Произвольный доступ для беспроводных коммуникационных систем с множественным доступом

Произвольный доступ для беспроводных коммуникационных систем с множественным доступом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Притязание на приоритет по 35 U.S.C. §119

Настоящая заявка на патент притязает на приоритет предварительной заявки на патент США 60/421,309, озаглавленной “MIMO WLAN System”, поданной 25 октября 2002 г., принадлежащей правообладателю настоящей заявки на патент, и включенной в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.

Настоящая заявка на патент притязает на приоритет предварительной заявки на патент США 60/432,440, озаглавленной “Random access for wireless multiple-access communication systems”, поданной 10 декабря 2002 г., принадлежащей правообладателю настоящей заявки на патент, и включенной в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в общем относится к передаче данных и, более точно, к способам, облегчающим произвольный доступ в беспроводных коммуникационных системах с множественным доступом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Беспроводные коммуникационные системы широко развернуты для обеспечения различных типов обмена данными, таких как голосовые данные, ракетные данные и т.п. Такие системы могут представлять собой системы с множественным доступом, выполненные с возможностью поддержки обмена данными с множеством пользовательских терминалов, совместно используя доступные системные ресурсы. Примерами систем с множественным доступом являются системы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), системы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), системы множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA).

В коммуникационной системе с множественным доступом нескольким пользовательским терминалам может требоваться получить доступ к системе в произвольный момент времени. Такие пользовательские терминалы могут быть зарегистрированы в системе или могут быть не зарегистрированы, могут иметь таймирование, несогласованные с таймированием системы, и могут иметь информацию или могут не иметь информацию о задержках распространения до их точек доступа. Следовательно, передача от пользовательских терминалов, пытающихся получить доступ в систему, может происходить в случайный момент времени, и могут быть или могут не быть соответствующим образом синхронизованными с принимающей точкой доступа. При этом точка доступа должна обнаружить эти передачи для того, чтобы идентифицировать конкретные пользовательские терминалы, требующие получения доступа в систему.

При разработке схемы произвольного доступа для беспроводной системы с множественным доступом приходится сталкиваться с различными проблемами. Например, схема произвольного доступа должна позволять пользовательским терминалам быстро получать доступ в систему при настолько малом количестве попыток, насколько это возможно. Помимо этого схема произвольного доступа должна быть эффективной и потреблять настолько мало системных ресурсов, насколько это возможно.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в эффективной и действенной схеме произвольного доступа для беспроводных коммуникационных систем с множественным доступом.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем описании представлены способы для облегчения произвольного доступа в беспроводных коммуникационных системах с множественным доступом. В одном из аспектов определяют канал произвольного доступа (RACH) для образования “быстрого” канала произвольного доступа (F-RACH) и “медленного” канала произвольного доступа (S-RACH). F-RACH и S-RACH выполнены с возможностью эффективной поддержки пользовательских терминалов в различных операционных состояниях, имеющих различные конструкции. F-RACH является эффективным и может быть использован для быстрого доступа в систему, а S-RACH является более надежным и может поддерживать пользовательские терминалы в различных операционных состояниях и условиях. F-RACH может быть использован пользовательскими терминалами, которые зарегистрированы в системе и могут компенсировать их задержки при прохождении в оба конца (RTD) при помощи соответствующего изменения их таймирования при передаче. S-RACH может быть использован пользовательскими терминалами, которые могут быть зарегистрированы или не зарегистрированы в системе и могут быть в состоянии или не могут быть в состоянии компенсировать их RTD. Пользовательские терминалы могут использовать для получения доступа в систему F-RACH или S-RACH, или оба канала.

Различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Отличительные особенности, сущность и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, приведенного ниже в сочетании с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы на всех чертежах и на которых:

На Фиг.1 показана беспроводная коммуникационная система с множественным доступом;

На Фиг.2 показана структура кадра дуплексной связи с временным разделением (TDD);

На Фиг.3А и 3В показаны структуры слотов для F-RACH и S-RACH, соответственно;

На Фиг.4 показан общий вид процесса для получения доступа в систему с использованием F-RACH и/или S-RACH;

На Фиг.5 и 6 показаны процессы для получения доступа в систему с использованием F-RACH и S-RACH, соответственно;

На Фиг.7А и 7В показаны иллюстративные примеры передачи с использованием S-RACH и F-RACH, соответственно;

На Фиг.8 показана точка доступа и два пользовательских терминала;

На Фиг.9 показана блок-схема ТХ процессора данных в терминале;

На Фиг.10А и 10В показана блок-схема блоков обработки в ТХ процессоре данных;

На Фиг.11 показана блок-схема ТХ пространственного процессора в терминале;

На Фиг.12А показана блок-схема OFDM модулятора;

На Фиг.12В показан OFDM символ.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Слово “иллюстративный” используется в настоящем описании в смысле “служащий в качестве примера образца или иллюстрации”. Любой вариант осуществления или конструктивное решение, описанное в настоящем описании как “иллюстративное”, не следует рассматривать как предпочтительное или имеющее преимущество перед другими вариантами осуществления или конструктивными решениями.

На Фиг.1 показана беспроводная коммуникационная система 100 с множественным доступом, которая поддерживает множество пользователей. Система 100 включает в себя несколько точек доступа (ТД, AP) 110, которые поддерживают связь с множеством пользовательских терминалов (ПТ, UT) 120. Для простоты на Фиг.1 показаны только две точки 110а и 110b доступа. Точка доступа в общем случае представляет собой неподвижную станцию, которая используется для связи с пользовательскими терминалами. Точка доступа также может называться базовой станцией или каким-либо другим термином.

Пользовательские терминалы 120 могут быть распределены по всей системе. Каждый пользовательский терминал может представлять собой неподвижный или мобильный терминал, который может обмениваться данными с точкой доступа. Пользовательский терминал также может называться терминалом доступа, мобильной станцией, удаленной станицей, устройством пользователя (УП, UE), беспроводным устройством или каким-либо другим термином. Каждый пользовательский терминал может обмениваться данными с одной или, возможно, с множеством точек доступа по нисходящей линии и/или восходящей линии в любой момент времени. Нисходящая линия (т.е. прямая линия) относится к передаче от точки доступа в пользовательский терминал, а восходящая линия (т.е. обратная линия) относится к передаче от пользовательского термина в точку доступа.

На Фиг.1 точка 110а доступа осуществляет связь с пользовательскими терминалами 120а-120f, и точка 110b доступа осуществляет связь с пользовательскими терминалами 120f-120k. Контроллер 130 системы подсоединен к точкам 110 доступа и может быть выполнен с возможностью осуществления множества функций, таких как (1) координация и управление точками доступа, подсоединенными к нему, (2) маршрутизация данных между этими точками доступа и (3) управление доступом и связью, с пользовательскими терминалами, обслуживаемыми этими точками доступа.

Способы произвольного доступа, изложенные в настоящем описании, могут быть использованы для различных коммуникационных систем с множественным доступом. Например, эти способы могут быть использованы в системах, которые применяют (1) одну или множество антенн для передачи данных и одну или множество антенн для приема данных, (2) различные способы модуляции (например, CDMA, OFDM и т.д.) и (3) один или множество частотных диапазонов для нисходящей линии и восходящей линии.

Для простоты способы произвольного доступа описываются ниже для конкретной иллюстративной беспроводной системы с множественным доступом. В этой системе каждая точка доступа оборудована множеством (например, четырьмя) антеннами для передачи и приема данных, и каждый пользовательский терминал может быть оборудован одной или множеством антенн.

Помимо этого система использует мультиплексирование с ортогональным делением частот (OFDM), с эффективным разделением всей полосы частот системы на множество (NF) ортогональных поддиапазонов. В одном из конкретных вариантов осуществления полоса частот системы составляет 20 МГц, N_F=64, поддиапазонам назначены индексы от -32 до +32, продолжительность каждого преобразованного символа составляет 3,2 мкс, циклический префикс составляет 800 нс и длительность каждого символа OFDM составляет 4,0 мкс. Период символа OFDM, который также называется периодом символа, соответствует длительности одного символа OFDM.

Система также использует один частотный диапазон как для нисходящей линии, так и для восходящей линии, которые разделяют этот общий диапазон, используя дуплексную связь с временным разделением (TDD). Помимо этого система использует несколько транспортных каналов для облегчения передачи данных по нисходящей линии и восходящей линии.

На Фиг.2 показана структура 200 кадра, которая может быть использована в беспроводной TDD системе с множественным доступом. Передачи выполняются в единицах кадров TDD, причем каждый из них имеет определенную временную длительность (например, 2 мс). Каждый TDD кадр разделен на фазу нисходящей линии и фазу восходящей линии. Каждая из фаз нисходящей линии и восходящей линии дополнительно разделена на множество сегментов для множества транспортных каналов нисходящей линии/восходящей линии.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, транспортный канал нисходящий линии связи включает в себя широковещательный канал (BCH), прямой канал управления (FCCH) и прямой канал (FCH), которые передаются в сегментах 210, 220 и 230, соответственно. BCH используется для отправки (1) маяка пилот-сигнала, который может быть использован для синхронизации системы, (2) MIMO пилот-сигнала, который может быть использован для оценки канала и (3) BCH сообщения, несущего системную информацию. FCCH используется для отправки подтверждений для RACH и назначения ресурсов нисходящей линии и восходящей линии. FCH используется для отправки специфичных для пользователя пакетов данных, пейджинговых и широковещательных сообщений и т.д., по нисходящей линии в пользовательские терминалы.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, транспортный канал восходящей линии связи включает в себя обратный канал (RCH) и канал произвольного доступа (RACH), которые передают в сегментах 240 и 250, соответственно. RCH используют для отправки пакетов данных по восходящей линии. RACH используется пользовательским терминалом для получения доступа в систему.

Структура кадра и транспортных каналов, показанная на Фиг.2, раскрыта более подробно в вышеупомянутой заявке на патент США № 60/421,309.

1. Структура RACH

В одном из аспектов RACH содержит “быстрый” канал произвольного доступа (F-RACH) и “медленный” канал произвольного доступа (S-RACH). F-RACH и S-RACH реализованы с возможностью эффективной поддержки пользовательских терминалов в различных операционных состояниях и имеющих различные конструкции. F-RACH может быть использован пользовательскими терминалами, зарегистрировавшимися в системе и имеющих возможность компенсировать их задержки распространения в оба конца (RTD), соответствующим образом изменяя таймирование своей передачи, как описано ниже. S-RACH может быть использован терминалами, которые определили частоту системы (например, при помощи маяка пилот-сигнала по BCH), но могут быть зарегистрированными или не зарегистрированными в системе. При передаче по S-RACH пользовательские терминалы могу выполнять или не выполнять компенсацию своих RTD.

В таблице 1 сведены требования и характеристики F-RACH и S-RACH.

Таблица 1
тип RACH	Описание
F-RACH	Используется для получения доступа в систему пользовательскими терминалами, которые (1) зарегистрированы в системе, (2) могут компенсировать свою задержку распространения в оба конца и (3) могут обеспечить требуемое отношение сигнал/шум (ОСШ,SNR).Для F-RACH используется схема произвольного доступа ALOHA с тактированием
S-RACH	Используется для получения доступа в систему пользовательскими терминалами, которые не могут использовать F-RACH, например, вследствие невозможности удовлетворить какие-либо требования, необходимые для использования F-RACHДля S-RACH используется схема произвольного доступа ALOHA

Для F-RACH и S-RACH используются различные варианты исполнения для облегчения максимально быстрого доступа в систему и минимизации системных ресурсов, необходимых для осуществления произвольного доступа. В одном из вариантов осуществления F-RACH использует короткие блоки данных протокола (PDU), использующие более слабую схему кодирования и требующие прибытия F-RACH PDU в точку доступа практически выровненными по времени. В одном из вариантов осуществления S-RACH использует длинные PDU, использующие более сильную схему кодирования и не требующие прибытия S-RACH PDU в точку доступа выровненными по времени. Варианты осуществления F-RACH и S-RACH и их использование более подробно описаны ниже.

В обычной беспроводной коммуникационной системе каждый пользовательский терминал выравнивает свое таймирование с таймированием системы. Обычно это выполняется посредством приема из точки доступа передачи (например, маяка пилот-сигнала по BCH), которая несет или в которую встроена информация о таймировании. Затем пользовательский терминал устанавливает свое таймирование, основываясь на принятой информации таймирования. Однако таймирование пользовательского терминала отклоняется (или задержано) по отношению к таймированию системы, причем величина отклонения обычно соответствует задержке распространения передачи, содержащей информацию таймирования. Если после этого пользовательский терминал выполняет передачу, используя свое таймирование, то передача, принятая в точке доступа, является эффективно задержанной на две задержки распространения (т.е. на задержку распространения в два конца), где одна задержка распространения появляется вследствие отличия или отклонения между таймированием пользовательского терминала и таймирования системы, а другая задержка распространения относится к передаче от пользовательского терминала в точку доступа (см Фиг.7). Для того чтобы передача прибыла в конкретный момент времени согласно таймированию точки доступа, пользовательскому терминалу необходимо выполнить настройку своего таймирования передачи для компенсации задержки распространения в оба конца для данной точки доступа (см. Фиг.7В).

Как используется в настоящем описании, передача с компенсацией RTD относится к передаче, которая была отправлена таким способом, что она прибывает в приемник в расчетный момент времени согласно таймированию приемника. (При этом могут присутствовать некоторые погрешности, так что передача может быть принята близко, но не совершенно точно в расчетный момент времени). Если пользовательский терминал способен согласовать свое таймирование с таймированием системы (например, оба таймирования выполняются, основываясь на времени GPS), то для передачи с компенсацией RTD требуется только учесть задержку распространения от пользовательского терминала до точки доступа.

На Фиг.2 также показан вариант осуществления структуры RACH. В этом варианте осуществления RACH сегмент 250 разделен на три сегмента: сегмент 252 для F-RACH, сегмент 254 для S-RACH и охранный сегмент 256. F-RACH сегмент расположен первым в RACH сегменте, поскольку передачи F-RACH ведутся с компенсацией RTD и, следовательно, не создают помех передачам в предшествующем RCH сегменте. S-RACH сегмент расположен следующим в RACH сегменте, поскольку передачи по S-RASH могут вестись без компенсации RTD и могут создавать помехи передачам в предшествующем RCH сегменте, если он будет расположен первым. Охранный сегмент следует за S-RACH сегментом и служит для предотвращения помех, создаваемых передачами S-RACH, передачам по нисходящей линии в BCH в следующем кадре TDD.

В одном из вариантов осуществления конфигурация как F-RACH, так и S-RACH может задаваться системой динамически для каждого кадра TDD. Например, начальное положение RACH сегмента, длительность F-RACH сегмента, длительность S-RACH сегмента и охранный интервал могут задаваться индивидуально для каждого TDD кадра. Длительность F-RACH и S-RACH сегментов может выбираться, основываясь на различных факторах, например количестве зарегистрированных/не зарегистрированных пользовательских терминалов, загрузке системы и т.д. Параметры конфигурации RACH и S-RACH для каждого кадра TDD могут отправляться в пользовательский терминал в сообщении BCH, которое передается в том же TDD кадре.

На Фиг.3А показан вариант осуществления структуры 300 слотов, которая может быть использована в F-RACH. F-RACH сегмент разделен на несколько F-RACH слотов. Конкретное количество F-RACH слотов, доступных в каждом TDD кадре, представляет собой конфигурируемый параметр, который передается в сообщении BCH отправляемого в том же TDD кадре. В одном из вариантов осуществления каждый F-RACH слот имеет фиксированную длительность, которая определена как равная, например, одному периоду символа OFDM.

В одном из вариантов осуществления один F-RACH PDU может отправляться в каждом F-RACH слоте. F-RACH PDU содержит ссылочную часть, которая мультиплексирована с F-RACH сообщением. F-RACH ссылочная часть включает в себя набор пилотных символов, который передается в одном наборе поддиапазонов, и F-RACH сообщение, содержащее группу символов данных, которые передаются в другом наборе поддиапазонов. Мультиплексирование поддиапазонов, обработка F-RACH PDU и операции по F-RACH для получения доступа в систему описаны более подробно ниже.

В таблице 2 перечислены поля для иллюстративного формата F-RACH сообщения.

Таблица 2
F-RACH сообщение
Названия полей	Длина (биты)	Описание
ID MAC	10	Временный ИД, назначенный пользовательскому терминалу
Биты заполнения	6	Биты заполнения для сверточного кодера

Поле ИД управления доступа к среде (MAC) содержит MAC ID, который идентифицирует конкретный пользовательский терминал, посылающий F-RACH сообщение. Каждый пользовательский терминал регистрируется в системе в начале сессии связи, и ему присваивается уникальный MAC ID. Такой MAC ID после этого используется для идентификации пользовательского терминала во время сессии. Поле битов заполнения включает в себя группу нулей, используемых для установки сверточного кодера в известное состояние в конце F-RACH сообщения.

На Фиг.3В показан вариант осуществления структуры 310 слотов, которая может быть использована для S-RACH. S-RACH сегмент также разделен на несколько S-RACH слотов. Конкретное количество S-RACH слотов, доступное для использования в каждом TDD кадре, является настраиваемым параметром, который передается в BCH сообщение, передаваемом в том же TDD кадре. В одном из вариантов осуществления S-RACH слот имеет фиксированную длительность, которая определена как равная, например, четырем периодам символа OFDM.

В одном из вариантов осуществления S-RACH PDU может пересылаться в каждом S-RACH слоте. S-RACH PDU содержит ссылочную часть, за которой следует S-RACH сообщение. В конкретном варианте осуществления ссылочная часть включает в себя два пилотных символа OFDM, которые служат для облегчения приема и обнаружения S-RACH передачи, а также для содействия когерентной демодуляции части S-RACH сообщения. Пилотные символы OFDM могут генерироваться, как описано ниже.

В таблице 3 приведен перечень полей иллюстративного формата S-RACH сообщения.

Таблица 3
S-RACH сообщение
Названия полей	Длина (биты)	Описание
ID MAC	10	Временный ИД, назначенный пользовательскому терминалу
CRC	8	Значение CRC для S-RACH сообщения
Биты заполнения	6	Биты заполнения для сверточного кодера

Для варианта осуществления, показанного в таблице 3, S-RACH сообщение включает в себя три поля. Поле MAC ID и поле битов заполнения описано выше. S-RACH может быть использован незарегистрированными пользовательскими терминалами для получения доступа в систему. При получении первого доступа в систему незарегистрированным пользовательским терминалом уникальный MAC ID еще не присвоен пользовательскому терминалу. В этом случае незарегистрированным пользовательским терминалом может использоваться регистрационный MAC ID, который зарезервирован для целей регистрации до тех пор, пока терминалу не будет присвоен уникальный MAC ID. Регистрационный MAC ID представляет собой определенное значение (например, 0х0001). Поле циклического избыточного кода (CRC) содержит значение CRC для S-RACH сообщения. Это значение CRC может быть использовано точкой доступа для определения, было ли принятое S-RACH сообщение декодировано верно или с ошибкой. Значение CRC таким образом используется для минимизации вероятности неверного обнаружения S-RACH сообщения.

В таблицах 2 и 3 показаны конкретные варианты осуществления форматов F-RACH и S-RACH сообщений. Другие форматы с меньшим количеством дополнительных и/или других полей также могут быть определены для этих сообщений, и это находится в пределах объема настоящего изобретения. Например, S-RACH сообщение может быть определено как включающее в себя поле Slot ID, которое содержит индекс конкретного S-RACH слота, в котором пересылается S-RACH PDU. В качестве другого примера F-RACH сообщение может быть определено как включающее в себя поле CRC.

На Фиг.3А и 3В показаны конкретные структуры для F-RACH и S-RACH. Другие структуры также могут быть определены для F-RACH и S-RACH, и это находится в пределах объема настоящего изобретения. Например, F-RACH и/или S-RACH могут быть определены, как имеющие конфигурируемую длительность слота, которая может передаваться в BCH сообщение.

На Фиг.3А и 3В также показаны конкретные варианты осуществления для F-RACH и S-RACH PDU. Также могут быть определены другие форматы PDU, и это также находится в пределах объема настоящего изобретения. Например, для S-RACH PDU также может быть использовано мультиплексирование поддиапазонов. Помимо этого части каждого PDU могут быть определены как имеющие размеры, отличные от описанных выше. Например, ссылочная часть S-RACH PDU может быть определена как включающая в себя только один пилотный символ OFDM.

Использование F-RACH и S-RACH для произвольного доступа может обеспечить различные преимущества. Во-первых, достигается улучшенная эффективность посредством разделения пользовательских терминалов на две группы. Пользовательские терминалы, которые в состоянии удовлетворить требованиям на таймирование и SNR при приеме, могут использовать более эффективный F-RACH для произвольного доступа, а все другие пользовательские терминалы могут поддерживаться через S-RACH. F-RACH может функционировать как тактированный ALOHA канал, для которого известно, что он примерно в два раза более эффективен, чем ALOHA канал без тактирования. Пользовательские терминалы, которые не могут компенсировать их RTD, ограничены только использованием S-RACH и не создают помех пользовательским терминалам в F-RACH.

Во-вторых, могут быть использованы различные пороги обнаружения для F-RACH и S-RACH. Такая гибкость позволяет системе достигать различные цели. Например, порог обнаружения для F-RACH может быть установлен более высоким, чем порог обнаружения для S-RACH. Это дает возможность системе дать преимущество пользовательским терминалам, которые являются более эффективными (т.е. с более высоким SNR при приеме) для доступа в систему через F-RACH, что может обеспечить более высокую полную пропускную способность системы. Порог обнаружения для S-RACH может быть установлен более низким, чтобы позволить всем пользовательским терминалам (с конкретным минимальным SNR при приеме) получить доступ в систему.

В-третьих, для F-RACH и S-RACH может использоваться различное строение и PDU. В конкретных вариантах осуществления, описанных выше, F-RACH PDU содержит один символ OFDM, и S-RACH PDU содержит четыре символа OFDM. Различные размеры PDU являются следствием того, что различные данные посылаются пользователями F-RACH и пользователями S-RACH, и также вследствие различных схем кодирования и требуемых значений SNR при приеме для F-RACH и S-RACH. В общем случае F-RACH примерно в восемь раз более эффективен, чем S-RACH, причем фактор четыре является следствием более короткого размера PDU, а фактор два является следствием природы F-RACH, подразумевающей использование слотов. Таким образом, при одинаковой длительности сегмента F-RACH может поддерживать в восемь раз большее количество пользовательских терминалов, чем может поддерживать S-RACH. С другой точки зрения, одинаковое количество пользовательских терминалов может поддерживаться F-RACH сегментом, составляющим 1/8 по длительности от S-RACH сегмента.

2. Процедуры произвольного доступа

Пользовательские терминалы могут использовать F-RACH или S-RACH или и то и другое для получения доступа в систему. Первоначально пользовательские терминалы, которые не зарегистрированы в системе (т.е. которым не был назначен уникальный MAC ID) используют S-RACH для доступа в систему. После регистрации пользовательские терминалы могут использовать F-RACH и/или S-RACH для доступа в систему.

Поскольку для F-RACH и S-RACH используются различные варианты осуществления, успешное обнаружение передачи по F-RACH требует более высокого SNR при приеме, чем требуемое для передачи по S-RACH. По этой причине пользовательский терминал, который не может передавать с достаточным уровнем мощности для достижения требуемого SNR при приеме для F-RACH, может по умолчанию использовать S-RACH. Помимо этого, если пользовательскому терминалу не удалось получить доступ в систему после определенного количества последовательных попыток по F-RASH, тогда он также по умолчанию может использовать S-RACH.

На Фиг.4 показана блок-схема последовательности операций варианта осуществления процесса 400, выполняемого пользовательским терминалом для получения доступа в систему с использованием F-RACH и/или S-RACH. Первоначально определяют, зарегистрирован или нет пользовательский терминал в системе

Если пользовательский терминал зарегистрирован, и порог по SNR для F-RACH достигнут, тогда выполняют F-RACH процедуру доступа, пытаясь получить доступ в систему (этап 420). После завершения F-RACH процедуры доступа (вариант осуществления, который описан ниже на Фиг.5) выполняют определение, был ли доступ успешным (этап 422). В случае положительного ответа декларируют успешный доступ (этап 424), и процесс завершается. В противном случае процесс переходит к этапу 430 для выполнения попытки доступа по S-RACH.

Если терминал не зарегистрирован, не может обеспечить пороговый уровень SNR для F-RACH, или его попытка получить доступ по F-RACH была неуспешной, тогда он выполняет S-RACH процедуру доступа, пытаясь получить доступ в систему (этап 430). После выполнения S-RACH процедуры доступа (вариант осуществления, который описан ниже на Фиг.6) определяют, был ли доступ успешным или неуспешным (этап 432). В случае положительного ответа декларируют выполнение успешного доступа (этап 424). В противном случае декларируют неуспешный доступ (этап 434). В любом случае процесс завершается.

Для простоты в варианте осуществления, показанном на Фиг.4, предполагается, что пользовательский терминал имеет свежую RTD информацию в случае, если он зарегистрирован в системе. Это допущение в общем случае является верным, если пользовательский терминал является стационарным (т.е. его положение фиксировано), или беспроводной канал не претерпел значительных изменений. Для мобильного пользовательского терминала RTD может заметно меняться между доступами в систему или, возможно, даже между отдельными попытками доступа в систему. Таким образом, процесс 400 может быть модифицирован для включения в него этапа определения, имеет ли или нет пользовательский терминал свежую RTD информацию. Такое определение может быть выполнено, например, основываясь на прошедшем времени с момента последнего доступа в систему, наблюдаемом поведении канала во время последнего доступа в систему и т.д.

В общем случае доступно множество типов каналов произвольного доступа, и первоначально для использования выбирают один канал произвольного доступа, основываясь на операционном состоянии пользовательского терминала. Операционное состояние может быть определено, например, статусом регистрации пользовательского терминала SNR при приеме, текущей RTD информацией и т.д. Пользовательский терминал может использовать множество каналов произвольного доступа, один канал единовременно, для доступа в систему.

A. Процедура F-RACH

В одном из вариантов осуществления F-RACH использует схему произвольного доступа ALOHA с тактированием, посредством чего пользовательские терминалы передают в случайно выбранных F-RACH слотах, пытаясь получить доступ в систему. Предполагается, что пользовательские терминалы имеют текущую RTD информацию при передаче по F-RACH. В результате предполагается, что F-RACH PDU выровнены по времени по границам F-RACH слота в точке доступа. Это может значительно упростить процесс обнаружения и укоротить время доступа для пользовательских терминалов, которые удовлетворяют требованиям на использование F-RACH.

Пользовательский терминал может отправлять множество передач по F-RACH до тех пор, пока не будет получен доступ, или не будет превышено максимально разрешенное количество попыток доступа. Для каждой F-RACH передачи могут изменяться различные параметры для увеличения вероятности успеха, как описывается ниже.

На Фиг.5 показана блок-схема последовательности операций варианта осуществления процесса 420а, выполняемого пользовательским терминалом для получения доступа в систему, используя F-RACH. Процесс 420а представляет собой вариант осуществления F-RACH процедуры доступа, выполняемой на этапе 420 по Фиг.4.

Перед первой передачей по F-RACH пользовательский терминал инициализирует различные параметры, используемые для передачи по F-RACH (этап 512). Такие параметры могут включать в себя, например, количество попыток доступа, начальную мощность передачи и т.д. Может поддерживаться счетчик для подсчета количества попыток доступа, и такой счетчик может быть установлен в единичное значение для первой попытки доступа. Начальная мощность передачи устанавливается такой, что при этом ожидается достижение требуемого SNR при приеме для F-RACH в точке доступа. Начальная мощность передачи может быть оценена, основываясь на величине принятого сигнала или SNR для точки доступа, измеренными в пользовательском терминале. Затем процесс переходит к циклу 520.

Для каждой передачи по F-RACH пользовательский терминал обрабатывает BCH для получения соответствующих параметров системы для текущего TDD кадра (этап 522). Как описывалось выше, количество F-RACH слотов, доступных в каждом TDD кадре, и начало F-RACH сегмента являются конфигурируемыми параметрами, которые могут меняться от кадра к кадру. F-RACH параметры для текущего TDD кадра получают из BCH сообщения, которое пересылается в том же кадре. Затем пользовательский терминал случайным образом выбирает один из доступных F-RACH слотов для передачи F-RACH PDU в точку доступа (этап 524). Затем пользовательский терминал передает F-RACH PDU с компенсацией RTD таким образом, что PDU пребывает в точку доступа приблизительно выровненным по времени по началу выбранного F-RACH слота (этап 526).

Точка доступа принимает и обрабатывает F-RACH PDU, восстанавливает инкапсулированное F-RACH сообщение и определяет МАС ID, содержащийся в восстановленном сообщении. Для варианта осуществления, показанном в таблице 2, F-RACH сообщение не включает в себя значение CRC так, что точка доступа не имеет возможности определить, было ли сообщение декодировано верно или с ошибкой. Однако, поскольку только зарегистрированные пользовательские терминалы используют F-RACH для доступа в систему, и поскольку каждому зарегистрированному пользовательскому терминалу назначен уникальный МАС ID, точка доступа может проверить принятый МАС ID, сравнив его с назначенными МАС ID. Если принятый МАС ID является одним из назначенных МАС ID, тогда точка доступа подтверждает получение принятого F-RACH PDU. Это подтверждение может быть отправлено различными способами, как описано ниже.

После передачи F-RACH PDU пользовательский терминал определяет, было ли получено или нет подтверждение для переданного PDU (этап 528). В случае положительного ответа пользовательский терминал переходит в активное состояние (этап 530), и процесс завершается. В противном случае, если подтверждение для преданного F-RACH PDU не получено за определенное количество TDD кадров, пользовательский терминал делает предположение, что точка доступа не приняла F-RACH PDU и возобновляет процедуру доступа по F-RACH.

Для каждой последовательной попытки доступа пользовательский терминал сначала обновляет параметры передачи F-RACH (этап 534). Обновление может включать в себя (1) увеличение на единицу счетчика для каждой последующей попытки доступа и (2) настройка мощности передачи (например, увеличение на определенную величину). Затем выполняется определение, превышено или нет максимально допустимое количество попыток доступа по F-RACH, основываясь на обновленном значении счетчика (этап 536). В случае положительного ответа пользовательский терминал остается в состоянии доступа (этап 538), и процесс завершается.

Если максимально допустимое количество попыток доступа не было превышено, тогда пользовательский терминал определяет время ожидания перед передачей F-RACH PDU для следующей попытки доступа. Для определения указанного времени ожидания пользовательский терминал сначала определяет максимальное время ожидания до следующей попытки доступа, которое также называют окном разрешения конфликта (ОРК, CW). В одном из вариантов осуществления окно разрешения конфликта (в единицах TDD кадров) экспоненциально увеличивается для каждой попытки доступа (т.е. CW=2^{попытка_доступа}). Окно разрешения конфликта также может быть определено, основываясь на другой функции (например, линейной функции) количества попыток доступа. Время ожидания до следующей попытки доступа затем случайным образом выбирают между нулем и CW. Пользовательский терминал ожидает указанное время перед передачей F-RACH PDU для следующей попытки доступа (этап 540).

После ожидания в течение случайно выбранного времени ожидания пользовательский терминал снова определяет F-RACH параметры для текущего TDD кадра, обрабатывая BCH сообщение (этап 522), случайным образом выбирает F-RACH слот для передачи (этап 524) и передает F-RACH PDU в случайно выбранном F-RACH слоте (этап 526).

Процедура F-RACH продолжается до тех пор, пока (1) пользовательский терминал не получит подтверждение от точки доступа или (2) не будет превышено максимально допустимое количество попыток доступа. Для каждой последующей попытки доступа время ожидания перед передачей F-RACH PDU, конкретный F-RACH слот для использования в F-RACH передаче и мощность передачи для F-RACH PDU может быть выбрано, как описано выше.

B. Процедура S-RACH

В одном из вариантов осуществления S-RACH использует схему произвольного доступа ALOHA, которой пользовательские терминалы передают в случайным образом выбранных S-RACH слотах, пытаясь получить доступ в систему. Хотя пользовательские терминалы пытаются передавать в определенных S-RACH слотах, не предполагается, что таймирование передачи для передачи по S-RACH компенсировано по RTD. В результате, если пользовательские терминалы не