СКРЕМБЛИРОВАНИЕ ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ ВО ВРЕМЯ ПРОИЗВОЛЬНОГО ДОСТУПА
SCRAMBLING THE UPLINK DURING RANDOM ACCESS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Область техники относится к мобильной радиосвязи и, в частности, - к осуществлению связи по восходящей линии связи, в которой участвуют мобильные радиотерминалы в системе мобильной радиосвязи.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Универсальная система мобильной связи (UMTS) является асинхронной системой мобильной связи 3-го поколения (3G), работающей с помощью широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (WCDMA), основанной на европейских системах, глобальной системе связи с подвижными объектами (GSM) и пакетной радиосвязи общего назначения (GPRS). Система долгосрочного развития (LTE) UMTS разрабатывается Проектом партнерства 3-го поколения (3GPP), который стандартизировал UMTS. Существует множество технических спецификаций, которые находятся на вебсайте 3GPP, относящихся к эволюционному универсальному наземному радиодоступу (E-UTRA) и к сети эволюционного универсального наземного радиодоступа (E-UTRAN), например, 3GPP TS 36.300. Цель работы LTE состоит в разработке структуры для развития технологии радиодоступа 3GPP в направлении высокоскоростной передачи данных, с низким временем ожидания и оптимизированной для пакетов технологии радиодоступа. В частности, LTE нацеливается на поддержку услуг, обеспечиваемых в области связи с коммутацией пакетов (PS). Главной целью технологии LTE 3GPP является обеспечение высокоскоростной пакетной связи со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или выше.
Фиг.1 показывает пример системы 10 мобильной связи типа LTE. E-UTRAN 12 включает в себя узлы E-UTRAN NodeB (eNodeB или eNB) 18, которые обеспечивают завершение протокола в пользовательской плоскости и в управляющей плоскости E-UTRA для пользовательского оборудования (UE) 20 по радиоинтерфейсу. Хотя eNB является логическим узлом, часто, но не обязательно воплощаемым с помощью физической базовой станции, термин «базовая станция» используется в данной работе, чтобы в общем случае охватывать и логические, и физические узлы. UE иногда упоминается как мобильный радиотерминал, и в состоянии ожидания он контролирует системную информацию, передаваемую к eNB в пределах диапазона, для получения информации о базовых станциях-«кандидатах» в зоне обслуживания. Когда UE необходим доступ к услугам сети радиодоступа, оно посылает запрос по каналу произвольного доступа (RACH) к соответствующему узлу eNB, обычно к eNB с самыми благоприятными условиями радиосвязи. Узлы eNB связаны друг с другом посредством интерфейса X2. eNB также подключены посредством интерфейса S1 к ядру эволюционной пакетной системы (EPC) 14, которое включает в себя модуль управления подвижностью (MME), с помощью S1-MME и к шлюзу эволюционной системной архитектуры (SAE) с помощью S1-U. В данном примере на MME/шлюз SAE ссылаются как на один узел 22. Интерфейс S1 поддерживает отношения «многие со многими» между MME/шлюзами SAE и eNB. E-UTRAN 12 и EPC 14 вместе формируют наземную сеть мобильной связи общего пользования (PLMN). MME/шлюзы SAE 22 соединяют непосредственно или опосредованно с Интернет 16 и с другими сетями.
Для предоставления возможности работы при различных распределениях диапазона частот, например, для обеспечения плавного перехода от существующих систем сотовой связи к новой с большой емкостью высокоскоростной системе передачи данных в существующем радиоспектре, необходима работа в гибком диапазоне частот, например, в диапазоне частот в пределах от 1,25 МГц до 20 МГц для передач нисходящей линии связи от сети к UE. Необходимо поддерживать и услуги по высокоскоростной передаче данных, и услуги с низкой скоростью, такие как передача голоса, и поскольку LTE 3G разработан для протокола TCP/IP, услугой по передаче речи, вероятно, будет VoIP.
Передача по восходящей линии связи LTE основана на так называемой передаче OFDM с расширением спектра с помощью дискретного преобразования Фурье (DFTS-OFDM), с низким отношением пиковой к средней мощности (PAPR), со схемой передачи с одной несущей (SC), которая учитывает свободное назначение диапазона частот, и на ортогональном множественном доступе не только во временной области, но также и в частотной области. Таким образом, схема передачи по восходящей линии связи LTE также часто упоминается как FDMA с одной несущей (SC-FDMA).
Обработка транспортного канала восходящей линии связи LTE представлена на фиг.2. Транспортный блок динамического размера доставляют от уровня управления доступом к среде передачи данных (MAC). Циклический избыточный код (ЦИК), который будет использоваться для обнаружения ошибок в приемнике базовой станции, вычисляют для блока и присоединяют к нему. Затем выполняют канальное кодирование восходящей линии связи с помощью канального кодера, который может использовать любую подходящую методику кодирования. В LTE код может быть турбокодом, который включает в себя основанный на квадратном полиноме перестановки (QPP) внутренний перемежитель для выполнения перемежения блоков как часть турбокодера. Гибридный автоматический запрос повторной передачи (ARQ) восходящей линии связи LTE извлекает из блока кодированных битов, доставленных канальным кодером, точный набор битов, которые будут передавать в каждый момент передачи/повторной передачи. Блок скремблирования скремблирует кодированные биты в восходящей линии связи LTE (например, с помощью скремблирования на битовом уровне) для рандомизации помех и, таким образом, для обеспечения полного использования усиления обработки, обеспеченного кодом канала.
Для обеспечения этой рандомизации помех скремблирование восходящей линии связи является конкретным для мобильного терминала, т.е. различные мобильные терминалы (UE) используют различные скремблирующие последовательности. Конкретное для терминала скремблирование также обеспечивает блоку планирования (распределения ресурсов) возможность планировать множество пользователей на том же самом частотно-временном ресурсе, разделение передач от множества пользователей основывается на обработке в приемнике базовой станции. Конкретное для терминала скремблирование рандомизирует помехи от других мобильных терминалов в той же самой ячейке, которые, как оказалось, запланированы на том же самом ресурсе, и улучшает производительность.
После скремблирования данные модулируют для преобразования блока кодированных/скремблированных битов в блок символов сложной модуляции. Набор схем модуляции, поддерживаемых для примерной восходящей линии связи LTE, включает в себя квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK), 16-уровневую квадратурную амплитудную модуляцию (16QAM) и 64-уровневую квадратурную амплитудную модуляцию (64QAM), которые соответствуют двум, четырем и шести битам на символ модуляции соответственно. Блок символов модуляции затем применяют к модулятору DFTS-OFDM, который также отображает сигнал на назначенный радиоресурс, например, частотный поддиапазон.
Вместе с модулированными символами данных сигнал, отображенный в назначенный диапазон частот, также содержит опорные сигналы демодуляции. Опорные сигналы известны заранее и мобильному терминалу (UE), и базовой станции (eNodeB) и используются приемником для оценки канала и демодуляции символов данных. Различные опорные сигналы можно назначать пользовательским терминалам по аналогичным причинам, чтобы можно было использовать характерные для терминала коды скремблирования, т.е. интеллектуально планировать множество пользователей на том же самом частотно-временном ресурсе и таким образом реализовывать так называемые многопользовательские системы MIMO (с множеством входов и множеством выходов). В случае многопользовательских систем MIMO eNodeB выполняет обработку для разделения сигналов, передаваемых от двух (или большего количества) UE, одновременно запланированных на том же самом частотном ресурсе в той же самой ячейке. Терминалам, которые одновременно запланированы на том же самом частотном ресурсе, обычно назначают различные (например, ортогональные) опорные сигнальные последовательности, чтобы eNodeB оценивали радиоканалы для каждого из этих UE.
Основным требованием для любой сотовой или другой системы радиосвязи является обеспечение пользовательскому терминалу возможности запрашивать установку соединения. Эта возможность обычно известна как произвольный доступ, и она соответствует двум основным целям в LTE, а именно установлению синхронизации восходящей линии связи с распределением временных интервалов базовой станции и установлению уникальной идентификационной информации пользовательского терминала, например, временного идентификатора сотовой радиосети (C-RNTI) в LTE, известного и сети, и пользовательскому терминалу, который используется при осуществлении связи, чтобы различать передачу данных пользователя от других передач данных.
Но во время (начальной) процедуры произвольного доступа при передаче по восходящей линии связи от пользовательского терминала нельзя использовать характерные для терминала скремблирующие последовательности или опорные числа для рандомизации помех, потому что с помощью начального сообщения запроса произвольного доступа от пользовательского терминала только что начали осуществление связи с сетью, и ни конкретный для терминала скремблирующий код, ни конкретное для терминала опорное число не были назначены этому пользовательскому терминалу. Необходим механизм, который предоставляет возможность скремблировать сообщения произвольного доступа, посылаемые по совместно используемому каналу восходящей линии связи, пока конкретный для терминала код скремблирования не может быть назначен пользовательскому терминалу. Одной из причин скремблирования сообщений произвольного доступа является рандомизация помех между ячейками, что также является причиной для скремблирования во время «обычной» передачи данных по восходящей линии связи. В последнем случае скремблирование можно также использовать для подавления помех внутри ячейки в случае множества UE, запланированных на том же самом частотно-временном ресурсе). Точно так же желательно, чтобы пользовательские терминалы передавали известные опорные сигналы во время произвольного доступа для предоставления возможности приемнику базовой станции оценивать канал восходящей линии связи. Необходимо, чтобы сообщения произвольного доступа, а также «обычные» передачи данных восходящей линии связи включали в себя опорные сигналы для предоставления возможности оценки канала в eNodeB и соответствующей когерентной демодуляции.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описанная ниже технология обеспечивает произвольный доступ с помощью пользовательского терминала к базовой радиостанции. Пользовательский терминал определяет одну из скремблирующих последовательностей восходящей линии связи первого типа и генерирует сообщение произвольного доступа, используя определенную одну из скремблирующих последовательностей восходящей линии связи первого типа. Его передатчик передает сообщение произвольного доступа к базовой радиостанции. Приемник пользовательского терминала затем принимает от базовой станции скремблирующую последовательность восходящей линии связи второго отличающегося типа. Терминал использует эту скремблирующую последовательность восходящей линии связи второго отличающегося типа для последующего осуществления связи с базовой радиостанцией. В одном из неограничивающих примерных вариантов осуществления скремблирующие последовательности восходящей линии связи первого типа могут быть связаны с конкретной областью ячейки базовой радиостанции или с конкретным радиоканалом произвольного доступа, связанным с базовой радиостанцией, но они конкретно не назначены ни одному из пользовательских терминалов, а скремблирующие последовательности восходящей линии связи второго отличающегося типа можно выбирать из второго набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи, назначенных конкретным пользовательским терминалам. Использование этих скремблирующих последовательностей двух отличающихся типов предоставляет возможность пользовательским терминалам скремблировать свои передачи сигнала восходящей линии связи даже при том, что характерные для терминала коды скремблирования не могут использоваться в восходящей линии связи во время произвольного доступа с помощью пользовательских терминалов.
Пользовательский терминал передает первое сообщение запроса произвольного доступа, включающее в себя преамбулу произвольного доступа, в базовую радиостанцию, используя радиоресурс канала произвольного доступа. Затем принимают от базовой радиостанции второе сообщение ответа произвольного доступа, которое указывает корректировку распределения временных интервалов, идентифицированный радиоресурс и временный идентификатор пользовательского терминала. Терминал корректирует распределение временных интервалов в пользовательском терминале для передачи сигналов к базовой радиостанции, основываясь на информации, принимаемой в сообщении ответа произвольного доступа, и основываясь на откорректированном распределении временных интервалов, передает третье сообщение, соответствующее сгенерированному сообщению произвольного доступа, включающее в себя полную идентифицирующую информацию пользовательского терминала, в базовую радиостанцию по идентифицированному радиоресурсу. Третье сообщение скремблируют, используя определенную одну из скремблирующих последовательностей восходящей линии связи первого типа, модулируют и отображают в ресурс радиоканала. Терминал принимает четвертое сообщение разрешения конфликтов от базовой радиостанции для завершения процедуры произвольного доступа, и затем следует обычное осуществление связи.
Различные неограничивающие варианты осуществления отображают первый набор скремблирующих последовательностей восходящей линии связи в некоторый другой параметр, известный пользовательскому терминалу и базовой станции. Например, первый набор скремблирующих последовательностей восходящей линии связи можно отображать в соответствующие последовательности преамбулы произвольного доступа. Одну из первого набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи можно затем выбирать, основываясь на преамбуле произвольного доступа, которую включает в себя первое сообщение запроса произвольного доступа, и на этом отображении. Другой пример отображает первый набор скремблирующих последовательностей восходящей линии связи в соответствующие идентификаторы пользовательского терминала и выбирает одну из первого набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи, основываясь на идентификаторе пользовательского терминала, включенного в состав второго сообщения ответа произвольного доступа, и на этом отображении. Третий пример отображает первый набор скремблирующих последовательностей восходящей линии связи в соответствующие радиоресурсы, используемые для передачи сообщения запроса произвольного доступа, и выбирает одну из первого набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи, основываясь на радиоресурсе канала произвольного доступа, используемом для передачи в базовую радиостанцию первого сообщения запроса произвольного доступа, которое включает в себя преамбулу произвольного доступа, и на этом отображении.
Подход скремблирующих последовательностей двух типов также можно использовать для опорных сигналов, внедряемых в сообщения произвольного доступа восходящей линии связи, посылаемых в базовую станцию, которые используются базовой станцией для оценки канала восходящей линии связи, например, в целях выравнивания и т.д. Выбирают одну из первого набора опорных последовательностей восходящей линии связи, например, опорных последовательностей восходящей линии связи, которые связаны с конкретной областью ячейки базовой радиостанции или с конкретным каналом произвольного доступа, но которые конкретно не назначены ни одному из пользовательских терминалов. Сообщение произвольного доступа генерируют, используя выбранную одну из первого набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи и выбранную одну из первого набора опорных последовательностей восходящей линии связи. Пользовательский терминал передает сообщение произвольного доступа к базовой радиостанции. После этого базовая станция сообщает пользовательскому терминалу опорную последовательность второго отличающегося типа для использования при последующем осуществлении связи восходящей линии связи, например, опорное число, назначенное конкретно этому пользовательскому терминалу.
В одной из неограничивающих примерных реализаций пользовательский терминал и базовую станцию конфигурируют для осуществления связи с системой радиосвязи долгосрочного развития (LTE) с помощью пользовательского терминала, передающего первое сообщение запроса произвольного доступа по каналу произвольного доступа (RACH), а третье сообщение - по совместно используемому каналу восходящей линией связи (UL-SCH). Идентификатор пользовательского терминала, посылаемый базовой станцией во втором сообщении, может быть временным идентификатором пользовательского терминала, используемым до тех пор, пока идентификатор терминала радиосети (RNTI) не назначен пользовательскому терминалу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 является примером системы мобильной радиосвязи LTE;
фиг.2 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей неограничивающие примерные процедуры для подготовки транспортного блока, доставляемого от уровня доступа к среде передачи данных пользовательского терминала для передачи по радиоинтерфейсу к сети в системе мобильной радиосвязи LTE;
фиг.3 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей неограничивающие примерные процедуры для выполнения пользовательским терминалом произвольного доступа к сети радиосвязи;
фиг.4 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей неограничивающие примерные процедуры для приема и обработки базовой станцией произвольного доступа от пользовательского терминала к сети радиосвязи;
фиг.5A и 5B показывают отображение между транспортными и физическими каналами в нисходящей линии связи и восходящей линии связи соответственно;
фиг.6 является схемой, показывающей три основных состояния пользовательского терминала;
фиг.7 является схемой сигналов, которая показывает неограничивающую примерную процедуру произвольного доступа;
фиг.8 показывает неограничивающий пример передачи преамбулы произвольного доступа; и
фиг.9 является неограничивающей примерной структурной функциональной схемой пользовательского терминала и базовой станции eNodeB.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем описании, в целях объяснения, но не в качестве ограничения, сформулированы конкретные подробности, такие как конкретные узлы, функциональные модули, методики, протоколы, стандарты и т.д., для обеспечения понимания описанной технологии. В других случаях подробные описания известных способов, устройств, методик и т.д. опущены, чтобы не затенять описание ненужными подробностями. На фигурах показаны отдельные функциональные блоки. Специалисты должны признать, что функции этих блоков можно воплощать, используя отдельные аппаратные схемы, используя программы и данные вместе с соответствующим образом запрограммированным микропроцессором или универсальным компьютером, используя специализированные интегральные схемы (СпИС), программируемые логические матрицы и/или используя один или большее количество процессоров цифровой обработки сигналов (ПЦОС).
Специалистам будет очевидно, что другие варианты осуществления можно воплощать независимо от раскрытых ниже конкретных подробностей. Технология описана в контексте эволюционной системы UMTS 3GPP, такой как LTE, для обеспечения примерного и неограничивающего контекста для объяснения. См., например, схему системы LTE, показанную на фиг.1. Но эта технология не ограничена LTE и может использоваться в любой современной системе радиосвязи. Кроме того, приведенный ниже подход, в котором используют две скремблирующие последовательности различного типа - одна для произвольного доступа и одна для связи после завершения произвольного доступа - можно также применять к известным опорным сигналам оценки канала (которые иногда называют пилот-сигналами). Однако подробное объяснение обеспечивают, используя скремблирующие последовательности, с пониманием, что аналогичные подробности относятся к опорным сигналам. Для простоты описания пользовательское оборудование (UE) часто упоминается без ограничения как пользовательский терминал или мобильный терминал, и eNodeB относится к использованию более общего и знакомого термина «базовая станция».
Фиг.3 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей неограничивающие примерные процедуры для выполнения пользовательским терминалом произвольного доступа к сети радиосвязи, используя скремблирующий код восходящей линии связи, который в общем случае доступен для всех пользовательских терминалов, которым необходимо получить услугу произвольного доступа в определенной ячейке. Пользовательский терминал обнаруживает скремблирующую последовательность восходящей линии связи первого типа, например, скремблирующую последовательность восходящей линии связи, связанную с конкретной областью ячейки базовой радиостанции или с конкретным каналом произвольного доступа, но которая конкретно не назначена ни одному из пользовательских терминалов (этап S1). Определяют выбранную одну из скремблирующих последовательностей восходящей линии связи первого типа (этап S2) и генерируют сообщение произвольного доступа, используя выбранную одну из скремблирующих последовательностей восходящей линии связи первого типа (этап S3). Пользовательский терминал передает сообщение произвольного доступа к базовой радиостанции (этап S4). После передачи сообщения произвольного доступа пользовательский терминал принимает от базовой радиостанции скремблирующую последовательность восходящей линии связи второго отличающегося типа, например, скремблирующую последовательность восходящей линии связи, выбранную из второго набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи, назначенных конкретным пользовательским терминалам (этап S5). Пользовательский терминал использует скремблирующую последовательность восходящей линии связи второго типа для последующей связи с базовой радиостанцией. Аналогичные процедуры можно использовать для известных опорных сигналов восходящей линии связи.
Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей неограничивающие примерные аналогичные процедуры для приема и обработки базовой станцией произвольного доступа пользовательского терминала к сети радиосвязи. У каждой базовой станции в сети существует свой собственный набор последовательностей преамбул, опорных сигналов и не являющихся конкретными для терминала скремблирующих кодов или последовательностей. Базовая станция передает, неявно или явно, например, по каналу широковещания BCH, свой набор преамбул и скремблирующих последовательностей восходящей линии связи (этап S10). Если базовая станция не передает явно скремблирующую последовательность, которая будет использоваться, то она передает идентификационную информацию ячейки, из которой скремблирующую последовательность для использования можно получить, например, через отображение между идентификатором ячейки и последовательностью. Скремблирующая последовательность восходящей линии связи может быть, например, связана с конкретной областью ячейки базовой радиостанции или с конкретным каналом произвольного доступа и конкретно не назначена ни одному из пользовательских терминалов. Базовая станция затем ждет приема первого сообщения запроса произвольного доступа от пользовательского терминала, которое включает в себя одну из преамбул базовой станции. В ответ базовая станция передает на один из пользовательских терминалов второе сообщение ответа произвольного доступа, указывающее коррекцию распределения временных интервалов, идентифицированный радиоресурс и идентификатор пользовательского терминала. Третье сообщение, соответствующее сгенерированному сообщению произвольного доступа, которое включает в себя идентифицирующую информацию пользовательского терминала, дескремблируют, используя выбранную одну из первого набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи (этап S11). После этого базовая станция передает на пользовательский терминал четвертое сообщение, включающее в себя скремблирующую последовательность восходящей линии связи второго отличающегося типа, выбранную, например, из второго набора скремблирующих последовательностей восходящей линии связи. Скремблирующие последовательности восходящей линии связи назначают конкретным пользовательским терминалам (этап S12). Пользовательский терминал использует вторую скремблирующую последовательность восходящей линии связи для последующей связи с базовой радиостанцией. Аналогичные процедуры можно применять для известных опорных сигналов восходящей линии связи.
Чтобы лучше понять последующую примерную и неограничивающую процедуру произвольного доступа LTE, обращаются к фиг.5A и 5B на которых показывают отображение между транспортными и физическими каналами в нисходящей линии связи и восходящей линии связи соответственно. Следующие каналы являются транспортными каналами нисходящей линии связи: канал широковещания (BCH), канал поискового вызова (PCH), совместно используемый канал нисходящей линии связи (DL-SCH) и канал мультивещания (MCH). BCH отображают в физический канал широковещания (PBCH), а PCH и DL-SCH отображают в физический совместно используемый канал нисходящей линии связи (PDSH). Транспортные каналы восходящей линии связи включают в себя канал произвольного доступа (RACH) и совместно используемый канал восходящей линии связи (UL-SCH). RACH отображают в физический канал произвольного доступа (PRACH), а UL-SCH отображают в физический совместно используемый канал восходящей линии связи (PUSCH).
В LTE, как в других системах мобильной радиосвязи, мобильный терминал может находиться в нескольких различных рабочих состояниях. Фиг.6 показывает эти состояния для LTE. При включении питания мобильный терминал входит в состояние LTE_DETACHED (неподсоединенное состояние). В этом состоянии мобильный терминал не известен сети. Прежде, чем дальнейшее осуществление связи может происходить между мобильным терминалом и сетью, мобильный терминал должен зарегистрироваться в сети, используя процедуру произвольного доступа, чтобы войти в состояние LTE_ACTIVE (активное состояние). Состояние LTE_DETACHED является главным образом состоянием, используемым при включении питания. Когда мобильный терминал зарегистрировался в сети, он обычно находится в одном из других состояний: LTE_ACTIVE или LTE_IDLE (состоянии ожидания).
LTE_ACTIVE является состоянием, которое используется, когда мобильный терминал активен при передаче и приеме данных. В этом состоянии мобильный терминал подключен к определенной ячейке в пределах сети. Мобильному терминалу назначают один или несколько адресов Интернет-протокола (IP) или адресов пакетных данных другого типа, а также идентифицирующую информацию терминала, временный идентификатор ячейки радиосети (C-RNTI), используемые для обмена сигналами между мобильным терминалом и сетью. Состояние LTE_ACTIVE включает в себя два подсостояния, IN_SYNC и OUT_OF_SYNC, в зависимости от того, синхронизирована ли восходящая линия связи с сетью или нет. Пока восходящая линия связи находится в IN_SYNC, возможны передачи пользовательских данных по восходящей линии связи и обмен сигналами управления нижнего уровня. Если передача по восходящей линии связи не происходит в пределах данного окна времени, то объявляют, что восходящая линия связи вышла из синхронизации, в этом случае мобильный терминал должен выполнить процедуру произвольного доступа для восстановления синхронизации восходящей линии связи.
LTE_IDLE является состоянием с низким уровнем активности, в котором мобильный терминал бездействует большую часть времени для уменьшения потребления батареи. Синхронизация восходящей линии связи не поддерживается, и, следовательно, единственной деятельностью по передаче по восходящей линии связи, которая может происходить, является произвольный доступ для перехода в LTE_ACTIVE. Мобильный терминал сохраняет свой IP-адрес (а) и другую внутреннюю информацию для быстрого перехода в LTE_ACTIVE, когда это необходимо. Местоположение мобильного терминала частично известно сети, так что сеть знает по меньшей мере группу ячеек, в которых необходимо выполнять поисковый вызов мобильного терминала.
Неограничивающая примерная процедура произвольного доступа показана на фиг.7 и включает в себя четыре этапа, называемые этапами 1-4, с четырьмя соответствующими сигнальными сообщениями, называемыми сообщениями 1-4. Базовая станция передает набор преамбул, связанных с этой базовой станцией, информацию ресурса RACH и другую информацию в широковещательном сообщении, посылаемом регулярно по каналу широковещания, который регулярно сканируют активные мобильные терминалы. На первом этапе, после того, как пользовательский терминал принимает и декодирует информацию, передаваемую базовой станцией (eNodeB), он выбирает одну из преамбул произвольного доступа базовой станции и передает ее по RACH. Базовая станция контролирует RACH и обнаруживает преамбулу, которая предоставляет возможность базовой станции оценивать распределение временных интервалов передачи пользовательского терминала. Синхронизация восходящей линии связи необходима для предоставления возможности терминалу передавать к базовой станции данные по восходящей линии связи.
Преамбула произвольного доступа включает в себя известную последовательность, случайно выбранную мобильным терминалом из набора известных последовательностей преамбул, доступных для произвольного доступа к определенной базовой станции. Выполняя попытку произвольного доступа, терминал выбирает одну из последовательностей преамбул случайным образом из набора последовательностей преамбул, распределенных ячейке, к которой терминал пытается обратиться. До тех пор, пока никакой другой терминал не выполняет попытку произвольного доступа, используя ту же самую последовательность преамбулы в тот же самый момент времени, конфликтные ситуации не возникают, и очень вероятно, что запрос произвольного доступа будет обнаружен базовой станцией. Пользовательский терминал передает преамбулу на радиоресурсе канала, например, на частотно-временном ресурсе, назначенном для произвольного доступа, например, RACH.
Фиг.8 показывает концептуально передачу преамбулы произвольного доступа согласно спецификации LTE, как в данном описании. Один из неограничивающих примеров генерации соответствующей преамбулы основан на последовательности Задофа-Чу (ZC) и ее циклически сдвинутых последовательностях. Последовательности Задофа-Чу могут также использоваться, например, для создания опорных сигналов восходящей линии связи, которые включают в себя каждый кадр данных для оценки канала.
Пользовательский терминал, выполняющий попытку произвольного доступа, перед передачей преамбулы получает синхронизацию нисходящей линии связи из процедуры поиска ячейки, используя информацию распределения временных интервалов, передаваемую базовой станцией. Но как объяснено выше, распределение временных интервалов восходящей линии связи еще не установлено. Начало кадра передачи по восходящей линии связи в терминале определяют относительно начала кадра передачи по нисходящей линии связи в терминале. Из-за задержки распространения между базовой станцией и терминалом передача по восходящей линии связи будет задержана относительно распределения временных интервалов передачи по нисходящей линии связи в базовой станции. Поскольку расстояние между базовой станцией и терминалом не известно, существует неопределенность в распределении временных интервалов восходящей линии связи, которая соответствует удвоенному расстоянию между базовой станцией и терминалом. Для учета этой неопределенности и чтобы избежать помех с последующими субкадрами, не используемыми для произвольного доступа, используется защитный временной интервал.
Возвращаясь ко второму этапу обмена сигналами произвольного доступа, показанному на фиг.7, в ответ на обнаруженную попытку произвольного доступа базовая станция передает сообщение 2 ответа на запрос произвольного доступа по совместно используемому каналу нисходящей линии связи (DL-SCH). Сообщение 2 содержит индекс или другой идентификатор преамбулы произвольного доступа, который базовая станция обнаружила и для которого ответ является действительным, коррекцию распределения временных интервалов восходящей линии связи или команду продвижения вперед распределения временных интервалов, вычисленную базовой станцией после обработки принятой преамбулы произвольного доступа, предоставление распределения ресурсов, указывающее ресурсы, которые пользовательский терминал должен использовать для передачи сообщения в третьем сообщении, посылаемом от мобильного терминала к базовой станции, и временную идентифицирующую информацию пользовательского терминала, используемую для последующей связи между пользовательским терминалом и базовой станцией. После того, как этап 2 закончен, пользовательский терминал синхронизирован по времени.
Если базовая станция обнаруживает множество попыток произвольного доступа (от различных пользовательских терминалов), то сообщения ответа на запрос произвольного доступа 2 для множества мобильных терминалов можно объединять в одной передаче. Поэтому сообщение 2 ответа на запрос произвольного доступа планируют на DL-SCH и указывают на физическом канале управления нисходящей линии связи (PDCCH), используя общую идентифицирующую информацию, зарезервированную для ответа произвольного доступа. PDCCH является каналом управления, используемым для информирования терминала о том, существуют ли данные по DL-SCH, предназначенному для этого терминала, и если да, то на каком частотно-временном ресурсе можно найти DL-SCH. Все пользовательские терминалы, которые передали преамбулу, контролируют PDCCH на наличие ответа произвольного доступа, передаваемого с использованием предварительно определенной общей идентифицирующей информации, используемой базовой станцией для всех ответов произвольного доступа.
На третьем этапе 3 пользовательский терминал передает необходимую информацию в сообщении 3 к сети, используя заданные ресурсы восходящей линии связи, назначенные в сообщении 2 ответа произвольного доступа и синхронизированные по восходящей линии связи. Передача сообщения восходящей линии связи на этапе 3 таким же образом, как «обычные» запланированные данные восходящей линии связи, т.е. по UL-SCH, вместо присоединения их к преамбуле на первом этапе, удобно по нескольким причинам. Во-первых, количество информации, передаваемой в отсутствие синхронизации по восходящей линии связи, необходимо минимизировать, поскольку потребность в большом защитном временном интервале делает такие передачи относительно дорогостоящими. Во-вторых, использование «обычной» схемы передачи по восходящей линии связи для передачи сообщения позволяет корректировать величину и схему модуляции предоставления распределения ресурсов, например, в зависимости от различных условий радиосвязи. В-третьих, оно предоставляет возможность объединения гибридного ARQ с программным обеспечением для сообщения восходящей линии связи, что может быть ценным, особенно в сценариях ограниченной зоны действия, поскольку это позволяет быть уверенным, что одна или несколько повторных передач соберут достаточную энергию для обмена сигналами по восходящей линии связи, чтобы гарантировать достаточно высокую вероятность успешной передачи. Мобильный терминал передает свою временную идентифицирующую информацию мобильного терминала, например, временный C-RNTI, на третьем этапе к сети, используя UL-SCH. Точное содержимое этого сообщения зависит от состояния терминала, например, известен ли он ранее сети или нет.
До тех пор, пока терминалы, которые выполняют произвольный доступ одновременно, используют различные последовательности преамбулы, конфликтная ситуация не возникает. Но существует определенная вероятность конфликта, когда множество терминалов используют ту же самую преамбулу произвольного доступа одновременно. В этом случае множество терминалов реагируют на то же самое сообщение ответа нисходящей линии связи на этапе 2, и на этапе 3 возникает конфликтная ситуация. Разрешение конфликтов выполняют на этапе 4.
На этапе 4 сообщение разрешения конфликтов передают с базовой станции на терминал по DL-SCH. На этом этапе разрешают конфликт в случае, когда множество терминалов пытаются обратиться к системе на том же самом ресурсе, с помощью идентификации, какой из пользовательских терминалов был обнаружен на третьем этапе. Множество терминалов, выполняющие одновременные попытки произвольного доступа, используя ту же самую последовательность преамбулы на этапе 1, анализируют то же самое сообщение ответа на этапе 2 и поэтому имеют тот же самый временный идентификатор пользовательского терминала. Таким образом на этапе 4 каждый терминал, принимающий сообщение нисходящей линии связи, сравнивает идентифицирующую информацию пользовательского терминала в данном сообщении с идентифицирующей информацией пользовательского терминала, которую они передали на третьем этапе. Только пользовательский терминал, у которого существует соответствие между идентифицирующей информацией, принятой на четвертом этапе, и идентифицирующей информацией, переданной как часть третьего этапа, определяет процедуру произвольного доступа как успешную. Если терминалу еще не назначен C-RNTI, то временную идентифицирующую информацию от второго этапа продвигают в C-RNTI; иначе пользовательский терминал сохраняет свой уже назначенный C-RNTI. Терминалы, которые не обнаруживают соответствие с идентифицирующей информацией, принятой на четвертом этапе, должны перезапускать процедуру произвольного доступа с первого этапа.
Как объяснено выше, идентифицирующая информация пользовательского терминала, которую включает в себя сообщение 3, используется в качестве части механизма разрешения конфликтов на четвертом этапе. Продолжая обсуждение неограничивающего примера LTE, если пользовательский терминал находится в состоянии LTE_ACTIVE, т.е. подключен к известной ячейке и поэтому имеет назначенный C-RNTI, этот C-RNTI используется в качестве идентифицирующей информации терминала в сообщении восходящей линии связи. Иначе используется идентификатор терминала базовой сети связи, и базовая станция должна привлекать базовую сеть связи перед ответом на сообщение восходящей линии связи на третьем этапе.
В этом неограничивающем примере LTE только первый этап использует обработку физического уровня, конкретно разработанную для произвольного доступа. Последние три этапа используют ту же самую обработку физического уровня, как при «обычной» передаче сигнала восходящей линии связи и нисходящей линии связи, что упрощает реализацию и терминала, и базовой станции. Поскольку схема передачи, используемая для передачи данных, предназначена для обеспечения большей универсальности диапазонов частот и большей емкости, то желательно использовать преимущество этих особенностей также при обмене сообщениями произвольного доступа.
В примерном неограничивающем контексте LTE общие этапы обработки, описанные на фиг.2, включающие в себя ЦИК, кодирование, HARQ, скремблирование, модуляцию и модуляцию DFT-S-OFDM, применяют с помощью пользовательского терминала к сообщению 3 на фиг.7 и к последующим передачам восходящей линии связи от этого пользовательского терминала к базовой станции (нет скремблирования в начальном сообщении произвольного доступа восходящей линии связи на этапе 1). Различные скремблирующие последовательности восходящей линии связи в терминале зависят от типа передачи восходящей линии связи. Для сообщения 3 произвольного доступа используют скремблирующую последовательность первого типа, например, конкретный для ячейки или конкретный для канала произвольного доступа скремблирующий код. Для последующих «обычных» передач данных по восходящей линии связи, т.е. когда базовая станция назначила терминалу не являющуюся временной идентифицирующую информацию, используется второй тип скремблирующей последовательности, например, конкретный для терминала скремблирующий код. Аналогичный подход с двумя типами может использоваться для опорных сигналов восходящей линии связи, используемых базовой станцией для оценки канала: первый тип, например, конкретный для ячейки или конкретный для канала произвольного доступа эталонный сигнал для сообщения 3 произвольного доступа, сопровождаемый вторым типом, например, назначенным для базовой станции или соответствующей опорной сигнальной последовательностью восходящей линии связи для последующих «обычных» передач данных.
Когда базовая станция назначает мобильному терминалу скремблирующую последовательность и/или опорную последовательность, данная характерная для терминала скремблирующая последовательность и/или опорная последовательность используются для всех последующих передач данных по восходящей линии связи для этого конкретного соединения по восходящей линии связи. Скремблирующую последовательность и/или опорную последовательность, которая будет использоваться, можно или явно конфигурировать в мобильном терминале, или они могут быть привязаны к идентифицирующей информации терминала (например, C-RNTI), которую базовая станция назначает мобильному терминалу.
В указанном выше случае пользовательский терминал использует конкретную для ячейки скремблирующую последовательность для скремблирования сообщения 3, потому что перед выполнением произвольного доступа пользовательский терминал декодировал широковещательную информацию базовой станции/ячейки и поэтому знает идентифицирующую информацию ячейки, к которой он обращается, преамбулы произвольного доступа, связанные с этой ячейкой, и характерные для ячейки скремблирующие последовательности и/или опорные числа. До тех пор, пока множеству терминалов, выполняющих произвольный доступ одновременно, назначают различные частотно-временные ресурсы для их соответствующего сообщения 3 произвольного доступа восходящей линии связи, нет никаких помех между этими пользователями, и нехватка межпользовательской рандомизации не является проблемой.
В неограничивающем варианте осуществления взаимно-однозначное отображение вводят между последовательностью преамбулы произвольного доступа, используемой в сообщении запроса произвольного доступа, посылаемом на этапе 1 на фиг.7, и скремблирующей последовательностью, используемой для скремблирования сообщения произвольного доступа, посылаемого на этапе 3. Поскольку и базовая станция, и пользовательский терминал знают преамбулу, используемую для сообщения запроса произвольного доступа, посылаемого на этапе 1, к тому времени, когда сообщение 3 должно быть передано, оба знают, какую скремблирующую последовательность необходимо использовать.
В другом неограничивающем варианте осуществления базовая станция назначает скремблирующую последовательность пользовательскому терминалу для использования для скремблирования сообщения 3 как часть ответа на запрос произвольного доступа, передаваемого на этапе 2 на фиг.7 (т.е. перед передачей сообщения 3). В качестве одного из примеров это можно делать с помощью установления взаимно-однозначного отображения между временным пользовательским идентификатором, посылаемым в сообщении 2, например, временным C-RNTI, и скремблирующей последовательностью для использования.
Еще один неограничивающий вариант осуществления связывает скремблирующую последовательность, которая будет использоваться пользовательским терминалом для скремблирования сообщения 3, с частотно-временным ресурсом(ами), используемым пользовательским терминалом для передачи преамбулы произвольного доступа (сообщение 1). В этом случае скремблирующая последовательность будет известна и базовой станции, и пользовательскому терминалу, потому что оба знают частотно-временные ресурсы, используемые для первого сообщения запроса произвольного доступа. Для этого варианта осуществления скремблирующая последовательность будет совместно использоваться всеми пользовательскими терминалами, передающими преамбулу запроса произвольного доступа на том же самом частотно-временном ресурсе(ах). Но до тех пор, пока всем этим терминалам назначают различные частотно-временные ресурсы для их собственного сообщения 3 произвольного доступа, не существует помех между этими пользователями, и нехватка межпользовательской рандомизации не является проблемой.
Можно также использовать комбинации одного или большего количества из четырех различных примерных вариантов осуществления. Снова принципы, описанные в указанном выше примере скремблирующих последовательностей и в этих четырех вариантах осуществления, можно также использовать к опорным числам восходящей линии связи, используемым для оценки канала восходящей линии связи. Другими словами, один общий или совместно используемый тип опорного числа можно использовать для сообщения 3 произвольного доступа восходящей линии связи, а другой конкретный для терминала тип опорного числа можно использовать для последующей связи по восходящей линии связи, связанной с данным соединением.
Могут существовать ситуации, когда пользовательскому терминалу уже назначили идентифицирующую информацию, но он все равно должен выполнять произвольный доступ. Одним из примеров является то, когда терминал зарегистрирован в сети, но теряет синхронизацию в восходящей линии связи и, следовательно, должен выполнить попытку произвольного доступа для восстановления синхронизации восходящей линии связи. Хотя пользовательскому терминалу назначали идентифицирующую информацию, конкретное для терминала скремблирование не может использоваться для сообщения 3 в этом случае, поскольку сеть не знает, почему терминал выполняет попытку произвольного доступа, пока сообщение 3 не принято. В результате должна использоваться связанная с ячейкой скремблирующая последовательность, а не устаревшая характерная для терминала скремблирующая последовательность.
Соответственно, преимущество характерного для терминала скремблирования для обычной передачи данных сохраняется, не воздействуя на функциональные возможности процедуры произвольного доступа. Как описано выше, конкретное для терминала скремблирование рандомизирует помехи, что улучшает производительность передачи по восходящей линии связи и обеспечивает дополнительную гибкость при разработке планирования.
Хотя различные варианты осуществления подробно показаны и описаны, формула изобретения не ограничена ни одним из конкретных вариантов осуществления или примеров. Например, хотя главным образом описано в терминах скремблирующих последовательностей, подход двух типов, описанный для скремблирующих последовательностей произвольного доступа, можно также использовать для определения последовательностей опорного сигнала, посылаемых в каждом кадре восходящей линии связи, которые используются приемником базовой станции для оценки канала восходящей линии связи. Ни одно из приведенных выше описаний не следует рассматривать как предполагающее, что какой-либо определенный элемент, этап, диапазон или функция являются основным, так что его должна включать в себя формула изобретения. Объем патентуемого объекта изобретения определяют только в соответствии с формулой изобретения. Степень правовой защиты определяют с помощью признаков, изложенных в принятой формуле изобретения и в их эквивалентах. Все структурные и функциональные эквиваленты элементов описанного выше предпочтительного варианта осуществления, которые известны специалистам, представлены в данной работе для справки и их охватывает настоящая формула изобретения. Кроме того, не требуется, чтобы устройство или способ обращались к каждой проблеме, которую стремились решить с помощью настоящего изобретения, для того, чтобы они были охвачены настоящей формулой изобретения. Ни один из пунктов формулы изобретения не требует применения абзаца 6 § 112 раздела 35 Кодекса законов США, если не используются слова «средство для» или «этап для». Кроме того, ни один из вариантов осуществления, особенностей, компонентов или этапов в данном описании не предназначен для представления общественности, независимо от того, представлены ли данный вариант осуществления, особенность, компонент или этап в формуле изобретения.