РАНДОМИЗАЦИЯ ПРОБ ДОСТУПА ДЛЯ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
RANDOMISATION OF ACCESS TRIALS FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Это изобретение относится к рандомизации проб доступа от расположенных рядом мобильных терминалов, осуществляемой с целью уменьшения коллизий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В мире сотовых телекоммуникаций специалисты в данной области техники часто используют термины 1G, 2G и 3G. Термины относятся к поколению используемой сотовой технологии. 1G относится к первому поколению, 2G - ко второму поколению, а 3G - к третьему поколению.
1G относится к аналоговым телефонным системам, известным как телефонные системы AMPS (усовершенствованные системы мобильной связи). 2G обычно используется применительно к распространенным во всем мире цифровым сотовым системам, включающим в себя CDMAOne, глобальную систему для мобильных коммуникаций (GSM) и систему многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Системы 2G могут поддерживать в зоне высокой плотности большее число пользователей, чем системы 1G.
3G обычно относится к разрабатываемым в настоящее время цифровым сотовым системам. Концептуально эти системы связи 3G подобны одна другой, однако имеют некоторые существенные отличия.
На фиг.1 представлена архитектура 1 сети беспроводной связи. Для получения доступа к сетевым службам абонент использует мобильную станцию (MS) 2. MS 2 может представлять собой портативный блок связи типа мобильного сотового телефона, блок связи, установленный на транспортном средстве, или стационарный блок связи.
Электромагнитные волны для MS 2 передаются приемопередающей системой (BTS) 3, также известной как узел B. В состав BTS 3 входят радиоустройства, такие как антенны и оборудование для передачи и приема радиоволн. Контроллер (BSC) 4 в составе BS 6 принимает передачи от одной или более систем BTS. BSC 4 обеспечивает управление и координацию радиопередач от каждой BTS 3 путем обмена сообщениями с BTS и центром коммутации мобильной связи (MSC) 5 или внутренней IP-сетью. Системы BTS 3 и BSC 4 являются элементами базовой станции (BS) 6.
BS 6 обменивается сообщениями и передает данные в опорную сеть с коммутацией каналов (CSCN) 7 и опорную сеть с пакетной коммутацией (PSCN) 8. CSCN 7 обеспечивает традиционную речевую связь, а PSCN 8 - интернет-приложения и мультимедийные услуги.
Центр коммутации мобильной связи (MSC) 5 в составе CSCN 7 обеспечивает переключение для традиционной речевой связи в направлении к/от MS 2 и может сохранять информацию для поддержки этих возможностей. MS 2 может быть подключена к одной или более станций BS 6, а также и к другим сетям общего пользования, например к коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) (не показанной) или цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) (не показанной). Для поиска информации, необходимой при передаче речевых сообщений в направлении к/от гостевого абонента, используется гостевой регистр местоположения (VLR) 9. VLR 9 может находиться в MSC 5 и может обслуживать более чем один MSC.
Идентификатор пользователя передается в домашний регистр местоположения (HLR) 10 в составе CSCN 7 для регистрации информации об абоненте, например электронного серийного номера (ESN), спискового номера мобильного абонента (MDN), информации о профилях, текущего местоположения и периода аутентификации. Центр аутентификации (AC) 11 координирует аутентификационную информацию, относящуюся к MS 2. AC 11 может находиться внутри HLR 10 и может обслуживать более чем один HLR. Интерфейс между MSC 5 и HLR/AC 10, 11 представляет собой стандартный интерфейс IS-41 18.
Узел обслуживания пакетных данных (PDSN) 12 в составе PSCN 8 обеспечивает маршрутизацию трафика пакетных данных в направлении к/от MS 2. PDSN 12 устанавливает, поддерживает и завершает сеансы работы канального уровня со станциями MS 2 и может взаимодействовать с одной или более станциями BS 6 и одной или более сетями PSCN 8.
Сервер 13 аутентификации, авторизации и учета (AAA) позволяет реализовать функции аутентификации, авторизации и учета по интернет-протоколу, связанные с трафиком пакетных данных. Домашний агент (HA) 14 обеспечивает аутентификацию IP-регистраций MS 2, переадресовывает пакетные данные в направлении к/от внешнего агента (FA) 15 в составе PDSN 8 и принимает регистрационную информацию для пользователей от AAA 13. HА 14 может также устанавливать, поддерживать и завершать засекреченную связь с PDSN 12 и присваивать динамический адрес IP. PDSN 12 обменивается данными с AAA 13, HА 14 и интернетом 16 через внутреннюю IP-сеть.
Существует несколько типов схем многостанционного доступа, в частности многостанционный доступ с разделением частот (FDMA), многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). В FDMA каналы связи пользователей разделены по частоте, например, путем использования каналов шириной 30 кГц. В TDMA каналы связи пользователей разделены по частоте и по времени, например, путем использования каналов шириной 30 кГц с 6 временными слотами. В CDMA каналы связи пользователей разделены цифровым кодом.
В CDMA все пользователи работают в одном и том же спектре шириной, например, 1,25 МГц. Каждый пользователь имеет уникальный идентификатор в виде цифрового кода, и цифровые коды разделяют пользователей, чтобы предотвратить интерференцию.
Для передачи одного бита информации сигнал CDMA использует несколько чипов (элементарных сигналов). Каждый пользователь имеет уникальную комбинацию чипов, являющуюся по существу кодовым каналом. Восстановление бита осуществляется путем объединения большого числа чипов согласно известной комбинации чипов пользователя. Другие кодовые комбинации пользователя оказываются случайными и объединяются в самоподавляемой форме и поэтому не оказывают влияния на решения, принимаемые при декодировании битов согласно соответствующей кодовой комбинации пользователя.
Входные данные комбинируются с помощью быстрой расширяющей последовательности и передаются в виде расширенного потока данных. Приемник использует ту же самую расширяющую последовательность для выделения исходных данных. Фиг.2A иллюстрирует процесс расширения и сжатия. Как показано на фиг.2B, для создания уникальных надежных каналов может быть использовано множество расширяющих последовательностей.
Одним типом расширяющей последовательности является код Уолша. Каждый код Уолша имеет длину 64 чипа и является полностью ортогональным всем другим кодам Уолша. Коды характеризуются простой генерацией и достаточно небольшими размерами, позволяющими хранить их в постоянной памяти (ROM).
Другим типом расширяющей последовательности является короткий PN-код. Короткий PN-код состоит из двух PN-последовательностей (I и Q), каждая из которых имеет длину 32768 чипов и генерируется в таких же 15-разрядных регистрах сдвига, отличающихся числом ответвлений. Эти две последовательности скремблируют информацию по фазовым каналам I и Q.
13
Еще одним типом расширяющей последовательности является длинный PN-код. Длинный PN-код генерируется в 42-разрядном регистре и имеет длину более 40 суток или приблизительно 4×10 чипов. Вследствие своего размера длинный PN-код не может храниться в ROM терминала и поэтому генерируется почиповым способом.
Каждая MS 2 кодирует свой сигнал с помощью длинного PN-кода и маски уникального смещения или общего длинного кода, вычисляемой с использованием длинного PN-кода ESN из 10 битов и 32 битов, задаваемого системой. Маска общего длинного кода создает уникальный сдвиг. Маска частного длинного кода может быть использована для повышения уровня секретности. При объединении в течение такого короткого периода, как 64 чипа, MS 2 с различными длинными PN-кодами окажутся фактически ортогональными.
Связь при CDMA использует прямые и обратные каналы. Прямой канал используется для сигналов от BTS 3 к MS 2, а обратный канал используется для сигналов от MS к BTS.
Прямой канал использует свой характерный назначенный код Уолша и характерное PN-смещение для сектора с одним пользователем, у которого одновременно может быть множество типов каналов. Прямой канал идентифицируется своей РЧ несущей для CDMA, уникальным PN-смещением короткого кода сектора и уникальным кодом Уолша пользователя. Прямые каналы CDMA включают в себя пилотный канал, канал синхронизации, каналы вызова и каналы трафика.
Пилотный канал представляет собой "структурный маяк", который содержит не поток символов, а последовательность импульсов, используемую для обнаружения системы и в качестве измерительного устройства в процессе переключений. Пилотный канал использует 0-й код Уолша.
Канал синхронизации переносит поток данных по идентификации системы и информации о параметрах, используемых MS 2 в процессе обнаружения системы. Канал синхронизации использует 32-й код Уолша.
Каналов вызова может быть от одного до семи в зависимости от требуемой пропускной способности. Канал вызова переносит сигналы персонального вызова, информацию о параметрах системы и команды на установление соединения. Каналы вызова используют 1-7-й коды Уолша.
Каналы трафика предоставлены индивидуальным пользователям для переноса трафика вызовов. Каналы трафика используют любые оставшиеся коды Уолша в соответствии с общей пропускной способностью, ограниченной шумом.
Обратный канал используется для сигналов от MS 2 к BTS 3 и использует код Уолша и смещение длинной PN-последовательности, характерной для MS с одним пользователем, который одновременно может передавать многочисленные типы каналов одновременно. Обратный канал идентифицируется своей РЧ несущей для CDMA и уникальным PN-смещением длинного кода отдельной MS 2. Обратные каналы включают в себя каналы трафика и каналы доступа.
Отдельные пользователи используют каналы трафика в процессе установленных соединений для передачи трафика в направлении к BTS 3. По существу канал обратного трафика представляет собой маску пользовательского общего или частного длинного кода, и число каналов обратного трафика равно числу терминалов CDMA.
До установления соединения MS 2 использует каналы доступа для передачи запросов на регистрацию, запросов на установление соединений, ответов на персональные вызовы, ответов на команды и другой сигнальной информации. По существу канал доступа представляет собой смещение общего длинного кода, уникального для сектора BTS 3. Каналы доступа объединяются в пары с каждым каналом вызова, образуя до 32 каналов доступа.
Связь при CDMA обеспечивает много преимуществ. Некоторые из преимуществ - это с переменной скоростью кодирование речевых сигналов и мультиплексирование, управление мощностью, использование RAKE-приемников и мягкого переключения.
CDMA позволяет использовать вокодеры с переменной скоростью кодирования для сжатия речи, снизить скорость передачи битов и значительно повысить пропускную способность. Кодирование с переменной скоростью обеспечивает полную скорость передачи битов в течение разговора, низкие скорости передачи данных в течение пауз в разговоре, повышенную пропускную способность и естественный звук. Мультиплексирование позволяет смешивать в CDMA-кадрах речевую информацию, сигнализацию и вторичные данные пользователя.
Путем использования регулировки мощности BTS 3 непрерывно снижает интенсивность потока чипов в полосе частот каждого пользовательского прямого канала. При возникновении ошибок в прямой линии связи конкретной MS 2 запрашивается больше энергии и обеспечивается быстрое увеличение подаваемой энергии, после чего подача энергии вновь снижается.
Использование RAKE-приемника позволяет MS 2 использовать в каждом кадре объединенные выходные сигналы трех корреляторов трафика или каналов RAKE-приемника. Каждый канал RAKE-приемника может осуществлять независимое восстановление конкретного PN-смещения и кода Уолша. Каналы приема могут быть настроены на задержанные многолучевые отражения различных систем BTS 3 с помощью поискового устройства, осуществляющего непрерывный контроль пилот-сигналов.
MS 2 управляет мягким переключением. MS 2 непрерывно проверяет доступные пилот-сигналы и сообщает в BTS 3 о поступающих в настоящее время пилот-сигналах. BTS 3 назначает максимум до шести секторов, а MS 2 назначает в соответствии с этим свои каналы приема. Все сообщения передаются в режиме dim-and-burst без шумоподавления. Каждый конец линии связи выбирает лучшую конфигурацию на покадровой основе с переключением каналов, прозрачным для пользователей.
Система cdma2000 является широкополосной системой с радиоинтерфейсом расширения спектра третьего поколения (3G), использующей усовершенствованный потенциал услуг технологии CDMA для продвижения возможностей передачи данных типа доступа к интернету и интрасети, мультимедийных приложений, высокоскоростных бизнес-операций и телеметрии. Особенность cdma2000 как систем другого, третьего, поколения заключается в экономии ресурсов сетей и технологии радиопередачи данных, позволяющей преодолевать ограничения конечной доступности спектра радиочастот.
Фиг.3 иллюстрирует уровень 20 архитектуры протоколов каналов передачи данных для беспроводной сети cdma2000. Уровень 20 архитектуры протоколов каналов передачи данных включает в себя верхний уровень 60, канальный уровень 30 и физический уровень 21.
Верхний уровень 60 включает в себя три подуровня: подуровень 61 услуг передачи данных, подуровень 62 речевых услуг и подуровень 63 услуг сигнализации. Услуги 61 передачи данных представляют собой услуги по доставке данных любой формы от имени мобильного конечного пользователя и включают в себя приложения пакетных данных типа IP-услуги, приложений канальных данных типа асинхронной факсимильной связи и услуг эмуляции B-ISDN и SMS. Речевые услуги 62 включают в себя доступ к PSTN, речевые услуги между мобильными объектами и интернет-телефонию. Сигнализация 63 управляет всеми аспектами работы мобильных объектов.
Подуровень 63 услуг сигнализации обрабатывает все сообщения, которыми обмениваются MS 2 и BS 6. Эти сообщения управляют такими функциями, как установление и разрушение соединения, переключение с одной базовой станции на другую, активация характеристик, конфигурирование системы, регистрация и аутентификация.
В MS 2 подуровень 63 услуг сигнализации отвечает также за сохранение состояний процесса вызова, в частности состояния инициализации MS 2, свободного состояния MS 2, состояния доступа к системе и управления состоянием канала трафика со стороны MS 2.
Канальный уровень 30 подразделяется на подуровень 32 управления доступом к каналу (LAC) и подуровень 31 управления доступом к среде (MAC). Канальный уровень 30 обеспечивает поддержку протоколов и механизмы управления для услуг передачи данных и выполняет функции, необходимые для отображения потребностей верхнего уровня 60 по передаче данных в специальные возможности и характеристики физического уровня 21. Канальный уровень 30 может рассматриваться как интерфейс между верхним уровнем 60 и физическим уровнем 21.
Разделение подуровней MAC 31 и LAC 32 мотивировано потребностью поддержки широкого диапазона услуг верхнего уровня 60 и требованием предоставления услуг передачи данных с высокой эффективностью и низким временем задержки в широком диапазоне рабочих характеристик, в частности от 1,2 кбит/с до более чем 2 Мбит/с. Другие факторы мотивации заключаются в потребности поддержки высокого качества обслуживания (QoS) - качества услуг доставки канальных и пакетных данных, таких как ограничения на допустимые задержки и/или BER (частоту передачи ошибочных битов), и в растущей потребности на усовершенствованные мультимедийные услуги, каждая из которых имеет различные требования по QoS.
Подуровень LAC 32 требуется для обеспечения надежной функции управления передачей при последовательной доставке по двухточечной линии 42 радиопередачи. Подуровень LAC 32 организует каналы связи точка-точка между объектами верхнего уровня 60 и обеспечивает инфраструктуру для поддержки широкого диапазона различных сквозных надежных протоколов канального уровня 30.
Подуровень LAC 32 обеспечивает корректную доставку сообщений сигнализации. Функции включают в себя гарантированную доставку в случае необходимости подтверждения приема, негарантированную доставку в случае отсутствия необходимости подтверждения приема, двойной прием сообщений, адресный контроль для доставки сообщения отдельной MS 2, сегментацию сообщений на фрагменты подходящих размеров для передачи по физической среде, сборку и подтверждение достоверности принимаемых сообщений и глобальную аутентификацию запросов.
Подуровень MAC 31 усовершенствует комплексные мультимедийные мультисервисные возможности беспроводных систем 3G возможностями управления QoS для каждой активной услуги. Подуровень MAC 31 обеспечивает процедуры для управления доступом услуг пакетных и канальных данных к физическому уровню 21, включая управление конкуренцией как среди множества услуг от отдельного пользователя, так и среди конкурирующих пользователей в беспроводной системе. Подуровень MAC 31 также выполняет отображение между логическими каналами и физическими каналами, мультиплексирует данные от множества источников на единичные физические каналы и обеспечивает разумно достоверную передачу по уровню радиоканала с использованием протокола радиоканала (RLP) 33 для уровня надежности с негарантированной доставкой. Пакетный протокол радиосигнализации (SRBP) 35 является протоколом сообщений сигнализации без установления соединения. Мультиплексирование и управление 34 QoS отвечает за принудительную реализацию взаимодействующих уровней QoS посредством конфликтующих запросов от конкурирующих услуг и соответствующей установки приоритетов запросов доступа.
Физический уровень 21 отвечает за кодирование и модуляцию данных, передаваемых по воздуху. Физический уровень 20 обрабатывает цифровые данные от более высоких уровней с целью обеспечения возможности надежной передачи этих данных по мобильному радиоканалу.
Физический уровень 21 отображает данные пользователя и сигнализацию, которые подуровень MAC 31 доставляет по множеству каналов передачи, в физические каналы и передает информацию по радиоинтерфейсу. В направлении передачи функции, выполняемые физическим уровнем 21, включают в себя кодирование, перемежение, скремблирование, расширение и модуляцию каналов. В направлении передачи функции являются обратными для того, чтобы восстановить передаваемые данные в приемнике.
На фиг.4 представлена схема обработки вызова. Обработка вызова включает в себя обработку пилотного канала и канала синхронизации, обработку канала вызова, обработку канала доступа и обработку канала трафика.
Обработка пилотного канала и канала синхронизации относится к осуществляемой MS 2 обработке пилотного канала и канала синхронизации для захвата и синхронизации с системой CDMA в состоянии инициализации MS 2. Обработка канала вызова относится к осуществляемому MS 2 мониторингу канала вызова или прямого общего канала управления (F-CCCH) для приема дополнительных служебных сообщений и сообщений, направляемых мобильному объекту, от BS 6 в свободном состоянии. Обработка канала доступа относится к осуществляемой MS 2 пересылке сообщений к BS 6 по каналу доступа или расширенному каналу доступа в состоянии доступа к системе и осуществляемыми BS 6 постоянному прослушиванию этих каналов и пересылке ответов на MS или по каналу вызова, или по F-CCCH. Обработка канала трафика относится к обмену информацией между BS 6 и MS 2 с использованием выделенных каналов прямого и обратного трафика и переносу пользовательской информации типа речи и данных в состоянии управления каналом трафика со стороны MS 2.
Фиг.5 иллюстрирует состояние инициализации MS 2. Состояние инициализации включает в себя подсостояние определения системы, захват пилотного канала, захват канала синхронизации, подсостояние изменения синхронизации и свободное состояние мобильной станции.
Определение системы - это процесс осуществляемого MS 2 принятия решения, от какой системы получать услугу. Процесс может включать в себя решения типа аналоговая система против цифровой, сотовая система против PCS и несущая A против несущей B. Управление определением системы может осуществляться с помощью заказного процесса выбора. Управление определением системы может также осуществлять поставщик услуг с использованием процесса переадресации. После выбора системы MS 2 должна определить, на каком канале в пределах этой системы искать услугу. Как правило, для выбора канала MS 2 использует список каналов по приоритетам.
Захват пилотного канала - это процесс, в результате которого MS 2 сначала получает информацию о синхронизации системы путем поиска приемлемых пилот-сигналов. Пилот-сигналы не содержат никакой информации, но MS 2 может обеспечить совмещение своей собственной синхронизации путем корреляции с пилотным каналом. По окончании этой корреляции MS 2 синхронизируется с каналом синхронизации и может считывать сообщение канала синхронизации для дальнейшего усовершенствования своей синхронизации. MS 2 разрешается проводить поиск в течение 15 секунд на одном пилотном канале прежде, чем она объявляет сбой и возвращается к определению системы для выбора или другого канала, или другой системы. Процедура поиска не стандартизирована, и время захвата системы зависит от реализации.
В cdma2000 на одном канале может быть множество пилотных каналов типа пилотного канала OTD, пилотного канала STS и Вспомогательного пилотного канала. Во время захвата системы MS 2 не будет обнаруживать ни одного из этих пилотных каналов, так как они используют различные коды Уолша, а MS осуществляет поиск только 0-го кода Уолша.
Сообщение канала синхронизации непрерывно передается по каналу синхронизации и обеспечивает MS 2 информацией для усовершенствования синхронизации и считывания канала вызова. Мобильный объект принимает информацию от BS 6 в сообщении канала синхронизации, которое позволяет ему определить, сможет ли он обмениваться информацией с этой BS или нет.
В Свободном Состоянии MS 2 принимает один из каналов вызова и обрабатывает сообщения на этом канале. Дополнительные служебные сообщения или сообщения конфигурации подвергаются сравнению с хранимыми порядковыми номерами, чтобы гарантировать, что MS 2 имеет самые последние параметры. Контроль сообщений к MS 2 осуществляется для определения предполагаемого абонента.
BS 6 может поддерживать множество каналов вызова и/или множество каналов (частот) CDMA. MS 2 использует хеш-функцию на основе своего IMSI, чтобы определить, мониторинг каких канала и частоты следует осуществлять в свободном состоянии. BS 6 использует ту же самую хеш-функцию, чтобы определить, какие канал и частоту следует использовать при вызове MS 2.
Использование индекса цикла слотов (SCI) в канале вызова и на F-CCCH поддерживает слотированный вызов. Основная цель слотированного вызова заключается в сбережении мощности аккумуляторной батареи в MS 2. Как MS 2, так и BS 6 согласуют, в каких слотах будет осуществляться персональный вызов MS. В течение неназначенных слотов MS 2 может выключить питание некоторых из своих электрических схем обработки. Для персонального вызова мобильного объекта по F-CCCH может быть использовано или общее сообщение персонального вызова, или универсальное сообщение персонального вызова. Также поддерживается быстрый канал вызова, который позволяет MS 2 включать питание на более короткий промежуток времени, чем это возможно с использованием только слотированного вызова в F-PCH или F-CCCH.
Фиг.6 иллюстрирует состояние доступа к системе. Первый этап в процессе доступа к системе должен обновить дополнительную служебную информацию, чтобы гарантировать использование станцией MS 2 корректных параметров канала доступа, таких как уровень начальной мощности и шаговое приращение мощности. MS 2 случайным образом выбирает канал доступа и осуществляет передачу без координации с BS 6 или другой MS. Такая процедура случайного доступа может приводить к коллизиям. Для снижения вероятности коллизии может быть предпринято несколько шагов, таких как использование слотированной структуры, использование канала многостанционного доступа, передача в случайные начальные моменты времени и использование контроля перегрузки, например, классов перегрузки.
MS 2 может пересылать по каналу доступа или запрос, или ответное сообщение. Запрос представляет собой сообщение, отправляемое в автономном режиме типа начального сообщения. Ответ - это сообщение, отправляемое в соответствии с сообщением, полученным от BS 6. Например, ответное сообщение персонального вызова - это ответ на общее или универсальное сообщение персонального вызова.
Попытка доступа, которая относится ко всему процессу пересылки одного инкапсулированного PDU Уровня 2 и приема подтверждения для PDU, состоит из одной или более последующих попыток доступа, как показано на фиг.7. Последующая попытка доступа включает в себя, как показано на фиг.8, совокупность последовательностей проб доступа. Последовательности в пределах последующей попытки доступа отделены случайным интервалом отсрочки передачи (RS) и задержкой передачи запроса (PD). PD используют только применительно к запросу на канал доступа, а не к ответу.
Фиг.9 иллюстрирует состояние доступа к системе, в котором предотвращение коллизий обеспечивается путем использования смещения слотов 0-511.
Подуровень 34 мультиплексирования и управления QoS имеет как функцию передачи, так и функцию приема. Функция приема комбинирует информацию от различных источников типа услуг 61 передачи данных, услуг 63 сигнализации или речевых услуг 62 и формирует блоки SDU и PDCHCF SDU физического уровня для передачи. Функция приема разделяет информацию, содержащуюся в физическом уровне 21, и блоки PDCHCF SDU и направляет информацию к корректному объекту типа услуг 61 передачи данных, сигнализации 63 верхнего уровня или речевых услуг 62.
Подуровень 34 мультиплексирования и управления QoS работает в синхронизации с физическим уровнем 21. Если физический уровень 21 осуществляет передачу с ненулевым смещением кадров, то подуровень 34 мультиплексирования и управления QoS доставляет блоки SDU физического уровня для передачи с помощью физического уровня с соответствующим смещением кадров относительно системного времени.
Подуровень 34 мультиплексирования и управления QoS доставляет блоки SDU физического уровня 21 к физическому уровню с использованием набора примитивов интерфейса услуг, характерных для физического канала. Физический уровень 21 доставляет блок SDU физического уровня к подуровню 34 мультиплексирования и управления QoS в результате работы интерфейса услуг индикации приема, характерных для физического канала.
Подуровень SRBP 35 включает в себя процедуры канала синхронизации, прямого общего канала управления, канала управления передачей, канала вызова и канала доступа.
Подуровень LAC 32 предоставляет услуги уровню 3 60. Блоки SDU передаются между уровнем 3 60 и подуровнем LAC 32. Подуровень LAC 32 обеспечивает соответствующую инкапсуляцию блоков SDU в блоки LAC PDU, которые подвергаются сегментации и сборке и передаются в виде инкапсулированных фрагментов PDU к подуровню MAC 31.
Обработка на подуровне LAC 32 выполняется последовательно, причем обрабатывающие объекты передают частично сформированный LAC PDU один другому в твердо установленном порядке. Блоки SDU и PDU обрабатываются и передаются по функциональным маршрутам при отсутствии необходимости обязательного "знания" радиохарактеристик физических каналов для верхних уровней. Однако верхние уровни могут "знать" характеристики физических каналов и могут ориентировать уровень 2 30 на использование некоторых физических каналов для передачи некоторых блоков PDU.
Система 1xEV-DO оптимизирована для услуги передачи пакетных данных и характеризуется одной несущей в 1,25 МГц ("1x") только для данных или оптимизированных данных ("DO"). Кроме того, пиковая скорость передачи данных в прямом канале составляет 4,9152 Мбит/с, а в обратном - 1,8432 Мбит/с. Более того, система 1xEV-DO обеспечивает разделение полос частот и организацию межсетевого взаимодействия с помощью системы 1x. Фиг.10 иллюстрирует сравнение cdma2000 для системы 1x и системы 1xEV-DO.
В системе cdma2000 имеются конкурирующие услуги, при этом речь и данные передаются совместно на скорости передачи данных, максимальное значение которой составляет 614,4 кбит/с, а фактическое - 307,2 кбит/с. MS 2 обменивается с MSC 5 информацией о речевых вызовах, а с PDSN 12 - о вызовах данных. Система cdma2000 характеризуется постоянной скоростью при переменной мощности и каналом прямого трафика с отдельным кодом Уолша.
В системе 1xEV-DO максимальная скорость передачи данных составляет 2,4 Мбит/с или 3,072 Мбит/с и нет никакой связи с опорной сетью 7 с коммутацией каналов. Система 1xEV-DO характеризуется постоянной мощностью и переменной скоростью и имеет один прямой канал, который мультиплексируется с разделением по времени.
Фиг.11 иллюстрирует архитектуру системы 1xEV-DO. В системе 1xEV-DO кадр состоит из 16 слотов с 600 слот/с и имеет длительность 26,67 мс или 32768 чипов. Один слот имеет длину 1,6667 мс и содержит 2048 чипов. Канал управления/трафика имеет 1600 чипов в слоте, пилотный канал имеет 192 чипа в слоте, а канал MAC имеет 256 чипов в слоте. Система 1xEV-DO обеспечивает более простую и более быструю оценку канала и временную синхронизацию.
Фиг.12 иллюстрирует архитектуру протокола системы 1xEV-DO, используемого по умолчанию. Фиг.13 иллюстрирует архитектуру протокола системы 1xEV-DO, отличного от используемого по умолчанию.
Информация, относящаяся к сеансу в системе 1xEV-DO, включает в себя набор протоколов, используемых MS 2 или терминалом доступа (AT) и BS 6 или сетью доступа (AN) по воздушной линии связи, уникальный идентификатор терминала доступа (UATI), конфигурацию протоколов, используемых AT и AN по воздушной линии связи и оценку текущего местоположения AT.
Прикладной уровень обеспечивает негарантированную доставку, при которой сообщение пересылается один раз, и надежную доставку, при которой может быть осуществлена повторная передача сообщения один или более раз. Потоковый уровень обеспечивает возможность мультиплексирования до 4 (по умолчанию) или 255 (не по умолчанию) прикладных потоков для одного AT 2.
Сеансовый уровень гарантирует, что сеанс работы все еще остается действительным, и управляет закрытием сеанса, задает процедуры начального назначения UATI, поддерживает адреса AT и согласует/обеспечивает протоколы, используемые во время сеанса, и параметры конфигурации для этих протоколов.
Фиг.14 иллюстрирует организацию сеанса 1xEV-DO. Как показано на фиг.14, организация сеанса включает в себя конфигурирование адресов, организацию соединения, конфигурирование сеансов и обмен ключами.
Конфигурирование адресов относится к протоколу управления адресами, назначающему UATI и маску подсети. Организация соединения относится к протоколам соединительного уровня, устанавливающим радиолинию. Конфигурирование сеансов относится к протоколу конфигурирования сеансов, конфигурирующих все сеансы. Обмен ключами относится к протоколу обмена ключами на уровне безопасности, устанавливающем ключи для аутентификации.
"Сеанс" относится к логической линии связи между AT 2 и RNC, который остается открытым в течение многих часов - по умолчанию 54 часа. Сеанс продолжается также в течение активности сеанса PPP. Управление и поддержка информацией сеанса осуществляется с помощью RNC в AN 6.
При открытии соединения AT 2 может быть назначен канал прямого трафика и назначаются канал обратного трафика и обратный канал регулировки мощности. Во время одного сеанса возможно установление множества соединений.
Соединительный уровень управляет начальным захватом сети и связями. Кроме того, соединительный уровень сохраняет приблизительное местоположение AT 2 и управляет радиолинией между AT 2 и AN 6. Более того, соединительный уровень выполняет наблюдение, назначает приоритеты и инкапсулирует передаваемые данные, принимаемые от сеансового уровня, направляет данные, расположенные по приоритетам, к уровню безопасности и декапсулирует данные, принимаемые от уровня безопасности, и пересылает их к сеансовому уровню.
Фиг.15 иллюстрирует протоколы соединительного уровня. Как показано на фиг.15, протоколы включают в себя состояние инициализации, свободное состояние и состояние установленного соединения.
В состоянии инициализации AT 2 захватывает AN 6 и активирует протокол состояния инициализации. В свободном состоянии инициируется закрытое соединение, и протокол свободного состояния активируется. В состоянии установленного соединения инициируется открытое соединение, и протокол установленного соединения активируется.
Закрытое соединение относится к состоянию, при котором AT 2 не назначаются никакие ресурсы выделенной воздушной линии связи, и связь между AT и AN 6 осуществляется по каналу доступа и каналу управления. Открытое соединение относится к состоянию, при котором AT 2 может быть назначен канал прямого трафика, назначается обратный канал регулировки мощности и канал обратного трафика, и связь между AT 2 и AN 6 осуществляется по этим назначенным каналам так же, как по каналу управления.
Протокол состояния инициализации выполняет действия, связанные с захватом AN 6. Протокол свободного состояния выполняет действия, связанные с AT 2, который захватил AN 6, но не имеет открытого соединения типа слежения за местоположением AT с использованием протокола обновления маршрутов. Протокол состояния установленного соединения выполняет действия, связанные с AT 2, который имеет открытое соединение типа управления радиолинией между AT и AN 6 и координации процедур, приводящих к закрытому соединению. Протокол обновления маршрутов выполняет действия, связанные со слежением за местоположением AT 2 и поддержкой радиолинии между AT и AN 6. Протокол служебных сообщений транслирует основные параметры типа сообщений QuickConfig, SectorParameters и AccessParameters по каналу управления. Протокол объединения пакетов объединяет и назначает приоритеты для пакетов для передачи как функция их назначенных приоритета и канала трафика так же, как обеспечение демультиплексирования пакета на стороне приемника.
Уровень безопасности включает в себя функцию обмена ключами, функцию аутентификации и функцию шифрования. Функция обмена ключами обеспечивает процедуры, которым следуют AN 2 и AT 6 для аутентификации трафика. Функция аутентификации обеспечивает процедуры, которым следуют AN 2 и AT 6 для обмена ключами защиты для аутентификации и шифрования. Функция шифрования обеспечивает процедуры, которым следуют AN 2 и AT 6 для шифрования трафика.
Прямая линия связи 1xEV-DO характеризуется полным отсутствием поддержки регулировки мощности и мягкого переключения. AN 6 ведет передачу на постоянной мощности, и AT 2 запрашивает переменные скорости в прямой линии связи. Поскольку при TDM различные пользователи могут вести передачу в различные моменты времени, то реализовать диверсификацию передачи от различных станций BS 6, предназначенных для одного пользователя, трудно.
На уровне MAC два типа сообщений, поступающих с более высоких уровней, переносятся через физический уровень, в частности сообщение данных пользователя и сообщение сигнализации. Для обработки этих двух сообщений используются два протокола, в частности протокол MAC канала прямого трафика для сообщения данных пользователя и протокол MAC канала управления для сообщения сигнализации.
Физический уровень 21 характеризуется скоростью расширения 1,2288 Мчип/с, кадром, состоящим из 16 слотов и 26,67 мс, со слотом 1,67 мс и 2048 чипов. Прямой канал линии связи включает в себя пилотный канал, канал прямого трафика или канал управления и канал MAC.
Пилотный канал подобен пилотному каналу cdma2000, в котором все биты информации имеют значение "0" и которому назначено расширение Уолша W0 со 192 чипами на слот.
Канал прямого трафика характеризуется скоростью передачи данных, меняющейся от 38,4 кбит/с до 2,4576 Мбит/с или от 4,8 кбит/с до 4,9152 Мбит/с. Передача пакетов физического уровня может осуществляться в 1-16 слотах, и при выделении более чем одного слота передаваемые слоты используют 4-слотовое перемежение. При приеме подтверждения ACK на обратном канале ACK линии связи до передачи всех выделенных слотов остальные слоты не передаются.
Канал управления подобен каналу синхронизации и каналу вызова в cdma2000. Канал управления характеризуется периодом 256 слотов или 426,67 мс, длиной пакета физического уровня 1024 бита или 128, 256, 512 и 1024 бита и скоростью передачи данных 38,4 кбит/с, или 76,8 кбит/с, или 19,2 кбит/с, 38,4 кбит/с или 76,8 кбит/с.
Обратная линия связи 1xEV-DO характеризуется тем, что AN 6 может регулировать мощность обратной линии связи путем использования регулировки мощности в обратном канале, и более чем одна AN может принимать передачи терминалов AT 2 с помощью мягкого переключения. Кроме того, в обратной линии связи нет никакого TDM, и канализация этой линии связи осуществляется кодом Уолша с использованием длинного PN-кода.
Канал используется AT 2 для инициирования связи с AN 6 или ответа на сообщение, направленное AT. Каналы доступа включают в себя пилотный канал и канал передачи данных.
AT 2 пересылает последовательность проб доступа по каналу доступа до приема ответа от AN 6 или срабатывания таймера. Проба доступа включает в себя преамбулу и один или более пакетов физического уровня канала доступа. Базовая скорость передачи данных в канале доступа составляет 9,6 кбит/с, но доступны и более высокие скорости передачи данных - 19,2 кбит/с и 38,4 кбит/с.
В случае когда более чем один AT 2 вызывается с использованием одного и того же пакета канала управления, передача проб доступа может осуществляться одновременно и возможны коллизии пакета. Задача усложняется в случае, когда терминалы AT 2 являются размещенными рядом, работают в режиме группового вызова или имеют близкие задержки распространения сигнала.
Одна причина возможности коллизии заключается в неэффективности теста на продолжение передачи запросов традиционными способами. Поскольку AT 2 может требовать короткого времени установления соединения, то при использовании теста на продолжение передачи запросов вызываемый AT может передавать пробы доступа одновременно с другим вызываемым AT.
Традиционные способы, использующие тест на продолжение передачи запросов, являются неприемлемыми, так как каждый AT 2, который требует короткого времени на установление соединения и/или работает в режиме группового вызова, может иметь одну и ту же длительность передачи запросов, задаваемую, как правило, равной 0. В случае расположения рядом терминалов AT 2 типа работы в режиме группового вызова пробы доступа достигают AN 6 одновременно, что приводит к коллизиям доступа и увеличению времени установления соединения.
Поэтому существует потребность в более эффективном подходе к передаче проб доступа от расположенных рядом мобильных терминалов, требующих короткого времени установления соединения. Настоящее изобретение направлено на удовлетворение этой и других потребностей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Признаки и преимущества изобретения будут сформулированы в приводимом ниже описании и частично станут очевидными из описания или могут быть выяснены при практическом использовании изобретения. Цели и другие преимущества изобретения будут реализованы и достигнуты с помощью структуры, в частности, отмечаемой в тексте описания и формуле изобретения, а также на прилагаемых чертежах.
Изобретение касается создания устройства и способа для уменьшения коллизий проб доступа от расположенных рядом мобильных терминалов. Коллизии могут быть предотвращены путем рандомизации времени пересылки проб доступа.
Одним объектом настоящего изобретения является способ обеспечения соединения с мобильным терминалом в системе мобильной связи. Способ включает в себя этап передачи одной или более проб доступа, где каждая из одной или более проб доступа запрашивает соединение с сетью, и пробы доступа передаются до получения подтверждения сетевого соединения, причем каждая из одной или более проб доступа передается в соответствии со случайной задержкой, которая вычисляется до передачи каждой пробы доступа и имеет значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением.
Предполагается, что способ включает в себя этап передачи каждой из проб доступа в соответствии со случайной задержкой и временной опорой мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что предварительно определенные минимальное и максимальное значения заданы в соответствии с требованием по качеству обслуживания (QoS) мобильного терминала, местоположением мобильного терминала, отношением между мобильным терминалом и другими мобильными терминалами и/или категорией обслуживания мобильного терминала.
Предполагается, что предварительно определенные минимальное и максимальное значения совпадают с предварительно определенными минимальным и максимальным значениями для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала, который имеет то же самое QoS, что и мобильный терминал, или расположен рядом с мобильным терминалом. Кроме того, предполагается, что случайная задержка содержит некоторое количество чипов.
Предполагается, что диапазон случайных задержек между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением совпадает с диапазоном случайных задержек для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала и не перекрывает диапазон случайных задержек для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что или предварительно определенное минимальное значение, или предварительно определенное максимальное значение совпадает с соответствующим одним из предварительно определенного минимального значения и предварительно определенного максимального значения, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала.
Предполагается, что способ включает в себя этап приема односторонне предварительно определенных минимального значения и максимального значения из сети. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап согласования предварительно определенных минимального значения и максимального значения с сетью.
Предполагается, что способ включает в себя этап обновления предварительно определенных минимального значения и максимального значения в случае изменения требования по качеству обслуживания (QoS) мобильного терминала, местоположения мобильного терминала, отношения между мобильным терминалом и другими мобильными терминалами и/или категории обслуживания мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап передачи каждой из проб доступа в соответствии с задержкой, содержащей случайную задержку и смещение доступа, причем до получения подтверждения сетевого соединения смещение доступа является постоянным.
Предполагается, что способ включает в себя этап случайного выбора одного из множества смещений доступа, назначенных мобильному терминалу. Кроме того, предполагается, что каждой из проб доступа назначен номер пробы доступа и способ дополнительно включает в себя этап вычисления случайной задержки в соответствии с идентификатором пользователя и/или номером пробы доступа.
Предполагается, что способ включает в себя этап вычисления случайной задержки с использованием хеш-функции. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап использования нормальной временной шкалы для каналов трафика после обеспечения соединения. В предпочтительном варианте способ включает в себя этап непередачи первой из проб доступа в соответствии со случайной задержкой.
Предполагается, что способ дополнительно содержит этап приема сообщения вызова из сети. Кроме того, предполагается, что категория обслуживания является классом "платиновый", классом "золотой" или классом "серебряный".
Другой объект настоящего изобретения представляет собой способ обеспечения соединения с мобильным терминалом в системе мобильной связи. Способ включает в себя этап передачи первой последовательности, содержащей определенное число проб доступа, причем каждая из проб доступа запрашивает соединение с сетью и последовательно передается до тех пор, когда либо получено подтверждение сетевого соединения, либо переданы все пробы доступа первой последовательности, причем каждая из проб доступа первой последовательности передается в соответствии со случайной задержкой, причем случайная задержка вычисляется до передачи каждой пробы доступа как значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением, и этап передачи, по меньшей мере, второй последовательности, содержащей определенное число проб доступа, в случае неполучения подтверждения сетевого соединения после передачи первой последовательности, причем каждая из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, передается в соответствии со случайной задержкой, имеющей значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением.
Предполагается, что способ включает в себя этап передачи каждой из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, в соответствии со случайной задержкой, вычисляемой до передачи каждой пробы доступа. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап передачи каждой из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, в соответствии с той же самой случайной задержкой, что и предварительно вычисленная для соответствующей пробы доступа в первой последовательности.
Предполагается, что каждой из проб доступа, составляющих первую последовательность, и каждой из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, назначен номер пробы доступа, каждой из первой последовательности и, по меньшей мере, второй последовательности назначен номер последовательности проб доступа, и способ дополнительно содержит этап вычисления случайной задержки в соответствии с идентификатором пользователя, номером пробы доступа и/или номером последовательности проб доступа. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап вычисления случайной задержки с использованием хеш-функции.
Предполагается, что способ включает в себя этап использования нормальной временной шкалы для каналов трафика после обеспечения соединения. Кроме того, предполагается, что способ включает в себя этап непередачи первой из проб доступа первой и второй последовательностей в соответствии со случайной задержкой.
Другим объектом настоящего изобретения является мобильный терминал. Мобильный терминал включает в себя блок передачи/приема, адаптированный для передачи одной или более проб доступа в сеть, блок отображения, адаптированный для отображения информации пользовательского интерфейса, блок ввода, адаптированный для ввода пользовательских данных, и блок обработки, адаптированный для обработки сообщений вызова, генерации проб доступа и управления блоком передачи/приема для передачи проб доступа до получения подтверждения сетевого соединения, причем каждая из проб доступа запрашивает соединение с сетью и передается в соответствии со случайной задержкой, которая вычисляется до передачи каждой пробы доступа и имеет значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для передачи каждой из проб доступа в соответствии со случайной задержкой и временной опорой мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что предварительно определенные минимальное и максимальное значения заданы в соответствии с требованием по качеству обслуживания (QoS) мобильного терминала, местоположением мобильного терминала, отношением между мобильным терминалом и другими мобильными терминалами и/или категорией обслуживания мобильного терминала.
Предполагается, что предварительно определенные минимальное и максимальное значения совпадают с предварительно определенными минимальным и максимальным значениями для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала, который имеет то же самое QoS, что и упомянутый мобильный терминал, или расположен рядом с упомянутым мобильным терминалом. Кроме того, предполагается, что случайная задержка содержит некоторое количество чипов.
Предполагается, что диапазон случайных задержек между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением совпадает с диапазоном случайных задержек для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала и не перекрывает диапазон случайных задержек для, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что или предварительно определенное минимальное значение, или предварительно определенное максимальное значение совпадает с соответствующим одним из предварительно определенного минимального значения и предварительно определенного максимального значения, по меньшей мере, одного другого мобильного терминала.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для приема односторонне предварительно определенных минимального значения и максимального значения из сети. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для согласования предварительно определенных минимального значения и максимального значения с сетью.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для обновления предварительно определенных минимального значения и максимального значения в случае изменения требования по качеству обслуживания (QoS) мобильного терминала, местоположения мобильного терминала, отношения между мобильным терминалом и другими мобильными терминалами и/или категории обслуживания мобильного терминала. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для передачи каждой из проб доступа в соответствии с задержкой, содержащей случайную задержку и смещение доступа, причем до получения подтверждения сетевого соединения смещение доступа является постоянным.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для случайного выбора одного из множества смещений доступа, назначенных мобильному терминалу. Кроме того, предполагается, что каждой из проб доступа назначен номер пробы доступа, и блок обработки дополнительно адаптирован для вычисления случайной задержки в соответствии с идентификатором пользователя и/или номером пробы доступа.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для вычисления случайной задержки с использованием хеш-функции. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для использования нормальной временной шкалы для каналов трафика после обеспечения соединения с сетью.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для непередачи первой из проб доступа в соответствии со случайной задержкой. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для генерации первой последовательности, содержащей определенное число проб доступа, и управления блоком передачи/приема для последовательной передачи первой последовательности до получения подтверждения сетевого соединения или до окончания передачи всех проб доступа, составляющих первую последовательность, причем каждая из проб доступа запрашивает соединение с сетью и передается в соответствии со случайной задержкой, которая вычисляется до передачи каждой пробы доступа и имеет значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением, а также для генерации, по меньшей мере, второй последовательности, содержащей определенное число проб доступа, и управления блоком передачи/приема для передачи второй последовательности в случае неполучения подтверждения сетевого соединения после передачи первой последовательности, причем каждая из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, передается в соответствии со случайной задержкой, имеющей значение между предварительно определенным минимальным значением и предварительно определенным максимальным значением.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для передачи проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, в соответствии со случайной задержкой, вычисляемой до передачи каждой пробы доступа. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для передачи каждой из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, в соответствии с той же самой случайной задержкой, что и предварительно вычисленная для соответствующей пробы доступа в первой последовательности.
Предполагается, что каждой из проб доступа, составляющих первую последовательность, и каждой из проб доступа, составляющих, по меньшей мере, вторую последовательность, назначен номер пробы доступа, каждой из первой последовательности и, по меньшей мере, второй последовательности назначен номер последовательности проб доступа, а блок обработки дополнительно адаптирован для вычисления случайной задержки в соответствии с идентификатором пользователя, номером пробы доступа и/или номером последовательности проб доступа. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для вычисления случайной задержки с использованием хеш-функции.
Предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для использования нормальной временной шкалы для каналов трафика после обеспечения соединения. Кроме того, предполагается, что блок обработки дополнительно адаптирован для непередачи первых проб доступа первой и второй последовательностей в соответствии со случайной задержкой.
Предполагается, что блок передачи/приема дополнительно адаптирован для приема сообщения вызова из сети. Кроме того, предполагается, что категория обслуживания является классом "платиновый", классом "золотой" или классом "серебряный".
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут сформулированы в приводимом ниже описании и частично станут очевидными из описания или могут быть выяснены при практическом использовании изобретения. Следует понимать, что и предшествующее общее описание, и следующее подробное описание согласно настоящему изобретению являются типичными и носят объяснительный характер и предназначены для дополнительного объяснения патентуемого изобретения.
Эти и другие примеры осуществления также станут без труда очевидными специалистам в данной области техники из приводимого ниже подробного описания примеров осуществления, сопровождаемого ссылками на прилагаемые фигуры, причем изобретение не ограничивается никакими конкретными раскрываемыми примерами осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, предназначенные для обеспечения более полного понимания изобретения и включенные в состав описания изобретения и составляющие его часть, поясняют примеры осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. Признаки, элементы и объекты изобретения, ссылки на которые имеют одни и те же цифровые обозначения на различных фигурах, представляют собой те же самые эквивалентные или подобные признаки, элементы или объекты согласно одному или более примерам осуществления.
Фиг.1 иллюстрирует архитектуру сети беспроводной связи.
Фиг.2A иллюстрирует процесс расширения и сжатия при CDMA.
Фиг.2B иллюстрирует процесс расширения и сжатия при CDMA с использованием множества расширяющих последовательностей.
Фиг.3 иллюстрирует уровень архитектуры протоколов каналов передачи данных для беспроводной сети cdma2000.
Фиг.4 иллюстрирует обработку вызова в cdma2000.
Фиг.5 иллюстрирует состояние инициализации cdma2000.
Фиг.6 иллюстрирует состояние доступа к системе cdma2000.
Фиг.7 иллюстрирует попытку доступа к традиционной cdma2000.
Фиг.8 иллюстрирует последующую попытку доступа к обычной cdma2000.
Фиг.9 иллюстрирует состояние доступа к обычной системе cdma2000 с использованием смещения слотов.
Фиг.10 иллюстрирует сравнение cdma2000 для 1x и 1xEV-DO.
Фиг.11 иллюстрирует уровень архитектуры сети для беспроводной сети 1xEV-DO.
Фиг.12 иллюстрирует архитектуру протокола сети 1xEV-DO, используемого по умолчанию.
Фиг.13 иллюстрирует архитектуру протокола сети 1xEV-DO, отличного от используемого по умолчанию.
Фиг.14 иллюстрирует организацию сеанса с 1xEV-DO.
Фиг.15 иллюстрирует протоколы уровня с установлением соединения сети 1xEV-DO.
Фиг.16 иллюстрирует последовательность проб доступа согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17 иллюстрирует структуру пробы доступа согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18 - блок-схема мобильной станции или терминала доступа согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение касается устройства и способа для уменьшения коллизий проб доступа от расположенных рядом мобильных терминалов путем рандомизации времени пересылки проб доступа. Хотя настоящее изобретение иллюстрируется в отношении мобильного терминала, предполагается, что настоящее изобретение может использоваться в любое время, когда требуется уменьшение коллизий сигналов, передаваемых от расположенных рядом устройств связи.
Настоящее изобретение касается случайного доступа, в частности случайного доступа, выполняемого в соответствии с максимальным параметром задержки на основе QoS или других факторов типа класса обслуживания и положения мобильного терминала. Когда мобильные терминалы в традиционной системе, принимающие сообщение по одному и тому же каналу вызова и находящиеся близко один от другого, обращаются к системе, эти терминалы для сокращения времени соединения выполняют случайный доступ на основе одной и той же длительности передачи запросов. Однако такой подход к длительности передачи запросов приводит к коллизиям проб доступа.
Требование быстрого соединения мобильного терминала обуславливает необходимость более эффективного подхода к передаче проб доступа. Настоящее изобретение направлено не только на уменьшение коллизий проб доступа среди мобильных терминалов в одной и той же группе, но также и межгрупповых коллизий.
В дополнение к подходу к классификации мобильных терминалов по разным группам на основе местоположения обеспечивается разделение по QoS и GoS (категории обслуживания). В соответствии с этим представлены несколько подходов к уменьшению коллизий проб доступа. Пробы доступа от расположенных рядом мобильных терминалов, достигающие сети с разнесением во времени в несколько чипов, минимизируют коллизии проб доступа и обеспечивают быстрое установление соединения без использования передачи запросов на доступ.
Согласно настоящему изобретению мобильный терминал, обозначенный как AT_k, вычисляет случайную задержку AccessDelay_k в чипах между минимальным значением задержки MinAccessDelay_k и максимальным значением задержки MaxAccessDelay_k. Случайная задержка AccessDelay_k затем используется для задержки времени начала передачи проб доступа от AT_k. Минимальное значение задержки MinAccessDelay_k может быть выбрано равным "0" или другому значению меньше максимального значения задержки.
Определение максимального значения задержки MaxAccessDelay_k для каждого AT 2 может осуществляться с учетом требования по QoS мобильного терминала, местоположения мобильного терминала и отношения между мобильным терминалом и другими мобильными терминалами или категории обслуживания мобильного терминала типа "платиновой", "золотой" и "серебряной". Кроме того, мобильным терминалам, которые требуют одного и того же QoS или расположены рядом, как, например, при работе в режиме группового вызова, может быть назначено одно и то же значение MaxAccessDelay_k, где индекс "k" обозначает индекс для группы мобильных терминалов. Поэтому каждый мобильный терминал или группа может иметь свой собственный диапазон случайных задержек, являющийся рандомизированным между минимальной задержкой MinAccessDelay_k и максимальной задержкой MaxAccessDelay_k.
i, ∀k, i
Диапазон возможных значений случайной задержки между минимальной задержкой MinAccessDelay_k и максимальной задержкой MaxAccessDelay_k для группы "k" или для AT_k не может перекрываться с диапазоном возможных значений задержки между минимальной задержкой Min_AccessDelay_i и максимальной задержкой MaxAccessDelay_i для группы i или AT_i, где k≠.
Максимальная задержка MaxAccessDelay_k может быть определена сетью и предоставлена мобильному терминалу или может быть согласована между сетью и мобильным терминалом. Максимальная задержка MaxAccessDelay_k может адаптивно обновляться сетью или мобильным терминалом с изменением в статусе или требованиях сети или мобильного терминала.
Фиг.16 иллюстрирует последовательности проб доступа, генерируемых согласно настоящему изобретению. Фиг.17 иллюстрирует структуру пробы доступа согласно настоящему изобретению. Каждому мобильному терминалу может быть назначено одно или более значений AccessOffset. Когда мобильный терминал принимает решение об отправке пробы доступа, он может случайным образом выбрать одно из значений AccessOffset.
p
Полная задержка доступа TotalAccessDelay_K терминала AT_K является суммой показанного на фиг.17 AccessOffset_K и случайной задержки AccessDelay_k каждой пробы. Для минимизации вероятности коллизий доступа случайная задержка AccessDelay_k (τ) должна быть рандомизирована для каждой пробы доступа. Иными словами, случайная задержка AccessDelay_k может быть постоянной до завершения последовательности проб или успешного выполнения доступа.
Каждой группе или мобильному терминалу может быть назначен детерминированный параметр рандомизации с достаточным разделением параметров рандомизации, назначенным каждой группе или мобильному терминалу, позволяющим предотвратить или минимизировать коллизии. Параметр рандомизации для каждой пробы доступа каждого мобильного терминала может быть одним и тем же или может отличаться и может быть сконфигурирован сетью или путем согласования между мобильным терминалом и сетью.
Перед пересылкой пробы доступа мобильный терминал может осуществить зондирование интересующих каналов доступа. В случае обнаружения существования пробы доступа мобильный терминал временно приостановит передачу своей пробы доступа и будет ждать другое время доступа.
Случайная задержка AccessDelay_k может быть вычислена с использованием хеш-функции на основе идентификатора мобильного терминала и/или номера пробы. Возможные значения хеш-функции могут быть основаны на 8-чиповых приращениях, чтобы минимизировать коллизии доступа и обеспечить более широкое окно поиска.
Например, максимальная задержка MaxAccessDelay может составлять 0, 8, 16, 24 или любое другое число, кратное 8. Кроме того, может быть использовано значение по умолчанию 0. Мобильные терминалы переключаются назад к нормальной временной шкале для каналов трафика.
Начальная попытка доступа может не использовать процесс рандомизации. Сеть может задавать окно поиска доступа согласно или радиусу соты, или максимальной задержке MaxAccessDelay_k. Кроме того, окна поиска трафика могут быть заданы согласно рандомизации, используемой конкретным мобильным терминалом.
Фиг.18 иллюстрирует блок-схему мобильной станции (MS) или терминала 100 доступа согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения. AT 100 включает в себя процессор (или цифровой процессор сигналов) 110, РЧ модуль 135, модуль 105 управления питанием, антенну 140, аккумуляторную батарею 155, дисплей 115, клавиатуру 120, память 130, SIM-карту 125 (по выбору), динамик 145 и микрофон 150.
Пользователь вводит справочную информацию типа номера телефона, например, путем нажатия кнопки клавиатуры 120 или активации голосом с использованием микрофона 150. Микропроцессор 110 принимает и обрабатывает эту справочную информацию для выполнения соответствующей функции типа набора номера телефона. Извлечь рабочие данные для выполнения этой функции можно из модуля идентификации абонента (SIM-карты 125) или из модуля 130 памяти. Кроме того, процессор 110 может отображать справочную и рабочую информацию на дисплее 115 для пользовательской справки и удобства.
Процессор 110 вырабатывает справочную информацию, направляемую к РЧ модулю 135, чтобы инициировать связь, например передает радиосигналы, содержащие данные речевой связи. РЧ модуль 135 включает в себя приемник и передатчик для приема и передачи радиосигналов. Антенна 140 облегчает передачу и прием радиосигналов. После приема радиосигналов модуль РЧ 135 может передать и преобразовать сигналы в базовую частоту для обработки с помощью процессора 110. Обработанные сигналы преобразуются в звуковую или считываемую информацию, выводимую, например, через динамик 145. Процессор 110 также включает в себя протоколы и функции, необходимые для выполнения различных процессов, описываемых в данном документе применительно к системам cdma2000 или 1xEV-DO.
Процессор 110 адаптирован для выполнения способа, предлагаемого в данном документе для рандомизации времени пересылки проб доступа. Процессор управляет РЧ модулем 135 для передачи последовательностей проб доступа, структура которых представлена на фиг.17, как показано на фиг.18.
Настоящее изобретение описано со ссылками на cdma2000, 1xEV-DO и cdma2000 NхEV-DO, однако оно может также быть использовано и в случае других применяемых систем связи.
Существует, по меньшей мере, два типичных прикладных сценария, где традиционный тест на сохранение состояния не может работать, а подходы согласно настоящему изобретению могут работать хорошо. Первый сценарий имеет место в случае, когда вызов множества терминалов осуществляется с использованием одного и того же пакета канала управления, и требуется короткое время установления соединения, так что эти терминалы передают пробы доступа одновременно с одной и той же длительностью сохранения состояния, задаваемой, как правило, равной 0. Второй сценарий имеет место в случае расположения рядом множества терминалов в режиме группового вызова и желания быстрого установления соединения, так что задержки распространения сигнала у этих мобильных терминалов являются одними и теми же. Мобильные терминалы должны быть разделены по разным группам на основе QoS, GoS или других возможных критериев в дополнение к их географическим местоположениям так, чтобы для разных групп можно было задать различные пределы задержек доступа.
Дополнительное усовершенствование способов рандомизации проб доступа для минимизации коллизий проб доступа согласно настоящему изобретению достигается с учетом требований по QoS или/и GoS (категории обслуживания) мобильного терминала. Использование настоящего изобретения позволяет достичь рандомизации проб доступа для отдельных мобильных терминалов и групп мобильных терминалов в дополнение к посекторному подходу, при котором все мобильные терминалы в секторе совместно используют одно и то же значение максимальной задержки MaxAccessDelay. В результате появляется возможность достижения большей гибкости в работе.
Настоящее изобретение обеспечивает уменьшение времени установления соединения для расположенных рядом мобильных терминалов, работающих в режиме группового вызова, вызов которых осуществляется одновременно. Без способа рандомизации согласно настоящему изобретению все расположенные рядом мобильные терминалы, работающие в режиме группового вызова, получают доступ к сети в пределах нескольких чипов, что приводит к коллизиям проб доступа и удлиняет время установления соединения. Кроме того, уменьшение коллизий проб доступа может быть достигнуто даже в случае поддержки способов согласно настоящему изобретению только частью расположенных рядом мобильных терминалов.
Поскольку настоящее изобретение может быть реализовано в нескольких формах в пределах его существа или основных характеристик, следует также понимать, что описанные выше примеры осуществления не ограничиваются ни одной из деталей приведенного описания в случае ее задания иным путем и скорее должны иметь расширительное толкование в пределах его сущности и объема, определенных прилагаемой формулой изобретения, и поэтому все изменения и дополнения в пределах и границах формулы изобретения или эквивалентов таких пределов и границ подразумеваются как охватываемые прилагаемой формулой изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Приведенные варианты осуществления и преимущества являются всего-навсего типичными и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Идея настоящего изобретения может быть без труда использована применительно к другим типам устройств. Подразумевается, что описание настоящего изобретения носит иллюстративный характер и не предназначено для ограничения объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники очевидны многие варианты, модификации и изменения. В формуле изобретения части формулы изобретения "средство плюс функция" предназначены для защиты описанной в данном документе структуры как выполняющей рассмотренную функцию и не только структурных эквивалентов, но также и эквивалентных структур.