用於移動衛星通信的隨機接入方案的製作方法
2023-05-31 21:57:06
專利名稱：用於移動衛星通信的隨機接入方案的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於移動衛星通信的數據傳輸。具體地，本發明提供在移動衛星通信系統中發送用於呼叫始發或呼叫尋呼確認的隨機接入信號的改善方法。
參見
圖1，表示典型的移動無線通信系統，此典型系統包括許多類似於基站110的基站和許多類似於移動站120的移動單元或站。能利用這些設備或其等效設備執行話音和/或數據通信。基站包括連到MSC(移動交換中心)140的控制與處理單元130,MSC140又連到公共交換電話網(未示出)。
基站110服務於有限的地理覆蓋區域，並包括多個由話音信道收發信機150進行處理的話音信道，此話音信道收發信機150由控制與處理單元130進行控制。每個基站也包括能處理一個以上的控制信道的控制信道收發信機160，控制信道收發信機160由控制與處理單元130進行控制，控制信道收發信機160在基站的控制信道上廣播控制信息給鎖定到那個控制信道的移動站。該話音信道收發信機廣播能包括數字控制信道位置信息的業務或話音信道。
當移動站120第一次進入空閒模式時，它周期性地掃描類似基站110的基站的控制信道，以查看是否出現尋址移動站120的尋呼脈衝串，此尋呼脈衝串通知移動站120鎖定或預佔哪個基站。移動站120在其話音與控制信道收發信機170上接收在控制信道上廣播的絕對與相對信息。隨後，處理單元180評估所接收的包括候選網孔特徵的控制信道信息，並確定移動站應鎖定到哪個網孔。所接收的控制信道信息不僅包括涉及它與之相關的基站的絕對信息，而且也包含涉及控制信道與之相關的相鄰覆蓋區域的相對信息。在監視主控制信道的同時周期性地掃描這些相鄰覆蓋區域，以確定是否有更合適的候選者。有關移動站與基站實施的具體情況的附加信息可在1992年10月27日申請的P.Dent與B.ekelund的題為「多模式信號處理」的US專利申請系列號07/967027中找到，此申請全部引用在此作為參考。應認識到基站可利用基於衛星的無線電通信系統中的一個或多個衛星來替代。
為了增加通信系統容量，可以使用諸如頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)與碼分多址(CDMA)的數字通信與多址聯接技術。這些多址聯接技術的目的均是以這樣一種方式將來自不同源的信號組合到公用傳輸媒體上，以便在其目的地能分開不同的信道而不相互幹擾。在FDMA系統中，用戶共享頻域中的無線電頻譜，給每個用戶分配在整個對話期間使用的一部分頻帶。在TDMA系統中，用戶共享時域中的無線電頻譜。將每個無線電信道或載頻劃分為一系列的時隙，並且給各個用戶分配時隙，在此時隙期間用戶接入分配給此系統的整個頻帶(寬帶TDMA)或僅接入一部分頻帶(窄帶TDMA)。每個時隙包含來自數據源的信息的「脈衝串」，例如話音對話數字編碼部分。將時隙組合為具有預定持續時間的連續TDMA幀。每個TDMA幀中的時隙數量與能同時共享無線電信道的不同用戶的數量有關。如果TDMA幀中每個時隙分配給不同的用戶，則TDMA幀的持續時間是分配給同一用戶的連續時隙之間最小的時間量。在CDMA系統中，給每個用戶分配一個唯一的偽隨機用戶碼以便唯一地接入頻率時間域。CDMA技術的示例包括擴頻和跳頻。
在TDMA系統中的信號傳輸出現在緩衝與突發(buffer-and-burst)或不連續傳輸模式中每個移動單元僅在移動單元分配頻率上在TDMA幀中的分配時隙期間發送或接收。例如，移動站可能在時隙1期間以全速率發送，在時隙2期間接收、在時隙3期間空閒、在時隙4期間發送、在時隙5期間接收和在時隙6期間空閒，並隨後在後續的TDMA幀中重複該循環。可以是電池供電的移動單元能在它既不發送也不接收的時隙期間被關機(或「睡眠」)以節省電源。
在TDMA系統中，分配給同一用戶的連續時隙通常在無線電載波上不是連續時隙，這些時隙構成用戶的數字業務信道，被認為是分配給用戶的邏輯信道。TDMA信道的結構利用GSM標準作為示例在圖2示出。TDMA信道包括業務信道TCH和信令信道SC。TCH信道包括用於發送話音和/或數據信號的全速率與半速率信道。信令信道SC在移動單元與衛星(或基站)之間傳送信令信息，信令信道SC包括三種類型的控制信道廣播控制信道(BCCHs)、多個用戶之間共享的公共控制信道(CCCHs)和分配給單個用戶的專用控制信道(DCCHs)。BCCH一般包括頻率校正信道(FCH)和同步信道(SCH)，這兩信道都是下行鏈路信道。該公共控制信道(CCCHs)包括下行鏈路尋呼(PCH)和接入同意信道(AGCH)以及上行鏈路隨機接入信道(RACH)。專用控制信道DCCH包括快速關聯控制信道(FACCH)、慢速關聯控制信道(SACCH)和獨立專用控制信道(SDCCH)。將慢速關聯控制信道分配給業務(話音或數據)信道或獨立專用控制信道(SDCCH)。SACCH信道提供功率與幀調整與控制信息給移動單元。
隨機接入信道RACH由移動站用於請求接入系統。RACH邏輯信道是單向上行鏈路信道(從移動站至基站或衛星)並由獨立的移動單元共享(每個網孔一個RACH甚至在重使用時間期間在一般系統中也是足夠的)。移動單元連續監視RACH信道狀態以確定信道是忙還是閒。如果RACH信道空閒，則希望接入的移動單元在RACH上發送諸如移動單元識別號、呼叫建立理由和所要的電話號碼等接入數據給基站或衛星。MSC從基站或衛星接收此信息和分配一個空閒話音信道給移動站，並通過基站或衛星在接入同意信道AGCH上發送信道識別給移動站，以便移動站能將它自己調諧到新的信道。RACH上行鏈路信道上的所有時隙或在爭用基礎上或在預留基礎上用於移動站接入請求。以爭用為基礎的接入方案包括ALOHA、CSMA、CSMA-CD和其他接入協議。以預留為基礎的接入描述在1993年10月25日提交的題為「在移動無線電系統中實施隨機接入的方法」的美國專利申請號08/140467中，將此申請引用在此作為參考。RACH操作的一個重要特性是要求某個下行鏈路信息的接收，從而移動站接收它們在上行鏈路上發送的每個脈衝串的實時反饋，這被稱為RACH上的層2 ARQ或自動重複請求。下行鏈路信息最好包括可以認為是另一下行鏈路子信道的22比特，專用於傳送下行鏈路中相對上行鏈路特定的層2信息。可稱為共享信道反饋的這個信息流增強了RACH的總處理能力，使得移動站能迅速確定是否已成功收到任何接入嘗試的脈衝串。
在諸如GSM的常規地面蜂窩通信系統中，一個隨機接入信道(RACH)脈衝串包括68.25比特作為保護時間以防止與相鄰時隙上的業務脈衝串碰撞。該保護比特對於相關基站35km之內的移動站允許在預定時隙內在基站接收隨機接入脈衝串。具體地，行動電話機從諸如廣播控制信道(BCCH)的下行鏈路信道中獲得同步。移動站隨後在初始同步信息之後的一定數量時隙的一個時隙上在RACH信道上發送信號。發送RACH信號的偏移(offset)可以是隨機偏移或規定的固定偏移。如果基站與移動站之間的距離規定如上，則將在預定時隙內在基站會接收所發送的RACH脈衝串。由於在移動站從基站收到時間提前指令之前發送RACH脈衝串，所以保護比特是必需的。
在移動衛星通信中，來自單顆衛星的射束是類似地面系統中網孔的覆蓋區域。一般地，每顆衛星具有140個射束，每個射束提供具有直徑約500km或更大的覆蓋區域。由於射束大小，在一個波束內有約6ms的端到端延遲，導致波束內±3ms的時間多義性(ambiguity)。因此，常規系統中的保護比特的使用不解決碰撞和多義性問題，因為衛星系統中的時隙RACH要求非常長的保護時間。
本發明提供在衛星移動通信系統中發送隨機接入信息的方法。根據此方法，移動單元根據高功率短消息業務(HP-SMS)脈衝串或其他合適的信號從衛星或其他控制站獲得同步。在某一固定或隨機時間偏移之後，移動單元在專用的RACH載波上發送包括所要的幀與時隙號的必要的隨機接入信息。根據從移動站接收的該信息，衛星或控制站計算用戶之間的差延遲，並發送合適的時間提前或推遲信息給特定用產。
在閱讀結合附圖的下面詳細描述的基礎上將更容易理解本發明的前述目的、特性和優點，其中圖1是示例的移動無線電通信系統的方框圖；圖2是表示典型GSM數字無線電通信系統中信道結構的圖；圖3是其中可以實施本發明的信號傳輸方法的基於衛星的移動無線電通信系統的圖；圖4是描述根據本發明一個實施例的隨機接入方法的流程圖；和圖5是描述根據本發明一個可選實施例的隨機接入方法的流程圖。
雖然下面描述針對基於衛星的無線電通信系統中採用的短消息業務，但應認識到本發明也可以應用於其他類型的通信系統。
現在參見圖3，表示可以實施本發明方法的基於衛星的移動通信系統，此系統包括一顆或多顆衛星10、與一顆或多顆衛星交換通信信號並連到PSTN(公共交換電話網；未示出)的移動交換中心MSC和任意數量的移動單元Mun。在這樣的系統中，用於交換話音或數據的通信鏈路能通過一顆衛星、多顆衛星或一個或多顆衛星與PSTN的組合在移動單元與標準電話機或第二移動單元之間建立，這樣的系統可能希望獲得廣闊的地理覆蓋，其中存在極少或沒有基站，並且附加基站是不實際的，諸如在郊區。
現在參見圖4，表示描述本發明的示例方法步驟的流程圖。此程序開始於步驟100，在步驟100中移動單元從衛星獲得同步信息，同步信息可從衛星發送的各種源信號中獲得，例如在未審的題為「用於無線電通信系統的高滲透傳輸方法」的共同指定的中請08/559692中所述的由衛星發送的高功率短消息業務(HP-SMS)脈衝串中獲得同步信息。在步驟102，移動單元隨後在上行鏈路RACH信道上發送一個或多個RACH脈衝串，RACH脈衝串最好包括諸如編碼的消息數據(這包括信息和冗餘比特)信息、識別移動單元希望在其上面(在隨機數量的幀之後)發送的預定幀的編碼的幀信息和識別移動單元希望在其上面(在隨機數量的時隙之後)發送的預定時隙的編碼的時隙信息。在步驟104，衛星利用任一合適的計算時間調整的方法從編碼的幀信息和編碼的時隙信息中計算必要的時間調整。
可選擇地，移動單元可以僅發送一個幀比特來表示幀號是奇數幀還是偶數幀，這一個比特足以使衛星能夠確定小於TDMA幀長度兩倍的差延遲所需要的時間調整，這是大多數區域移動衛星系統的一個特徵。
然而，對於具有相對小尺寸和小差延遲的衛星波束來說，此方案將導致高碰撞概率。為避免這個，移動單元可以根據移動單元自己的識別號，例如臨時移動站識別符(TMSI)或國際移動站識別符(IMSI)選擇特定時隙來發送RACH脈衝串。在這種方式中，RACH業務能均勻地分布在幀的持續時間內以減少碰撞概率。由於移動單元的識別號碼對於基站是已知的，衛星或基站知道移動單元正在哪個時隙上發送RACH脈衝串，並且能確定移動單元所需的時間調整。
在整個系統的一個波束內的最大差延遲總是小於一幀的情況中，移動站不必表示在哪個預定幀或時隙上它希望發送。
隨機接入傳輸方案能通過預定來自一特定移動單元的所有傳輸將發生在給定幀的給定時隙中進一步進行簡化。通過預定傳輸時隙和幀號，隨機接入信道信息不必包括編碼的時隙信息，進一步減少RACH脈衝串中所要求的信息。通過僅發送所需幀的奇或偶狀態並預指定時隙號給每個移動單元，能將隨機接入信道信息(編碼的幀與時隙號)減少為單個信息比特。因此，不需要保護比特，並利用本發明方法大量減少保持比特的需求，從而增加傳輸效率。
現參見圖5，表示本發明方法一個可選實施例的步驟流程圖。圖5的實施例與圖4的實施例的不同之處在於圖5實施例在步驟102發送隨機接入信息給衛星之前包括接收尋呼信號的步驟101。
雖然前面描述包括許多細節與規定，但應理解這些僅是用於解釋目的，而不構成對本發明的限制。對於所述示例的許多修改對於本領域普通技術人員來說是顯而易見的，這不脫離由下面權利要求書及其合法等效物所定義的本發明的精神和範疇。
權利要求
1．用於利用發射機/接收機獲得接入TDMA通信系統的一種方法，包括以下步驟從控制站接收同步信號；從發射機/接收機中發射接入信道數據給控制站，此接入信道數據識別用於發射機/接收機與控制站之間通信的TDMA幀；和在控制站根據此接入信道數據確定發射機/接收機與控制站之間通信所必需的時間調整。
2．根據權利要求1的方法，其中接入信道數據利用表示預測TDMA幀偶數或奇數狀態的單個數據位識別該預測TDMA幀。
3．根據權利要求1的方法，其中預先分配發射機/接收機在其上面發射的時隙號。
4．根據權利要求1的方法，其中發射機/接收機是移動站，而控制站是衛星。
5．根據權利要求1的方法，其中同步信號是包含編碼的消息數據的消息信號。
6．根據權利要求1的方法，其中發射機/接收機與控制站之間的傳輸延遲小於TDMA幀長度的兩倍。
7．根據權利要求4的方法，其中發射機/接收機在專用載頻的隨機接入信道上發射隨機信道數據。
8．根據權利要求1的方法，還包括在發射步驟之前從控制站接收尋呼信號的步驟。
9．根據權利要求1的方法，其中發射機/接收機在其上面發射的時隙號，由發射機/接收機根據控制站所知道的識別值進行確定。
10．利用發射機/接收機獲得接入TDMA通信系統的一種方法，包括以下步驟從控制站中接收同步信號；從發射機/接收機中發射接入信道數據給控制站；和在控制站根據此接入信道數據確定發射機/接收機與控制站之間通信所必需的時間調整，其中發射機/接收機與控制站之間最大傳輸延遲小於TDMA幀長度。
11．根據權利要求10的方法，其中預先分配發射機/接收機將在其上面發射的時隙號。
12．根據權利要求10的方法，其中發射機/接收機是移動站，而控制站是衛星。
13．根據權利要求10的方法，其中同步信號是包含編碼的消息數據的消息信號。
14．根據權利要求10的方法，其中發射機/接收機在專用載頻的隨機接入信道上發射接入信道數據。
15．根據權利要求10的方法，還包括在發射步驟之前的從控制站接收尋呼信號的步驟。
16．根據權利要求10的方法，其中發射機/接收機在其上面發射的時隙號由發射機/接收機根據控制站所知道的識別值進行確定。
17．根據權利要求1的方法，其中發射機/接收機是移動站，而控制站是蜂窩通信系統的基站。
18．根據權利要求10的方法，其中發射機/接收機是移動站，而控制站是蜂窩通信系統的基站。
全文摘要
一種用於從移動單元中發送隨機接入信號給衛星或其他控制站的方法,此方法要求比常規的地面蜂窩或所建議的移動衛星系統中更少的信息的傳輸。根據此方法,移動單元從衛星獲得同步並發送減少的隨機接入信息給衛星,而衛星根據所減少的隨機接入信息計算移動單元的時間調整信息。通過表示時隙號給每個移動單元並通過只發送移動單元所希望的幀號的奇或偶狀態來減少隨機接入信息。
文檔編號H04B7/212GK1217104SQ97194199
公開日1999年5月19日 申請日期1997年2月12日 優先權日1996年3月5日
發明者A·哈桑, E·王, S·雷恩霍爾德, L·馬辛吉爾 申請人:艾利森公司