ПРОЦЕДУРА ПРОИЗВОЛЬНОГО ДОСТУПА С УВЕЛИЧЕННОЙ ЗОНОЙ ДЕЙСТВИЯ
ARBITRARY ACCESS PROCEDURE WITH EXTENDED COVERAGE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Делается ссылка и заявляется приоритет согласно предварительной заявке на патент США номер 60/760,474, поданной 20 января 2006 г.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к области беспроводной связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к процедуре произвольного доступа, которой пользовательское оборудование (User Equipment, UE) (терминал беспроводной связи) следует для (в числе прочих применений) начального доступа к сети.
2. Обзор известного уровня техники
Сетевая архитектура E-UTRA (evolved UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Terrestrial Radio Access - усовершенствованный наземный радиодоступ универсальной мобильной системы связи) содержит сеть радиодоступа (предоставляющую пользовательскому оборудованию доступ к опорной сети системы сотовой связи), в которой радиоресурсы разделены на блоки по времени (суб-кадры) и частоте (частотные блоки). В восходящем направлении эти блоки используются либо для так называемого совместно используемого канала (Shared CHannel, SCH), либо для канала произвольного доступа (Random Access CHannel, RACH), используемого на конкурентной основе. (Обозначение SCH применяется здесь только для обозначения радиоресурсов восходящего направления, из которых базовая станция может выделять долю для каждого отдельного UE, а не какого-либо конкретного канала, обозначаемого аббревиатурой SCH.) Сеть E-UTRA содержит объекты, которые здесь называются базовыми станциями, а иногда называются Node-B (узел В) или eNB. Базовая станция сети E-UTRA выделяет UE ресурсы в SCH, а RACH используется UE для доступа к сети или запроса ресурсов в SCH (или, в некоторых сетях при некоторых обстоятельствах, для передачи небольшого количества пользовательских данных). Кроме радиосетей типа E-UTRA, RACH используется и в других сетях. RACH обычно является ресурсом, используемым на конкурентной основе (в отличие от совместно используемого ресурса), используемым UE для доступа к сети радиодоступа, обычно для начального доступа и пакетной передачи данных.
При существующей технике процедура произвольного доступа используется (т.е. используется RACH или аналогичный ресурс, используемый на конкурентной основе), когда UE должно передать пользовательский трафик (голос или данные) или послать синхронизационный пакет, но не имеет выделенных системных ресурсов в SCH. UE может пожелать осуществить начальный доступ к сети, произвести обновление области местонахождения, перейти из неактивного режима в активное состояние или, находясь в активном состоянии, запросить ресурсы. В сети E-UTRA процедура произвольного доступа заканчивается, когда сеть радиодоступа дает UE значение временного опережения (для компенсации времени между посылкой сообщения сети радиодоступа и последующим приемом сообщения, и наоборот) и выделение ресурса в SCH (для использования в качестве канала трафика для посылки речи или пользовательских данных сети радиодоступа).
Задачей является разработать такую процедуру произвольного доступа, которая предоставит хорошую зону действия и малую задержку, используя минимальное количество ресурсов.
На современном уровне техники сообщения произвольного доступа передаются (по RACH) в постоянной полосе частот. Может быть выгодным использовать непостоянную полосу частот. Кроме того, в связи с процедурой произвольного доступа может быть выгодным использовать обработку HARQ (гибридный автоматический запрос повтора).
В изобретении может использоваться то, что здесь называется временным специфичным для соты адресом, а в современной технике иногда называется C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identity - временный идентификатор сотовой радиосети). Временный специфичный для соты адрес / C-RNTI короче (например, 16 битов), чем другие уникальные идентификаторы, такие как TMSI (temporary mobile subscriber identifier - временный идентификатор мобильного абонента), IMSI (international mobile subscriber identity, международный идентификатор мобильного абонента) и IМEI (international mobile equipment identity - международный идентификатор мобильного оборудования), и поэтому применять его проще. Все выделения ресурсов осуществляются с использованием временного специфичного для соты адреса (для идентификации получателя ресурсов). UE может получать временный специфичный для соты адрес при первом установлении связи с сотой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, в первом аспекте изобретения предусматривается способ для использования беспроводным терминалом пользовательского оборудования при связи с базовой станцией сети радиодоступа системы беспроводной связи, содержащий: (а) предоставление для передачи по каналу произвольного доступа системы беспроводной связи преамбулы пакета сообщения и включение в преамбулу сигнатуры; (б) прием в ответ от базовой станции одного или более сообщений, указывающих подтверждение приема преамбулы и предоставляющих идентификатор преамбулы и выделение ресурса в совместно используемом канале; и (в) предоставление пакета сообщения для передачи по совместно используемому каналу в соответствии с выделением ресурса, но не ранее приема сообщений, указывающих подтверждение и предоставляющих выделение ресурса, и включение адреса в этот пакет сообщения для использования при идентификации пользовательского оборудования.
Согласно первому аспекту изобретения выделение ресурса может предоставляться в сообщении, отдельном от сообщения, указывающего подтверждение.
Также согласно первому аспекту изобретения адрес может быть временным специфичным для соты адресом или произвольным адресом.
Также согласно первому аспекту изобретения способ может также содержать: прием от базовой станции запроса на повторную передачу, указывающего идентификатор преамбулы; и предоставление пакета сообщения для передачи базовой станции. При этом запрос на повторную передачу может являться сигналом от базовой станции по нисходящему совместно используемому каналу управления, указывающим выделение ресурса восходящей линии и содержащим идентификатор преамбулы.
Также согласно первому аспекту изобретения способ может содержать прием подтверждения приема базовой станцией пакета сообщения. При этом подтверждение может быть сигналом от базовой станции по нисходящему совместно используемому каналу управления, указывающим выделение ресурса нисходящей линии и содержащим идентификатор преамбулы, и пользовательское оборудование может быть сконфигурировано для декодирования этого сигнала и получения указываемого сигналом адреса и затем сравнения этого адреса с адресом, включенным пользовательским оборудованием в пакет сообщения, с целью определения, является ли это подтверждение подтверждением приема этого пакета сообщения или же подтверждением приема пакета сообщения от другого пользовательского оборудования.
Также согласно первому аспекту изобретения способ может также содержать скачкообразную перестройку частоты преамбулы пакета сообщения, т.е. обеспечение передачи части пакета сообщения с использованием первого узкого частотного диапазона из частотного диапазона совместно используемого канала; и обеспечение передачи другой части пакета сообщения с использованием второго узкого частотного диапазона из частотного диапазона совместно используемого канала, отличного от первого частотного диапазона. Преамбула тоже может передаваться со скачкообразной перестройкой частоты (но по каналу произвольного доступа).
Также согласно первому аспекту изобретения способ может также содержать получение из одного или более сообщений, указывающих подтверждение приема (преамбулы), дайджеста сигнатуры или номера сигнатуры, и определение, является ли это подтверждение подтверждением приема преамбулы, посланной данным пользовательским оборудованием, или подтверждением приема сообщения от устройства беспроводной связи другого пользовательского оборудования.
Также согласно первому аспекту изобретения способ может содержать прием от базовой станции, в ответ на пакет сообщения, дальнейшего выделения ресурса в совместно используемом канале для передачи пользовательских данных в восходящем направлении, причем выделение предоставляется вместе с адресом, предоставленным пользовательским оборудованием, а пакет сообщения содержит информационные биты, предоставляющие информацию, которая может быть использована базовой станцией при определении дальнейшего выделения ресурса для предоставления этому пользователю.
Во втором аспекте изобретения предусматривается способ для использования базовой станцией сети радиодоступа системы беспроводной связи при связи с терминалом беспроводной связи пользовательского оборудования, содержащий: (а) прием по каналу произвольного доступа системы беспроводной связи преамбулы пакета сообщения и сигнатуры; (б) обеспечение передачи одного или более сообщений в ответ на преамбулу пакета сообщения, причем эти одно или более сообщений указывают подтверждение приема преамбулы и содержат идентификатор преамбулы и выделение в качестве ресурса по меньшей мере части совместно используемого канала; и (в) прием пакета сообщения по совместно используемому каналу в соответствии с выделением ресурса, декодирование пакета сообщения и получение из пакета сообщения адреса для его использования при идентификации пользовательского оборудования.
Предусматривается также оборудование (пользовательское и сети радиодоступа) и компьютерные программные продукты (для пользовательского оборудования и оборудования сети радиодоступа) для первого и второго аспектов изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые и другие объекты, особенности и преимущества изобретения станут понятнее из нижеследующего подробного описания и сопутствующих чертежей.
На фиг.1 показана блок-схема системы беспроводной связи, в которой может быть реализовано настоящее изобретение, содержащей различные терминалы связи, в частности терминал беспроводной связи пользовательского оборудования (UE) и терминал беспроводной связи сети радиодоступа (RAN) для беспроводного соединения с пользовательским оборудованием.
На фиг.2 показана усеченная блок-схема (только части, существенные для изобретения) терминала UE или беспроводного терминала RAN с фиг.1.
На фиг.3 показана схема преамбулы произвольного доступа по каналу RACH и последующего пакета сообщения произвольного доступа по каналу SCH согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг.4 показан в качестве примера поток сигнализации процедуры произвольного доступа согласно одному из вариантов осуществления изобретения, содержащий одну повторную передачу пакета сообщения (произвольного доступа).
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение включает или имеет отношение к взаимодействию между элементами системы беспроводной связи и, в частности, между терминалом беспроводной связи пользовательского оборудования (UE) и элементом сети радиодоступа системы беспроводной связи, через который UE соединяется с системой беспроводной связи. Среди примеров систем беспроводной связи-реализации GSM (глобальная система мобильной связи) и реализации UMTS (универсальная система мобильной связи). Каждая такая система беспроводной связи содержит сеть радиодоступа (radio access network, RAN). В UMTS сеть радиодоступа называется UTRAN (UMTS Terrestrial RAN - наземная сеть радиодоступа UMTS). UTRAN содержит один или более контроллеров радиосети (Radio Network Controller, RNC), каждый из которых управляет одним или более узлов В (Node В) - терминалами беспроводной связи, сконфигурированными для коммуникационного соединения с одним или более терминалами UE. Комбинацию одного RNC и управляемых им узлов В называют системой радиосети (Radio Network System, RNS). GSM RAN содержит один или более контроллеров базовых станций (base station controller, BSC), каждый из которых управляет одной или более базовыми приемо-передающими станциями (base transceiver station, BTS). Комбинацию одного BSC и управляемых им BTS называют системой базовых станций (base station system, BSS).
На фиг.1 показана система 10а беспроводной связи, в которой может быть осуществлено настоящее изобретение, содержащая терминал 11 (беспроводной связи) UE, сеть 12 радиодоступа, опорную сеть 14 и шлюз 15, подсоединенные через шлюз к другой системе 10b связи, такой как Интернет, системы проводной связи (в том числе так называемая простая традиционная телефонная система) и/или другие системы беспроводной связи. Система радиодоступа содержит беспроводной терминал 12а (например, узел В или BTS, каждый из которых называется здесь просто базовой станцией) и контроллер 12b (например, RNC или BSC). Контроллер имеет проводную связь с базовой сетью. Базовая сеть обычно содержит центр мобильной коммутации (mobile switching center, MSC) для обеспечения связи с коммутацией каналов и обслуживающий узел поддержки GPRS (general packet radio service - общий сервис пакетной радиосвязи) (serving GPRS support node, SGSN) для связи с коммутацией пакетов.
LTE, или Long Term Evolution (длительная эволюция) (также известная как 3.9G), означает исследования и разработки, включающие 3GPP (Third Generation Partnership Project - проект партнерства третьего поколения), имеющие целью определение технологий и возможностей, которые смогли бы улучшить такие системы, как UMTS. Обычно префикс в виде заглавной или строчной буквы "Е" означает LTE. E-UTRAN состоит из eNB (E-UTRAN, или улучшенных узлов В), предоставляющих со стороны UE интерфейсы на основе протоколов плоскости пользователя (RLC/MAC/PHY) и управления (RRC). Узлы eNB взаимно соединены друг с другом с помощью так называемого интерфейса Х2, а также с помощью так называемого интерфейса S1 соединены с ЕРС (evolved packet core - усовершенствованная пакетная опорная сеть), например с ММЕ (mobility management entity - объект управления мобильностью) и UPE (user plane entity - объект плоскости пользователя), которые могут формировать шлюз доступа (access gateway, aGW). Интерфейс S1 поддерживает между MME/UPE и eNB отношение "многие-ко-многим", и обеспечивает функциональное разделение между ММЕ и UPE.
На фиг.2 показаны некоторые компоненты терминала 20 связи, который может являться либо терминалом 11 UE, либо беспроводным терминалом 12а RAN с фиг.1, т.е. тем, что здесь называется базовой станцией (и что охватывает базовую приемо-передающую станцию, узел В и eNB). Терминал связи содержит процессор 22 для управления работой устройства, в том числе всем вводом и выводом. Процессор, скорость/ синхронизация которого регулируется тактовым генератором 22а, может содержать BIOS (basic input/output system - базовая система ввода-вывода), а также драйверы устройств для управления пользовательским аудио и видео вводом и выводом, а также пользовательским вводом с клавиатуры. BIOS/драйверы устройств могут также допускать ввод и вывод с платы сетевого интерфейса. BIOS и/или драйверы устройств также обеспечивают управление вводом и выводом на радиоблок 25, содержащий приемопередатчик (TRX) 25b и интерфейс 25а TRX; интерфейс TRX может содержать один или более процессоров цифровых сигналов (digital signal processor, DSP), специализированные интегральные схемы (application specific integrated circuit, ASIC) и/или программируемые вентильные матрицы (field programmable gate array, FPGA). TRX обеспечивает беспроводную связь с другим аналогично оборудованным терминалом связи. Терминал связи может также содержать (в зависимости от применения) другие устройства ввода/вывода, такие как клавиатуру, мышь или другое указывающее устройство, видео дисплей, динамик/ микрофон, а также сетевой интерфейс (карту сетевого интерфейса), обеспечивающий проводную связь с другими терминалами связи и, в частности, связь через Интернет.
Как показано на фиг.2, терминал связи содержит энергозависимую (так называемую оперативную) память 23, а также энергонезависимую (долговременную) память 24. Процессор 22 может копировать хранящиеся в энергонезависимой памяти приложения (например, календарь или игру) для исполнения процессором. Процессор функционирует согласно операционной системе, и для этого процессор может загружать по меньшей мере часть операционной системы из долговременной памяти в оперативную память для активации соответствующей части операционной системы. Другие части операционной системы и, в частности, нередко по меньшей мере часть BIOS могут существовать в терминале связи в качестве программно-аппаратного обеспечения и тогда не копируются в оперативную память для исполнения. Такой частью операционной системы являются команды первоначальной загрузки.
Описанная ниже функциональность (как базовой станции системы радиодоступа, так и UE) может быть реализована в виде модулей программного обеспечения, хранящихся в энергонезависимой памяти и исполняемых процессором по мере надобности после копирования всей или части программного обеспечения в оперативную RAM (память произвольного доступа). Как вариант, предоставляемая таким программным обеспечением логика может также предоставляться в виде ASIC (специализированная интегральная схема). В случае программной реализации изобретение может быть предоставлено в виде компьютерного программного продукта, содержащего читаемую компьютером структуру для хранения данных с хранящимся на ней компьютерным программным кодом - т.е. программным обеспечением - для исполнения процессором компьютера. Примером является так называемый флоппи-диск с машиночитаемыми (читаемыми процессором) командами для выполнения способа согласно изобретению.
В частности, изобретение предоставляет процедуру произвольного доступа для ее использования оборудованием UE при получении выделения ресурса в канале SCH для передачи пользовательских данных в восходящем направлении и для использования базовой станцией сети радиодоступа при предоставлении выделения ресурса. Один или более вариантов осуществления изобретения предоставляют одну или более из следующих (независимых) особенностей процедуры произвольного доступа для сети радиодоступа, такой как, например, сеть E-UTRA, т.е. усовершенствованная версия сети UTRA, разрабатываемая в настоящий момент 3GPP (программа партнерства третьего поколения).
А. Идентификатор преамбулы в подтверждении приема преамбулы. Для получения выделения ресурса в SCH UE передает базовой станции по каналу RACH преамбулу к пакету сообщения произвольного доступа, включая в преамбулу сигнатуру (сигнатура ("подпись") обычно является псевдослучайным кодом, передаваемым обычно в виде сигнала длиной 1 мс, для временной идентификации UE и/или сообщения произвольного доступа). Затем UE посылает базовой станции сам пакет сообщения произвольного доступа по каналу SCH, но только после того, как базовая станция подтвердит (по каналу DSCCH (downlink shared control channel - нисходящему совместно используемому каналу управления)) прием преамбулы и предоставит выделение ресурса по каналу SCH для передачи пакета сообщения в восходящем направлении; при этом в подтверждении (в одном или более сообщениях, указывающих подтверждение) базовая станция предоставляет идентификатор преамбулы. (Преамбула может состоять только из сигнатуры - в этом случае сигнатура служит преамбулой - или может содержать также и другие компоненты.) Используя идентификатор преамбулы, базовая станция в случае ошибки при приеме может запросить UE повторно передать пакет сообщения произвольного доступа. Базовая станция может повысить вероятность обнаружения путем комбинирования повторенных передач (так называемым мягким комбинированием). Подробнее:
- UE передает преамбулу, содержащую (возможно, только) сигнатуру, по каналу произвольного доступа в одном из временно-частотных ресурсов, зарезервированных для преамбул.
- Если базовая станция (или узел В, или eNB) сети радиодоступа обнаруживает сигнатуру, она ассоциирует идентификатор преамбулы с сигнатурой и временно-частотным ресурсом, т.е. она хранит в хранилище данных таблицу или другую структуру данных, связывающую идентификатор преамбулы с сигнатурой и частотно-временным ресурсом.
- Затем базовая станция посылает индекс сигнатуры и, если необходимо, временной и частотный индекс преамбулы, а также идентификатор преамбулы, в качестве подтверждения приема.
- UE принимает одно или более сообщений, указывающих подтверждение приема (и предоставляющих идентификатор преамбулы и т.п.). UE проверяет индекс сигнатуры, частотный и временной индексы, и, если эти индексы соответствуют сигнатуре, частоте и времени передачи преамбулы, UE идентифицирует себя с идентификатором преамбулы и проверяет, выделены ли с этим подтверждением ресурсы.
- Базовая станция может выделить ресурс, т.е. время и частоту в канале SCH для пакета сообщения произвольного доступа, немедленно, или она может отложить выделение. Когда подходящий ресурс (время и частота на SCH) освобождается, базовая станция выделяет этот ресурс UE для передачи пакета сообщения, используя идентификатор преамбулы для направления этого выделения UE.
- UE передает пакет сообщения в выделенном базовой станцией ресурсе (частоте и времени в канале SCH) и включает в него временный адрес UE. Базовая станции ассоциирует пакет сообщения с его преамбулой на основе частоты и времени, использованных UE для передачи пакета сообщения.
- UE продолжает проверять, требует ли базовая станция повторной передачи, путем проверки наличия запросов на повторную передачу, содержащих идентификатор преамбулы. Проверка продолжается до приема UE подтверждения приема пакета сообщения (т.е. того, что базовая станция успешно декодировала пакет сообщения) или до истечения срока действия идентификатора преамбулы, что обычно может происходить через 10 мс после передачи преамбулы.
- Пакет сообщения содержит, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления изобретения, информационное поле, предоставляющее информацию, которую сеть радиодоступа может использовать при определении того, какой дальнейший ресурс выделить UE для передачи пользовательских данных в восходящем направлении. Пакет сообщения может также передавать пользовательские данные и сам по себе, и UE может и не требовать дальнейшего выделения ресурса на SCH. Если дальнейшее выделение ресурса требуется, сеть радиодоступа использует информационное поле при определении того, какой дальнейший ресурс в канале SCH следует выделить UE, и предоставляет UE выделение ресурса по каналу DSCCH, возможно используя содержащийся в пакете сообщения временный адрес (в случае, если UE имеет CRNTI) или CRNTI, данный UE в ответ на пакет сообщения произвольного доступа (в случае, если UE послало в сообщении произвольный идентификатор), или даже идентификатор преамбулы (в случае, если узел В выделяет CRNTI в ответе на преамбулу, т.е. в случае, если идентификатор преамбулы является новым CRNTI для UE).
Б. Скачкообразная перестройка частоты. Передача сообщения произвольного доступа распространяется на несколько субкадров с использованием одной узкой полосы частот в течение каждого субкадра, но со скачкообразной перестройкой частоты между субкадрами.
С точки зрения пользовательского оборудования заслуживающими внимания особенностями процедуры произвольного доступа согласно изобретению являются следующие: во-первых, UE получает идентификатор преамбулы из подтверждения преамбулы, во-вторых, выделение ресурса для сообщения произвольного доступа может осуществляться отдельно от подтверждения преамбулы, и, в-третьих, после посылки сообщения произвольного доступа UE должно попытаться обнаружить не только подтверждение сообщения, но и любые запросы на повторную передачу пакета сообщения произвольного доступа. Кроме того, передача отдельной преамбулы и/или пакета сообщения произвольного доступа может осуществляться со скачкообразной перестройкой частоты.
С точки зрения базовой станции заслуживающими внимания особенностями процедуры произвольного доступа согласно изобретению являются следующие: базовая станция назначает идентификатор преамбулы для обращения к UE, использует этот идентификатор преамбулы для запроса при необходимости повторной передачи и применяет HARQ (мягкое комбинирование) для декодирования пакета сообщения произвольного доступа (в канале SCH).
Преимущества
Преимуществом использования отдельных преамбулы и идентификатора преамбулы является то, что при приеме пакета сообщения произвольного доступа можно использовать HARQ. HARQ повышает вероятность обнаружения. Зона действия улучшается, а задержка уменьшается, поскольку в случае, если базовой станции не удалось успешно выполнить декодирование после первой передачи, UE не обязано начинать повторный процесс произвольного доступа с фазы преамбулы; UE просто повторно передает пакет сообщения, используя идентификатор преамбулы для определения того, что именно следует повторно передать.
Преимуществом использования скачкообразной перестройки частоты является получение хорошего частотного разноса и зоны действия с использованием меньшего количества ресурсов, чем в существующих системах, в которых сообщение передается в постоянном и широком частотном диапазоне. Скачкообразная перестройка частоты рандомизирует как затухание собственного сигнала UE, так и помехи: маловероятно, что условия затухания и помехи будут неблагоприятными на всех частотах последовательности перестройки частоты.
Идентификатор преамбулы, временный адрес и определение того, был ли подтвержден прием пакета сообщения
Следует отметить, что изобретение использует идентификатор преамбулы и временный адрес, но в разных целях. Идентификатор преамбулы выдается базовой станцией для запрашивания повторных передач пакета сообщения произвольного доступа. Временный адрес, который может быть произвольным адресом или временным специфичным для соты адресом, включается UE в пакет сообщения для того, чтобы UE могло однозначно идентифицировать сообщения, предназначенные именно этому UE. Если UE не имеет временного специфичного для соты адреса, то в качестве временного адреса UE выбирает произвольный адрес. После того как UE посылает временный адрес базовой станции в пакете сообщения произвольного доступа, оно читает нисходящий совместно используемый канал управления (DSCCH), осуществляя поиск выделения восходящих и нисходящих ресурсов, направленных этому UE с использованием идентификатора преамбулы этого UE. UE воспринимает выделение ресурса восходящей линии как указание того, что UE должно повторно передать свой пакет сообщения произвольного доступа. Выделение ресурса нисходящей линии означает, что базовая станция правильно (согласно проверке CRC) декодировала некий пакет сообщения произвольного доступа, но не обязательно пакет сообщения именно от этого UE. Выделение ресурса нисходящей линии указывает на ресурс нисходящего совместно используемого канала, который UE должно декодировать для получения временного адреса. Если временный адрес в нисходящем сообщении согласуется с временным адресом UE, UE знает, что процедура была осуществлена успешно. В противном случае, если временные адреса не согласуются, UE сконфигурировано прекратить процедуру, потому что если временные адреса не одинаковы, то, скорее, всего произошла коллизия преамбулы этого UE с преамбулой другого UE (т.е. и это, и другое UE использовали один и тот же временной интервал (слот) доступа). Чтобы получить произвольный адрес для использования в качестве временного специфичного для соты адреса, UE произвольным образом выбирает адрес из набора адресов, предоставленных сообщением Системной информации, передаваемым базовой станцией в широковещательном режиме, которое UE считывает после того, как оно приблизительно синхронизировалось с базовой станцией (согласно процедурам, не связанным с настоящим изобретением), т.е. синхронизировалось за исключением учета задержек распространения на основе расстояния между UE и базовой станцией.
Содержание пакета сообщения произвольного доступа
Необходимо сделать вероятность коллизии UE в канале SCH после процесса RACH очень малой, поскольку такие коллизии значили бы, что имеются UE, осуществляющие передачу с неправильным временным опережением и вызывающие внутрисотовые помехи. Для достижения достаточно низкой вероятности коллизии в течение процедуры произвольного доступа должен быть подтвержден достаточно длинный или однозначный адрес UE.
Для этого, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, пакет сообщения произвольного доступа (посылаемый no SCH) содержит следующее.
- Временный адрес (от 10 до 16 битов) - временный специфичный для соты адрес или служащий в качестве временного специфичного для соты адреса достаточно длинный произвольный адрес. Временный специфичный для соты адрес может использоваться вместо IMSI (International Mobile Subscriber Identity - международный идентификатор мобильного абонента), хранящегося в модуле идентификации абонента (Subscriber Identity Module, SIM), потому что передача IMSI излишне удлиняла бы сообщение.
- Небольшое (порядка байта или меньше) число информационных битов, которые могли бы использоваться сетью радиодоступа при дальнейшем выделении оборудованию UE ресурсов по каналу SCH.
- Слово CRC (Cyclic Redundancy Check - циклический избыточный контроль).
Информационные биты могут использоваться для указания потребности в (дальнейшем) выделении ресурсов связи по каналу SCH, например для срочного вызова. Кроме того, может быть приблизительно указано количество данных, подлежащих передаче по SCH.
Скачкообразная перестройка частоты и формат кадра пакета сообщения произвольного доступа
Для получения коротких задержек в процедуре произвольного доступа необходим хороший частотный разнос. Если с целью обеспечения достаточной зоны действия необходимо продлить пакет сообщения произвольного доступа на несколько субкадров, частотный разнос можно получить экономичным образом путем осуществления передачи в как можно более узкой полосе частот в течение каждого отдельного субкадра, но со скачкообразной перестройкой частоты между субкадрами. Это проиллюстрировано на фиг.3, где показан пакет сообщения, распространенный на четыре субкадра SCH, т.е. состоящий из четырех отрезков, каждый из которых занимает соответствующий субкадр. Пакет сообщения потребляет четыре ресурсных части в канале SCH, длиной 0,5 мс и шириной 312,5 кГц. (Такое минимальное выделение ресурса шириной 312,5 кГц по частоте является лишь примером. Временной кадр мог бы составлять два субкадра или мог бы, напротив, быть меньше одного субкадра.) Как показано на чертеже, отрезок сообщения состоит из пилотной, или сигнатурной, части и символов данных, т.е. полезной нагрузки, и после каждого отрезка следует защитное время / период (часть субкадра). Полная длина отрезка пакета сообщения, таким образом, составляет менее 0,5 мс (т.е. меньше одного субкадра SCH) из-за защитного времени, которое требуется потому, что на этой стадии связи UE (по меньшей мере, иногда) не имеет временного опережения. На фиг.3 также показана скачкообразная перестройка частоты преамбулы (в канале RACH).
Схема кодирования пакета сообщения должна предпочтительно быть такой, чтобы каждый субкадр был самодекодируемым. В наиболее простом примере в течение каждого из субкадров передаются идентичные символы. В хороших условиях базовой станции удалось бы успешно декодировать пакет сообщения из первого субкадра, что могло бы ускорить процедуру произвольного доступа, сэкономить ресурсы и уменьшить помехи, если бы базовая станция смогла передать подтверждение до того, как UE пошлет остаток пакета сообщения.
Можно рассмотреть и другие варианты длины отрезков пакета сообщения произвольного доступа. Например, отрезок может быть длиннее одного субкадра или даже короче одного субкадра. Также в передаче пакета сообщения UE могут существовать промежутки, когда UE молчит в течение одного или более субкадров между передаваемыми отрезками пакета сообщения. Это могло бы дать базовой станции время на прекращение передачи пакета сообщения в случае, если базовой станции удастся успешно декодировать пакет сообщения после получения только лишь первого отрезка.
Формат кадра пакета сообщения произвольного доступа согласно изобретению может использоваться в других случаях, когда временное опережение для связи между UE и базовой станцией является неопределенным, но UE уже получило специфичный для соты временный адрес. Таким случаем является хэндовер, осуществляемый в GSM. При этом UE получает через обслуживающую базовую станцию адрес целевой соты. Целевая базовая станция начинает выделять ресурсы восходящего направления, когда UE должно быть готовым к чтению нисходящего совместно используемого канала управления (DSCCH), несущего информацию о выделении ресурсов в восходящем канале связи. Первая передача осуществляется UE с форматом кадра, позволяющим иметь неопределенность времени опережения, таким как формат кадра пакета сообщения произвольного доступа согласно изобретению, т.е. UE начинает передачу в целевой соте, используя формат кадра данного изобретения, несмотря на то, что в случае хэндовера конкуренция за ресурс связи восходящего направления отсутствует.
Подробности иллюстративного варианта осуществления процедуры произвольного доступа с отдельной фазой преамбулы, т.е. с предоставлением базовой станцией идентификатора преамбулы с подтверждением приема (фиг.4)
На фиг.4 показан поток сигналов процедуры произвольного доступа согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В этом варианте для посылки преамбул в канале RACH зарезервированы слоты доступа. UE выбирает слот доступа и посылает на (обслуживающую) базовую станцию (eNB в E-UTRA) преамбулу с сигнатурой, выбранной из небольшого набора (например, из 16). Через фиксированный промежуток времени после приема преамбулы базовой станцией, т.е. после того как базовая станция фактически получит преамбулу, базовая станция посылает по DSCCH первое сообщение обратной связи (обозначенное на фиг.4 "ответ 1") - одно или более сообщений, служащих для подтверждения приема преамбулы, и включает в первый ответ дайджест сигнатуры или индекс сигнатуры (служащие для идентификации для UE преамбулы, прием которой подтверждается, - таким образом, первый ответ понимается пользовательским оборудованием как подтверждение приема, потому что первый ответ идентифицирует преамбулу с помощью включенной в преамбулу сигнатуры), поле подстройки мощности передачи, и короткий идентификатор, называемый здесь идентификатором преамбулы, а также указатель на ресурс в канале SCH для посылки пакета сообщения произвольного доступа (т.е. данных / полезной нагрузки). Необязательно давать указатель в том же сообщении, что и идентификатор преамбулы, потому что указатель может быть предоставлен UE в дополнительном сообщении (по-прежнему являющемся частью ответа 1), также адресованном UE с этим идентификатором преамбулы UE. Следует отметить, что ресурсы для пакета сообщения резервируются только после того, как базовая станция обнаружит преамбулу, а также что для UE с разными сигнатурами для передачи их пакетов сообщения будут выделены разные ресурсы. Ресурсы для преамбул и параметры специфичных для сот адресов даются в Системной информации, передаваемой базовой станцией в широковещательном режиме.
Теперь одно или более UE могут узнать себя по идентификатору преамбулы первого ответа и затем ассоциировать себя с этим идентификатором преамбулы (поскольку RACH является конкурентным ресурсом, т.е. он не используется совместно по механизму множественного доступа, возможна передача преамбулы несколькими UE одновременно). Каждое такое UE будет читать нисходящий совместно используемый канал управления (DSCCH), и, когда в DSCCH появится указание с помощью идентификатора преамбулы на ресурс в (восходящем) канале SCH, UE пошлет свой пакет сообщения произвольного доступа по этому ресурсу, используя нулевое временное опережение. Поля пакета сообщения - временный адрес, информационные биты и слово CRC - описаны выше. Вероятность того, что два UE будут иметь одинаковый временный адрес, мала, потому что адрес является либо уникальной, либо по меньшей мере относительно длинной произвольной битовой последовательностью. После успешного приема пакета сообщения базовая станция посылает второй ответ (обозначенный на фиг.2 "ответ 2"), содержащий временный адрес, значение временного опережения и указатель на дальнейший ресурс в канале SCH для продолжения передачи в восходящем направлении/ обмена сообщениями, при необходимости. После второго ответа обмен сообщениями продолжат только те терминалы UE, которые обнаружат свой временный адрес во втором ответе. Терминалы, которые успешно декодировали второй ответ, но не обнаружили в нем своего временного адреса, должны начать процедуру произвольного доступа сначала.
Если базовой станции не удастся декодировать пакет сообщения произвольного доступа от конкретного UE из одного или нескольких UE, она может запросить UE повторно передать пакет сообщения путем обращения к этому UE снова с помощью идентификатора преамбулы, используемого для обеспечения возможности базовой станции запрашивать повторную передачу, тогда как временный адрес применяется для разделения UE, выбравших одинаковую сигнатуру и слот доступа. Базовая станция может затем осуществить мягкое комбинирование символов последнего принятого от UE пакета сообщения произвольного доступа с символами более ранних передач, т.е. в процедуре произвольного доступа базовая станция может использовать обработку HARQ. Это значительно повышает вероятность обнаружения. Базовая станция может также оптимизировать задержку, запросив UE повторить передачу сообщения произвольного доступа перед тем, как попытаться декодировать его.
Идентификатор преамбулы может быть коротким (например, 5 битов), если заранее задано, что идентификатор преамбулы должен быть действительным в течение лишь короткого времени (например, 10 мс) после того, как он был ассоциирован базовой станцией с сигнатурой, обнаруженной базовой станцией в определенном временном и частотном ресурсе. Промежуток времени в 10 мс даст достаточно времени для того, чтобы осуществить несколько повторных передач части сообщения.
Посылать временное опережение в первом ответе может быть невыгодным, поскольку может оказаться, что два терминала UE, например терминал Х и терминал Y, послали преамбулу с одинаковой сигнатурой, но базовая станция обнаружила лишь преамбулу, посланную терминалом X. Временное опережение, подходящее для терминала Y, может сильно отличаться от подходящего для терминала X. Когда терминал Y осуществляет передачу с временным слотом, предназначенным для терминала X, передача может наложиться на предыдущий или более поздний временной слот. После указания адресов UE во втором ответе вероятность коллизии становится достаточно малой для применения временного опережения. Поэтому, как показано на фиг.4, временное опережение предоставляется во втором ответе, что является более выгодным.
Следует отметить, что в процедуре произвольного доступа согласно изобретению два UE посылают свои пакеты сообщения произвольного доступа по одному и тому же ресурсу (по каналу SCH), только если они выбрали одинаковую сигнатуру преамбулы.
Применение скачкообразной перестройки частоты является выгодным и при передаче пакета сообщения произвольного доступа. И (отдельная) преамбула, и пакет сообщения могут быть разделены на отрезки, передаваемые на различных частотах.
Иллюстративный пример
Ниже дан пример использования процедуры произвольного доступа согласно одному варианту осуществления изобретения в случае, когда UE использует процедуру произвольного доступа для запроса выделения ресурса в совместно используемом канале SCH для передачи пользовательских данных в восходящем направлении. (Хотя в этом примере UE использует пакет сообщения произвольного доступа только для указания потребности в выделении ресурса в SCH, чтобы базовая станция могла определить, сколько ресурсов требуется, изобретение также позволяет UE использовать информационные биты собственно пакета сообщения произвольного доступа для передачи пользовательских данных в восходящем направлении.)
Преамбула
Преамбула передается по каналу RACH в узкой полосе частот (например, ресурсном участке шириной 1,25 МГц/3) RACH, см. фиг.3. Ее длина задана равной двум субкадрам. Для увеличения частотного разноса, между субкадрами осуществляется скачкообразная перестройка частоты.
Символьная последовательность выбирается произвольно из набора сигнатур. Произвольный выбор производится заново для каждой повторной передачи. Набор доступных сигнатур дается в так называемой Системной информации, передаваемой базовой станцией в широковещательном режиме.
Применяется управление мощностью без обратной связи. Мощность передачи подстраивается в соответствии с измеренным затуханием в нисходящем направлении и требуемым уровнем мощности в приемнике базовой станции. Кроме того, если передачу преамбулы необходимо повторить, производится наращивание мощности. Параметры даются в Системной информации.
Плотность слотов доступа выбирается в соответствии с нагрузкой RACH и требованиями к задержке (ожидание первого слота доступа должно быть не слишком долгим).
Временное окно для выбора слота доступа растет экспоненциально с каждой повторенной передачей преамбулы, или используется какой-нибудь другой способ рандомизации времени передачи.
Подтверждение приема преамбулы
Подтверждение приема преамбулы предоставляется в Таблице выделения ресурсов, передаваемой по нисходящему совместно используемому каналу управления (DSCCH).
Базовая станция измеряет импульсный отклик для каждой сигнатуры и каждого слота доступа и посылает подтверждение в нисходящем направлении, если обнаруживает преамбулу.
Поля положительного подтверждения таковы:
- Номер сигнатуры или дайджест сигнатуры, которую послало UE. Номер слота доступа необязателен, если подтверждение может быть послано в нисходящем суб-кадре с фиксированным сдвигом относительно слота доступа. Даже с наибольшей шириной полосы частот системы перекрывающиеся (во времени) слоты доступа, которые можно разделить только по частоте, скорее всего не понадобятся.
- Выделение ресурса (в канале SCH) для пакета сообщения (т.е. временных и частотных слотов в SCH, для передачи из UE пакета сообщения произвольного доступа в восходящем направлении). Как упомянуто выше, выделение ресурса может быть отложено и послано отдельно от остальной части подтверждения.
- Короткий идентификатор преамбулы, который используется базовой станцией для запроса повторной передачи пакета сообщения.
- Подстройка мощности относительно мощности преамбулы. Предоставление (значения) временного опережения на данной стадии может быть невыгодным, поскольку в зависимости от нагрузки, количества сигнатур и количества слотов доступа может оказаться слишком вероятным, что два или более UE пошлют преамбулы в одинаковом слоте доступа и с одинаковыми сигнатурами. Значение временного опережения будет правильным только для одного из них.
Базовая станция может также послать отрицательное подтверждение: UE, пославшие преамбулу в этом слоте доступа, должны прекратить выполнение процедуры RACH. Этим предусматривается средство восстановления при перегрузке RACH.
Пакет сообщения произвольного доступа
Пакет сообщения произвольного доступа посылается по каналу SCH с использованием узкой полосы частот (например, ресурсном участке шириной 1,25 МГц/3) и протяженностью в несколько субкадров, со скачкообразной перестройкой частоты между субкадрами. Предполагаемое значение длины пакета - 4 субкадра. Продление на несколько субкадров кажется необходимым с целью выполнить требования к зоне действия.
Пример содержания пакета сообщения произвольного доступа:
- временный специфичный для соты адрес или произвольный адрес (например, 16 битов), если временного специфичного для соты адреса не существует;
- информационные биты, т.е. до 10 битов (или, возможно, больше) для информирования базовой станции о потребности в запрашиваемых ресурсах связи; и
- слово CRC (например, 12 или 16 битов).
Произвольный адрес должен быть достаточно длинным, потому что он разделяет все UE, пославшие преамбулы в одинаковом слоте доступа и с одинаковой сигнатурой.
Подтверждение приема пакета сообщения произвольного доступа
Подтверждение приема пакета сообщения произвольного доступа предоставляется в Таблице выделения ресурсов, передаваемой по совместно используемому каналу управления в нисходящем направлении. Если проверка CRC дает отрицательный результат, то базовая станция может запросить повторную передачу пакета сообщения, используя идентификатор преамбулы, предоставленный ею в подтверждении приема преамбулы. Если проверка CRC дает положительный результат, для адреса UE (временного специфичного для соты или произвольного) подтверждается прием. Если UE послало произвольный адрес, дается временный специфичный для соты адрес.
После приема подтверждения пакета сообщения произвольного доступа можно использовать временное опережение, потому что временный специфичный для соты адрес идентифицирует UE уникально, а произвольный адрес - почти уникально.
Выделение ресурса (в канале SCH) для сообщения восходящего направления может быть дано в качестве обычного элемента SCH в Таблице выделения ресурсов.
Обсуждение
Таким образом, в этом иллюстративном примере, где UE пытается получить выделение ресурса в канале SCH, UE посылает преамбулу с сигнатурой по каналу RACH. Базовая станция подтверждает прием по каналу DSCCH, посылая идентификатор преамбулы, индекс сигнатуры (который также называется номером сигнатуры) (хотя вместо него может быть послан и дайджест сигнатуры), чтобы UE знало, что подтверждение относится именно к его преамбуле, и посылая выделение ресурса канала SCH (совместно используемый канал) (временного слота и частоты на SCH) для передачи пакета сообщения произвольного доступа (который может содержать сообщение, отличное от сообщения, содержащегося в идентификаторе преамбулы). Затем UE посылает в выделенном временном слоте и на выделенной частоте пакет сообщения (содержащий информационное поле, указывающее на потребность в дальнейшем выделении ресурса в канале SCH) с идентификатором преамбулы. Может произойти коллизия, потому что другое UE могло послать преамбулу с идентичными параметрами и таким образом получить для сообщения произвольного доступа то же выделение ресурса SCH. UE включает в пакет сообщения временный адрес, который базовая станция может использовать для идентификации UE. Базовая станция запрашивает от UE повторы по необходимости, используя канал DSCCH, если она не может декодировать пакет сообщения (возможно, используя в своих попытках декодирования мягкое комбинирование / HARQ), и базовая станция использует идентификатор преамбулы для адресации запросов на повтор этому UE. (Какой именно идентификатор преамбулы использовать, базовая станция узнает на основе частоты и времени, использованных UE для передачи пакета сообщения.) Базовая станция успешно декодирует пакет сообщения и затем осуществляет дальнейшее выделение ресурса канала SCH для UE (по каналу DSCCH), и это дальнейшее выделение ресурса адресуется UE с использованием адреса, который UE включило в пакет сообщения, или с использованием идентификатора преамбулы или временного специфичного для соты идентификатора, который базовая станция предоставляет UE в подтверждении приема сообщения произвольного доступа.
Заключение
Следует понимать, что вышеописанные варианты лишь иллюстрируют применение принципов настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут, не выходя за пределы сущности настоящего изобретения, разработать и другие варианты и многочисленные модификации; такие варианты и модификации охватываются следующей формулой изобретения.