用于无线通信系统中的随机接入信道发射的设备和方法 【技术领域】
本发明通常涉及用于在无线通信系统中发射随机接入信道 (RACH) 的设备和方 法， 具体地， 涉及在无线通信系统的远程节点中考虑反向链路信道信息， 通过 RACH 发射信 号的设备和方法。背景技术
无线通信系统使用 RACH 作为用于发射随机突发型数据的反向公共信道。随机 接入信道是指无线通信系统中被配置成可能由远程节点通过反向链路发射短的突发型数 据的信道。比如， 第三代合作伙伴计划 (3GPP) 标准的无线通信系统使用包括前同步码的 RACH。再比如， 3GPP2 标准的无线通信系统使用配置有前同步码和短消息的随机接入信道。
在远程节点通过随机接入信道发射信号的情况下， 主节点 (host node) 希望通过 随机接入信道从远程节点接收的信号满足某个级别的检测概率和错误告警概率条件。因 此， 远程节点具有必须将通过随机接入信道发射的信号的发射功率设置为高值的问题。同 样， 反向链路的服务区域由于最大传输功率 (transfer power) 和远程节点的衰落而已经被 限制也可能是个问题。比如， 在前同步码的长度是 1ms 并且使用随机接入信道发射模式的 远程节点的最大传输功率是 250mW 的情况下， 反向服务区域被限制在 2Km。但是， 在前同步 码长度变得更长的情况下， 会出现系统容量随着前同步码的开销的增加而减少的障碍。 发明内容
本发明的一方面是基本上解决至少上述问题和 / 或缺点并且提供至少以下的优 点。因此， 本发明的目的是提供用于在无线通信系统中根据随机接入信道传输来减少远程 节点的功率消耗的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供用于在无线通信系统中扩大受随机接入信道传输限 制的反向链路的服务区域的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供用于在无线通信系统的远程节点中考虑到反向链路 的信道状态来选择性地进行随机接入信道传输的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供用于在无线通信系统的远程节点中考虑到反向链路 的信道增益来确定用于随机接入信道传输的发射功率的设备和方法。
根据本发明的一个方面， 提供了一种在使用时分双工模式的无线通信系统的远程 节点中通过随机接入信道来发射信号的方法， 所述方法包括 ： 使用通过正向链路接收的信 号来估计反向信道状态 ； 考虑所述反向信道状态， 来确定是否通过随机接入信道来发射信 号； 以及在确定通过所述随机接入信道来发射信号的情况下， 通过所述随机接入信道来发 射信号。
根据本发明的另一个方面， 提供了一种远程节点设备， 用于在使用时分双工模式 的无线通信系统的远程节点中通过随机接入信道来发射信号， 所述远程节点设备包括 ： 接 收装置， 用于接收信号 ； 信道估计单元， 用于使用在所述接收装置处通过正向链路接收的信号来估计反向信道状态 ； 控制单元， 用于考虑所述反向信道状态来确定是否通过随机接入 信道来发射信号 ； 以及发射装置， 用于在所述控制部分确定要通过所述随机接入信道来发 射信号的情况下， 通过所述随机接入信道来发射信号。
对于本领域的技术人员来说， 从下面结合附图公开本发明的示例性实施例的详细 描述中， 本发明的其他方面、 优点和显著特征将变得显而易见。
在对本发明进行详细描述之前， 阐明在本专利文件中所用的特定词语和短语的定 义可能是有益的 ： 术语 “包括” 和 “包含” 以及其派生词是指没有限制的包括 ； 术语 “或者” 是 包括性的， 是指和 / 或 ； 短语 “与…相关联” 和 “与其相关联” 以及其派生词， 可以指包括、 包 括在…内、 与…互联、 包含、 包含在…内、 连接到…或者与…连接、 耦合到…或者与…耦合、 可与…通信、 与…合作、 交织、 并置、 与…接近、 绑定到…或者与…绑定、 具有、 具有…的特性 等。 在本专利文件中提供了特定词语和短语的定义， 本领域的普通技术人员应该明白， 许多 情况下 ( 即使不是在大多数情况下 )， 这些定义适用于如此定义的词语和短语以前及未来 的使用。 附图说明 当结合附图时， 从下面的详细描述中， 本发明的上述和其他目的、 特征和优点将变 得更加明显， 其中 ：
图 1 图示根据本发明的实施例的通过无线通信系统中的上行链路 RACH 的信号发 射结构 ；
图 2 图示根据本发明的实施例的在主节点控制远程节点的 RACH 的信号发射的过 程；
图 3 图示根据本发明的实施例的在远程节点通过 RACH 发射信号的过程 ；
图 4 图示根据本发明的另一个实施例的在远程节点通过 RACH 发射信号的过程 ；
图 5 图示根据本发明的实施例的用于通过 RACH 发射信号的远程节点的方框结构 ； 以及
图 6A 和图 6B 图示根据本发明的实施例的通过 RACH 发射的接入探针 (Access Probe， AP) 的结构。
具体实施方式
下面讨论的图 1 到图 6 以及在本专利文件中用于描述本公开的原理的各种实施例 仅仅是为了说明， 不应该以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域的技术人员将会理 解到本公开的原理可以在任何适当布置的通信系统中实现。 本发明的优选实施例将在以下 参考附图进行描述。 在下面的描述中， 公知的功能或结构没有详细描述， 因为它们将在不必 要的细节中使本发明模糊不清。下面描述的 ( 考虑了本发明的功能而定义的 ) 术语可能根 据用户和操作者的意图或者实践而不同。因此， 所述术语应该基于本说明书中的公开而定 义。
本发明的示例性实施例提供用于在通用串行总线 (USB) 组合 (composite) 网络装 置中支持选择性挂起模式 (selective suspend mode) 的技术。此处， 选择性挂起模式仅在 处于空闲模式的组合网络装置的一个或者多个装置中的一些装置中得到支持。即， 与整个组合网络装置都工作在空闲模式中的空闲模式相比， 所述选择性挂起模式仅在处于空闲模 式的装置中的一些装置中得到支持。
下文中， 本发明意在提供用于在无线通信系统中考虑到反向信道状态来执行随机 接入信道 (RACH) 发射的技术。
接下来， 假设本发明的无线通信系统采用时分双工 (TDD) 模式。
在下面的描述中， 可以与随机接入信道的结构类型无关地应用随机接入信道。比 如， 随机接入信道可以配置成仅包括前同步码。 在另一个例子中， 随机接入信道也可以配置 成包括前同步码和短长度的消息。
在下面的描述中， 主节点表示通过正向链路发射信号的节点， 远程节点表示通过 反向链路发射信号的节点。
在下面的描述中， 假设主节点连续或者周期性地发射信道 ( 例如， 导频信道 )， 从 该信道中远程节点确定正向链路的信道状态。 而且， 在使用时分双工模式的情况下， 根据信 道互易性 (reciprocity) 特征可以假设正向链路和反向链路的状态相同。因此， 下面的描 述中假设远程节点利用正向链路作为反向链路的信道状态值。
如在本公开的后面部分的图 1 所示， 远程节点通过随机接入信道发射信号。
图 1 图示根据本发明的实施例的通过无线通信系统中的上行链路 RACH 的信号发射结构。 参考提到的图 1， 假定正向信道是接入前同步码捕获指示信道 (AP-AICH)， 假定反 向信道为随机接入信道。
如该图所示， 远程节点通过反向链路的随机接入信道发射前同步码用于通信的初 始同步。此时， 远程节点通过随机接入信道发射包含前同步码的第零个接入探针 (AP)100。 例如， 该远程节点通过接入探针发送配置成如图 6(a) 所示的接入探针。
如果在 TP-P 102 时间间隔内没有收到来自主节点的针对 AP0(100) 的响应信号， 那么远程节点通过随机接入信道再次发射发射功率比 AP0(100) 增加了 ΔP 的 AP1(100)。 AP1110 包含配置成与 AP0(100) 相同签名 (signature) 的前同步码。
在主节点已经通过随机接入信道接收到 AP1(100) 的情况下， 主节点在等待 TP-AI 120 时间间隔之后， 通过 AICH 130 发射与 AP1(100) 相同的签名。
尽管未示出， 远程节点通过解调通过 AICH 130 提供的信号来确定签名和捕获指 示符 (AI)。如果通过捕获标识符确定了主节点的 ACK， 远程节点在等待 tp-mag 时间之后通 过反向随机接入信道， 向主节点发射包含反向数据的消息。 比如， 远程节点通过随机接入信 道发射包括配置成如图 6(a) 所示的消息的接入探针。此时， 远程节点以与 AP1(110) 对应 的发射功率发射接入探针。
如上所述， 远程节点可以考虑反向信道状态来发射随机接入信道。 即， 只有在反向 信道状态大于参考值的情况下， 远程节点才能够发射随机接入信道。考虑远程节点的业务 QoS 和信道的统计特性来确定所述参考值。 此处， 信道的统计特性包括无线信道的多普勒频 率、 接收信号对噪声比的平均值以及接收功率电平的平均值。
参考值可以在远程节点或者主节点处确定。例如， 在参考值在主节点处确定的情 况下， 主节点可以通过考虑远程节点的业务 QoS 来确定所述参考值， 如后面的图 2 所示。
图 2 图示根据本发明的实施例的由主节点控制通过远程节点的 RACH 的信号发射
的过程。 参考后面的图 2， 在步骤 201， 主节点确定提供给远程的业务的 QoS。
此后， 主节点进行到步骤 203 并且通过考虑远程节点的业务 QoS 决定用于确定远 程节点是否将要发射随机接入信道的参考值。比如， 在主节点向远程节点提供实时业务的 情况下， 主节点将参考值设低， 以便减少远程节点的延迟 (delay)。 在另一个例子中， 在主节 点向远程节点提供非实时业务的情况下， 主节点将所述参考值设高。
在决定参考值之后， 主节点进行到步骤 205 并且向远程节点发射所确定的参考 值。例如， 主节点通过广播信道发射参考值信息。在另一个示例中， 主节点可以通过专用信 道来发射参考值信息， 这实现了特定远程站的休眠状态。 这里， 休眠状态是指当远程站没有 被分配专用物理资源但保持着较高层连接时的状态。在无线数据服务中， 当有突发业务量 时， 休眠状态可以被用来节省远程站的功率消耗。
此后， 主节点结束本算法。
在上述例子中， 主节点确定一个参考值， 该参考值确定远程节点是否执行随机接 入信道传输。
在另一个例子中， 主节点也可以根据信道条件来决定参考值中的若干个参考值。 比如， 主节点根据下面的 < 表 1> 所示的多普勒频率来确定参考值中的若干个参考值。
< 表 1>
如 < 表 1> 所示， 主节点根据提供给远程节点的业务 QoS 和信道的多普勒频率来发 射参考值中的若干参考值， 并且将所述若干参考值发射到远程节点。 此时， 主节点将对时延 (time delay) 没有实时业务高敏感的非实时业务的参考值设高。同样地， 当信道的多普勒 频率变高时， 主节点也将参考值设高。
远程节点考虑待与主节点通信的业务 QoS 和信道的多普勒频率在主节点提供的 参考值中确定一个参考值。同样地， 在业务 QoS 改变或者信道的多普勒频率变化的情况下， 远程信道也可以根据 < 表 1> 中的相应 QoS 和多普勒频率而改变到一个参考值。
在另一个例子中， 主节点向远程节点发射根据 QoS 允许随机接入传输的时限， 并
且远程节点在该时限内发射随机接入信道的同时可以改变参考值以便优化发射功率。比 如， 主节点使用随机接入信道的延迟性能和信道的统计特性来确定如以下 < 表 2> 中所示的 一个参考值， 该参考值确定远程节点是否执行随机接入信道传输。 作为另一个例子， 可以在 远程节点根据标准或者信道环境通过仿真来确定诸如下面 < 表 2> 的参考值。此处， 假定上 述 < 表 2> 的随机接入信道的延迟性能使用随机接入信道的平均延迟， 而信道的统计特性使 用信道的多普勒频率。
< 表 2>
当根据业务特性的延迟性能被确定时， 远程节点可以依照信道的多普勒频率使用 以上的 < 表 2> 来改变参考值。
在无线通信系统中的时分双工模式的情况下， 正向链路和反向链路两者使用相同 的频率。这样， 远程节点考虑到通过正向链路信号的强度估计的反向信道的状态来发射随 机接入信道， 如后面的图 3 所示。在这点上， 远程节点可以使用接收的信号的功率电平、 接 收的信号的路径衰减、 接收信号的信噪比 (SNR)、 正向信道增益等来估计反向信道状态。在 下面的描述中， 为了解释， 假设远程节点使用接收的信号的功率电平来估计反向信道状态。
图 3 图示根据本发明的实施例的在远程节点通过 RACH 发射信号的过程。
参考上述图 3， 在步骤 301， 远程节点确定由主节点发射的正向信号已经被接收。
在接收到正向信号情况下， 远程节点进行到步骤 303 并且测量从主节点接收到的 正向信号的电功率。
此后， 远程节点进行到步骤 305 并且确定用于确定随机接入信道是否将要被发射 的参考值。例如， 远程节点通过考虑用户要求的业务 QoS 和信道的统计特性来确定用于确 定是否发射随机接入信道的参考值。在另一个例子中， 可以从主节点向远程节点提供用于 确定是否执行随机接入信道传输的参考值。在另一个例子中， 远程节点可以确定用于确定 是否执行预定的随机接入信道传输的参考值。在另一个例子中， 远程节点可以通过考虑通 信中使用的信道的统计特性来选择若干参考值中的任何一个参考值。此时， 远程节点可以 考虑多普勒频率， 即， 信道的统计特性， 来选择参考值。
在确定用于确定执行随机接入信道传输的参考值之后， 远程节点进行到步骤 307， 并且比较在步骤 303 中测量的正向信号的功率和在步骤 305 确定的参考值。
在正向信号功率等于或者小于该参考值的情况下， 远程节点确定反向信道状态不 适于随机接入信道传输。因此， 远程节点不发射随机接入信道。
另一方面， 在正向信号功率大于该参考值的情况下， 远程节点确定反向信道状态 适合随机接入信道传输。因此， 远程节点进行到步骤 309 并且通过反向随机接入信道发射 信号。
此后， 远程节点结束本算法。
如上所述， 在远程节点考虑反向信道状态来执行随机接入信道传输的情况下， 远 程节点可以通过开环来确定要在随机接入信道传输中使用的功率。
同样地， 远程节点可以使用特定幅度的功率来执行随机接入信道传输， 以便在主 节点中容易地估计反向链路的功率。
同样地， 远程节点可以考虑反向信道增益来确定要在随机接入信道传输中使用的 功率， 如图 4 所示。
图 4 是示出根据本发明的另一个实施例的在远程节点通过 RACH 发射信号的过程 的图。
参考上述图 4， 远程节点在步骤 401 确定由主节点发射的正向信号已经被接收。
在接收到正向信号的情况下， 远程节点进行到步骤 403 并且测量从主节点接收的 正向信号的电功率。
此后， 远程节点进行到步骤 405 并且确定用于确定随机接入信道是否将要被发射 的参考值。例如， 远程节点通过考虑由用户要求的业务 QoS 和信道的统计特性来确定用于 确定是否发射随机接入信道的参考值。在另一个例子中， 可以从主节点向远程节点提供用 于确定是否执行随机接入信道传输的参考值。在另一个例子中， 远程节点可以确定用于确 定是否执行预定的随机接入信道传输的参考值。在另一个例子中， 远程节点可以通过考虑 通信中使用的信道的统计特性来选择若干参考值中的任何一个参考值。此时， 远程节点可 以考虑多普勒频率， 即， 信道的统计特性， 来选择参考值。
在确定用于确定执行随机接入信道传输的参考值之后， 远程节点进行到步骤 407， 并且比较在步骤 403 中测量的正向信号的功率和在步骤 405 确定的参考值。
在正向信号功率等于或者小于参考值的情况下， 远程节点确定反向信道状态不适 于随机接入信道传输。因此， 远程节点不发射随机接入信道。
另一方面， 在正向信号功率大于参考值的情况下， 远程节点确定反向信道状态适 合随机接入信道传输。因此， 远程节点进行到步骤 409 并且确定反向信道的增益。
此后， 远程节点进行到步骤 411 并且通过考虑在步骤 409 中确定的反向信道增益 来确定要在随机接入信道传输中使用的发射功率。比如， 远程节点确定要在随机接入信道 传输中使用的发射功率， 以便与反向信道增益成反比。 在另一个实施例中， 远程节点可以确 定根据传播衰减的变量和瞬时反向信道增益之间的差作为要在随机接入信道传输中使用 的发射功率。在另一个例子中， 远程节点可以把要用于发射随机接入信道的发射功率保持 在某个电平而不考虑反向信道的瞬时增益。在此， 可以与主节点和远程节点之间的路径衰 减成比例地设置某个电平。在确定要在随机接入信道传输中使用的发射功率之后， 远程节点进行到步骤 413 并且通过反向随机接入信道发射信号。此时， 远程节点利用在步骤 411 中确定的发射功率 来发射信号。
此后， 远程节点结束本算法。
在下面的描述中， 将描述考虑反向信道状态来执行随机接入信道传输的远程节点 的结构。此时， 假定远程节点使用多普勒频率作为信道的统计特性。
图 5 图示根据本发明的实施例的用于通过 RACH 发射信号的远程节点的方框结构。
如上述图 5 所示， 远程节点包括双工器 500、 接收装置 510、 信道估计器 520、 多普勒 频率估计单元 530、 控制单元 540 和发射装置 550。
双工器 500 根据双工模式通过天线传输从发射装置 550 提供的发射信号， 并且向 接收装置 510 提供来自天线的接收信号。
接收装置 510 恢复从双工器 500 提供的数据。比如， 接收装置 510 包括 RF 接收 块、 解调块、 信道解码块等。RF 接收块包括滤波器和 RF 预处理器。当无线通信系统采用正 交频分复用时， 解调块包括用于提取每个子载波上携带的数据的 FFT 计算机。信道解码块 包括解调器、 解交织器和信道解码器等。 信道估计单元 520 使用从接收装置 510 提供的接收信号来估计正向信道。比如， 信道估计单元 520 使用正向信号的导频来估计接收的信号的接收功率。
多普勒频率估计单元 530 使用从接收装置 510 提供的接收信号来估计远程节点和 主节点之间的多普勒频率。即， 多普勒频率估计单元 530 通过经由正向信道接收的信号的 变化来估计多普勒频率。
控制单元 540 基于从信道估计单元 520 提供的正向链路信道的状态信息来确定是 否将要发射随机接入信道。 即， 控制单元 540 通过将来自信道估计单元 520 所估计的接收信 号的功率与参考值相比较来确定是否发射随机接入信道。比如， 在信道估计单元 520 处估 计的接收信号的功率等于或者小于参考值的情况下， 控制单元 540 确定反向信道状态不适 于随机接入信道传输。这样， 控制单元 540 控制发射装置以免执行随机接入信道传输。在 另一个例子中， 在信道估计单元 520 处估计的接收信号的功率大于参考值的情况下， 控制 单元 540 确定反向信道状态适合随机接入信道传输。 这样， 控制单元 540 控制发射装置 550 执行随机接入信道传输。
此时， 控制单元 540 使用从主节点提供的参考值来确定是否发射随机接入信道。 在另一个示例中， 控制单元 540 可以考虑用户要求的业务 QoS 来计算参考值。在另一个示 例中， 控制单元 540 可以使用固定的参考值。在另一个示例中， 控制单元 540 可以使用业务 QoS 和在多普勒频率估计单元 530 处估计的多普勒频率， 在上述 < 表 1> 中选择对应的参考 值。在另一个例子中， 控制单元 540 可以使用根据业务 QoS 的延迟特性和在多普勒频率估 计单元 530 处估计的多普勒频率， 在上述 < 表 2> 中选择对应的参考值。
发射装置 550 根据控制单元 540 的控制生成要通过随机接入信道发射到基站的信 号。即， 只有在控制单元 540 控制执行随机接入信道传输时， 发射装置 550 才将要通过随机 接入信道发射给基站的信号变换为通过无线资源发射的格式并且将其提供给双工器 500。 比如， 发射装置 550 包括信号生成块、 信道编码块、 调制块和 RF 发射块。信道编码模块包括 调制器、 交织器和信道编码器。 在无线通信系统使用正交频分复用的情况下， 调制块包括用
于将数据映射到每个子载波的 IFFT 计算机。RF 发射块包括滤波器、 RF 预处理器等。
虽然未示出， 但是远程节点还包括功率控制单元， 该功率控制单元考虑反向信道 增益来确定要在随机接入信道传输中使用的发射功率。此时， 功率控制单元考虑反向信道 增益来确定随机接入信道的发射功率。例如， 功率控制单元确定要在随机接入信道传输中 使用的发射功率与反向信道增益成反比。在另一个例子中， 功率控制单元可以把将要用于 发射随机接入信道的发射功率保持在某个电平而不考虑反向信道的瞬时增益。此处， 可以 与主节点和远程节点之间的平均路径衰减成比例地设置某个电平。
在上述实施例中， 远程节点考虑正向信号的接收功率来确定是否执行随机接入信 道传输。
在另一个实施例中， 远程节点考虑正向信道的衰落值来确定是否执行随机接入信 道传输。此时， 远程节点可以计算正向信道的衰落值， 比如 < 方程 1>。
< 方程 1>
Y ＝ ( 瞬时导频接收功率 )/( 平均导频信道接收功率 )
其中 Y 表示正向信道的衰落值。
此时， 在诸如 < 方程 1> 的正向信道的衰落值大于参考值的情况下， 远程节点确定 反向信道状态适合于随机接入信道传输。这样， 远程节点执行反向随机接入信道传输。 另一方面， 在诸如 < 方程 1> 的正向信道的衰落值等于或者小于参考值的情况下， 远程节点确定反向信道不适合随机接入信道传输。这样， 远程节点不执行反向随机接入信 道传输。
如上所述， 无线通信系统的远程节点考虑反向链路的状态能够选择性地执行随机 接入信道传输， 由此有利地提高反向接收信道的成功率， 减少通过反向接入信道发射信号 的终端的功率消耗， 并且扩大受最大功率传输限制的反向链路的服务区域。
虽然已经参考本发明的某些优选实施例描述了本发明的说明书， 但是在不脱离本 发明的范围的情况下， 可以其中做出各种变化。因此， 本发明的范围不限于所描述的实施 例， 而应该由所附权利要求及其等同物来限定。