無線多址通信系統的隨機接入的製作方法

2023-07-16 17:57:11 1

專利名稱：無線多址通信系統的隨機接入的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及數據通信，尤其涉及便於無線多址通信系統中的隨機接入的技 術。
背景技術：
無線通信系統廣泛用於提供各類通信，比如語音、分組數據等等。這些系統可以是 能通過共享可用的系統資源來支持與多個用戶終端通信的多址系統。這種多址系統的例子 包括碼分多址(CDMA)系統、時分多址(TDMA)系統和頻分多址(FDMA)系統。在多址通信系統中，多個用戶終端可能希望在隨機時刻接入系統。這些用戶終端 可能已經或可能未曾向系統註冊，可能具有相對於系統定時偏離的定時，可能知道或可能 不知道到其接入點的傳播延遲。因而，在嘗試接入系統的用戶終端的傳輸可能在隨機時刻 發生，可能在或可能不在接收接入點處適當地時間對齊。接入點會需要檢測這些傳輸以便 標識期望接入系統的特定用戶終端。在為無線多址系統設計隨機接入方案時遇到各種難題。例如，隨機接入方案應使 用戶終端能以儘可能少的嘗試快速接入系統。此外，隨機接入方案應該有效並且消耗盡可 能少的系統資源。因此本領域中需要一種無線多址通信系統的有效且高效的隨機接入方案。

發明內容
這裡提供了便於無線多址通信系統中的隨機接入的技術。一方面，定義一隨機接 入信道(RACH)包括「快」隨機接入信道(F-RACH)和「慢」隨機接入信道(S-RACH)。F-RACH 和S-RACH能在不同工作狀態下有效地支持用戶終端並且採用不同的設計。F-RACH是有效 的，並且可用於快速接入系統，S-RACH更為穩健並且能在各種工作狀態和條件下支持用戶 終端。F-RACH可由已向系統註冊的用戶終端使用，並且能通過適當的提前它們的發送定時 來補償它們的往返延遲(RTD)。S-RACH可由可能向系統註冊或未向系統註冊的用戶終端所 使用，並且也許能補償或不能補償它們的RTD。用戶終端可以使用F-RACH或S-RACH或兩者來接入系統。 下面進一步詳述本發明的各個方面和實施例。


從結合附圖提出的詳細描述中，本發明的特徵、特性和優點將變得更為明顯，附圖 中相同的參考字符表示相同的元件，其中圖1示出一無線多址通信系統；圖2示出一時分雙工的(TDD)幀結構；圖3A和3B分別示出F-RACH和S-RACH的時隙結構；圖4示出使用F-RACH和/或S-RACH來接入系統的總過程；圖5和6分別示出使用F-RACH和S-RACH來接入系統的過程；圖7A和7B分別示出S-RACH和F-RACH上的示例性傳輸；圖8示出一接入點和兩個用戶終端；圖9示出終端處發送數據處理器的框圖；圖IOA和IOB示出發送數據處理器內處理單元的框圖；圖11示出終端內發送空間處理器的框圖；圖12A示出OFDM調製器的框圖；以及圖 12B 說明了一 OFDM 碼元。
具體實施例方式這裡使用單詞「示例性，，意指「充當示例、實例或說明」。這裡描述為「示例性，，的 任何實施例或設計都不必被視為比其它實施例或設計更為優選或有利。圖1示出支持多個用戶的無線多址通信系統100。系統100包括支持多個用戶終端 (UT) 120的通信的多個接入點(AP) 110。為了簡潔，圖1中僅示出兩個接入點IlOa和110b。 接入點一般是用來和用戶終端通信的固定站。接入點也稱為基站或某些其它術語。用戶終端120可以遍布在系統中。各個用戶終端可以是能與接入點通信的固定或 移動終端。用戶終端也稱為接入終端、移動站、遠程站、用戶設備(UE)、無線設備或某些其它 術語。各個用戶終端可以在任何給定的時刻在下行鏈路和/或上行鏈路上與一個或可能多 個接入點進行通信。下行鏈路(即前向鏈路)是指從接入點到用戶終端的傳輸，上行鏈路 (即反向鏈路)是指從用戶終端到接入點的傳輸。圖1中，接入點IlOa通過120f與用戶終端120a通信，接入點IlOb通過120k與 用戶終端120f通信。系統控制器130耦合到接入點110，並且可以被設計成執行多個功能， 比如⑴對耦合到它的接入點進行協調和控制，⑵在這些接入點間路由數據，以及⑶對 於和這些接入點所服務的用戶終端的接入和通信進行控制。這裡所述的隨機接入技術可用於各種無線多址通信系統。例如，這些技術可用於 採用以下的系統(1)用於數據發送的一根或多根天線以及用於數據接收的一根或多根天 線，⑵各種調製技術(例如CDMA、OFDM等等)，以及(3)下行鏈路和上行鏈路的一個或多 個頻帶。為了清楚，下面特別為一示例性的無線多址系統描述了隨機接入技術。該系統中，
5各個接入點都裝備有用於數據發送和接收的多根(例如四根)天線，各個用戶終端可裝備 有一根或多根天線。系統還採用正交頻分復用(OFDM)，它有效的把總系統帶寬分成多個(Nf個)正交 子帶。在一種特殊設計中，系統帶寬為20MHz，Nf = 64，子帶分配到索引-32到+31，各個經 變換碼元的持續期為3. 2微秒，循環前綴為SOOnsec，各個OFDM碼元的持續期為4. 0微秒。 OFDM碼元周期也稱為碼元周期，它對應於一個OFDM碼元的持續期。系統還為下行鏈路和上行鏈路使用單個頻帶，下行鏈路和上行鏈路使用時分雙工 (TDD)來共享這一共同頻帶。此外，系統採用了多個傳輸信道來便於下行鏈路和上行鏈路上 的數據傳輸。圖2示出可用於無線TDD多址系統的幀結構200。傳輸以TDD幀為單位發生，每個 TDD幀都覆蓋了一特定的時間持續期(例如2毫秒)。每個TDD幀被分成下行鏈路階段和 上行鏈路階段。各個下行鏈路和上行鏈路階段進一步被分成用於多個下行鏈路/上行鏈路 傳輸信道的多個分段。在圖2所示的實施例中，下行鏈路傳輸信道包括廣播信道(BCH)、前向控制信道 (FCCH)和前向信道(FCH)，它們分別在分段210、220和230中被發送。BCH用於發送(1) 可用於系統定時和頻率捕獲的信標導頻，(2)可用於信道估計的MIMO導頻，以及(3)攜帶 系統信息的BCH消息。FCCH用來發送對RACH的確認以及下行鏈路和上行鏈路資源的分配。 FCH用來在下行鏈路上把用戶專用的數據分組、尋呼和廣播消息等等發送到用戶終端。在圖2所示的實施例中，上行鏈路傳輸信道包括反向信道(RCH)和隨機接入信道 (RACH)，它們分別在分段240和250中被發送。RCH用來在上行鏈路上發送數據分組。RACH 由用戶終端用來接入系統。圖2所示的幀結構和傳輸信道在上述臨時美國專利申請第60/421，309號中進一 步詳述。1. RACH 結構一方面，RACH由「快」隨機接入信道(F-RACH)和「慢」隨機接入信道(S-RACH)組 成。F-RACH和S-RACH被設計成在不同的工作狀態下有效地支持用戶終端，並且採用不同的 設計。F-RACH可由已向系統註冊的用戶終端使用，並且能通過適當地提前它們的發送定時 來補償它們的往返延遲(RTD)，如下所述。S-RACH可由已捕獲了系統頻率(例如通過在BCH 上發送的信標導頻)但可能已向或未向系統註冊的用戶終端使用。在S-RACH上發送時，用 戶終端可能補償或可能不補償它們的RTD。表1總結了 F-RACH和S-RACH的要求和特徵。表 1 為F-RACH和S-RACH使用了不同的設計來便於在可能時快速接入系統，並且使實 現隨機接入所需的系統資源量最小。在一實施例中，F-RACH使用一較短的協議數據單元 (PDU)，採用較弱的編碼方案，並且要求F-RACH PDU近似時間對齊地到達接入點處。在一實 施例中，S-RACH使用較長的PDU，採用較強的編碼方案，並且不要求S-RACH PDU時間對齊地 到達接入點處。F-RACH和S-RACH的設計以及它們的用途在下面詳細描述。在一典型的無線通信系統中，各個用戶終端將其定時與系統的定時對齊。這通常 通過從接入點接收帶有或嵌有定時信息的傳輸(例如在BCH上發送的信標導頻)來實現。 然後，用戶終端基於接收到的定時信息設置其定時。然而，用戶終端定時相對於系統定時偏 離，其中偏離量一般對應於包含定時信息的傳輸的傳播延遲。如果用戶終端此後使用其定 時進行發送，則接入點處接收到的傳輸被有效地延遲了兩倍的傳播延遲(即往返延遲)，其 中一個傳播延遲用於用戶終端定時和系統定時之間的差異或偏離，另一傳播延遲用於從用 戶終端到接入點的傳輸(見圖7A)。為使一傳輸基於接入點定時在特定的瞬時到達，用戶終 端會需要調節其發送定時以補償到接入點的往返延遲(見圖7B)。如這裡所使用的，RTD補償的傳輸是指以這樣的方式被發送的傳輸使其基於接 收機定時在指定的瞬時到達接收機處。(可能存在一些誤差，因此可以接近於但不必要完全 在指定的瞬時接收到傳輸。)如果用戶終端能將其定時與系統定時對齊(例如兩者的定時 都基於GPS時間獲得)，則RTD補償的傳輸僅會需要彌補從用戶終端到接入點的傳播延遲。圖2還示出RACH的結構的一實施例。在該實施例中，RACH分段250被分成三個 分段=F-RACH的分段252、S-RACH的分段254以及保護分段256。F-RACH分段在RACH分段 中是第一個，因為F-RACH上的傳輸經RTD補償，因此不會干擾前面的RCH分段中的傳輸。 S-RACH分段其次出現在RACH分段中，因為S-RACH上的傳輸未經RTD補償，並且如果放在首 位則會干擾前面的RCH分段中的傳輸。保護分段跟在S-RACH分段後，並且用於阻止S-RACH 傳輸幹擾下一 TDD幀中BCH的下行鏈路傳輸。在一實施例中，F-RACH和S-RACH兩者的配置都能由系統為每個TDD幀動態地定 義。例如，可以為每個TDD幀單獨定義RACH分段的起始位置、F-RACH分段的持續期、S-RACH 分段的持續期以及保護間隔。F-RACH和S-RACH分段的持續期可以基於各種因素選擇，例如 所註冊的/未註冊的用戶終端數目、系統負載等等。為各個TDD幀傳送F-RACH和S-RACH 配置的參數可以通過在同一 TDD幀內發送的BCH消息被發送到用戶終端。圖3A示出可用於F-RACH的時隙結構300的一實施例。F-RACH分段被分成多個 F-RACH時隙。每個TDD幀內可用的特定F-RACH時隙數目是一可配置的參數，它在同一 TDD 幀內發送的BCH消息中被傳送。在一實施例中，各個F-RACH時隙具有一固定的持續期，它
7被定義為等於例如一個OFDM碼元周期。在一實施例中，一個F-RACH PDU可以在每個F-RACH時隙內被發送。F-RACH PDU 包括一參考部份，它與一 F-RACH消息多路復用。F-RACH參考部分包括在一組子帶上被發送 的一組導頻碼元，F-RACH消息包括在另一組子帶上發送的一組數據碼元。導頻碼元可用於 信道估計和數據解調。下面進一步描述子帶多路復用、F-RACH PDU的處理、以及用於系統 接入的F-RACH操作。表2列出一示例性F-RACH消息格式的各個欄位。表2-F-RACH 消息 媒介訪問控制(MAC) ID欄位包含標識發送F-RACH消息的特定用戶終端的MAC ID。 每個用戶終端在通信會話開始時向系統註冊，並且被分配到一個唯一的MAC ID。這個MAC ID此後用於在會話期間標識用戶終端。尾比特欄位包括一組零值，用於在F-RACH消息的末 端將把卷積編碼器重置為已知狀態。圖3B示出可用於S-RACH的時隙結構310的實施例。S-RACH分段還被分成多個 S-RACH時隙。可用於每個TDD幀的S-RACH時隙的特定數目是一個可配置的參數，該參數在 同一 TDD幀中發送的BCH消息內被傳送。在一實施例中，每個S-RACH時隙具有一個固定的 持續時間，該持續時間被定義為等於例如四個OFDM碼元周期。在一實施例中，一個S-RACH PDU可以在每個S-RACH時隙內被發送。S-RACH PDU 包括一參考部份，後面跟著一 S-RACH消息。在一特定的實施例中，參考部份包括兩個導頻 OFDM碼元，它們便於捕獲和檢測S-RACH傳輸以及幫助對S-RACH消息部份進行相干解調。 導頻OFDM碼元可如下生成。表3列出一示例性S-RACH消息格式的各個欄位。表3-S-RACH 消息 對於表3所示的實施例，S-RACH消息包括三個欄位。MAC ID和尾比特欄位如上所 述。S-RACH可由未註冊的用戶終端用於系統接入。對於未註冊的用戶終端進行的第一次系 統接入，尚未把唯一的MAC ID分配給用戶終端。該情況下，在分配唯一的MAC ID以前，為註冊目的保留的註冊MAC ID可由未註冊的用戶終端使用。註冊MAC ID是一特定的值(例 如0x0001)。循環冗餘校驗(CRC)欄位包含S-RACH消息的一 CRC值。該CRC值可由接入點 用來確定接收到的S-RACH消息是被正確解碼還是被錯誤解碼。因此，CRC值用來使不正確 地檢測到S-RACH消息的可能性最小。 表2和3示出F-RACH和S-RACH消息的格式的特定實施例。也可以為這些消息定義 具有較少、附加和/或不同欄位的其它格式，這在本發明的範圍內。例如，可以定義S-RACH 消息包括一時隙ID欄位，該欄位帶有其中發送S-RACH PDU的特定S-RACH時隙的索引。舉 另一個例子，F-RACH消息可以被定義為包括一 CRC欄位。 圖3A和3B示出F-RACH和S-RACH的特殊結構。也可以為F-RACH和S-RACH定義 其它結構，這在本發明的範圍內。例如，F-RACH和/或S-RACH可以被定義為具有可配置的 時隙持續期，所述時隙持續期可在BCH消息中被傳送。圖3A和3B還示出F-RACH和S-RACH PDU的特定實施例。也可以定義其它PDU格 式，這在本發明的範圍內。例如，也可以為S-RACH PDU使用子帶復用。此外，各個PDU的部 份可以被定義為具有不同於上述的尺寸。例如，S-RACH PDU的參考部份可以被定義為僅包 括一個導頻OFDM碼元。F-RACH和S-RACH用於隨機接入能提供各種好處。首先，通過把用戶終端分隔成兩 組能實現改進的效率。滿足定時和接收到的SNR要求的用戶終端能使用更為有效的F-RACH 進行隨機接入，全部其它用戶終端都能被S-RACH支持。F-RACH可以向分時隙的Aloha信道 那樣工作，該分時隙的Aloha信道已知比未分實現的Aloha信道的效率近似高兩倍。不能 補償其RTD的用戶終端可以被限制為S-RACH，並且不會干擾F-RACH上的用戶終端。其次，可以為F-RACH和S-RACH使用不同的檢測閾值。這一靈活性使系統能實現 不同的目標。例如，F-RACH的檢測閾值可以被設為高於S-RACH的檢測閾值。於是，這使系 統能有助於經由F-RACH更有效地(即具有較高的接收SNR)接入系統的用戶終端，能提供 較高的總系統吞吐量。S-RACH的檢測閾值可以被設得較低，以便使全部用戶終端(具有特 定的最小接收SNR)都能接入系統。其三，可以為F-RACH和S-RACH使用不同的設計和PDU。對於上述特定實施例， F-RACH PDU由一個OFDM碼元組成，S-RACH PDU由四個OFDM碼元組成。不同的PDU尺寸是 由於F-RACH的用戶和S-RACH的用戶所發送的不同數據，也是由於F-RACH和S-RACH的不 同編碼方案和所需的接收SNR。總的來說，F-RACH會比S-RACH效率近似高八倍，其中因子4 源自於較短的PDU尺寸，因子2源自於F-RACH的分時隙特性。因此，對於同一分段持續期， F-RACH能支持八倍於S-RACH的用戶終端數目。從另一個角度來看，持續期為S-RACH分段 的1/8的F-RACH分段能支持相同數量的用戶終端。2.隨機接入過程用戶終端可以使用F-RACH或S-RACH或其兩者來接入系統。首先，未向系統註冊的 用戶終端(即未分配到唯一 MAC ID的用戶終端)使用S-RACH來接入系統。一旦已註冊， 用戶終端就可以使用F-RACH和/或S-RACH進行系統接入。由於為F-RACH和S-RACH使用了不同的設計，因此成功檢測到F-RACH上的傳輸要 求比S-RACH上傳輸所需的接收SNR更高的接收SNR。為此，不能以足夠的功率電平發送以 實現F-RACH所需的接收SNR的用戶終端預設會使用S-RACH。此外，如果未能在F-RACH上一指定數量的連續嘗試後接入系統，則它也預設會使用S-RACH。圖4示出用戶終端使用F-RACH和/或S-RACH來接入系統所執行的過程400的 實施例流程圖。首先，確定用戶終端是否向系統註冊(步驟412)。如果回答為都，則使用 S-RACH進行系統接入，過程前進到步驟430。否則，接著確定為用戶終端實現的接收SNR是 否大於或等於F-RACH所需的接收SNR(即F-RACH閾值SNR)(步驟414)。如果用戶終端的 接收SNR未知則跳過步驟414。如果步驟414的回答為否，則過程也前進到步驟430。如果用戶終端已註冊並且滿足F-RACH閾值SNR，則執行F-RACH接入過程以嘗試接 入系統(步驟420)。在F-RACH接入過程完成後(其實施例在下面圖5所述)，確定接入是 否成功(步驟422)。如果回答為是，則宣布接入成功(步驟424)，該過程終止。否則，過程 前進到步驟430以嘗試經由S-RACH接入。如果終端未註冊、不能實現F-RACH閾值SNR或者在經由F-RAHC接入時不成功，則 它執行S-RACH接入過程來嘗試接入系統(步驟430)。在S-RACH接入過程完成後(其實施 例如下面圖6所述)，確定接入是否成功(步驟432)。如果回答為是，則宣布接入成功(步 驟424)。否則，宣布接入失敗(步驟434)。在任一情況下，過程都終止。為了簡潔，圖4所示的實施例假定用戶終端具有有關它是否向系統註冊的最新 RTD信息。如果用戶終端是靜止的(即處在固定站)或如果無線信道沒有怎麼改變得，則這 一假設一般是實際的。對於移動的用戶終端，RTD可能在系統接入間顯著地變化，或者可能 在接入嘗試間顯著地變化。因此，可以修改過程400以包括確定用戶終端是否有最新的RTD 信息的步驟。這一確定可以基於以下作出，例如自上一次系統接入逝去的時間、在上一次 系統接入期間觀察到的信道行為、等等。通常，有多類隨機接入信道可供使用，首先基於用戶終端的工作狀態來選用一隨 機接入信道。工作狀態可由以下定義，例如用戶終端的註冊狀態、接收SNR、當前的RTD信 息等等。用戶終端可以為系統接入使用多個隨機接入信道，每次使用一個信道。A. F-RACH 過程在一實施例中，F-RACH使用一分時隙的Aloha隨機接入方案，藉此用戶終端在隨 機選擇的F-RACH時隙中發送以嘗試接入系統。假定用戶終端在F-RACH上發送時具有當前 的RTD信息。結果，假定F-RACH PDU在接入點處與F-RACH時隙邊界時間對齊。這能大大 簡化檢測過程並且縮短用戶終端的接入時間，這能滿足使用F-RACH的要求。在獲得接入或者超過最大允許的接入嘗試次數以前，用戶終端可以在F-RACH上 發送多個傳輸。可以為每個F-RACH傳輸改變各種參數以提高成功的概率，如下所述。圖5示出用戶終端使用F-RACH來接入系統所執行的過程420a的實施例流程圖。 過程420a是圖4中步驟420中執行的F-RACH接入過程的一實施例。在F-RACH上的第一次傳輸以前，用戶終端初始化用於F-RACH上傳輸的各個參數 (步驟512)。這種參數可以包括例如接入嘗試次數、初始發送功率等等。可以維持一計數 器來對接入嘗試次數進行計數，對於第一次接入嘗試，該計數器可以被初始化為1。初始發 送概率的設置使得預期能在接入點處實現F-RACH所需的接收SNR。初始發送概率可以基於 用戶終端處所度量的接入點的接收信號強度或SNR來估計。然後該過程進入循環520。對於F-RACH上的每個傳輸，用戶終端都處理BCH以便獲得當前TDD幀的相關系統 參數(步驟522)。如上所述，每個TDD幀內可用的F-RACH時隙數目以及F-RACH分段的起始是可配置的參數，它們會隨著幀的改變而改變。當前TDD幀的F-RACH參數從同一幀內發 送的BCH消息中獲得。然後，用戶終端隨機地選擇可用的F-RACH時隙之一以便把F-RACH PDU發送到接入點(步驟524)。用戶終端接著發送F-RACH PDU以補償RTD，使得PDU到達 接入點處時與所選F-RACH時隙的起始近似時間對齊。接入點接收並處理F-RACH PDU、恢復所封裝的F-RACH消息、並且確定所恢復的消 息中包括的MAC ID。對於表2所示的實施例，F-RACH消息不包括一 CRC值，因此接入點不 能確定消息是被正確解碼還是被錯誤解碼。然而，由於僅僅註冊的用戶終端才使用F-RACH 進行系統接入，並且由於每個註冊的用戶終端都分配到一唯一的MAC ID,因此接入點會依 據所分配的MAC ID來校驗接收到的MAC ID。如果接收到的MAC ID是所分配的MAC ID之 一，則接入點確認接收F-RACH PDU的接收。該確認可以各種方式發送，如下所述。在發送F-RACH PDU之後，用戶終端確定是否為所發送的PDU接收到確認(步驟 528)。如果回答為是，則用戶終端轉變為活動狀態(步驟530)，過程終止。否則，如果在指 定數目的TDD幀內沒有為所發送的F-RACH PDU接收到確認，則用戶終端假定接入點未曾接 收到F-RACH PDU並且繼續F-RACH上的接入過程。對於每次後續的接入嘗試，用戶終端首先更新F-RACH傳輸參數(步驟534)。更新 可能需要(1)對於每次後續的接入嘗試將計數器增一，以及(2)調節發送功率(例如將其 提高一特定數量)。然後基於更新後的計數器值來確定是否超出F-RACH上最大允許的接入 嘗試次數(步驟536)。如果回答為是，則用戶終端保持在接入狀態(步驟538)，過程終止。如果未超出最大允許的接入嘗試次數，則用戶終端確定在為下一次接入嘗試發送 F-RACH PDU之前需要等待的時間量。為了確定該等待時間，用戶終端首先確定下一次接入 嘗試要等待的最大時間量，也稱為爭用窗(CW)。在一實施例中，爭用窗(以TDD幀為單位) 對於每次接入嘗試呈指數增長(即CW = 2access-attempt)。爭用窗也可以基於接入嘗試次數的 某些其它函數(例如線性函數)來確定。然後在零和CW之間隨機選擇下一次接入嘗試要 等待的時間量。用戶終端在為下一次接入嘗試發送F-RACH PDU之前會等待該時間量(步 驟 540)。在等待了隨機選擇的等待時間後，用戶終端通過處理BCH消息再次為當前TDD幀 確定F-RACH參數(步驟522)，隨機選擇一 F-RACH時隙進行傳輸(步驟524)，並且在隨機 選擇的F-RACH時隙中發送F-RACH PDU (步驟526)。F-RACH接入過程繼續，直到以下任一發生(1)用戶終端從接入點接收一確認，或 者(2)已經超出最大允許的接入嘗試次數。對於每個後續的接入嘗試，可以如上所述地選 擇在發送F-RACH PDU前要等待的時間量、要為F-RACH傳輸使用的特定F-RACH時隙、以及 F-RACH PDU的發送功率。B. S-RACH 過程在一實施例中，S-RACH使用一 Aloha隨機接入方案，藉此用戶終端在隨機選擇的 S-RACH時隙中發送以嘗試接入系統。即使用戶終端嘗試在特定的S-RACH時隙上進行發送， 也沒有假定用於S-RACH上傳輸的發送定時經RTD補償。結果，在用戶終端沒有其RTD的良 好估計時，S-RACH的行為類似於未分時隙的Aloha信道的行為。圖6示出用戶終端使用S-RACH來接入系統所執行的過程430a的實施例流程圖。 過程430a是在圖4的步驟430中執行的S-RACH接入過程的實施例。
在S-RACH上的第一次傳輸以前，用戶終端初始化用於S-RACH上傳輸的各個參數 (例如接入嘗試次數、初始發送功率等等)(步驟612)。然後該過程進入循環620。對於S-RACH上的每個傳輸，用戶終端處理BCH來為當前TDD幀獲得S-RACH的相 關參數，比如可用的S-RACH時隙數目以及S-RACH分段的起始(步驟622)。用戶終端接著 選擇可用的S-RACH時隙之一來發送一 S-RACH PDU (步驟624)。S-RACH PDU包括具有表3 所示欄位的S-RACH消息。RACH消息或包括所分配的MAC ID，或者如果用戶終端向系統注 冊則包括註冊MAC ID。然後，用戶終端在所選的S-RACH時隙中把S-RACH PDU發送到接入 點(步驟626)。如果用戶終端獲悉RTD，它就能相應地調節其發送定時以彌補RTD。接入點接收並處理S-RACH PDU、恢復S-RACH消息、並且使用消息中包括的CRC值 來校驗所恢復的消息。如果CRC失敗，接入點就丟棄S-RACH消息。如果CRC通過，接入點 就獲得所恢復的消息中包括的MAC ID,並且確認S-RACHPDU的接收。在發送S-RACH PDU之後，用戶終端確定是否已經為所發送的PDU接收到確認(步 驟628)。如果回答為是，用戶終端就轉變為活動狀態(步驟630)，過程終止。否則，用戶終 端假定接入點未曾接收到S-RACH PDU並且在S-RACH上繼續接入過程。對於每次後續的接入嘗試，用戶終端首先更新S-RACH傳輸參數(例如遞增計數 器、調節發送功率等等)(步驟634)。然後確定是否超出S-RACH上的最大允許的接入嘗試 次數(步驟636)。如果回答為是，則用戶終端會保持在接入狀態(步驟638)，過程終止。否 則，用戶終端確定在為下一接入嘗試發送S-RACH PDU以前要等待的時間量。等待時間如上 為圖5所述地確定。用戶終端會等待該時間量(步驟640)。在等待了隨機選擇的時間後， 用戶終端通過處理BCH消息再次為當前TDD幀確定S-RACH參數(步驟622)，隨機選擇用於 傳輸的S-RACH時隙(步驟624)，並且在隨機選擇的S-RACH時隙中發送S-RACH PDU (步驟 626)。上述S-RACH接入過程繼續，直到以下的任一發生(1)用戶終端從接入點接收一 確認，或者(2)已經超出最大允許的接入嘗試次數。C. RACH 確認在一實施例中，為了確認正確接收到的F/S-RACH PDU，接入點在BCH消息中設置 一 F/S-RACH確認比特，並且在FCCH上發送一 RACH確認。可以為F-RACH和S-RACH分別使 用分開的F-RACH和S-RACH確認比特。在BCH上設置F/S-RACH確認比特和在FCCH上發送 RACH確認之間存在延遲，它可以用來彌補調度延遲等等。F/S-RACH確認比特阻止用戶終端 重試並允許不成功的用戶終端快速重試。在用戶終端發送F/S-RACH PDU後，它監視BCH和FCCH以確定其PDU是否已被接 入點接收。用戶終端監視BCH以確定是否設置了相應的F/S-RACH確認比特。如果設置了 該比特，這表明可以在FCCH上為這個和/或某些其它用戶終端發送確認，則用戶終端進一 步對RACH確認處理FCCH。否則，如果未設置該比特，則用戶終端繼續監視BCH或繼續其接 入過程。FCCH用來傳送成功接入嘗試的確認。每個RACH確認包含與為其發送確認的用戶 終端相關聯的MAC ID。可以使用快速確認來通知用戶其接入請求已被接收但與FCH/RCH資 源的分配不相關聯。基於分配的確認與FCH/RCH分配相關聯。如果用戶終端在FCCH上接 收一快速確認，它轉變為休眠狀態。如果用戶終端接收一基於分配的確認，它獲得與確認一起發送的調度信息，並且開始根據系統的分配使用FCH/RCH。如果用戶終端正在執行註冊，它就使用註冊MAC ID。對於未註冊的用戶終端，RACH 確認會指示用戶終端開始與系統的註冊過程。通過註冊過程，基於例如對於系統中每個用 戶終端唯一的電子序列號(ESN)來確定用戶終端的唯一標識。然後，系統會向用戶終端分 配唯一的MAC ID (例如通過在FCH上發送的MAC ID分配消息)。對於S-RACH，所有未註冊的用戶終端都使用相同的註冊MAC ID來接入系統。因 此，多個未註冊的用戶終端可能巧合地在同一 S-RACH時隙中發送。該情況下，如果接入點 能檢測到該S-RACH時隙上的傳輸，系統就會(未知地)同時與多個用戶終端開始註冊過 程。通過註冊過程(例如通過為這些用戶終端使用CRC和唯一的ESN)，系統將能解決衝突 問題。一個可能的結果是，系統也許不能正確地接收來自這些用戶終端的任一個的傳輸，因 為它們彼此幹擾，該情況下用戶終端可以重啟接入過程。或者，系統也許能正確地接收來自 最強用戶終端的傳輸，該情況下較弱的用戶終端可以重啟接入過程。D. RTD 確定來自未註冊的用戶終端的傳輸不能對RTD補償，並且在到達接入點時與S-RACH時 隙邊界不對齊。作為接入/註冊過程的一部分，確定RTD並將其提供給用戶終端，供後續的 上行鏈路傳輸所用。RTD可以各種方式確定，如下所述。在第一種方案中，定義S-RACH時隙持續期比系統中所有用戶終端最長的預期RTD 還大。對於該方案，每個所發送的S-RACH PDU會從傳輸所指向的同一 S-RACH時隙開始被 接收。於是，對於使用哪個S-RACH時隙來發送S-RACH PDU將沒有多義性。在第二種方案中，通過接入和註冊過程分段地確定RTD。對於該方案，可以定義 S-RACH時隙持續期比最長的預期RTD要小。然後所發送的S-RACH PDU會在所指向的S-RACH 時隙後的零個、一個或多個S-RACH時隙被接收。RTD可以被分成兩部份(1)整數個S-RACH 時隙的第一部份(第一部份可以等於0、1、2或某些其它值)，以及(2) — S-RACH時隙一部 分的第二部份。接入點可以基於接收到的S-RACH PDU來確定所述一部分。在註冊期間，可 以調節用戶終端的發送定時來補償所述一部分，使得來自用戶終端的傳輸到達時與S-RACH 時隙邊界對齊。然後在註冊過程期間確定第一部份並將其報告給用戶終端。在第三種方案中，定義S-RACH消息包括一時隙ID欄位。該欄位帶有其中發送 S-RACH PDU的特定S-RACH時隙的索引。然後，接入點能基於時隙ID欄位中包括的時隙索 引來確定用戶終端的RTD。時隙ID欄位可以各種方式實現。在第一種實現中，在保持相同編碼速率的同時增 加S-RACH消息持續期(例如從2到3個OFDM碼元)。在第二種實現中，保持S-RACH消息 持續期但增加編碼速率(例如從速率1/4到速率1/2)，這允許更多的信息比特。在第三種 實現中，保持S-RACH PDU持續期(例如保持在4個OFDM碼元)但延長S-RACH消息部份 (例如從2到3個OFDM碼元)，並且縮短參考部份(例如從2縮短到1個OFDM碼元)。縮短S-RACH PDU的參考部份會降低參考的接收信號質量，這於是會提高未檢測到 S-RACH傳輸的可能性(即高於丟失的檢測概率)。該情況下，可以降低檢測閾值(用來表 明是否存在S-RACH傳輸)以實現期望的丟失檢測概率。較低的檢測閾值提高了在不存在 S-RACH傳輸時宣布接收到S-RACH傳輸的可能性(即較高的誤警概率)。然而，每個S-RACH 消息中包括的CRC值可以用來實現可接受的誤檢測概率。
在第四種方案中，時隙索引嵌入在S-RACH消息的CRC值中。S-RACH消息的數據 (例如對於表3所示的實施例是MAC ID)和時隙索引可以被提供給CRC生成器並且用來生 成一 CRC值。然後為S-RACH消息發送MAC ID和CRC值(但不是時隙索引)。在接入點處， 接收到的S-RACH消息(例如接收到的MAC ID)和預期的時隙索引用來為接收到的消息生 成一 CRC值。所生成的CRC值接著與接收到的S-RACH消息中的CRC值相比較。如果CRC 通過，則接入點宣布成功並且繼續處理該消息。如果CRC失敗，則接入點宣布失敗並忽視該 消息。E. F-RACH 和 S-RACH 傳輸圖7A示出S-RACH上的示例性傳輸。用戶終端選擇一特定的S-RACH時隙(例如 時隙3)用於S-RACH PDU的傳輸。然而，如果S-RACH傳輸未經RTD補償，則基於接入點定 時，所發送的S-RACH PDU在到達時不會與所選S-RACH時隙的起始點時間對齊。接入點能 夠如上所述確定RTD。圖7B示出F-RACH上的示例性傳輸。用戶終端選擇一特定的F-RACH時隙(例如 時隙5)用於F-RACH PDU的傳輸。F-RACH傳輸經RTD補償，所發送的F-RACHPDU在到達接 入點時與所選F-RACH時隙的起始點近似時間對齊。3.系統為了簡潔，在以下描述中，根據術語所使用的環境，術語「RACH」可以指F-RACH或 S-RACH 或 RACH。圖8示出系統100中一接入點IlOx以及兩個用戶終端120x和120y的實施例框 圖。用戶終端120x裝備有單根天線，用戶終端120y裝備有Nut根天線。通常，接入點和用 戶終端各裝備有任何數量的發送/接收天線。在上行鏈路上，在每個用戶終端處，發送(TX)數據處理器810接收來自數據源808 的話務數據以及來自控制器830的信令和其它數據(例如RACH消息的數據)。發送數據 處理器810對數據進行格式化、編碼、交織和調製以提供調製碼元。如果用戶終端裝備有單 根天線，則這些調製碼元對應於一發送碼元流。如果用戶終端裝備有多根天線，則發送空間 處理器820接收調製碼元並對其進行處理以便為每根天線提供一發送碼元流。各個調製器 (MOD)822接收並處理一相應的發送碼元流以提供一相應的上行鏈路已調信號，後者接著從 相關的天線824發出。在接入點IlOx處，Nap根天線852a到852ap從用戶終端接收所發送的上行鏈路已 調信號，各個天線把接收到的信號提供給相應的解調器(DEMOD) 854。各個解調器854執行 與調製器822處的處理相反的處理，並且提供接收碼元。接收(RX)空間處理器856接著對 來自所有解調器854a到854ap的接收碼元進行空間處理以提供經恢復的碼元，經恢復的碼 元是用戶終端所發送的調製碼元的估計。接收數據處理器858進一步處理(例如碼元解映 射、解交織和解碼)經恢復的碼元以提供經解碼的數據(例如經恢復的RACH消息的數據)， 後者被提供給數據宿860用於存儲以及/或者被提供個控制器870用於進一步處理。接收 空間處理器856也可以為每個用戶終端估計並提供接收SNR，它可用來確定應該為系統接 入使用F-RACH還是S-RACH。下行鏈路的處理可以與上行鏈路的處理相同或不同。來自數據源88的數據以及 來自控制器870和/或調度器880的信令(例如RACH確認)由發送數據處理器890處理(例如編碼、交織和調製)，並且由發送空間處理器892進一步空間處理。來自發送空間處理 器892的發送碼元由調製器854a到854ap進一步處理以便生成Nap個下行鏈路已調信號， 後者接著經由天線852a到852ap發出。在每個用戶終端120處，下行鏈路已調信號被天線824接收、經解調器822解調、 並且由接收空間處理器840和接收數據處理器842以和接入點處執行的處理相反的方式進 行處理。下行鏈路的已解碼數據被提供給數據宿844用於存儲以及/或者被提供給控制器 830用於進一步處理。控制器830和870分別控制用戶終端和接入點處各個處理單元的操作。存儲器單 元832和872分別保存控制器830和870所使用的數據和程序代碼。圖9示出發送數據處理器810a —實施例的框圖，該處理器能為F-RACH和S-RACH 執行數據處理並且可用於圖8中的發送數據處理器SlOx和810y。在發送數據處理器810a內，CRC生成器912接收RACH PDU的數據。RACH數據僅 包括表2和3所示實施例的MAC ID。如果使用S-RACH進行系統接入，則CRC生成器912為 MAC ID生成一 CRC值。組幀單元914對MAC ID和CRC值(對於S-RACH PDU)進行多路復 用以形成RACH消息的主要部份，如表2和3所示。然後，擾亂器916擾亂經組幀的數據以 便使數據隨機化。編碼器918接收經擾亂的數據經將其與尾比特多路復用，並進一步按照所選的編 碼方案對經多路復用的數據和尾比特進行編碼以提供編碼比特。然後，重複/截短單元920 重複或截短(即刪除)一些編碼比特以獲得期望的編碼速率。交織器922接著基於特定的 交織方案來交織(即重排)編碼比特。碼元映射單元942按照特定的調製方案映射經交織 的數據以提供調製碼元。然後，多路復用器(MUX) 926接收調製碼元並將其與導頻碼元多路 復用以提供經多路復用的碼元流。下面進一步詳述發送數據處理器810a中的各個單元。4. F-RACH 和 S-RACH 設計如上所述，為F-RACH和S-RACH使用不同的設計以便於註冊用戶終端的快速系統 接入，並且使實現RACH所需的系統資源量最小。表4示出F-RACH和S-RACH的示例性設計 的各種參數。表4 圖IOA示出CRC生成器912的實施例框圖，其實現了以下8比特生成器多項式
g(x) = x8+x7+x3+x+l 公式(1)也可以為CRC使用其它生成器多項式，這在本發明的範圍內。CRC生成器912包括串聯耦合的八個延遲元件⑶1012a到1012h以及五個加法 器1014a到1014e，它們實現了公式(1)所示的生成器多項式。開關(1016a)把RACH數據 (例如MAC ID)提供給生成器用於計算CRC值，而在讀出CRC值時把N個零值提供給生成 器，其中N是CRC的比特數，對於公式(1)所示的生成器多項式等於8。對於上述實施例，其 中CRC中嵌有一 m比特時隙索引，開關1016a可用來在讀出CRC值時提供m比特時隙索引 後面跟著N-m個零(而不是N個零)。開關1016b在CRC值計算期間為生成器提供反饋，而 在讀出CRC值時向生成器提供零值。加法器1014e在所有RACH數據比特都已被提供給生 成器後提供CRC值。對於上述實施例，開關1016a和1016b首先在10比特內在「上」(UP) 位置(對於MAC ID)，接著在8比特內在「下」(DOWN)位置(對於CRC值)。圖IOA也示出組幀單元914的一實施例，它包括一開關1020，開關1020首先選擇 RACH數據(或MAC ID)，然後選擇任選的CRC值(如果要發送S-RACHPDU)。圖10進一步示出擾亂器916的一實施例，其實現了以下生成器多項式G (χ) = χ7+χ4+χ 公式(2)擾亂器916包括串聯的七個延遲元件1032a到1032g。對於每個時鐘周期，加法器 1034對延遲元件1032d和1032g中保存的兩個比特進行模2加，並且向延遲元件1032a提 供一擾亂比特。經組幀的比特W1 d2 d3...)被提供給加法器1036，加法器1036也從加法 器1034接收擾亂比特。加法器1036對每個組幀的比特dn和相應的擾亂比特進行模2加， 以提供經擾亂的比特qn。圖IOB示出編碼器918 —實施例的框圖，該編碼器用生成器133和171 (八進位) 實現了速率為1/2、約束長度為7 (K = 7)的二進位卷積編碼。在編碼器918內，多路復用 器1040接收經擾亂的數據並將其與尾比特多路復用。編碼器918進一步包括串聯耦合的 六個延遲元件1042a到1042f。四個加法器1044a到1044d也串聯耦合，並且用來實現第 一生成器(133)。類似地，四個加法器1046a到1046d也串聯耦合，並且用來實現第二生成 器(171)。如圖IOB所示，加法器以實現兩個生成器131和171的方式進一步耦合到延遲元 件。多路復用器1048從兩個生成器接收兩個編碼比特流並將其多路復用為單個編碼比特 流。對於每個輸入比特qn，生成兩個編碼比特an和bn，導致編碼速率1/2。圖IOB還示出重複/截短單元920的一個實施例，該單元可用來基於基編碼速率 1/2生成其它編碼速率。在單元920內，編碼器918中的速率1/2的編碼比特被提供給重複 單元1052和截短單元1054。重複單元1052把每個速率1/2的編碼比特重複一次以得到有 效的編碼速率1/4。截短單元1054基於特定的截短模式刪除一些速率1/2的編碼比特以提 供期望的編碼速率。在一實施例中，基於截短模式「1110」為F-RACH實現速率2/3，該模式 表示每到第四個速率1/2的編碼比特就被刪除以得到有效的編碼速率2/3。回過頭參照圖9，交織器922為各個RACH PDU重排編碼比特以得到頻率分集(對 於S-RACH和F-RACH兩者)以及時間分集(對於S-RACH)。對於表2所示的實施例，F-RACH PDU包括16個數據比特，它們用速率2/3的編碼進行編碼以生成24個編碼比特，所述24個 編碼比特使用BPSK在一個OFDM碼元中在24個數據子帶上被發送。表5示出F-RACH的子帶交織。對於每個F-RACH PDU，交織器922首先把碼片索引0到23分配給F-RACH PDU的24個編碼比特。然後每個編碼比特基於其碼片索引被映 射到一特定的數據子帶，如表5所示。例如，碼片索引為0的編碼比特被映射到子帶-24，碼 片索引為1的編碼比特被映射為子帶-12，碼片索引為2的編碼比特被映射到子帶2，依此 類推。表5-F-RACH的導頻碼元和數據子帶交織 對於表3所示的實施例，S-RACH PDU包括24個數據比特，它們經編碼和重複以生 成96個編碼比特，所述96個編碼比特使用BPSK在兩個OFDM中在48個數據子帶上被發 送。表6示出S-RACH的子帶交織。對於每個S-RACH PDU,交織器922首先形成兩組48個 編碼比特。在每組內，48個編碼比特分配到碼片索引0到47。然後每個編碼比特基於其片索引被映射到特定的數據子帶，如表6所示。例如，碼片索引為0的編碼比特被映射到 子帶-26，碼片索引為1的編碼比特被映射為子帶1，碼片索引為2的編碼比特被映射為子 帶-17，依此類推。表6-S-RACH的導頻碼元和數據子帶交織 碼元映射單元942映射經交織的比特以得出調製碼元。在一實施例中，BPSK用於 F-RACH和S-RACH兩者。對於BPSK，每個經交織的編碼比特(「0」或「1」)可以被映射為相 應的調製碼元，例如如下"0"二 -1 + y』0和」 1"二 1 + JO。來自單元924的調製碼元也稱為數據碼元。
多路復用器926對於每個RACH PDU把數據碼元與導頻碼元多路復用。多路復用 可以各種方式執行。下面描述F-RACH和S-RACH的特定設計。在一實施例中，對於F-RACH，數據碼元和導頻碼元經子帶復用。每個F-RACHPDU包 括與24個數據碼元多路復用的28個導頻碼元，如表5所示。子帶復用使每個數據碼元的 兩側都被導頻碼元包圍。導頻碼元可以用來估計數據子帶的信道響應(例如通過對每個數 據子帶兩側的導頻子帶的信道響應取平均)，所述信道響應可用於數據解調。在一實施例中，對於S-RACH，如圖3B所示，數據碼元和導頻碼元是時分復用的。每 個S-RACH PDU包括對於第一個兩碼元周期的每一個的一導頻OFDM碼元以及對於接下來兩 個碼元周期的兩個數據OFDM碼元。在一實施例中，導頻OFDM碼元包括對於52個子帶的52 個QPSK調製碼元(或導頻碼元)以及對於其餘12個子帶的零值信號，如表6所示。選擇 這52個導頻碼元使基於這些導頻碼元生成的波形中有最小的峰均變化。這一特徵能夠以 較高的功率電平發送導頻OFDM碼元，而不生成過度的失真量。多路復用也可以基於某些其它方案為S-RACH和F-RACH執行，這在本發明的範圍 內。在任一情況下，多路復用器926都為每個RACH PDU提供一經多路復用的數據和導頻碼 元序列(標記為s (η))。每個用戶終端可裝備有一根或多根天線。對於具有多根天線的用戶終端，RACH PDU可以使用波束控制、波束成形、發送分集、空間多路復用等等從多根天線發出。對于波束 控制，RACH PDU在與最佳性能(例如最高的接收SNR)相關的單個空間信道上被發送。對 於發送分集，從多根天線和子帶冗餘地發出RACHPDU的數據以提供分集。波束控制可以如 下所述地執行。在上行鏈路上，由Nut根終端天線和Nap根接入點天線形成的MIMO信道可由一信道 響應矩陣H(k)來表徵，對於k e K，其中K表示所關注的子帶集合(例如K = {-26... 26})。 每個矩陣H(k)包括NapNut個項，其中項、⑴(對於i e {l...Nap}，j e {l...Nut})是對於 第k個子帶在第j根用戶終端天線和第i根接入點天線之間的耦合(即復增益)。每個子帶的上行鏈路信道響應矩陣HOO可以被「對角線化」(例如使用本徵值分 解或奇異值分解)以得出該子帶的本徵模式。矩陣H(k)的奇異值分解可以表示為H(k) = U (k)丄(k) Vh (k)，對於 k e K 公式(3)其中H(k)是H(k)左邊本徵向量的(NapXNap)酉陣；^(k)是H(k)奇異值的(NapXNut)對角矩陣；以及V(k)是H(k)右邊本徵向量的(NutXNut)酉陣。可以為每個所關注的子帶獨立地為信道響應矩陣H(k)進行本徵值分解，以便 確定該子帶的本徵模式。每個對角矩陣Kk)的奇異值可以被排序，使{>a2(k) 1·2σ&(Α:)}，其中0l(k)是對於第k個子帶最大的奇異值，(幻是對於第k個子帶最小 的奇異值。當每個對角矩陣i(k)的奇異值被排序時，相關矩陣Y(k)的本徵向量(或列) 也相應地排序。「寬帶」本徵模式可以被定義為排序後所有子帶的相同階本徵模式的集合。 「主要」本徵模式是在排序後與每個矩陣Kk)中的最大奇異值相關的本徵模式。對於主要寬帶本徵模式，波束控制僅使用本徵向量Xl (k)中的相位信息，對於 k e K，並且標準化每個本徵向量，使本徵向量中的所有元素都有相等的大小。第k個子帶 經標準化的本徵向量5X幻可以表示為
vik) = [Aemk) Aeje^ ... AeJ^'ik)]T ，公式(4)其中A是一常數(例如A= 1)；以及θ Jk)是第i根用戶終端天線的第k個子帶的相位，給出為 其中L(幻=[VljO) V12R)…vljVu,(^)f。波束控制的空間處理於是可以表示為x(k) = v(k)s(k)，對於 keK 公式(6)其中s(k)是要在第k個子帶上發送的數據或導頻碼元；以及釘幻是波束控制的第k個子帶的發送向量。圖11示出為波束控制執行空間處理的發送空間處理器820y的實施例框圖。在處 理器820y內，多路分解器1112接收經交織的數據和導頻碼元s(n)並將其多路分解成用於 發送數據和導頻碼元的K個子帶的K個子流(標記為S(I)到s(k))。每個子流包括對於 F-RACH PDU的一個碼元以及對於S-RACH PDU的四個碼元。每個子流被提供給相應的發送 子帶波束控制處理器1120，後者對一個子帶執行公式(6)所示的處理。在每個發送子帶波束控制處理器1120內，碼元子流被提供給Nut個乘法器1122a 到1122ut，後者也分別接收標準化本徵向量孜幻的Nut個元素到幻。各個乘法器 1122將各個接收碼元與其標準化本徵向量值(幻相乘以提供相應的發送碼元。乘法器 1122a到1122ut把Nut個發送碼元子流分別提供給緩衝器/多路復用器1130a到1130ut。 各個緩衝器/多路復用器1130從發送子帶波束控制處理器1120a到1120k接收發送碼元 並對其多路復用，以便為一根天線提供一發送碼元流Xi (η)。波束控制的處理在上述第60/421，309號美國臨時專利申請和第10/228，393號 美國專利申請中進一步詳述，後者題為「Beam-Steering and Beam-Forming forffideband MIM0/MIS0 Systems」，於2002年8月27日提交，被轉讓給本發明的受讓人並且通過引用被 結合於此。RACH PDU也可由多天線用戶終端使用發送分集、波束成形或空間多路復用來發 送，在上述第60/421，309號美國臨時專利申請中描述。圖12A示出一 OFDM調製器822x的實施例框圖，該調製器可用於圖8中的每個調 制器822。在OFDM調製器822x內，快速傅立葉逆變換(IFFT)單元1212接收一發送碼元 流Xi (η)，並且使用64點的快速傅立葉逆變換(其中64對應於子帶總數)把各個64發送 碼元的序列轉換成其時域表示(也稱為「經變換的」碼元)。每個經變換的碼元包括64個 時域採樣。對於每個經變換的碼元，循環前綴生成器1214重複經變換碼元的一部分以形成 一相應的OFDM碼元。在一實施例中，循環前綴包括16個採樣，每個ORDM碼元包括80個採 樣。圖12Β說明了一 OFDM碼元。OFDM碼元由兩部份組成持續期為16個採樣的循環 前綴，以及持續期為64個採樣的經變換碼元。循環前綴是經變換碼元的後16個採樣的副 本(即循環持續)，並且被插在經變換碼元的前部。循環前綴確保了 OFDM碼元在存在多徑 延遲擴展時保持其正交特性，從而提高了相對於有害路徑效應的性能，所述有害路徑效應 比如由頻率選擇性衰落造成的多徑和信道擴散。
循環前綴生成器1214把一 OFDM碼元流提供給發射機單元(TMTR) 1216。發射機單 元1216把OFDM碼元流轉換成一個或多個模擬信號，並且進一步放大、兩倍和下變頻所述模 擬信號，以便生成使用於從相關天線發出的上行鏈路已調信號。5.接入點處理對於每個TDD幀，接入點處理F-RACH和S-RACH以便檢測期望接入系統的用戶終 端所發送的F/S-RACH PDU0由於F-RACH和S-RACH與不同的設計相關並且具有不同的發送 定時要求，因此接入點可以使用不同的接收機處理技術來檢測F-RACH和S-RACH PDU。對於F-RACH，F-RACH PDU的發送定時對於RTD補償，接收到的F-RACHPDU在接入 點處與F-RACH時隙邊界近似對齊。工作在頻域的判決引導的檢測器可以用來檢測F-RACH PDU0在一實施例中，檢測器處理F-RACH分段中的全部F-RACH時隙，每次處理一個時隙。對 於每個時隙，檢測器確定該時隙中接收到的OFDM碼元的期望信號能量是否足夠高。如果回 答為是，則進一步解碼OFDM碼元以恢復F-RACH消息。對於S-RACH，S-RACH PDU的發送定時可能未對RTD補償，接收到的S-RACH PDU的 定時是未知的。工作在時域的滑動相關檢測器可以用來檢測S-RACH PDU0在一實施例中， 檢測器滑過S-RACH分段，每次一個採樣周期。對於每個採樣周期，其對應於一假設，檢測器 確定是否為假設從該採樣周期開始接收到的S-RACH PDU的兩個導頻OFDM碼元接收到足夠 的信號能量。如果回答為是，則進一步解碼S-RACH PDU以恢復S-RACH消息。用於檢測和解調F-RACH和S-RACH傳輸的技術在上述第60/432，626號美國專利 申請中詳細描述。為了清楚，已經為特殊的設計描述了隨機接入技術。可以對這些設計作出各種修 改，這在本發明的範圍內。例如，可能期望有不止兩種不同類型的RACH供隨機接入。此外， RACH數據可以用其它編碼、交織和調製方案來處理。隨機接入技術可用於各種無線多址通信系統。一種這樣的系統是在上述第 60/421，309號美國臨時專利申請中描述的無線多址MIMO系統。通常，這些系統可能或可能 不採用0FDM，或者可能代替OFDM而採用某些其它多載波調製方案，並且可能使用或可能不 使用ΜΙΜΟ。這裡所述的隨機接入技術可以提供各種優點。首先，F-RACH允許特定的用戶終端 (例如已向系統註冊並且能補償其RTD的用戶終端)快速地接入系統。這對於分組數據應 用是尤其期望的，分組數據應用一般特徵是被話務突發零星截短的長無聲周期。快速系統 接入於是使用戶終端能快速地獲得這些零星數據突發的系統資源。其次，F-RACH和S-RACH 的組合能在各種工作狀態和條件下(例如已註冊和未註冊的用戶終端、高和低的接收SNR 等等)有效地處理用戶終端。這裡所述的技術可由各種手段實現。例如，這些技術可以用硬體、軟體或者它們的 組合來實現。對於硬體實現而言，便於用戶終端和接入點處的隨機接入的元件可以在以下 元器件內實現一個或多個專用集成電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)、數位訊號處理設 備(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微 處理器、被設計成執行這裡所述功能的其它電子單元或者它們的組合。對於軟體實現而言，隨機接入技術可以用執行這裡所述功能的模塊(例如過程、 功能等等)來實現。軟體代碼可以被保存在存儲器單元(例如圖8中的存儲器單元832和872)中並由處理器執行(例如控制器830和870)。存儲器單元可以在處理器內或在處理 器外實現，後一情況下它可以通過本領域公知的各種手段在通信上耦合到處理器。這裡包括的標題是為了索引，並且幫助定位特定的章節。這些標題不是為了限制 其下所述概念的範圍，這些概念可應用於整篇說明書中的其它章節。所公開實施例的以上描述使本領域的技術人員能製造或使用本發明。對這些實施 例的修改對於本領域技術人員是顯而易見的，這裡定義的基本原理可以應用於其它實施例 而不背離本發明的精神或範圍。因此，本發明不限於這裡所示的實施例，而是應該符合與這 裡公開的原理和新穎性特徵一致的最寬泛的範圍內。
權利要求
一種接入無線多址通信系統的方法，包括接收一廣播消息，所述廣播消息包括為一幀配置至少兩個隨機接入信道的信息；確定一終端的當前工作狀態；基於所述當前工作狀態，從至少兩個隨機接入信道中選擇一個隨機接入信道；以及在所述幀期間，在所選的隨機接入信道上發送一消息，以接入所述系統。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少兩個隨機接入信道包括由註冊終 端進行系統接入所使用的第一隨機接入信道，以及由註冊和未註冊終端進行系統接入所使 用的第二隨機接入信道。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，對在所述第一隨機接入信道上的傳輸補償 傳播延遲。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述當前工作狀態表示所述終端是否已向 系統註冊。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述當前工作狀態表示所述終端是否能補 償到達接收該消息的接入點的傳播延遲。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述當前工作狀態表示是否為所述終端實 現一特定的、接收到的信噪比SNR。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括在為所述消息接收到確認或者超過了最大接入嘗試次數以前，重發所述消息。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括如果未通過所選的隨機接入信道獲得接入，則在從所述至少兩個隨機接入信道中選擇 的另一隨機接入信道上發送另一消息。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述發送步驟包括從所選的隨機接入信道可用的多個時隙中選擇一時隙；以及在所選的時隙中發送所述消息。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述消息包括所述終端的標識符。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述標識符對於所述終端是唯一的。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述標識符是未註冊終端所使用的公共 標識符。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多址通信系統支持帶有單根天線的終 端和帶有多根天線的終端。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多址通信系統使用正交頻分復用。
15.一種接入無線多址多輸入多輸出通信系統的方法，包括確定是已向系統註冊一終端還是未向系統註冊終端；如果所述終端已註冊，則在第一隨機接入信道上發送第一消息，以接入所述系統；以及如果所述終端未註冊，則在第二隨機接入信道上發送第二消息，以接入所述系統。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一消息的方式彌補了到達接收第 一消息的接入點的傳播延遲。
17.一種便於無線多址通信系統中的隨機接入的方法，包括處理由已註冊終端用來接入所述系統的第一隨機接入信道；以及處理由已註冊和未註冊終端用來接入所述系統的第二隨機接入信道， 其中，所述第一和第二隨機接入信道是同一幀的不同部分。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，對所述第一和第二隨機接入信道中每個 信道的所述處理都包括檢測是否在所述隨機接入信道上存在傳輸。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述檢測的步驟基於一導頻，所述導頻包 括在所述第一和第二隨機接入信道上的每個傳輸中。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於還包括為在所述第二隨機接入信道中檢測到其傳輸的終端，確定往返延遲。
21.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，為在所述第一隨機接入信道上的傳輸彌 補傳播延遲，並且對第一隨機接入信道的處理包括檢測在第一隨機接入信道可用的多個時隙的每個時隙中是否存在傳輸。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述檢測步驟基於一判決引導的檢測器。
23.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，對第二隨機接入信道的所述處理包括 通過執行滑動相關，來檢測是否在第二隨機接入信道上存在傳輸。
全文摘要
本發明涉及無線多址通信系統中的隨機接入的技術。定義一隨機接入信道(RACH)包括「快」RACH(F-RACH)和「慢」RACH(S-RACH)。F-RACH和S-RACH能在不同工作狀態下有效地支持用戶終端並且採用不同的設計。F-RACH可用於快速接入系統，S-RACH更為穩健並且能在各種工作狀態和條件下支持用戶終端。F-RACH可由已向系統註冊的用戶終端使用，並且能通過適當的提前它們的發送定時來補償它們的往返延遲(RTD)。S-RACH可由可能向系統註冊或未向系統註冊的用戶終端所使用，並且也許能補償或不能補償它們的RTD。用戶終端可以使用F-RACH或S-RACH或兩者來接入系統。
文檔編號H04L12/56GK101883438SQ20101012924
公開日2010年11月10日 申請日期2003年10月24日 優先權日2002年10月25日
發明者J·R·沃爾頓, J·W·凱徹姆, M·華萊士, S·J·海華德 申請人:高通股份有限公司