "Aloha" и "Aloha с разделением каналов", описаны в Bertsekas и др. Data Networks, глава 4, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1987. В протоколе "Aloha" каждый передатчик может передавать сообщение в любое время. После обнаружения, что передаваемое сообщение имеет перекрытие, передатчик ждет произвольное время задержки и повторяет передачу сообщения. В Aloha с разделением каналов все сообщения помещаются во временной интервал заданной длины. После обнаружения, что передаваемое сообщение имеет перекрытие, передатчик делает задержку на произвольное число временных интервалов и затем повторяет сообщения. В обоих способах произвольная задержка вводится для предотвращения одновременной передачи от передатчиков.

Использование модуляции с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA) является одним из нескольких способов уменьшения ограничений в системах связи, где присутствует большое число пользователей системы. Использование технологии CDMA в сотовой телефонной системе описано в патенте США N 5056031, озаглавленном "Способ управления мощностью передачи в CDMA сотовой телефонной системе и устройство для его осуществления", и в патентной заявке США N 07/543496, озаглавленной "Способ генерирования колебательных сигналов в CDMA сотовой телефонной системе и система для его осуществления", которые использованы в настоящем изобретении в качестве аналогов.

В вышеупомянутом патенте описана технология многостанционного доступа, где большое число подвижных станций, причем каждая имеет передатчик, осуществляет связь через базовые станции, также известные как пункты связи ячеек, используя CDMA сигналы связи с расширенным спектром. Базовые станции подключены к подвижной телефонной коммутационной станции (MTSO), которая, в свою очередь, соединена с телефонной сетью общего пользования (PSTN).

Использование технологии CDMA с расширенным спектром максимизирует число подвижных станций, которые могут осуществлять связь с базовой станцией одновременно, поскольку одна и та же полоса частот является общей для всех станций. Каждая подвижная единица имеет псевдослучайный (ПШ) код, единственным образом связанный с ней и который подвижная станция использует для расширения передаваемого ею сигнала. В вышеуказанном патенте этот ПШ-код называется "длинным ПШ-кодом". Когда инициализирован вызов, т.е. базовая станция выбрала длинный ПШ-код, соответствующий передающей подвижной станции, базовая станция может принимать и устранять расширение сигнала, передаваемого подвижной станцией. Подобным образом, подвижная станция может принимать и устранять расширение сигнала, передаваемого базовой станцией. В некоторых системах сигналы могут модулироваться также "контрольным" ПШ-кодом.

Однако для определенных типов сообщений лучше использовать общий длинный ПШ-код, чем уникальный длинный код для каждой подвижной станции. Сообщение, передаваемое подвижной станцией, пытающейся осуществить вызов, является примером такого сообщения. Подвижная станция, желающая осуществить вызов, может передавать такие запросы по общему "каналу доступа", использующему соответствующий общий ПШ-код. Базовая станция может следить за каналом доступа путем устранения расширения сигнала, использующего соответствующий код. Канал доступа используется, поскольку сообщения типа, используемого для осуществления вызова, относительно коротки по сравнению с речевыми сообщениями и приемник может более легко контролировать относительно малое число каналов доступа, чем большее число единичных "каналов обмена информацией", с которыми подвижные станции связаны с помощью своих уникальных длинных ПШ-кодов.

Канал доступа может использоваться подвижной станцией не только для осуществления вызова, но и для передачи любой информации на базовую станцию в момент времени, отличающийся от промежутка времени осуществления вызова. Например, канал доступа может использоваться подвижной станцией для ответа на поступающий вызов, осуществляемый базовой станцией через "канал передачи сигнала поискового (персонального) вызова".

При любых условиях, обсуждавшихся выше, множество подвижных станций могут осуществлять передачу по каналу доступа одновременно. Когда две подвижные станции осуществляют передачу одновременно и отсутствует множество лучей, сообщения прибывают на базовую станцию разделенными во времени на задержку, равную разности двойного расстояния между каждой подвижной станцией и базовой станцией. Однако одновременно передаваемые сообщения будут перекрываться, если две или более станции находятся в одном и том же диапазоне. При большинстве условий базовая станция может отличать сообщения, поскольку время между прибытиями сообщений на базовую станцию превышает один ПШ-интервал.

Некоторые рабочие условия способствуют появлению наложений. Наложения могут появляться, когда большое число подвижных станций приближаются к краю ячейки одновременно, условие, вызывающее выключение подвижных станций. Передачи канала доступа прибывают на базовую станцию одновременно, поскольку подвижные станции находятся, по существу, на одном и том же расстоянии от базовой станции при нахождении их на краю ячейки.

Также возможен вариант, когда большое число подвижных пользователей попытаются одновременно осуществить вызовы по другим причинам, например вследствие природного стихийного бедствия. Одновременная передача сообщений с множества подвижных станций по каналу доступа может превысить максимальную пропускную способность процессора на базовой станции.

Вероятность наложений канала доступа возрастает при увеличении числа подвижных станций и при увеличении многолучевых (многоканальных) отражений. Многолучевое распространение усложняет проблему, поскольку в то время как главные сигналы двух сообщений могут быть разделены во времени более чем одним чипом (интервалом), для компонентов многолучевой передачи это недоступно. Кроме того, как следует из совместно заявленного патента США N 07/432552, озаглавленного "Разнесенный приемник в CDMA сотовой мобильной телефонной системе", поданного 7 ноября 1989 года, разнесенный приемник базовой станции может иметь множество корреляторов, которые объединяют принятые многолучевые компоненты для улучшения качества общения. Однако между многолучевыми компонентами может существовать неоднозначность, которая уменьшает эффективность разнесенного приемника. Эти проблемы и недостатки ясно ощутимы в известных технических решениях и решаются настоящим изобретением способом, описанным ниже.

Раскрытие изобретения.

Настоящее изобретение уменьшает взаимное влияние между множеством передатчиков с расширенным спектром, работающих одновременно, и улучшает распределение сообщений среди имеющихся ресурсов приемника. Настоящее изобретение, в общем, применимо к любой коммуникационной системе, имеющей множество передатчиков, пытающихся некоординированно осуществить связь с приемником, включая локальные вычислительные сети. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, передатчики являются подвижными (мобильными) станциями, осуществляющими передачу по каналу доступа, а приемник является базовой станцией в CDMA сотовой сети связи.

Каждая мобильная станция использует один или более методов рандомизации для сообщения ее канала доступа. Рандомизации имеют эффект разделения сообщений для уменьшения наложений. Первая рандомизация отделяет сигналы канала доступа путем добавления произвольной временной задержки к каждому сигналу, а вторая рандомизация отделяет их путем произвольного изменения уширения прямой последовательности каждого сигнала.

В первой рандомизации, называемой "ПШ-рандомизацией", мобильная станция задерживает по времени сообщения ее канала доступа на небольшую величину, которая больше или равна одному интервалу, но намного меньше, чем длина самого сообщения. Напротив, система связи с нерасширенным спектром, использующая протокол алоха с разделением каналов, должна после наложения обычно ждать приема подтверждения передачи. Если происходит наложение, обычно обнаруживаемое неприемом подтверждения, мобильная станция должна ожидать произвольное время задержки, обычно несколько интервалов, перед повторной передачей сообщения. Поскольку настоящее изобретение адресуется системам с расширенным спектром, наложения, естественно, уменьшаются за счет разности диапазонов, описанной выше и еще более за счет добавления ПШ-произвольной задержки, которая обычно намного меньше, чем длина интервала.

Хотя истинная рандомизация была бы идеальной, используется метод псевдорандомизации, так что базовая станция может получить величину задержки, используемой мобильной станцией, которая требуется для демодуляции сообщения. Задержка ПШ-рандомизации может быть создана с помощью псевдорандомизации, используя шумовой алгоритм, которому соответствует уникальное число, связанное с этой мобильной станцией. Входным числом может быть электронный порядковый номер (ESN) станции. Дополнительным преимуществом метода псевдорандомизации для вычисления задержки ПШ-рандомизации является то, что базовая станция, зная величину задержки, добавляемой мобильной станцией, может более быстро обнаружить сигнал, который мобильная станция позже передает по информационному каналу.

ПШ-рандомизация более понятна в контексте сценария, включающего в себя число мобильных станций, одновременно передающих на краю ячейки, т.е. на равном расстоянии от базовой станции. В таком сценарии ПШ-рандомизация увеличивает эффективное расстояние от каждой мобильной станции до базовой станции на произвольную величину.

Многолучевое распространение увеличивает трудности, испытываемые базовой станцией в различении сигналов, одновременно передаваемых разными мобильными станциями. Малая задержка ПШ-рандомизации может быть недостаточной для разделения многолучевых компонентов, которые в ином случае могли бы использоваться разнесенным приемником (радиоприемным устройством системы с разнесением) для улучшения приема при многолучевом распространении.

Вторая рандомизация, называемая "канальной рандомизацей", может использоваться для улучшения качества передачи в таких условиях многолучевого распространения. Как обсуждалось в вышеуказанных патентах и соответствующей заявке, CDMA передатчик расширяет (уширяет) свой сигнал, используя ПШ-код, а CDMA приемник демодулирует принятый сигнал, используя локальную копию ПШ-кода. В канальной рандомизации мобильная станция произвольно изменяет ПШ-код, который расширяет сигнал канала доступа (обращения). Изменение ПШ-кода эффективно создает большое число каналов обращения. Базовая станция имеет приемник, который соответствует каждому возможному каналу обращения. Даже в условиях многолучевого распространения базовая станция может различить одновременные передачи по разным каналам обращения.

Когда используется канальная рандомизация, базовая станция может посылать мобильной станции параметр, представляющий максимальное число каналов обращения, т. е. максимальное число различных ПШ-кодов, которые она может принимать. Базовая станция передает максимальный параметр каналов обращения на мобильную станцию во время периодических сеансов связи с передачей системной информации или "избытка" между базовой станцией и мобильной (подвижной) станцией.

Базовая станция может быть не в состоянии провести различие между одновременными передачами передач, если она принимает больше таких передач, чем имеет каналов обращения. По этой причине подвижные станции могут использовать третью рандомизацию, называемую "инерционной", вдобавок к ПШ-рандомизации и канальной рандомизации.

Каждая передача по каналу обращения посредством подвижной станции, пытающейся связаться с базовой станцией, называется "пробой". Если базовая станция успешно различает и принимает пробу, она передает подтверждение на подвижную станцию. Если мобильная станция не принимает подтверждение на свою пробу после истечения заданного периода времени, она делает попытку другой пробы. Заданное число таких проб называется "последовательностью проб обращения". Вся последовательность проб обращения может повторятся много раз, если подвижная станция не примет подтверждение любой пробы в последовательности.

При рандомизации с потерей мощности (с замедлением), подвижная станция включает произвольную задержку между последовательными пробами. Перед началом пробы подвижная станция генерирует случайное число в заданном диапазоне и задерживает пробу на величину, пропорциональную случайному числу.

При инерционной (устойчивой) рандомизации подвижная станция включает произвольную задержку перед каждой последовательностью проб обращения. Перед началом последовательности проб обращения подвижная станция сравнивает произвольно генерируемое число с заданным параметром инерционности. Параметр инерционности представляет собой вероятность, которая используется для определения, появится или нет последовательность проб обращения. Подвижная станция начинает последовательность проб обращения, только если случайное число находится в диапазоне чисел, определяемых параметром инерционности. Если используется инерционность, подвижная станция выполняет тест на заданных интервалах до тех пор, пока тест не будет закончен или не будет подтверждения пробы.

Наконец, если подвижная станция не принимает подтверждения любой из проб в пределах заданного числа последовательностей проб обращения, она может отказаться от попыток.

В сотовой телефонной системе подвижная станция использует каналы обращения для любых неречевых передач на базовую станцию. Подвижная станция может, например, запрашивать связь с базовой станцией, когда подвижный пользователь инициализирует вызов. Подвижная станция может также отвечать по каналу обращения на передачу (сообщение) от базовой станции для подтверждения поступающего вызова. В последней ситуации базовая станция может установить расписание своих передач по каналу передачи поискового вызова для более эффективной обработки ответов от подвижных станций, которые могут ожидаться в пределах определенного периода времени. Поскольку базовая станция имеет некоторый контроль за ситуацией, нет необходимости требовать от подвижных станций использования инерционности для передаваемых ответов.

Подвижные станции, кроме того, могут уменьшить влияние друг на друга путем передачи с минимальной мощностью, необходимой для того, чтобы их сигналы были приняты базовой станцией. Подвижная станция передает свою первую пробу на уровне мощности, несколько меньшем, чем по ее оценке необходимо для достижения базовой станции. Этой умеренной оценкой может быть заданная величина, или она может быть вычислена в ответ на измеренный уровень сигнала, который подвижная станция имеет или принимает от базовой станции. Предпочтительный вариант осуществления относится к подвижной станции для измерения принятой от базовой станции мощности. Эта принятая мощность (энергия) является передаваемой мощностью, сокращенной на потери в пути. Затем подвижная станция использует эту оценку с учетом константы коррекции и регулировочных коэффициентов, чтобы установить первоначальную мощность передачи. Эти регулировочные факторы можно посылать на подвижную станцию с базовой станции. Некоторые из этих коэффициентов соответствуют излученной мощности от базовой станции. Поскольку потери в пути от подвижной станции к базовой станции, по существу, те же, что и на участке от базовой к подвижной станции, то сигнал, принятый на базовой станции, должен быть на правильном уровне, предполагающем, что базовая станция обеспечила соответствующие коэффициенты (факторы) коррекции. После передачи первой пробы обращения на данном минимальном уровне мощности подвижная станция увеличивает мощность последовательных проб в каждой последовательности проб обращения на заданную дискретную величину.

Вышеизложенное, вместе с другими особенностями и преимуществами настоящего изобретения, будет более понятно из последующего описания, формулы изобретения и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает временную диаграмму, показывающую два сигнала с расширенным спектром, которые демодулированы (обработаны для устранения разброса) одиночным коррелятором на приемнике базовой станции;
Фиг. 2 - диаграмму воздействия многолучевого распространения на сигналы;
Фиг. 3 - временную диаграмму, показывающую два сигнала с расширенным спектром, которые демодулированы отдельными корреляторами на приемнике базовой станции;
Фиг. 4 - временную диаграмму, показывающую множество проб обращения;
Фиг. 5 - блок-схему предпочтительного варианта осуществления передатчика канала обращения подвижной станции;
Фиг. 6 - блок-схему алгоритма, показывающую способы рандомизации настоящего изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения.

На фиг. 1 два сигнала 10 и 12 канала обращения демодулированы на приемнике (не показан), который создает соответствующие пички 14 и 16 корреляции. Сигнал 12 поступает сразу после сигнала 10, поскольку, например, передатчик, который излучает сигнал 12, находится дальше от приемника, чем передатчик, излучающий сигнал 10. Сигналы 10 и 12 могут быть сигналами с расширенным спектром прямой последовательности CDMA сотовой телефонной системы (не показана). В таком варианте осуществления передатчиками являются передатчики канала обращения подвижных станций, а приемником является приемник канала обращения базовой станции.

Если разница между временем прибытия сигнала 10 и сигнала 12 на приемник базовой станции меньше одного чипа (разряда) ПШ-кода, которым они были модулированы, приемник может оказаться не в состоянии различать сигналы 10 и 12. Это может быть верным для фиг. 1, когда, например, две подвижные станции удалены менее чем на 120 метров (м), а канал обращения имеет уровень разряда в 1,2288 мегагерц (МГц). Принято считать, что наложение происходит, когда приемник не может различить сигналы.

Каждая подвижная станция использует "ПШ-рандомизацию" для уменьшения вероятности наложения передаваемых сигналов и таких же сигналов подвижной станции на том же самом канале обращения. При ПШ-рандомизации передатчик первой подвижной станции может задержать сигнал 12 до расположения задержанного сигнала 18, а передатчик второй подвижной станции может задержать сигнал 12 до расположения задержанного сигнала 20. Шумовая функция предпочтительна для генерирования задержки, поскольку она дает возможность базовой станции определять задержку, используемую подвижной станцией. Затем базовая станция может вычислить дальность до подвижной станции путем измерения общей задержки сообщения при поступлении на подвижную станцию и вычитания дополнительной задержки ПШ-рандомизации.

Шумовая функция, показанная ниже (выражение 1), использует электронный порядковый номер (ESN), связанный с подвижной станцией, для создания задержки. Шумовая функция создает задержку ПШ в диапазоне от 0 до 512 единиц (разрядов-чипов) генератора последовательностей ПШ-кодов, который модулирует сигнал. Заметим, что максимальная задержка намного меньше, чем задержка, создаваемая другими рандомизациями, обсуждающимися ниже. Базовая станция может подать показатель диапазона, PROBE_PN_RAN, на подвижную станцию во время инициализации системы или в другое время. Диапазон задержек, R, определяется как ₂PROBE_PN_RAN.

RN = R×((40503×(L⊕H⊕D))mod2¹⁶)/2¹⁶ (1)
где R - диапазон задержек;
L - наименьшие значащие 16 бит ESN;
H - наибольшие значащие 16 бит ESN;
D - число, 14-кратное по отношению к наименьшим значащим 12 битам ESN;
X - представляет наибольшее целое, меньшее или равное X; представляет поразрядную операцию исключающего ИЛИ; и все другие операции являются операциями целочисленной арифметики.

На фиг. 2 два сигнала 22 и 24 канала обращения демодулированы коррелятором приемника (не показан), который генерирует соответствующие пички 26 и 28 корреляции. Как и на фиг. 1, сигнал 24 приходит сразу (через короткое время) после сигнала 22. Сигналы 22 и 24 задержаны с использованием способа, описанного выше. Наличие многолучевого распространения создает многолучевые пички 30 и 32 корреляции в сигналах 22 и 24 соответственно. Но для наличия пичка 32 корреляции около пичка 26 корреляции разнесенный приемник базовой станции должен объединять пички 26 и 30, чтобы улучшить прием сигнала 22. Однако приемник может быть не в состоянии отличить сигнал 22 от сигнала 24, если многолучевой пичок 32 корреляции принят в пределах одной доли (чипа) пичка 28 корреляции. Если пички 26, 28, 30 и 32 получатся находящимися очень близко друг от друга, приемник не сможет определить, какой пичок связан с каким сигналом и, следовательно, не сможет объединить их. Однако, если добавить задержку ПШ-рандомизации в один или более чипов, например, к сигналу 24, то сигнал 24 будет сдвинут вправо на фиг. 2, и пичок 32 корреляции не будет взаимодействовать с пичком 26 корреляции. Тогда приемник разнесенных сигналов базовой станции может предположить, что многолучевые компоненты, находящиеся (появляющиеся) близко один к другому, такие как пички 26 и 30, связаны с одним и тем же переданным сигналом 22 и, следовательно, могут быть объединены. Аналогично, приемник базовой станции может предположить, что пички 28 и 32 связаны с сигналом 24 и объединить их. Такие предположения верны, поскольку многолучевые задержки обычно меньше одного чипа.

На фиг. 3 два сигнала 34 и 36 канала обращения демодулированы двумя отдельными корреляторами приемника (не показаны). Два передатчика подвижных станций (не показаны) используют "канальную рандомизацию" для модулирования своих соответствующих сигналов 34 и 36 соответственно различными ПШ-кодами, благодаря чему от приемника базовой станции требуется использование различных корреляторов для их демодуляции. Хотя сигналы 34 и 36 делят одну и ту же полосу частот, они должны занимать различные каналы обращения, поскольку модулируются с использованием различных ПШ-кодов. Приемник демодулирует сигнал 34, используя ПШ-код, соответствующий первому каналу обращения, и вырабатывает пичок 38 корреляции, но сигнал 36 появляется в приемнике в виде шума. Это свойство, которое позволяет приемнику отличать сигналы 34 и 36 даже при наличии многолучевого распространения, хорошо известно в системах связи с расширенным спектром. Для каждого из каналов доступа, на котором приемник базовой станции может осуществлять прием одновременно с приемом на других каналах, базовая станция должна иметь приемник, который использует ПШ-код, соответствующий этому каналу.

При канальной рандомизации передатчик случайным образом выбирает канал доступа из заданного диапазона ACC_CHAN. Базовая станция может подать этот ACC_ CHAN на подвижную станцию во время инициализации системы или в другое время в процессе работы. Хотя число каналов доступа, из которых подвижная станция может выбрать, ограничено аппаратурными соображениями и пропускной способностью системы, предпочтителен максимум 32.

Даже если используются ПШ-рандомизация и канальная рандомизация, наложение сообщений может произойти, если более одного передатчика выбирают один и тот же канал доступа и передают сообщение по нему в одно и то же время. Передатчики могут использовать "рандомизацию с потерей мощности" и "инерционную" для дополнительного распределения сообщений во времени с целью уменьшения наложения. Задержки, вызываемые последними рандомизациями, намного больше, чем производимые PN-рандомизацией. Последние методы, так же как PN и канальная рандомизация, обсуждаются ниже со ссылкой на временную диаграмму, показанную на фиг. 4, система показана на фиг. 5, а временная диаграмма показана на фиг. 6.

Согласно фиг. 5 процессорное устройство 100 подвижной станции выполняет шаги в соответствии с фиг. 6, начиная с шага 102, заключающегося в попытке связи с базовой станцией (на показана). Процессорное устройство может быть любым процессорным средством, известным специалистам в данной области техники, таким как, например, микропроцессор или микроконтроллер, программируемая матрица логических элементов для группы символов или другой тип логических устройств. Процесс может быть начат всякий раз, когда подвижная станция (не показана) должна посылать информацию на базовую станцию. Подвижная станция пытается осуществить связь путем передачи одной или более "проб доступа" 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118 и 120 на базовую станцию. Проба доступа состоит из одного сообщения и имеет максимальную длительность в один "слот". Слот - это интервал времени системы, с которым базовые и подвижные станции синхронизированы в CDMA сотовой телефонной системе, описанной выше. Хотя реальная длина слота не является критичной для целей сравнения длительности и рандомизации проб доступа для PN-рандомизации, обсуждавшейся выше, она может быть порядка 60 мс. Таким образом, задержка PN-рандомизации составляет очень малую часть слота.

При попытке обращения подвижная станция продолжает передавать пробы доступа до тех пор, пока одна такая проба не получит подтверждения от базовой станции. Таким образом, если наложение происходит, сообщение не подтверждается и подвижная станция пытается сделать другую пробу. Заданное число проб обращения называется "последовательностью проб доступа". На фиг. 4 последовательность 122 проб доступа состоит из проб доступа 104, 106 и 108, последовательность 124 проб доступа состоит из проб 110, 112 и 114, а последовательность 126 проб доступа состоит из проб 116, 118 и 120.

Инициализация вызова генерирует сигнал 128 инициализации, который подается на процессорное устройство 100. На шаге 130 процессорное устройство 100 включает отсчет проб, PROBE, устанавливая его на нуль, а также устанавливает на нуль счетчик последовательностей проб SEQ. На шаге 132 процессорное устройство 100 вычисляет шумовую функцию, описанную выше, для получения задержки ПШ-рандомизации. Процессорное устройство 100 выдает сигнал 134 задержки, который соответствует ПШ, на синхрогенератор 136. Процессорное устройство 100 выдает информационные данные (сообщение) 138 на шифратор 140, который кодирует его, как описано в вышеупомянутом патенте США и соответствующей заявке. Данные кодированного сообщения 142 модулируются ПШ длинным кодом 144, который генерируется генератором 146 последовательностей PN-длинных кодов. Как обсуждалось выше, генерируемый конкретный PN-длинный код 144 соответствует используемому каналу доступа. Эта модуляция описана в вышеупомянутом патенте США и соответствующих заявках. Хотя для выполнения модуляции приведен блок 152, на основе схемы "Исключающее ИЛИ" может использоваться любая известная конструкция, эквивалентная данной, например умножитель. Наконец, в ответ на сигнал 134 задержки синхрогенератор 136 выдает синхросигналы 156, 158 и 160 на эти элементы, которые в конечном счете задерживают передаваемый сигнал 164.

На шаге 162 процессорное устройство 100 определяет, пытается ли подвижная станция ответить на сообщение от базовой станции или она пытается инициировать запрос на связь с базовой станцией. Вызов, инициируемый пользователем, является скорее примером попытки запроса, чем попытки ответа. Если, как на фиг. 4, требуется попытка запроса, процессорное устройство 100 переходит к шагу 166. Однако, если затребована попытка ответа, подвижная станция должна выполнять рандомизацию с потерей мощности на шаге 168. При рандомизации с потерей мощности процессорное устройство 100 генерирует случайное число, RS, в диапазоне от 0 до BKOFF+1, где BKOFF - заданный параметр. Затем на шаге 170 процессорное устройство 100 должно ожидать RS слоты перед переходом к шагу 166. Процессорное устройство 100 может подсчитывать слоты для задержки, поскольку оно принимает сигнал 172 счетчика слотов от синхрогенератора 136.

На шаге 166 процессорное устройство 100 выполняет тот же запрос/ответный тест, описанный выше. Если требуется попытка запроса, процессорное устройство вырабатывает тест инерционности, который вводит случайную задержку в один или более слотов между последовательными последовательностями проб обращения. При наличии теста инерционности процессорное устройство 100 генерирует произвольную вероятность RP в начало слота на шаге 174. Заданный параметр P представляет вероятность, с которой будет выполнена следующая последовательность проб доступа. На шаге 176 процессорное устройство 100 сравнивает P с RP. Если RP меньше P, тест инерционности проходит и процессорное устройство 100 переходит к шагу 178. Если тест инерционности не проходит, процессорное устройство 100 повторяет тест немедленно перед началом следующего слота (интервала). Если процессорное устройство 100 определяет, что скорее требуется попытка ответа, чем попытка запроса на шаге 166, оно переходит к шагу 178. Тест инерционности не является необходимым при попытках ответа, поскольку в отличие от попыток запроса базовая станция может составить расписание сеансов связи, требующих ответов, так что множество подвижных станций будет отвечать, по существу, неодновременно.

В примере на фиг. 4, который представляет попытку запроса, процессорное устройство 100 начинает шаг 174 в начале слота во время 180. Поскольку подвижная станция пытается осуществить запрос, она выполняет тест инерционности. Тест не проходит и повторно вводится непосредственно перед началом слота во время 182. При этой второй попытке тест проходит, и процессорное устройство 100 переходит к шагу 178.

Процессорное устройство 100 выполняет канальную рандомизацию на шаге 178. Оно генерирует случайное число RA в диапазоне от нуля до ACC_CHAN, которое является заданным параметром, представляющим максимальное число каналов обращения. RA соответствует каналу обращения, по которому будет передаваться последовательность 122 проб обращения. Процессорное устройство 100 подает сигнал 183 выбора канала обращения на генератор 146 последовательностей ПШ-кодов.

На шаге 184 процессорное устройство 100 инициализирует передачу сигнала 186 мощности на заданный начальный уровень INIT_PWR, который подается на передатчик 188 мощности на фиг. 5. В CDMA сотовой системе связи или любой системе связи с расширенным спектром важно минимизировать уровень фонового шума, который в значительной степени определяется объединенными сигналами многих передатчиков. Низкий уровень фонового шума дает возможность приемнику более легко выделять требуемый сигнал с расширенным спектром из шума. Чтобы минимизировать уровень шума, настоящее изобретение минимизирует мощность, при которой каждая подвижная станция осуществляет передачу. INIT_PWR устанавливается в значение, которое ниже уровня, обычно требуемого для базовой станции для приема сообщений. Процессорное устройство 100 предпочтительно оценивает INIT_ PWR, используя измеренный уровень мощности сигналов, ранее или в данный момент принятых от базовой станции. Хотя часть приемника подвижной станции не показана, он описан в одном или более упомянутых патентах США и соответствующих заявках.

На шаге 190 процессорное устройство 100 выключает системный таймер состояния доступа (не показан), который может использоваться для указания процессорному устройству 100, что подвижная станция не приняла сообщение, которое ожидалось от базовой станции в заданный период времени. Такой таймер должен быть выключен во время попыток обращения.

На шаге 192 сообщение передается в пробе 194 доступа по выбранному каналу RA доступа. Как показано на фиг. 4, PN-рандомизация дополнительно задерживает начало пробы 104 обращения до времени 194, которое идет на ПШ-чипов позже времени 182. Эта задержка, которая намного меньше, чем слот в 60 мс, выделена на фиг. 4 для большей ясности. Высота пробы 104 обращения представляет ее относительный уровень мощности. В конце передачи пробы 104 доступа во время 196 процессорное устройство 100 включает таймер TA перерыва внутреннего подтверждения. Заданный параметр ACC_TMO паузы показывает длину интервала времени, который процессорное устройство 100 должно ждать для подтверждения пробы 104. Если процессорное устройство 100 принимает сигнал 198 подтверждения в период паузы, оно переходит к шагу 200 и прерывает попытку запроса канала обращения. Затем оно может выполнять другие действия, которые не являются предметом настоящего изобретения. Когда период времени ACC_ TMO истекает без получения процессорным устройством 100 подтверждения, оно переходит к шагу 202. На фиг. 4 время таймера TA истекает во время 204.

На шаге 206 процессорное устройство 100 увеличивает на приращение PROBE значение его внутреннего счетчика проб. На шаге 208 оно сравнивает PROBE с NUM_ STEP, который является заданным параметром, указывающим число проб обращения, которые должны выполняться в каждой последовательности проб обращения, если не получено подтверждение. На фиг. 4 NUM_STEP равен трем, поскольку последовательность 122 проб обращения состоит из трех проб 104, 106 и 108. Следовательно, процессорное устройство 100 переходит к шагу 210.

На шаге 210 процессорное устройство 100 начинает рандомизацию с потерей мощности проб. Рандомизация проб с потерей мощности подобна рандомизации с потерей мощности, описанной выше, разница заключается в том, что рандомизация проб с потерей мощности выполняется между последовательными пробами обращения последовательности проб обращения, в то время как рандомизация с потерей мощности выполняется перед каждой последовательностью проб обращения. Величина (значение) PROBE_BKOFF может быть равна или не равна значению BKOFF. На шаге 210 процессорное устройство 100 генерирует случайное число RT в диапазоне от нуля до PROBE_BKOFF+1, который является заданным параметром. На шаге 212 процессорное устройство 100 ожидает RT слоты. Например, на фиг. 4 RT равен "2", и процессорное устройство 100 ожидает два слота до тех пор, пока слот не начнется в момент времени 214.

На шаге 216 процессорное устройство 100 изменяет передачу сигнала 186 мощности на число, которое заставляет передатчик 188 мощности увеличивать передачу мощности на число децибел (дБ), равное до 0,5 от PWR_STEP, который является заданным параметром. Процессорное устройство 100 затем переходит к шагу 190 и передает пробу 106 доступа при увеличенной энергии (уровне мощности) по тому же самому каналу доступа, RA, в момент времени 218, который идет через RN-чипов после начала слота в момент времени 214. Процессорное устройство 100 не принимает подтверждения в период перерыва от момента 220 до момента 222. Оно генерирует потерю мощности (замедление), RT, из "1" и ожидает один слот на шаге 212 до тех пор, пока слот не начнется в момент 224. Проба 108 доступа передается при дополнительно увеличенном уровне мощности по тому же самому каналу доступа, RA, в момент 226, который идет на RN-чипов позже начала слота в момент 224. Поскольку к концу периода перерыва в момент 230 не было принято никакого подтверждения от базовой станции и пробы NUM_STEP были переданы, процессорное устройство переходит к шагу 232.

На шаге 232 процессорное устройство 100 включает системный таймер состояния доступа (не показан) и переходит к шагу 234. Имея завершенную передачу последовательности 122 проб доступа, процессорное устройство 100 увеличивает на приращение SEQ величину своего внутреннего счетчика последовательностей проб. На шаге 236 процессорное устройство 100 сравнивает SEQ с MAX_ REQ_ SEQ или MAX_RSP_SEQ, где первый является заданным параметром для указания максимального числа последовательностей проб доступа для выполнения перед выходом из попытки запроса, а последний является заданным параметром для указания максимального числа последовательностей проб доступа для выполнения перед выходом из попытки ответа. Если один из этих максимумов достигнут, процессорное устройство 100 переходит к шагу 238. Оно может при этом выполнять другие действия, которые не являются предметом настоящего изобретения.

Если тест на шаге 236 показывает, что должны выполняться дополнительные последовательности проб, процессорное устройство 100 переходит к шагу 240, где оно выполняет рандомизацию с потерей мощности (замедлением), как описано выше со ссылкой на шаги 168 и 170. Например, на фиг. 4 процессорное устройство 100 в момент 230 генерирует случайное число RS из "I" и ожидает один слот на шаге 242 до тех пор, пока не начнется слот в момент 248. Затем процессорное устройство 100 возвращается на шаг 166, чтобы начать последовательность 124 проб доступа.

Процессорное устройство 100 выполняет шаги генерирования последовательности 124 проб доступа таким же способом, как и при генерировании последовательности 122 проб доступа. Если, как в настоящем примере, требуется попытка запроса, процессорное устройство 100 выполняет тест инерционности на шаге 174 немедленно перед началом слота в момент 248. Тест терпит неудачу и повторяется непосредственно перед началом слота в момент 252. Третий тест проходит, и процессорное устройство 100 переходит к шагу 178.

Процессорное устройство 100 выполняет канальную рандомизацию на шаге 178. Поскольку процессорное устройство 100 произвольно выбирает канал доступа в начале каждой последовательности проб доступа, канал доступа, по которому последовательность 124 проб должна передаваться, может быть не тем же самым, что и канал, по которому передавалась последовательность 122 проб доступа. На шаге 184 процессорное устройство 100 инициализирует сигнал 186 передачи мощности, и на шаге 190 процессорное устройство выключает системный таймер состояния доступа.

На шаге 192 сообщение передается в пробе 110 доступа, дополнительно задерживается до момента 254 от начала слота в момент 252 путем RN-рандомизации. Процессорное устройство 100 переходит к шагу 202 после истечения периода перерыва в момент 258 без получения сигнала 198 подтверждения.

При рандомизации замедления на шаге 210 процессорное устройство 100 генерирует произвольный номер RT "3", и процессорное устройство 100 ждет три слота на шаге 212 до тех пор, пока слот не начнется в момент 260. На шаге 192 процессорное устройство 100 увеличивает мощность сигнала 164 и передает пробу 112 доступа при увеличенном уровне мощности в момент 262, который на RN-чипов позже начала слота в момент 260.

Процессорное устройство 100 проходит через вышеуказанные шаги третий раз, поскольку оно не принимает сигнал подтверждения перед истечением периода в момент 266. Оно генерирует замедление проб двух слотов и ждет до момента 268. Передача пробы 114 доступа без подтверждения паузой в момент 274 завершает последовательность 124 проб доступа, и процессорное устройство 100 добавляет SEQ на шаге 234. Процессорное устройство 100 затем генерирует рандомизацию замедления "I" на шаге 240, ожидает один слот на шаге 242 до начала слота в момент 276. Затем процессорное устройство 100 возвращается на шаг 166, чтобы начать последовательность 126 проб доступа.

Если требуется попытка запроса, процессорное устройство 100 выполняет тест инерционности на шаге 174. В примере, показанном на фиг. 4, тест инерционности проходит с четвертой попытки, до начала слота в момент 284. В последовательности 126 проб доступа проба 116 доступа предается в момент 286, проба 118 - в момент 294 и проба 120 - в момент 302, как описано выше.

После того, как подвижная станция передала пробу 304 и перед тем, как таймер перерыва достиг значения ACC_TMO, процессорное устройство 100 принимает сигнал 198 подтверждения от базовой станции в момент 306. В ответ на сигнал 198 подтверждения процессорное устройство 100 переходит к шагу 200 и прекращает попытку запроса.

Хотя фиг. 4 иллюстрирует попытку запроса, попытка ответа аналогична. В попытке ответа никакой тест инерционности не должен проводиться перед пробой 104 доступа. Вместо этого рандомизация замедления на шагах 168 и 170 должна генерировать задержку замедления перед пробой 104 доступа. Аналогично никакой тест инерционности не должен проводиться перед последовательностями 122 и 124 проб доступа между последовательностями 124 и 126.

Очевидно, что другие варианты осуществления настоящего изобретения могут быть предложены специалистом в данной области техники с учетом рассмотренных положений. Следовательно, изобретение должно быть рассмотрено в рамках нижеприведенной формулы изобретения, включающей в себя варианты осуществления, с привлечением описания и чертежей.

Изобретение относится к сотовым телефонным системам, конкретно к системе для увеличения надежности сотовой телефонной системы в окружающих средах с многолучевой передачей сигналов, или в условиях, в которых большое число подвижных телефонных единиц одновременно пытаются осуществить доступ к базовой станции. Технический результат - уменьшение столкновений между сообщениями в системе связи. Столкновения между сообщениями, одновременно передаваемыми множеством передатчиков с расширенным спектром, уменьшаются путем распределения сообщения по имеющимся ресурсом приемника. Передатчики могут быть подвижными станциями, а приемник может быть базовой станцией в СDМА (с параллельным доступом и кодовым уплотнением каналов) сотовой телефонной системе. Каждая подвижная станция использует один или более способов рандомизации для распределения сообщений. При первой рандомизации подвижная станция задерживает по времени свои передачи на число элементарных посылок ПШ-кода, с помощью которого расширяется передаваемый сигнал. Шумовая функция вырабатывает из идентификационного числа число, однозначно связанное с данной подвижной станцией. При второй рандомизации подвижная станция произвольно выбирает ПШ-код, при третьей рандомизации подвижная станция вставляет случайную задержку между последовательными передачами сообщений или пробами, если она не принимает подтверждение после заданного периода перерыва. Заданное число таких передач называется последовательностью проб. При четвертой рандомизации подвижная станция вставляет относительно длительную случайную задержку между последовательными последовательностями проб, если она не принимает подтверждения любой пробы в последовательности. Уровень шума уменьшается путем минимизации мощности передачи. Подвижная станция увеличивает с приращением мощность последовательных проб в пределах каждой последовательности проб. Первая проба каждой последовательности проб передается на заданном уровне. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для уменьшения столкновений между передаваемыми сообщениями в сети связи, имеющее уникальный идентификационный код и содержащее процессорное устройство для выдачи сообщения, генератор тактовых импульсов для обеспечения задержки времени в зависимости от уникального идентификационного кода, шифратор для задержки сообщения на время задержки и передатчик для передачи задержанного сообщения в приемник в момент времени, определенный в соответствии с уникальным идентификационным кодом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаваемое задержанное сообщение является сигналом с расширенным спектром прямой последовательности, расширенным с использованием псевдошумовой (ПШ)-кодовой последовательности, имеющей частоту элементарной посылки, а время задержки равно или больше одной элементарной посылки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит генератор случайных чисел и генератор ПШ-кодовых последовательностей для произвольного выбора указанной ПШ-кодовой последовательности из заданного множества ПШ-кодовых последовательностей в ответ на случайное число, принятое от генератора случайных чисел. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что процессорное устройство предназначено дополнительно для приема сигнала подтверждения в ответ на подтверждение, для измерения времени между передачей указанного сообщения и указанным сигналом подтверждения и для выдачи сигнала паузы, если указанное время превышает заданный параметр паузы, и для обеспечения дополнительного сообщения в ответ на сигнал паузы. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что процессорное устройство предназначено дополнительно для подсчета последовательных сообщений для подачи в счетчик проб, причем счетчик проб сбрасывается по достижении заданного максимального счета проб, и для обеспечения сигнала уровня мощности к передатчику для увеличения мощности каждого последовательного сообщения, причем указанная мощность находится на заданном минимуме, когда счетчик проб находится в сброшенном состоянии. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что процессорное устройство увеличивает мощность каждого последовательного сообщения на заданное приращение. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что процессорное устройство вводит задержку замедления между последовательными сообщениями в ответ на сигнал паузы, причем задержка замедления соответствует второму случайному числу. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что процессорное устройство не выдает сообщение, когда счетчик проб находится в состоянии сброса, а третье случайное число находится в заданном диапазоне устойчивости. 9. Способ уменьшения столкновений между сообщениями в сети связи, имеющей множество передатчиков и, по меньшей мере, один приемник, причем каждый передатчик имеет уникальный идентификационный код, заключающийся в том, что генерируют сообщение, задерживают сообщение на время задержки, соответствующе указанному идентификационному коду, и передают задержанное сообщение в момент времени, определенный в соответствии с уникальным идентификационным кодом, причем указанное передаваемое сообщение имеет некоторый уровень мощности. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что передаваемое задержанное сообщение является сигналом с расширенным спектром прямой последовательности, расширенным с использованием псевдошумовой (ПШ)-кодовой последовательности, имеющей частоту элементарной посылки, а время задержки равно или больше одной элементарной посылки. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что перед указанной передачей дополнительно осуществляют произвольный выбор ПШ-кодовой последовательности из заданного множества ПШ-кодовых последовательностей и модулирование задержанного сообщения выбранной ПШ-кодовой последовательностью. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что контролируют сигнал подтверждения от приемника во время заданного периода паузы. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что перед указанной передачей дополнительно генерируют первое случайное число, выбирают период времени замедления из заданного диапазона в ответ на первое случайное число, ожидают период времени замедления. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что увеличивают указанный уровень мощности на заданное приращение мощности, увеличивают счет проб, сравнивают счет проб с заданной длиной последовательности проб и устанавливают указанный уровень мощности на заданное начальное значение, когда счет проб равен заданной длине последовательности проб. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что дополнительно неоднократно генерируют второе случайное число и сравнивают его с заданным параметром устойчивости до тех пор, пока второе случайное число находится в диапазоне, соответствующем заданному параметру устойчивости.