用于用户随机接入公共通信信道的优先排序方法

摘要

本发明涉及用于在通信系统中发送与接收数据的通信设备和通信方法，其中提供具有多个接入资源的随机接入信道。此通信设备(1)包括：选择装置(5)，用于根据分配给所述通信设备(1)的接入概率分布从所述多个接入资源中随机选择一个接入资源，所述接入概率分布定义随机接入这些随机接入资源的概率，其中至少两个接入资源具有不同的接入概率；和发送装置(3)，用于在随机选择的接入资源中发送随机接入脉冲串。

说明书

本发明涉及用于在通信系统中发送与接收数据的通信设备和通信方法，其中提供具有多个接入资源的随机接入信道。本发明特别涉及如何随机地接入该随机接入信道的接入资源。

随机接入信道是用于从通信系统的一个通信设备至另一通信设备建立连接的公共通信信道。此通信系统因而能是无线通信系统或有线通信系统或两者的混合。

此随机接入信道的接入资源由例如想建立连接或发送短消息的通信设备随机地接入。因而，此接入是基于争用的，这表示正试图建立连接的几个通信设备有可能试图同时接入同一接入资源。在例如UMTS系统或类似UMTS系统的无线电信系统中，其中想建立连接和/或发送数据的移动站通过随机地选择接入资源并发送随机接入脉冲串的前置部分给基站来请求随机接入信道的接入资源。因此，此随机接入脉冲串的前置部分表示随机选择的接入资源的请求。接收到此前置部分的基站在请求的接入资源可利用时准许此请求的接入资源并将相应的确认信号发回给此移动站。在某一情况下，例如，如果在网络一侧上没有合适的接入资源可利用，则此基站将表示请求的接入资源不可利用的否定确认信号发回给此移动站。如果相应的基站准许此请求，它发送一个肯定确认信号。接收到此肯定确认信号的移动站随后发送包含移动站与基站之间连接的建立和/或数据的传输所依据的数据的随机接入脉冲串的消息部分。如果几个移动终端同时接入同一接入资源，则此基站不能接收这些接入请求并因而不发送任何确认信号。这些移动终端随后得再次发送接入请求。

根据相应的通信系统，这些接入资源可以是TDMA(时分多址)系统中的时隙、FDMA(频分多址)系统中的频率、CDMA(码分多址)系统中的代码或UMTS系统中的混合物，在UMTS系统中此随机接入信道中的接入资源利用时隙与签名码来定义。

总的问题是，获得对随机接入信道的接入资源的接入的机制是基于争用的。为允许更有效的对随机接入信道的接入，提出不同的建议。例如，依据EPC第54(3)章的EP98118819.6建议将随机接入信道的接入资源分为几个组，从而每组对应于相应的优先级类别。每个优先级类别从而表示要发送的随机接入数据的发送优先级。因而，可以利用不同的优先级发送不同类型的数据的接入请求，以使某些类型的数据具有比其他类型的数据高的概率来获得至此随机接入信道的接入资源的接入。然而，此建议的系统因为要有相应数量的接入资源固定分配给特定类型的数据而非常不灵活。还有，用于特定接入优先级以及接入概率的分配的唯一准则是数据类型。WO 97/19525建议一种更灵活的系统，其中通信系统中随机接入信道的接入依赖于使用改变的用户接入概率或改变的优先级的消息。因而，移动终端被分成不同的优先级组，从而每个组具有用于接入随机接入信道的接入资源的不同接入概率。建议了将接入概率分布与分配到用户的两个基本方案，即，均衡的优先级分布和临时的优先级分布。在均衡的优先级分布中，每组移动终端试图接入此随机接入信道的所有可利用的接入资源，但利用不同的接入概率。每个组具有不同的接入概率，但能由每个用户接入每个接入资源。在临时的优先级分布中，最高优先级组(即，具有接入资源的最高接入概率的组)试图接入所有可利用的接入资源，从而，较低优先级的用户组(即，具有较低接入概率的用户组)只试图接入一部分可利用的接入资源。其缺点是最高优先级组的接入尝试需要与所有其他优先级组的接入尝试争用。还有，此建议的方案平等地处理每个接入资源。如果此系统例如是TDMA系统，则接入资源是时隙。对于每个时隙并对于指定用户或数据类型，具有随机接入的概率(一般以所谓的持续值的形式)并利用此同一概率使用每个时隙。根据此概率，对于每个时隙在所有时隙的平等处理的基础上确定此时隙是否能用于发送接入脉冲串。如果不能的话，则尝试下一时隙。

因此，本发明的目的是提供用于在通信系统中发送与接收数据的通信设备和通信方法，这提供接入随机接入信道的接入资源的改善的、更有效和更灵活的方式。

利用根据权利要求1的用于在通信系统中发送与接收数据的通信设备来实现上述目的，其中提供了具有多个接入资源的随机接入信道。此通信设备包括：选择装置，用于根据分配给所述通信设备的接入概率分布而从所述多个接入资源中随机地选择一个接入资源，所述接入概率分布定义随机接入所述接入资源的概率，其中至少两个资源具有不同的接入概率；和发送装置，用于在随机选择的接入资源中发送随机接入脉冲串。

还利用根据权利要求12的用于在通信系统中发送与接收数据的通信方法来实现上述目的。

在各个从属权利要求中定义了有益特性。

本发明提供通信系统中接入随机接入信道的接入资源的一种改善、更有效和更灵活的方式。此通信系统因此可以是无线或有线通信系统或其组合。特别地，本发明有益地通过分配一个概率分布给每个通信设备或用户来允许用户或通信设备的优先级，在此基础上，随机接入此随机接入信道的接入资源。

有益地，将多个接入资源分成至少两个接入资源组，从而将此通信设备分配到一个接入资源组，并且选择装置根据此接入概率分布只从所述分配的接入资源组中随机选择接入资源。因而，在一个接入资源组内，所有分配的通信设备可以具有接入这些接入资源的同一概率分布或可以具有不同的接入概率分布。还有，此通信系统的通信设备能形成多个组，而每个组具有由此组的所有通信设备使用的已分配的接入概率分布。其他组的通信设备则具有不同的接入概率分布。

进一步有益地，本发明的通信设备包括一个在其中存储此接入概率分布的存储装置。所述存储装置可以是此通信设备的固定部分或可以是可连接到此通信设备的设备的一部分。如果此通信设备是无线电信系统的移动终端，则此存储装置可能是用户识别模块等或存储棒。

更有益地，可在特定事件出现时改变此接入概率分布。例如，在将接入请求发送给随机接入信道之后接收到预定数量的否定确定信号之后，能改变此接入概率分布，以使此通信设备获得较高接入概率。如果例如一个特定数据类型具有被指定为标准设置的接入概率分布，此接入概率分布因而能独立于此数据类型而进行改变。此特定事件可以是接收到来自另一通信设备的相应的信令信息。在这种情况中，如果系统参数改变并使接入概率分布的改变成为有必要的话，则能改变此概率分布，可以从另一通信设备中传送此改变指令。可选择地，此特定事件能是一个时间点。当使用这些通信设备的用户在使用根据本发明的这些通信设备时显示出独特的使用习惯的情况中，能根据此变化的使用习惯来改变接入概率分布。

有益地，根据本发明的通信设备是无线UMTS系统的移动终端，从而利用时隙与签名码来定义随机接入信道的接入资源。

在下面参照附图的描述中更具体解释本发明的优选实施例，其中：

图1表示根据本发明的通信设备的示意图；

图2表示将接入资源分成组的第一示例；和

图3表示将接入资源分成组的第二示例。

图1表示根据本发明的通信设备1的示意方框图。图1中所示的通信设备是用于无线电信系统的移动终端并包括连接到发送装置3与接收装置4的天线2，以用于发送通信数据给此无线电信系统的基站或另一移动终端并从中接收通信数据。此无线电信系统例如能是UMTS系统或类似于UMTS的系统。此移动终端1因而包括用于传送与处理数据所有必需的单元，诸如编码器、解码器、调制器、解调器等，尽管这些单元未在图1中示出并且未在本申请中进行解释。应注意，图1所示的移动终端1只用作根据本发明的通信设备的一个示例，这也可以是有线通信系统中的终端，诸如电话设备、个人计算机等等。

一个通信系统(根据本发明的通信设备1在该系统中操作并且根据本发明的通信方法在该系统中执行)包括可提供多个接入资源的随机接入信道(RACH)，这些资源由此通信设备1用于建立连接。在无线电信系统的情况中，移动终端使用此随机接入信道的接入资源来发送接入请求给一个相应的基站。在UMTS系统中，如上所述，在随机接入脉冲串的前置部分中发送此接入请求。从而随机接入这些接入资源，这导致基于争用的接入机制。来自不同移动终端的几个接入请求可能竞争或争用基站上的同一接入资源。在这种情况中，基站不接收从这些移动终端中发送的任何接入请求，并且移动终端不接收任何确认信号而且在某一时间周期之后必需发送这些接入请求，这对于通过有线网络连接的通信设备也是如此。

根据本发明，此通信设备具有已分配的接入概率分布，所述接入概率分布定义随机接入此随机接入信道的接入资源的概率。至少两个随机接入资源具有不同的接入概率。此通信设备1包括用于根据存储在存储装置7中的已分配的接入概率分布来随机地选择接入资源的选择装置5。随后利用发送装置3通过天线2发送随机接入脉冲串给例如基站的另一通信设备。

作为一个示例，假定在此随机接入信道中只有三个随机接入资源可利用，而这些接入资源表示为r₁、r₂与r₃。还有，四个通信设备或用户出现在此通信系统中，这些设备或用户随机地接入这些接入资源。这四个不同的通信设备或用户表示为u₁、u₂、u₃与u₄。给这四个用户之中的每个用户分配用于定义随机接入每个可利用接入资源的概率的不同的接入概率分布。用于这四个不同接入概率分布的一个示例能是如下的(其中p(u_i,r_j)定义用户u_i在试图接入此随机接入信道时尝试接入接入资源r_j的概率)：

p(u₁,r₁)=80％    p(u₁,r₂)=10％    p(u₁,r₃)=10％

p(u₂,r₁)=10％    p(u₂,r₂)=80％    p(u₂,r₃)=10％

p(u₃,r₁)=10％    p(u₃,r₂)=20％    p(u₃,r₃)=70％

p(u₄,r₁)=10％    p(u₄,r₂)=20％    p(u₄,r₃)=70％

在上表中，能看出：例如用户u₁在接入此随机接入信道时将极少具有碰撞，这是因为大多数时间他将试图接入其他用户极少接入的接入资源r₁。用户u₂将具有比用户u₁多的碰撞，这是因为大多数时间他将接入有时也被其他用户接入的接入资源r₂。用户u₃在接入此信道的大多数时间将具有碰撞，这是因为大多数时间他将接入也非常频繁地被其他用户接入的接入资源r₃，这对于用户u₄同样如此。

不是使用户或通信设备具有相应不同的接入概率分布，而是是可以这样地定义用户或通信设备的组，从而使每个组(即，每个组的每个用户或每个通信设备)具有同一接入概率分布。因而，能建立用户或通信设备的不同优先级类别。在每个组中，此同一接入概率分布被用于接入此随机接入信道。组的建立在某些情况中能减少与分配接入概率分布给用户或通信设备相关的开销，特别在传送或发送此接入概率分布时，在这种情况中相应的接入概率分布的传送或发送对于一个组能共同完成而不是针对每个单个通信设备或用户来完成。在上面给定的示例中，例如用户u₁可以属于第一用户组，用户u₂可以属于第二用户组，用户u₃可以属于第三用户组，并且用户u₄可以属于第四用户组，从而第三与第四组的用户具有同一接入概率分布，此概率不同于第一与第二组的接入概率分布。

可选择地，或除了用户或通信设备组的形成之外，还将此通信系统的随机接入信道的接入资源分成两个或多个接入资源组。在这种情况中，将通信设备或用户分配到一个接入资源组，并根据此接入概率分布只从相应地分配的接入资源组中随机选择接入资源。在上面给定的示例中，接入资源r₁、r₂与r₃能例如形成一个组，将用户u₁、u₂、u₃与u₄分配到此组。然而，能利用其他的接入资源形成其他的接入资源组。在下面结合图2与3所示的示例解释将接入资源组合为不同组的这个方案。

一般地，根据相应的无线或有线通信系统中使用的多址联接方案，可以利用频率、时隙或代码或其任何组合来定义接入资源。图2表示一个其中接入资源或随机接入信道是时隙的示例。一个重复循环或随机接入时间窗包括例如八个时隙0、1、…7。在图2所示的示例中，可利用的八个接入资源或时隙被划分为三个接入资源组。第一组包括利用斜线图形表示的五个时隙0、3、4、6、7，第二组包括利用垂直图形表示的两个时隙2、5，而第三组包括利用水平图形表示的一个时隙1。分配到第一接入资源组的一组通信设备或用户因而能使用同一共同接入概率分布来接入第一组的接入资源，或分配到第一组的通信设备或用户能使用分别不同的接入概率分布，这对于第二组的接入资源也是如此。因为第三组只包含单个接入资源，所以分配到第三组的通信设备由于只能随机选择单个时隙而不能使用接入概率分布。然而，对于此单个时隙的接入尝试所基于的概率并不一定是100％，而是可能具有取决于预定应用的一个较低值。

图3表示根据本发明分成接入资源组的接入资源的第二示例。在所示的示例中，利用时隙(或时间偏移)和前置签名(或签名码)来定义接入资源。在UMTS系统中，例如，一个随机接入信道包括两个射频帧或两个随机接入时间窗内多达15个时隙和16个前置签名，以致总共多达240个接入资源可利用。图3表示具有8个时隙0,1,…7和16个前置签名0,1,…15的相应示例。这些接入资源分成三个接入资源组。属于第一接入资源组的利用十字表示的接入资源利用时隙0、1、2、3和前置签名0、1、2、3、4、5、6、7来定义。属于第二接入资源组的利用点形式表示的接入资源利用时隙4、5、6、7与前置签名0、1、2、3、4、5、6、7来定义。属于第三接入资源组的利用空白方框形式表示的接入资源利用时隙0、1、2、3、4、5、6、7与前置签名8、9、10、11、12、13、14、1 5来定义。在图2与3所示的两个示例中，将接入资源适当地分成几个组而在这些组之间没有重叠。然而，这些组之间的重叠是有可能的，这表示一个或多个接入资源可以属于两个或多个接入资源组。

如上所述，根据本发明的通信设备1包括一个存储装置7，在该存储装置7中，存储着选择装置5随机选择接入资源时所依据的接入概率分布，此存储装置7能是此通信设备1的固定部分，例如，微控制器的内部存储器等。可选择地，此存储装置7能是可连接到此通信设备的设备中的一部分。在这种情况中，此存储装置7例如可以是一个与用户具有内在关联并且通常插入此通信设备中的装置的一部分，例如为标准的用户识别模块(在UMTS系统的情况下，是USIM卡)。此存储装置7也能是能插入此通信设备1中的存储棒的一部分。也能实现上述可能性的组合，例如在用户识别模块上以及在此通信设备1的固定存储装置中存储此接入概率分布。从而，当用户识别模块插入并连接到此通信设备1时，能利用存储在用户识别模块的存储装置(或存储棒)中的接入概率分布来改写或否决存储在固定存储装置中的接入概率分布。还有，从另一通信设备中利用信令接收的新的接入概率分布能用于改写或否决存储在通信设备1的用户识别模块、存储棒和/或固定存储装置中的当前接入概率分布。以这种方式，有可能灵活调整当前分配的接入概率分布，以适应变化的系统参数或变化的要求。

还有，在特定事件出现时能改变存储在存储装置、信令装置、存储棒等中的接入概率分布。在连接到选择装置与存储装置7的检测装置6中检测这样的事件。从而，存储装置7存储几个可能的接入概率分布，并在特定事件出现时(例如，在从另一通信设备接收到相应指令或预定时间点出现时)改变当前分配的接入概率分布。在第二种情况中，例如能定义特定时间点，在这些时间点上由统计而知道：此通信系统的用户针对随机接入请求的发送而改变其行为。还有，能周期性地改变当前分配的接入概率分布。将注意：在检测到改变接入概率分布时能定义任何类型的特定事件。还有，可以定义不同类型的事件的组合。

如上所述，根据本发明提供了接入随机接入信道的接入资源的一种非常灵活与有效的方式。特别地，通过对至少两个接入资源使用定义不同的接入概率的接入概率分布，允许对用户和/或通信设备或甚至要发送的数据类型的不同优先级等级的非常灵活的定义。