Перекрестные ссылки на родственные заявки
Эта заявка на патент претендует на использование приоритета и тем самым отсылочно включает полное описание одновременно рассматриваемой предварительной заявки на патент США 60/063024, поданной 23 октября 1997 г.
Эта заявка по объекту изобретения относится к заявкам на патент США общего правопреемника 08/733501 и 08/847655, поданным соответственно 18 октября 1996 г. и 30 апреля 1997 г.
Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к области мобильной связи и, в частности, к способу обработки многостанционных вызовов произвольного доступа, исходящих от мобильного абонента.
Описание предшествующего уровня техники
Существует потребность в следующем поколении систем мобильной связи для обеспечения широкого выбора служб связи, включающих передачу цифрового речевого сигнала, видеосигнала и данные в пакете и схемные переключающие моды каналов. В результате ожидается значительное увеличение количества вызовов, что будет приводить к намного более высокой плотности трафика на каналах произвольного доступа (КПД). К сожалению, эта повышенная плотность трафика будет также приводить к увеличенным столкновениям запросов и отказам доступа. Следовательно, новое поколение систем мобильной связи должно использовать намного более быстродействующие и гибкие процедуры произвольного доступа для увеличения их скоростей и успешного доступа и сокращения времени обработки запросов на доступ.
В большинстве систем мобильной связи, таких, как например, Европейская совместная разработка, названная CODIT ("Code Division Testbed") и системах, работающих по стандарту IS-95 (ANSI-D-STD-008), подвижная станция может получать доступ к базовой станции путем первоначального определения готовности КПД для использования. Затем мобильная станция передает ряд заголовок запроса на доступ (например, отдельные символы чипа 1023) с увеличивающимися уровнями мощности до тех пор, пока базовая станция не обнаружит запрос на доступ. В ответ базовая станция начинает процесс управления переданной мобильной станцией мощности через нисходящий канал. Как только совершилось первоначальное "рукопожатие" между подвижной станцией и базовой станцией, пользователь мобильной станции (абонент) передает сообщение произвольного доступа.
В системе SS-SRMA (Spread Spectrum Slot Reservation Multiple Access) используется технология слотированного произвольного доступа S-ALOHA. В начале слота (временного интервала) мобильная станция будет посылать пакет произвольного доступа к базовой станции и затем ожидать подтверждения ею получение пакета. Эта технология S-ALOHA обходится без ряда операций, которые характеризуют систему CODIT и систему, работающую по стандарту IS-95 (а именно, линейное изменение мощности и регулирование по мощности).
Точнее сказать, в основанной на CODIT системе многостанционного доступа с кодовым разделением (CDMA) мобильная станция будет пытаться осуществить доступ к приемнику базовой станции путем использования процесса "линейного изменения мощности", при котором повышается уровень мощности каждого последующего передаваемого заголовочного символа. Как только обнаруживается заголовок запроса на доступ, базовая станция приводит в действие схему управления мощностью с замкнутой цепью обратной связи, которая служит для управления передаваемым мобильной станцией уровнем мощности для поддержания желаемого уровня мощности, принимаемого от мобильной станции сигнала. Затем мобильная станция передает свои специфические данные запроса на доступ. Приемник базовой станции "сужает" принимаемые сигналы (расширенного спектра), используя согласованный фильтр и комбинирует разнесение суженных сигналов для того, чтобы воспользоваться разнесением антенны.
В системе IS-95 CDMA используется аналогичная технология произвольного доступа. Однако основное различие между CODIT, основанной системой CDMA, и системой IS-95 CDMA состоит в том, что мобильная станция стандарта IS-95 передает не только заголовок, а полный пакет произвольного доступа. Если базовая станция не подтверждает получение запроса на доступ, мобильная станция повторно передает пакет произвольного доступа на более высоком уровне мощности. Этот процесс продолжается до тех пор, пока базовая станция не подтвердит получение запроса на доступ.
В системе мобильной связи, использующей технологию произвольного доступа S-ALOHA, такую, как способ, описанный в вышеупомянутой заявке на патент США 08/733501 (далее упоминаемой как "'501 заявка") мобильная станция создает и передает пакет произвольного доступа. На фиг.1 показана диаграмма, которая иллюстрирует структуру блока данных для такого пакета. Пакет произвольного доступа ("блок данных запроса на доступ") содержит заголовок и часть с полем данных. Заголовок содержит уникальную комбинацию сигнатур (бит), которая имеет длину в "L" символов. Комбинация сигнатур произвольно выбирается из ряда комбинаций, которые являются ортогональными друг по отношению к другу, но это не обязательно. Само по себе использование этой уникальной комбинации, как описано и заявлено в '501 заявке, обеспечивает значительно более высокую пропускную способность по сравнению с ранее известными технологиями произвольного доступа.
Как описано в '501 заявке, поле данных пакета произвольного доступа включает определенную информацию произвольного доступа, включающую информацию, идентифицирующую пользователя мобильной станции, номер требуемой услуги (услуги должны быть пронумерованы), требуемое "эфирное время" (промежуток времени, необходимый для передачи сообщения), передачу короткого пакета данных (для повышения эффективности передачи) и поле избыточного обнаружения ошибок (циклический избыточный код). По причинам, подробно проанализированным в '501 заявке, база (модуляция расширенного спектра) заголовка выбирается более длинной по сравнению с базой части с полем данных. Однако можно представить себе ситуации, в которых это условие не является обязательным.
Пакет произвольного доступа (например, такой, как показано на фиг.1) передается мобильной станцией в начале следующего свободного интервала. На фиг. 2 показана блок-схема устройства, которое может быть использовано в мобильной станции для создания и передачи пакета произвольного доступа, проиллюстрированного на фиг.1. По существу, как показано на фиг.2, заголовок и поле данных пакета произвольного доступа создаются и расширяются отдельно (с помощью соответствующих кодов расширения) и затем уплотняются и передаются мобильной станцией.
Затем пакет произвольного доступа принимается и демодулируется на целевой базовой станции с помощью приемника с согласованным фильтром. На фиг.3 показана блок-схема детектирующей секции (для одной антенны) приемника произвольного доступа базовой станции, который служит главным образом для оценки синхронизации лучей принимаемого сигнала. Согласованный фильтр, который используется только в течение заголовочного периода, настраивается на код расширения заголовка. Согласованный фильтр используется для обнаружения присутствия запроса на произвольный доступ, сужает заголовочную часть пакета произвольного доступа и подает ее к сумматору. Сумматор (сигнатур 1-l) является уникальным средством, используемым для способа произвольного доступа, описанного в '501 заявке, служащим для суммирования сигналов на выходе согласованного фильтра в течение заголовочных (М) символьных периодов для увеличения отношения мощности принимаемого сигнала к шуму (с/ш). Так как каждый принимаемый заголовок содержит уникальную комбинацию сигнатур, операция суммирования выполняется посредством множества сумматоров (1-l), каждый из которых настроен на одну из возможных принимаемых сигнатур.
На фиг.4 показана простая блок-схема сумматора, который может использоваться для I канала (квадратурное детектирование) в детекторной секции произвольного доступа, показанной на фиг. 3. Аналогичный сумматор может использоваться для квадратурного канала. Как показано на фиг.3 и 4, выход каждого сумматора (сигнатуры 1-l) подключен к блоку пикового детектирования. В конце заголовочного периода каждый блок пикового детектирования осуществляет поиск выходного сигнала своего соответствующего согласованного фильтра для каждого пика сигнала, который превышает заранее определенный порог обнаружения. Затем каждый блок пикового детектирования регистрирует (находит и запоминает) величину и относительную фазу каждого из этих пиковых сигналов и тем самым определяет количество значительных лучей сигнала, имеющихся для демодуляции в приемнике. Сама по себе синхронизация каждого пика оценивается и используется для установления параметров "Рейка" (Rake) (секций 1-l приемника Рейка). На фиг.5 показана блок-схема демодулятора произвольного доступа, который может быть использован для демодуляции части с полем данных пакета произвольного доступа. По существу, демодулятор произвольного доступа декодирует информацию о данных в принимаемом поле данных и проверяет ошибки передачи.
Хотя описанные выше со ссылкой на фиг.1-5 устройства и способ произвольного доступа имеют многочисленные преимущества по сравнению с ранее известными технологиями произвольного доступа, еще существует ряд проблем, требующих решения. Например, может случаться большое количество столкновений пакетов, если мобильные станции во всех сотах используют те же самые коды расширения в течение стадий передачи заголовка или обработки поля данных. В результате должно передаваться большое количество запросов на произвольный доступ, что может привести к неустойчивости системы. Кроме того, при использовании описанных выше устройства и способа произвольного доступа приемник с согласованным фильтром базовой станции не используется так эффективно, как это он может делать, так как запросы на произвольный доступ передаются в начале следующего временного интервала, и приемник простаивает полный период времени, следующий за стадией приема заголовка. Кроме того, так как длина пакета произвольного доступа, используемого с вышеописанной технологией, является фиксированной, размер коротких пакетов данных ограничен степенью использования оставшейся части пакета. Из-за всех этих причин для решения этих проблем потребовалась разработка более гибкой процедуры запроса на произвольный доступ.
В вышеупомянутой заявке на патент США 08/847655 (далее упоминаемой как "'655 заявка") было описано успешное решение этих проблем. В соответствии с изобретением, описанным и заявленным в '655 заявке, в способе каждому сектору соты присваивают уникальный код расширения заголовка и также уникальный длинный код, который привязывается к короткому коду расширения поля данных (связанного с сигнатурой). Промежуток времени, выбранный для длинного кода, может быть сравнительно большим по длительности (например, иметь длительность от часов до дней). Следовательно, можно сказать, что поле данных пакета произвольного доступа передается в посвященном канале, так как два сообщения не могут иметь такую же самую последовательность расширения и фазу (до тех пор, пока они не выберут ту же самую сигнатуру и не передадут свои заголовки одновременно).
Также в соответствии с изобретением, описанным в '655 заявке, в способе устанавливают ширину временных интервалов передачи, равную длине заголовка (за минусом из практических соображений заданного защитного временного интервала). Следовательно, запрос на произвольный доступ подвижной станции может синхронизироваться для того, чтобы начинаться в начале временного интервала и обнаруживаться в течение заголовочного периода времени посредством согласованного фильтра приемника произвольного доступа базовой станции. Поле данных запроса на произвольный доступ подвижной станции передается во временные интервалы, следующие за временными интервалами заголовка, и принимается приемником Рейка на базовой станции. Однако, в соответствии с этим способом, после заголовочного периода времени согласованный фильтр дает возможность принимать заголовки других запросов на произвольный доступ, сделанные другими подвижными станциями. Поэтому согласованный фильтр может использоваться непрерывно и эффективно, и может обрабатываться значительно большее количество запросов на произвольный доступ по сравнению с ранее известными технологиями произвольного доступа. Сама по себе пропускная способность по связи и эффективность системы произвольного доступа, использующей этот способ, значительно выше пропускной способности и эффективности ранее известных систем произвольного доступа.
Однако существуют еще другие проблемы произвольного доступа, которые должны быть решены. Например, на фиг.6 показана диаграмма, иллюстрирующая структуру канала для пакета произвольного доступа (формат сообщения, передаваемого по общему физическому восходящему каналу), который форматируется в соответствии со структурами блока данных произвольного доступа, описанными выше. По сравнению с ранее известными подходами формат канала, показанный на фиг. 6, выгодно уменьшает количество столкновений запросов на произвольный доступ, которые могут случаться, и также упрощает обнаружение части с полем данных пакета произвольного доступа. Однако недостатком использования этого формата является то, что он не направлен на минимизацию количества имеющих место надземных сигнализаций.
На фиг.6 видно, что для того, чтобы можно было когерентно детектировать часть с полем данных пакета произвольного доступа, передается определенное количество энергии в виде известных модулированных символов (отмеченных как "пилот-сигнал"). Пилот-сигнал может иметь временное уплотнение, I/Q уплотнение или кодовое уплотнение с данными (действительно, тип используемой модуляции не является существенным для этого обсуждения). Общая "надземная" энергия пакета произвольного доступа является затененной частью, показанной на фиг.6 (то есть, заголовок плюс пилот-сигнал). В принципе заголовок может использоваться с той же самой целью, что и пилот-сигнал, предполагая, что приемник принимает правильное решение о сигнатуре, передаваемой в заголовке. Следовательно, стало бы возможным достижение сравнительно хорошей оценки радиосигнала в течение заголовочной части запроса на произвольный доступ.
Однако в быстроизменяющемся радиоканале энергия, используемая для оценки канала, идеально должна быть расширена во времени для превышения поля данных для достижения достаточно качественной оценки в течение этой части запроса на произвольный доступ. Даже если можно было бы достичь достаточно качественной оценки канала в течение передачи заголовка (вследствие отличной сигнатуры в заголовке) в быстроизменяющемся канале, эта оценка оказалась бы неверной для значительной части с данными запроса на произвольный доступ. Само по себе важно обеспечить достаточную энергию в заголовке для приемника для обнаружения заголовка и правильной идентификации путей канала.
С другой стороны, в быстроизменяющемся канале также важно обеспечить достаточную энергию в пилот-сигнале для гарантирования соответствующего когерентного детектирования части с данными. К сожалению, эти два важных, но два противоречивых энергетических требования в формате общего физического восходящего канала приводят к передаче запросов на произвольный доступ с избыточной надземной сигнализацией. Другими словами, отношение "надземной" энергии (энергии заголовка плюс энергии пилот-сигнала) и энергии "данных" является излишне высоким с его сопутствующими недостатками. Однако, как подробно описано ниже, настоящее изобретение успешно решает эти проблемы.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, обеспечивается новый формат общего физического восходящего канала в системе мобильной связи с произвольным доступом, тем самым мобильная станция передает первый пакет, включающий заранее определенную комбинацию сигнатур, параллельно со вторым пакетом, включающим часть с данными запроса на произвольный доступ.
Важным техническим преимуществом настоящего изобретения является то, что часть с сигнатурами запроса на произвольный доступ может также служить в качестве пилот-сигнала путем обеспечения дополнительной энергии для оценки канала в течение передачи части с данными запроса.
Другим важным техническим преимуществом настоящего изобретения является то, что дополнительная энергия обеспечивается с запросом на произвольный доступ для гарантирования достаточно высококачественного когерентного детектирования части с данными запроса в быстроизменяющейся окружающей среде радиоканала.
Еще одним важным техническим преимуществом настоящего изобретения является то, что путем передачи части с сигнатурами запроса на произвольный доступ параллельно с частью с данными запроса количество надземного сигнализирования уменьшается по сравнению с ранее известными подходами.
Еще другим важным техническим преимуществом настоящего изобретения является то, что нет необходимости увеличения надземной энергии для быстроизменяющихся каналов.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание способа и устройства настоящего изобретения может быть достигнуто из следующего подробного его описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает диаграмму, иллюстрирующую структуру блока данных для пакета произвольного доступа;
фиг. 2 изображает блок-схему устройства, которое может быть использовано в мобильной станции для генерирования и передачи пакета произвольного доступа, проиллюстрированного на фиг.1;
фиг. 3 изображает блок-схему секции детектирования (для одной антенны) приемника базовой станции с произвольным доступом, который главным образом служит для оценки синхронизации лучей принимаемого сигнала;
фиг.4 изображает простую блок-схему сумматора, который может быть использован для I канала (квадратурное детектирование) в секции детектирования с произвольным доступом, показанной на фиг.3;
фиг.5 изображает блок-схему демодулятора с произвольным доступом, который может быть использован для демодуляции части с полем данных пакета произвольного доступа;
фиг. 6 изображает диаграмму, иллюстрирующую структуру канала для пакета произвольного доступа (формат сообщения общего физического восходящего канала, который форматируется в соответствии с ранее известными структурами блока данных;
фиг.7 изображает диаграмму, которая показывает примерный формат для общего физического восходящего канала в системе связи с произвольным доступом, который структурируется в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;
фиг. 8 изображает простую блок-схему примерного устройства, создающего пакет, которое может быть использовано для осуществления предпочтительного воплощения настоящего изобретения; и
фиг. 9 изображает блок-схему подходящей секции системы сотовой связи, которая может быть использована для осуществления предпочтительного воплощения настоящего изобретения.
Подробное описание чертежей
Предпочтительное воплощение настоящего изобретения и его преимущества будут лучше поняты при обращении к чертежам, показанным на фиг.1-9, на которых одинаковые цифры используются для обозначения одинаковых и соответствующих частей различных чертежей.
По существу, в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, обеспечивается новый формат для общего физического восходящего канала в системе мобильной связи с произвольным доступом, тем самым мобильная станция передает первый пакет, включающий заранее определенную комбинацию сигнатур, параллельно со вторым пакетом, включающим часть с данными запроса на произвольный доступ. Следовательно, в дополнение к своим другим преимуществам часть с сигнатурами запроса на произвольный доступ может также служить в качестве пилот-сигнала путем обеспечения дополнительной энергии для оценки канала в течение передачи части с данными запроса, в то же время уменьшая количество имеющего место надземного сигнализирования. Эта дополнительная энергия является особенно полезной для гарантирования достаточно высококачественного когерентного детектирования части с данными запроса в быстроизменяющейся окружающей среде радиоканала.
По существу, фиг.7 изображает диаграмму, которая показывает образец формата для общего физического восходящего канала в системе связи с произвольным доступом, который структурируется в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения. Как показано, часть с сигнатурами запроса на произвольный доступ передается параллельно с частью с данными запроса. Следовательно, отношение энергии в части с данными запроса (например, в затененной показанной области) к энергии в надземной (сигнатурной) части намного больше, чем отношение энергии в части с данными к надземной энергии формата канала, показанного на фиг.6.
Фиг. 8 изображает простую блок-схему устройства, генерирующего образец пакета, которая может быть использована для осуществления предпочтительного воплощения настоящего изобретения. В этом воплощении может осуществляться как способ и генерируемый пакет, который должен передаваться на общий физический восходящий канал под контролем микропроцессора, размещенного в мобильной станции. Пример такой мобильной станции показан на фиг.9, на которой показана блок-схема подходящей секции системы сотовой связи, которая может использоваться для осуществления предпочтительного воплощения изобретения.
Система 100 включает приемопередающую антенну 112 и приемопередающий блок 114 и множество мобильных станций 116 и 118. Хотя показаны только две мобильные станции, фиг. 9 служит только в качестве иллюстрации, и согласно настоящему изобретению количество мобильных станций может быть больше двух. Перед генерированием и передачей блока данных запроса на доступ мобильная станция (например, 116) синхронизируется с приемником 114 целевой базовой станции. Затем мобильная станция определяет время пуска для каждого временного интервала из информации радиовещательного/пилотного канала базовой станции. Мобильная станция также осуществляет выборку номера временного интервала, обрабатываемого из информации радиовещательного/пилотного канала, который должен использоваться базовой станцией для связки ответа, подтверждающего принятие сообщения с номером временного интервала для гарантирования того, что подтверждение приема сообщения примет правильная мобильная станция. С подробностями синхронизации мобильной станции с базовой станцией можно ознакомиться в '501 заявке.
Целевая базовая станция также передает запрашивающей мобильной станции(ям), например, по нисходящему радиовещательному каналу, каждый уникальный код расширения произвольного доступа и длинный код, связанный с каждым из секторов, сот и т.д., определенных приемопередатчиком базовой станции. Например, эти уникальные коды расширения и длинные коды могут быть кодами Голда (Gold) или кодами Касами (Kasami). Moбильная станция запоминает информацию о коде расширения и длинном коде в области памяти (подробно не показано), которые должны отыскиваться и использоваться мобильной станцией для расширения полей сигнатур и полей данных, создаваемых пакетов запросов на произвольный доступ. Наконец, базовая станция также передает запрашивающей мобильной станции(ям) (например, в соответствующем радиовещательном сообщении) комбинации сигнатур, связанные с полями сигнатур, которые могут использоваться для облегчения распознавания различных секторов, сот и т.д.
Как показано на фиг.8, образцовое устройство 200 для мобильной станции включает блок генерирования сигнатур 202 и блок генерирования данных 204. Блок 202 включает смеситель сигналов 208, который расширяет "сигнатуру i" 206 (например, которая была выбрана из области внутренней памяти в мобильной станции) с помощью специфического кода расширения 210 для данной соты/сектора (например, также выбранного из области внутренней памяти). Альтернативно, код расширения может быть, например, специфическим для базовой станции или глобальным для данной системы. Таким образом, блок 202, генерирующий сигнатуру, генерирует специфическую для соты/сектора часть с сигнатурами пакета произвольного доступа, который должен передаваться. Формат части с сигнатурами может, например, формироваться путем расширения поля сигнатур на весь блок данных общего физического восходящего канала или он может повторяться несколько раз внутри блока данных.
Часть с данными соответствующего пакета произвольного доступа, которая должна передаваться параллельно с частью с сигнатурами, генерируется с помощью генератора поля данных 212. Смеситель 214 расширяет генерируемое поле данных с помощью уникального короткого кода расширения 216, связанного с "сигнатурой i". Затем результирующее поле данных соответствующего пакета произвольного доступа расширяется с помощью каскадного кода смесителем 218. Этот каскадный код может создаваться, например, путем сложения по модулю 2 (посредством смесителя 218), связанного с сигнатурой короткого кода 216 со специфическим для сектора длинным кодом расширения 220 (например, выбранным из внутренней памяти). Длина результирующего поля данных, которое должно передаваться, может гибко выбираться на мобильной станции. Для этого примерного воплощения расширенное поле сигнатур и расширенное поле данных могут уплотняться (например, иметь временное уплотнение) для того, чтобы передаваться параллельно от мобильной станции.
Хотя предпочтительное воплощение способа и устройства настоящего изобретения было проиллюстрировано на прилагаемых чертежах и было описано в вышеприведенном подробном описании, должно быть понятно, что изобретение не ограничивается описанным воплощением, а могут осуществляться многочисленные перегруппировки, модификации и замены в пределах сущности изобретения, изложенной и определенной в следующей формуле изобретения.
Изобретение относится к мобильной связи с произвольным доступом, в которой мобильная станция передает первый пакет, включающий определенную заранее комбинацию сигнатур, параллельно с вторым пакетом, включающим часть с данными запроса на произвольный доступ. Следовательно, в дополнение к своим присущим преимуществам часть с сигнатурами запроса на произвольный доступ может также служить в качестве пилот-сигнала путем обеспечения дополнительной энергии для оценки канала в течение передачи части с данными запроса, в то же время уменьшая количество имеющего место надземного сигнализирования, что является техническим результатом. Эта дополнительная энергия особенно полезна для обеспечения достаточно высококачественного когерентного детектирования части с данными в быстроизменяющейся окружающей среде радиоканала. 3 с. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.
US 5621752 А, 15.04.1997 | |||
RU 95108549 А1, 10.02.1997 | |||
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
Прибор для очистки паром от сажи дымогарных трубок в паровозных котлах | 1913 |
|
SU95A1 |
Авторы
Даты
2003-10-20—Публикация
1998-10-23—Подача