备用多重访问 【发明背景】
I.发明领域
本发明总的涉及无线通信。本发明尤其涉及无线通信系统中的多重访问。
II.相关技术领域描述
典型的无线通信系统中，多个移动站是通过公共的基站进行通信的。但是，由于基站的资源有限，移动站需要通过竞争才能完成对基站资源的访问。图1是典型的现代无线通信系统10的方框图。该系统由一系列的基站14组成。一组移动站12与基站14进行通信。移动站12在前向链路信道18和反向链路信道20上与基站14进行通信。这里，“信道”一词指的是基站和特定的移动站之间的一条通信链路，以及通常具有相同功能的通信链路的编组。图1示出了各种类型的移动站。例如，图1中示出了手提电话、车载移动电话和地点固定的无线本地环路电话。由这样的系统提供话音和数据服务。其他地现代通信系统是通过无线卫星线路而不是通过地面基站进行工作的。
采用码分多址(CDMA)的无线系统的行业标准见“TIA/EIA标准”，其标题是“双模式宽带扩展谱蜂窝系统的移动站—基站兼容性标准”，以及它的TIA/EIA/IS—95子版本(本文中统称为IS-95)。其内容在此引述供参考。在这些信道中，IS-95定义了一个反向链路随机访问信道，这个信道由移动站用来与基站进行通信。访问信道用于短信令消息交换，如始发呼叫、寻呼响应和登录。例如，在延长双向通信的时候，在移动站和基站之间建立起专用的前向链路和反向链路业务信道对。访问信道可以用来在建立起业务信道之前将信息从移动站转发到基站，以便于进行业务信道的建立。
IS-95所定义的访问信道是一种随机访问信道，它是指移动站随机地选择一部分发送访问探测的访问信道资源。由于访问信道的随机性，是不能保证只有一个移动站对所选部分进行访问的。所以，在发送出访问探测的时候，会有几种可能而使得基站无法进行接收。可能是由于基站的接收功率电平与当前的干扰电平相比太低。也可能是由于有另外一个基站正同时采用同一部分的访问信道资源从而产生冲撞。不管是在哪一种情况下，在基站没有接收到访问探测的时候，移动站都随机地选择另一部分的访问信道资源来对该系统进行访问，也许这时采用了更高的信号电平。为了避免在一开始冲撞以后出现两个移动站之间的一系列锁定步骤(lockstep)故障，重新发送过程也是随机的。
为了选择一部分访问信道资源，按照IS-95，移动站随机地选择CDMA技术所规定的一个或多个访问信道中的一个。在选择了一个访问信道以后，将移动站限制在一组重新形成的时隙边界中的一条边界处开始发送访问探测。移动站随机地选择时隙边界并开始发送。这种操作方式称作是分时隙的阿洛哈(aloha)操作，而这在本领域中是众所周知的。
随机访问系统的一个主要关键问题是负载控制。负载控制用来对基站处接收访问探测的速率进行统计控制。分时隙阿洛哈系统中的负载控制的重要性是因为当试图进行访问的数量增加时，冲撞数也增加。当负载进一步增加时，由于系统资源因冲撞而消耗，而使得成功的访问实际上是下降的。所以，在分时隙阿洛哈系统中，最好使系统负载保持在全部负载容量的18％以下，不然的话，会产生不稳定。
负载也是系统中干扰量的函数。系统的有效容量随干扰的增加而下降。当随机访问信道上的负载增大时，会对系统中的其他信道如业务信道产生显著的干扰。按照IS-95标准，访问信道上的负载是受失败的访问企图与后随的访问企图之间插入的随机延迟(称为访问探测抵消)的控制的。然而，IS-95缺少一种快速启动和中断对访问信道的访问以便对负载进行控制的机构。
按照IS-95标准，当移动站发送一个访问探测的时候，它将发送一个特有的识别号如移动站的电子序号(ESN)，以及包含在前置部分内的其他的信息。另外，访问探测包含说明该探测的目的或携带用户数据的消息。例如，该消息可以指定始发呼叫中所使用的电话号码。访问探测的持续时间通常在80到150毫秒(msec)之间。
按照IS-95标准，移动站一开始在第一电平上发送访问探测。如果基站没有在预定时间内通过确认来作出响应，那么移动站就以更高的功率电平继续重复该访问探测。
第一种访问方法并不能很有效地利用系统的资源。首先，访问探测的时间相当长，并且即使基站不能接收访问探测，移动站也必须继续发送整个访问探测，因此，会将没有用处的能量挤压到系统内，而浪费了移动站的资源，并减小了系统的容量。按照IS-95标准，在移动站已经开始进行发送以后，是没有使基站能够增加或降低发送功率的功率控制机构的。如果反向链路经过深衰落，那么发送会失败，并且移动站在更高的功率电平下重新发送消息，而这在没有衰落的情况下是没有必要的。基站没有手段在深衰落期间请求更高的功率，也无法在以后的重新发送期间请求减小功率。除了消耗大量的系统资源以外，按照IS-95标准的访问方法可以延伸，从而覆盖了在系统中加入延迟的大量的时间。按照IS-95标准，无论数据量或移动站与基站之间的接续质量如何，数据都是在每次一个数据的速率下在访问信道上发送的。
所以，需要采用一种技术，来发展多重访问系统，这种系统能够使引入的延迟较短，并且能够更有效地利用有效的系统资源。
发明概述
采用备用多重访问(RsMA)来提供对多个移动站的多重访问。将访问系统的访问探测分成两种不同的部分：请求部分和消息部分。请求部分包含一个对移动站进行“准唯一”识别的数字。例如，可以用散列函数，从唯一识别移动站的更长的数中，产生一个散列标识。请求部分还包含一个便于进行检测的前置部分。请求部分的长度与消息部分的长度相比较短。
请求部分是在随机访问信道上发送的。例如，在一种实施例中，请求部分是在分时隙的阿洛哈信道上发送的，在该阿洛哈信道中，时隙的边界相互贴近，如同几个请求部分的长度。
如果请求部分由基站恰当地检测到，并且如果是有资源存在的，那么基站就用信道分配消息来分配备用的访问信道。信道分配消息含有散列标识。移动站在备用的访问信道上发送消息部分。备用的访问信道提供低竞争几率的通信。在一种实施例中，消息部分可以包含对业务信道或其他的管理消息的请求，或者含有用户信息的数据根。在一种实施例中，消息部分可以具有一组可变数据速率中的一个。
在另一种实施例中，前向链路信道将功率控制信息发送到移动站，并且这是在备用的信道上发送的。在再一种实施例中，信道分配消息、功率控制信息是从多个扇区、基站发送出去的。
在一种实施例中，基站可以在也携带信道分配消息的前向链路信道分配信道上将等待消息发送到某一特定的移动站。等待消息延迟移动站的后续访问企图。在另一种实施例中，等待消息可以用作对系统的快速禁止访问，以便对负载进行控制。
附图简述
通过下文中结合附图对本发明的详细描述，读者将会更清楚地了解本发明的特点、目标和优点。图中，相同的标号所表示的意义相同。
图1是典型的现代无线通信系统的方框图。
图2A和2B是RsMA中移动站工作时的流程图。
图3是RsMA系统中一系列信道的图。
图4是前向功率控制公共信道典型数据结构的图。
图5是闭合环路系统中移动站发送功率的图。
图6是多扇区基站的覆盖区扇区的图。
图7是多扇区基站的方框图。
图8是典型移动站结构的方框图。
发明的详细描述
为了克服现有技术的局限性，本发明采用备用多重访问(RsMA)格式，以便于对系统进行随机访问。为了提高效率，将访问消息分成两个不同的部分：请求部分和消息部分。在随机访问信道上发送请求部分。作为响应，分配一个备用访问信道。在备用访问信道上发送消息部分。采用备用访问信道，在一种实施例中，对访问探测的消息部分实行闭合环路功率控制。与其他特性一起，本发明提高了访问探测的效率。
通过举例，读者能够很好地了解本发明。图2A和2B是按照本发明的RsMA系统中典型的移动站操作的流程图。图3是可以便于读者理解本发明的RsMA系统中一系列信道和消息的图。
参照图2A，流程从开始方框100开始。在方框102中，将序列号和探测号设置为0。在方框104中，移动站随机地从系统所支持的一组前向链路信道分配信道中选择出前向链路信道分配信道(F-CACH)。例如，移动站选择第n个前向链路信道分配信道，如，图3中所示的F-CACH(n)200。在一种实施例中，前向链路信道分配信道数是可编程的，并且可以减小到1，甚至是0，以便减少成功访问的数量。
在方框106中，移动站估计从相应的基站接收到的导频信号的信号质量。例如，移动站可以估计载波能量与接收导频信号时噪声功率密度的比值(Ec/Io)。方框108判断导频信号的质量是否超过了预定的阈值。如果没有超过，则移动站假设前向链路信道已经衰落，并且流程继续进行到方框106，直到信号质量得到改进。由于地面信道具有快速衰落的特征，反向衰落状况通常会自己进行很快的校正。通过避免在深衰落期间进行发送，移动站可以提高接收基站对F-CACH作出响应的似然性。这将在下文中详述。方框106和108是任选项，某些实施例中是不包含这一特征的。
如果假设在方框108中，导频信号的信号质量超过了阈值，则流程进行到方框110，其中，移动站随机地选择与所选R-CCCH相应的反向链路公共控制信道(R-CCCH)。例如，移动站选择第c个反向链路公共控制信道，如R-CCCH(c)202，如图3所示。在一种实施例中，F-CACH与多个R-CCCH有关。在方框112中，移动站使发送功率初始化成初时的功率电平(IP)。在一种实施例中，IP的值是根据导频信号的信号质量以及其他的因素来确定的。在另一种实施例中，IP的值是固定的，或者是可编程值。流程继续进行，通过图2B中的非寻呼连接器(off pageconnector)114至非寻呼连接器116。
在方框118，移动站在R-CCCH(c)上发送包含前置部分和散列ID的访问探测的请求部分，如请求消息210所示的那样。散列ID是从发送移动站所特有的信息中得到的。按照多种众所周知技术中的一种技术，用散列函数来产生散列值，而该散列函数将含有大量数据位的输入数映射成更短的输出数。例如，在本发明的一种实施例中，散列函数的输入信息包含移动站的电子序号(ESN)，按照IS-95标准，该序号是由移动站制造者赋给的，它唯一标识了移动站设备。用32位，可以对超过40亿个移动站，赋给唯一的一个ESN。例如，散列函数的输出是一个12位的数，限定了4096个不同的“准唯一”散列ID数。尽管不是唯一的，但散列ID的长度足以使得绝对不可能有多于一个在基站覆盖区内工作的移动站会产生相同的散列ID，也不会同时发送访问探测的请求部分。这一散列ID的使用使得与IS-95标准相比，更少有信息被发送出去，但在大多数情况下，仍能鉴别区域中的所有的移动站。如果同时采用相用的散列ID在两个或更多的移动站之间出现冲撞，那么会有一些甚至全部的访问企图都遭到失败。在这样一种情况下，不成功的请求部分再次重新发送出去，并且随机抵消周期减小了后续冲撞的危险。
因此，在访问过程中，移动站必须是唯一对基站作出标识的。然而，这种唯一的标识不是必须的，以便在这一时刻继续对系统进行访问。散列ID的应用大大减少了在访问探测请求部分传送的数据量。按照本发明，移动站的唯一识别是在访问探测消息部分而不是在请求部分完成的。
在方框120中，移动站监视F-CACH(n)200，以确定访问探测是否由基站成功译码了。例如，在图3中，在一种场合下，基站通过发送响应消息212作出响应。响应消息包含它所指向的移动站的散列ID。响应消息还包含循环冗余检验(CRC)值，或其他的检错机构。在一种实施例中，F-CACH(n)200与几个R-CCCH(c)相关，并携带几个不同移动站的消息，其每一个都包括一个CRC值。在方框122中，移动站监视F-CACH(n)上携带的响应消息，并借助于CRC确定是否有一故障检测到。如果故障被检测到了，则流程进行到方框126，这将下文中说明。在一种实施例中，如果没有检测到来自移动站的响应，那么，基站就重新发送一重复响应消息212’。图3中，在初始发送结束以后，重复响应消息D2秒，从而移动站计时器D1不会超时，直至被重复的响应消息212’结束。在一种实施例中，移动站将原始响应消息121和重复响应消息212’的能量软组合起来，按照众所周知的技术，提高性能。
如果在方框122处没有检测到故障，则过程进行到方框124，并确定F-CACH(n)200上携带的响应消息212中所传送的特定散列ID是否与移动站所发送的散列ID匹配。如果散列ID是不匹配的，或者，如果在方框122中是对故障译码的，那么流程就进行到方框126。方框126确定D1计时器是否已超时。D1在访问探测的请求部分被传送出去的时候被复位，并累计时间，直至超时为止。例如，在图3中，D1计时器的周期是用D1标记的双箭头来表示的，从复位探测的请求部分210结束处开始。如果D1计时器没有超时，则移动站继续在方框120开始的时候监视F-CACH(n)200。
如果散列ID是匹配的，则流程继续从方框124进行到方框146。方框146确定响应消息212是否是一等待消息。例如，基站可以发送一个等待消息，指挥移动站在经过一定的时间以后再次尝试继续访问。这样，基站可以用这些反向链路信道控制由移动站引起的基站负载。通过将等待时间设置为无限大，系统就拥有了快速禁止对访问信道进行访问以便对负载进行控制的机构。如果消息是一等待消息，则流程继续通过图2A所示的非寻呼连接器148至非寻呼连接器158。在方框160中，移动站产生要用于抵消计时器的伪随机数PN(b)。在方框162中，移动站在重新进入流程而尝试进行另一访问之前等待PN(b)时隙时间。在一种实施例中，等待消息只是指挥移动站进入选择抵消时间的程序。在另一种实施例中，基站可以指挥移动站在由随机选择的数字所指定的等待顶峰处，等待一个附加量。在再一种实施例中，基站可以指定一个乘以抵消周期的倍数，以改变等待周期。
再回到图2B，如果在方框146中没有接收到等待消息，则流程继续进行到方框150。方框150确定是否接收到一个信道分配消息。如果没有接收到信道分配消息，则流程继续进行到方框152，宣告访问失败，并且移动站进入系统确定状态。在其他的实施例中，其他类型的响应消息被包括在系统中，并在宣告故障之前被检测。
如果在方框150中检测到信道分配消息，则流程继续进行到方框154。信道分配消息指定一条反向链路、由移动站使用的反向访问信道(R-RACH)，如图3中所示的R-RACH_1204。反向信道是没有高几率争用的，这是因为访问系统的两个或两个以上个移动站具有相同的ID的概率是很小的。另外，在一种实施例中，反向信道是与前向链路功率控制信道(F-FCCH)如图3中所示的F-PCCH1206相关的，它提供了对移动站的闭合环路功率控制，这将在下文中说明。在一种实施例中，根据R-RACH1的分配，移动站可以确定相关的F-PCCH。在另一种实施例中，信道分配消息同时指定R-RACH和F-PCCH。
在一种实施例中，信道分配消息可以指定一个等待周期。在该实施例中，基站确定在未来某一时间会具有目前正被使用的某一R-RACH。它将根据进程中已有的消息长度，或者根据这些消息已知的最大长度，来作出这一决定。本质上，经延时的信道分配消息高速移动站，在经过了预定个帧数以后，开始在指定的R-RACH上进行传送。这种类型的工作方式具有的优点是，可以由其他的移动站自由地使用R-CCCH，因而降低了冲撞数，并提高了系统的总体效率。
在方框154中，移动站在所分配的反向访问信道R-RACH_1204上发送访问探测的消息部分214，而在相关的F-PCCH_1206上接收功率控制命令216，这将在下文中作更详细的说明。消息部分可以包含对寻呼的响应、对业务信道的呼叫原始请求、数字数据系统中带有数据根的用户信息，或其他类型的消息。在方框156中，移动站已经完成访问尝试，并且访问程序进入空闲状态。
再回到方框126，如果D1计时器在正确接收的响应消息中检测到一个匹配散列ID之前已经超时，则流程继续进行到方框128。在方框128中，探测计数递增。方框130确定探测计数是否小于某一阈值。如果是的，则访问探测的最大数是还没有被发送出去，并且流程继续进行到方框144，这时，移动站产生抵消周期的随机数PN(p)。在方框142中，流程等待预定个由PN(b)指定的时隙。在方框140中，移动站增加发送功率，并且流程继续回到方框118，这时，在R-CCCH(c)，在更高的功率电平下发送访问探测。
如果在方框130中确定已经在先前选择的R-CCCH上发送了最大数量的访问探测，则流程从方框130继续进行到方框132。在方框132，使序号递增。方框134确定序号是否小于某一预定的阈值。如果是的，则流程继续通过非寻呼连接器138回到图2A，这时，在某一随机延迟以后，移动站随机地选择一个新的F-CACH和R-CCCH对，尝试对系统的访问。如果在方框134处确定序号大于或等于最大的序号，则流程从方框134继续进行到方框136，宣告访问失败，并且移动站进入系统判断状态。
上文中描述的操作中具有涉及IS-95标准所规定的访问方案的几个优点。访问探测的请求部分是以与IS-95标准中的访问探测相似的方式，在分时隙的阿洛哈信道上传送的。然而，按照IS-95标准，移动站发送的整个访问探测包含一个冗长的ESN，和持续时间可长达520毫秒的消息。按照IS-95标准，移动站接着在1360毫秒的时间里，对于来自基站的业务信道分配消息，监视寻呼信道。如果没有接收到业务信道分配消息，则在可长达8320毫秒的时间里，在插入了抵消周期以后，移动站再次发送整个访问探测。所以，如果出现失败，则可在移动站再次发送整个访问探测之前的9680毫秒时间里，通常以比以前更高的功率电平，在系统中涌进更大的能量。
所以，按照IS-95标准，通常在反向链路访问信道上，无论基站是否检测到信号，都发送150毫秒或更长时间的能量。这样，大部分能量用在无用的访问企图上，从而降低了移动站功耗的效率，并产生对系统的无用干扰。另外，这种类型的工作方式在始发失败的事件中引入显著的延迟。本发明克服了这些局限性。
按照IS-95标准，基站不会建立起与移动站的前向链路接续，直到已经接收到全部的访问探测。所以，在冗长的访问探测期间，基站还没有途径将功率控制信息传送到移动站。不采用任何功率控制，会增加产生过多能量(由于传输功率电平太高)的几率和重复传输(由于传输功率电平太低)的几率，因此，就增加了对系统的干扰水平。在一种实施例中，本发明还通过提供对访问探测消息部分的闭合环路功率控制，克服了这种局限性。
正象众所周知的那样，捕获技术，即由基站对移动站信号的检测仅需要很少比例的在现有技术访问探测中传送的能量。所以，比较起来，本发明采用访问探测的请求部分，以便于由基站检测移动站。访问探测的请求部分比按照IS-95标准的访问探测要短得多。例如，在一种实施例中，整个请求部分可以在2.5毫秒的时间里传送。通常，请求部分的持续时间与消息部分的持续时间的比值很小，例如在0.01的数量级上。
在简短的请求部分传输以后，移动站停止进行发送。如果基站接收到请求，则它用简短的信道分配消息作出响应。再有，消息可以相当短，因为它给出的是散列的ID，而不是整个ESN。例如，在一种实施例中，备用的访问信道分配消息长度是3.75毫秒。这样，备用访问信道分配消息的传送不会消耗太多的系统资源。还有，采用这样的方式，可以相当快地通知移动站基站是否能够检测到其信号。例如，在图3中，如果响应消息212是用于移动站的信道分配消息，那么移动站就知道在请求部分的传输结束以后大约5毫秒钟的时间里基站就检测到其信号了。整个处理过程仅发生在按照IS-95标准进行访问探测发送所必须的时间的大约1/20的时间里。
由于访问探测请求部分持续时间较短，允许移动站开始按照分时隙阿洛哈操作进行传输的时隙边界可以相互靠近。这样，可能的传输次数增加而减小了冲撞的几率，并使得随机访问信道可以支持较多的移动站。例如，按照IS-95标准，时隙边界是以每秒1.92到12.5个边界的速率出现的。在一种实施例中，本发明的时隙边界是以每秒800个边界的速率数量级出现的。如果两个移动站在相同的时隙边界期间进行发送但这些基站因路径延迟由于分集如时间分集而仍能检测到一个或两个请求，那么基站可以参照散列的ID，赋予每一竞争的移动站以不同的R-RACH，这就使得系统能够在一些情况中捕获竞争的移动站。
如果没有发生失败，则移动站就知道失败的是在周期D1期间，该周期在一种实施例中是在40到60毫秒的数量级上。移动站可以在一个快速出现的时隙边界上发送一个跟随请求部分，从而减小由于失败而引起的延迟。另外，由于请求部分简洁，无用地涌入的能量与按照IS-95相比大大减少。
一旦使移动站赋予了备用的访问信道，那么业务信道分配过程可以与IS-95标准一样，以几乎相同的方式进行下去。除了指明移动站所请求的资源的消息部分以外，移动站还在访问探测的消息部分中发送短前置部分，从而基站可以检测到信号，并执行相干解调。在一种实施例中，消息部分中的前置部分的时间约1.25毫秒。
采用反向多重访问方案的一个明显的优点是从基站到移动站的前向链路接续是已经与反向链路备用多重访问信道并行建立起来的。相反，在按照IS-95进行工作时，基站在已经接收到整个访问探测之前是不会完全检测到移动站的，并且移动站在已经传送出整个访问探测之前是不会开始监视前向链路信号的。然而，按照本发明，在传送了请求部分以后，会将移动站的情况告知基站。R-RACH的分配允许建立起对移动站的并行前向链路接续。基站可以监视赋予移动站的R-RACH，以便快速地检测移动站所进行的传送。
如上所述，在一种实施例中，系统在传送访问探测的消息部分期间，采用并行前向链路信道，执行对移动站传输功率的闭合环路功率控制。闭合环路功率控制指的是由基站控制移动站的发送功率。基站根据基站处的实际工作情况，决定适当的发送电平。如图3中所示，在一种实施例中，一个F-PCCH是与多个R-RACH相关的。以预定的方式，将多个移动站的功率控制命令多路复用到信道上，从而当某一移动站被赋予了一个R-RACH的时候，它可以确定F-PCCH上的哪一个信息是对应于它自身的传输的。在另一种实施例中，功率控制数据包可以与另外一个信道上的数据是交错的，例如，采用与按照IS-95标准进行业务信道操作类似的方式。在一种实施例中，功率控制速率是可编程的。例如，功率控制命令可以以0,200,400或800个命令/秒的速率传送到移动站。功率控制速率可以取决于消息的长度以及其他一些因素如系统负载。如果消息短到在结束消息以后还没有采取功率控制，就可以采用0个命令/秒的速率。
现在再参见图4，图中示出了功率控制信息数据包250数据流的典型结构。每一功率控制信息数据包250能够携带N个功率控制命令252A-252N。这样，N个不同的R-RACH可以与一个F-PCCH相关。在图4中所示的实施例中，功率控制信息数据包250中的每一功率控制命令映射至一个R-RACH，并用来控制在R-RACH上进行通信的移动站的输出功率。所以，功率控制命令252A控制移动站在R-RACH_1上传送的输出功率电平，功率控制命令252B控制移动站在R-RACH_2上的发送功率，等等。如上所述，在一种实施例中，系统可以进行可变速率功率控制，从而某些功率控制信息数据包250可以包含一个以上用于一个移动站的命令，F-PCCH可以控制N个以上的R-RACH，方法是在连续的功率控制信息数据包中对功率控制命令进行多路复用。在某些情况下，将功率控制信息数据包映射到相关的R-RACH均匀性较差，但可以在某些原则下工作。
在一种实施例中，功率控制命令的长度是一个数据位，并且移动站以如同IS-95标准的业务信道相似的方式，按照一个数据位值，提高或降低发射功率。当移动站开始在特定的R-RACH上进行发射时，移动站开始监视功率控制数据流250，特别是监视映射到特定的R-RACH的功率控制命令。
现在再参见图5，图中示出了按照在F-PCCH上接收的功率控制信息命令，在R-RACH上由移动站发射的功率的时序图。在访问信道时隙开始处，移动站以初始功率电平，发送访问探测消息部分的前置部分。通常，基站必须捕获移动站信号，并且在开始将功率控制数据位发送到移动站之前，累计一系列的信号质量指示。该延迟同时示出在图3和图5中的D3。图5中的其余部分示出了响应于从基站接收到的一系列功率控制命令的移动站输出功率的典型序列。
如IS-95所描述的那样，在一种实施例中，R-RACH上的功率控制与业务信道上的功率控制是相似的。特别是，基站可以将接收信号的功率电平与一阈值比较。如果接收信号低于该阈值，则基站采用功率控制信息数据包将一个数据位电源接通(power—up)命令发送到移动站。否则，基站就采用功率控制信息数据包，将一个数据位的电源断开(power—down)命令发送到移动站。在一种实施例中，每一功率控制数据位是用BPSK调制来调制的，所以，可以采用三种状态中的一种状态，即，断开(off)、0度和180度。更多有关功率控制的信息可参见IS-95标准以及美国专利5,056,109和5,265,119，这两个专利的标题均为“CDMA蜂窝电话系统中控制发射功率的方法和装置”，并且这两个专利均已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
这种闭合环路功率控制的重要性在于按照众所周知的通信理论，使移动无线电话系统的能量为最大。闭合环路功率控制使得开始R-RACH访问的移动站通过采用比需要的更大的功率来发送其信号，而在基站已经捕获移动站发送的时候快速校正所要求的功率电平，从而减小了系统中不必要的干扰。闭合环路功率控制使得开始R-RACH访问的移动站通过采用比需要的更小的功率来发送其信号，而在基站已经捕获移动站发送的时候快速校正所要求的功率电平，从而减小了失败的几率。
消息部分的分离以及在消息部分的发送期间提供功率控制也使系统具有灵活性。例如，在无线数据系统中，移动站也会产生插在时间周期明显更长的空闲之间的短数据串。每次移动站具有数据串时，通常是不建立业务信道的，最好采用上文中描述的访问过程来传送用户数据。例如，访问探测的消息部分可以含有承载业务(bearer traffic)的数据根。
由于几个方面的原因，本发明特别适合于数据根的传送。按照IS-95标准，只有一种数据速率，即，4800位/秒，可以用于传送访问探测。按照本发明，系统可以支持访问模式期间的各种数据速率。通常，如果移动站可以提高其自身的传送速率，那么就可以提高数据速率，从而即使减小每一数据位的持续时间，每一数据位的能量(Eb)将保持相当稳定。例如，在一种实施例中，如果拥有足够的传输功率，移动站可以将其数据速率增加到9600位/秒、19.2千位/秒或38.4千位/秒。采用更高的数据速率，使得移动站能够比在较低的数据速率下更快地传送消息，从而占用信道更少的时间，并减少系统中的拥挤。采用更高的数据速率还降低了由大数据根的传送而引起的时延。采用更高的数据速率是切实可行的，这是因为工作在R-RACH上的闭合环路功率控制使移动站能够将发射功率仅提高到必要的程度。
另外，采用备用信道使得能够对系统进行负载控制。实行负载控制要比简单的处理方法更为明智，这是因为它还考虑了输入信号的数据速率。如果备用信道在提高了的速率下传送数据，那么这将耗去系统容量更多的部分。在一种实施例中，移动站在请求部分的前置部分中，包括一个要求的数据速率指示。在另一种实施例中，移动站在消息部分的前置部分中，包括一个所要求的数据速率指示。在再一种实施例中，基站根据移动站信号的隐含特征，确定数据速率。基站采用该数据速率来确定当前系统的负载。如果系统负载达到了预定的阈值，则基站可以开始将等待消息发送到特定的或全部请求移动站，或者指挥特定的或全部的移动站使用某一特定的数据速率。
在本发明的一种实施例中，系统在前向链路、反向链路或二者上进行伪更软的越区转换操作。图6是示出多扇区基站覆盖区扇区部分的描述图。多扇区基站270将信号发送到三个不同的扇区覆盖区272A-272C。扇区覆盖区272A-272C在覆盖重叠区274A-274C重叠至某种程度，以提供与基站相关的连续的覆盖区。在覆盖重叠区274A-274C中，系统信号电平对于移动站来说足以建立起与基站通过两个相交扇区进行双向通信。这种操作方式详见美国专利5,625,876，其标题是“公共基站扇区之间进行越区转换的方法和装置”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
图7是多扇区基站270的方框图。天线280A-280C分别从扇区覆盖区272A-272C接收信号。在一种实施例中，天线280A-280C中的一个或多个是分集天线，包含两个或多个单独的天线元件。天线280A-280C分别向射频(RF)处理块282A-282C提供接收能量。RF处理块282A-282C使接收的信号能量下变频并使之量化，用许许多多的众所周知的技术中的一种技术来产生数字取样信号。
解调器284A-284C接收数字取样信号，并对其中所含有的一个或多个反向链路信号进行解调。在一种实施例中，解调器284A-284C含有一组解调器元件和搜寻器元件，参见美国专利5,654,979，其标题是“扩展谱多址通信系统的区站解调结构”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。按照’979专利，每一解调器含有一组解调元件，每一元件可以用于反向链路信号中的一个信号的多径传播。解调元件的输出组合起来，产生合成的信号。
如果移动站处于更软的越区转换状态，则两个或更多的解调器284被分配用于解调来自移动站的同一反向链路业务信道信号。解调器284将经解调的信号输出到信号组合块288，由该组合块284进一步混合通过一个以上的扇区接收的业务信道信号。信号组合块288的输出被耦合至信号处理单元290，由该处理单元290对经混合的输出作进一步的信号处理。
信号发生块292产生前向链路信号。信号发生单元292根据移动站的位置，向一个或多个解调器286A-286C提供前向链路信号。只有那些具有建立了双向通信的扇区才向移动站发送业务信道，从而减小了不向移动站提供服务的那些扇区中的干扰。调制器286A-286C调制用于无线链路传输的信号，并将这些信号分别传送到RF处理块282A-282C。RF处理块282A-282C将数字位转换成模拟信号，并将它们上变频至所要的发射频率。天线280A-280C将信号辐射到相应的覆盖区扇区272A-272C。
按照现有技术，更软越区转换技术仅与业务信道相关，该业务信道处，在基站和移动站之间建立起双向通信。按照IS-95标准，无论移动站是否位于覆盖重叠区内，访问探测都仅由多扇区基站中的一个扇区接收。与此类似，按照IS-95标准，无论移动站是否位于覆盖重叠区内，信道分配消息都仅从多扇区基站传送出去。
通常，每一R-CCCH只与一个扇区相关，并且仅由一个扇区来检测访问探测的请求部分。本发明的一种实施例中，基站270以所谓的联播方式在所有的基站扇区中传播F-CACH。这样，位于覆盖重叠区中的移动站将请求消息210发送到一个扇区，但可以从一个以上的扇区接收响应消息，增加移动站检测的混合信号能量，并增加移动站成功接收的几率。访问过程中这种类型的更软伪越区转换操作与前向链路业务信道上的更软越区转换相似。所以，在图7中，信号发生块292产生F-CACH，并且无论对其产生响应消息的请求部分的起始点如何，都将其传送到解调器286A-286C中的每一个。这些相同的原理可以应用到从多个扇区传送F-PCCH。在另一种实施例中，采用发送分集的方法，在扇区中改进了由移动站接收F-CACH和F-PCCH的可靠性。在该实施例中，相同信息的复制形式是用一种或多种分集技术如正交码分集、时分重复传输和延迟传输，在给定的扇区中，在不同的天线元件中传送的。
采用类似的方法，可以将该原理扩展到在同一区域中工作的其他基站。所以，当移动站发送访问探测的请求部分时，检测基站周围某一区域中的一组基站通过传送响应消息作出响应。这些原理可以用来从多个基站发送F-PCCCH。访问过程中这种类型的伪软越区转换操作与前向链路业务信道上的软越区转换相似。
如上所述，按照IS-95标准，在基站接收到全部、冗长的访问探测之前，基站是不会完全检测到移动站信号的。所以，按照IS-95标准，用于业务信道的更软越区转换技术是不能用于访问探测的，这是因为，访问探测所指向的扇区是不能识别指向其他扇区的信号的，因而它们也可以检测该信号。相反，按照本发明，绝大多数的访问探测是在容易识别的R-RACH上发送的。所以，在一种实施例中，大多数的扇区解调R-RACH，并提供相应的信号能量输出。例如，当在与覆盖区扇区272A相关联的R-CCCH接收请求部分时，解调器284A-284C中的每一个尝试解调分配给移动站的R-RACH。这样，如果移动站位于覆盖重叠区274A-274C中的一个覆盖重叠区内，则访问探测的消息部分就由相应扇区的解调器284中的每一个解调器来接收。合成的信号由信号通信块288合并，并生成基于混合的信号的单个的功率控制指示。如上所述，功率控制指示可以在多路传播F-PCCH上从一个以上的扇区传送出去。访问探测期间这种类型的伪更软越区转换操作与反向链路业务信道上的更软越区转换是相似的。
采用类似的方法，可以将这一原理扩展到用于在相同区域中工作的其他的基站。所以，当移动站发送一访问探测的请求部分时，检测基站周围某一区域中的一组基站试图解调R-RACH。访问过程中这种类型的伪软越区转换操作与反向链路业务信道上的软越区转换是相似的。
反向链路上伪更软越区转换、伪软越区转换或二者的结合使得能够对R-RACH进行更合适的功率控制操作。除非每一基站和能够从显著的电平下接收移动站信号的扇区能够形成要发送到移动站的功率控制命令，否则移动站会在不起作用的基站处是多余的，并在那里使通信拥塞。所以，在一种实施例中，每一周围基站和扇区试图在R-RACH上解调来自移动站的信号，并形成要发送到移动站的功率控制命令。
图8是典型移动站结构的方框图。天线302接收信号，并在无线链路上把信号发送到基站。RF信号处理块304与天线耦合。RF信号处理块304将接收的信号能量下变频，并量化，用众多已知的技术中的一种技术产生数字取样信号。RF信号处理块304与调制器/解调器(调制解调器)306耦合。调制解调器306接收经量化的能量，并在控制器308的控制下解调输入信号。在一种实施例中，调制解调器306按照美国专利5,764,687运作，该专利的标题是“扩展谱多址通信系统的移动解调器结构”，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。调制解调器306还在控制器308的控制下，对在无线链路上发送的信号进行调制。经调制的信号与RF信号处理块304耦合，该信号处理块304将数字数据位转换成模拟信号，并将它们上变频至所需要的发送频率，用于在天线302上进行发送。在一种实施例中，图2A和2B中所示的方框是由存储器310中存储的一系列处理单元执行的，并由控制器308执行。在一种实施例中，移动站包含一种特定用途的集成电路(ASIC)，以执行这些功能。在另一种实施例中，处理块是存储在可编程存储器件中的。
尽管本发明已经针对CDMA信道进行了描述，并且在该CDMA系统中采用时分技术使某些CDMA信道进一步信道化，但其他的信道化技术也可以得益于这里所描述的基本原理。例如，按照本发明的原理，可以采用时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)信道。另外，可以对信道上的消息进行编码和交错。可以重复这些消息，并将能量组合起来，以提高可靠性。可以用正交技术来提高在信道上载送的数据的速率。
在研究了本文中所讨论的原理(包括图2A和2B中所示的简单重新排列的方框)以后，本领域中的普通技术人员能够理解，还可以有其他的各种实施例。例如，采用散列函数，以其他的方法，通过减小尺寸，可以得到通过减小请求部分中所传送的移动站标识的大小所得到的优点。在一种实施例中，移动站可以随机地选择准唯一标识，作为移动站的临时标识符。在另一种实施例中，一旦移动站发送了访问探测的请求部分，它就监视导频信号的强度，以及F-CACH。如果导频信号强度相当高，但F-CACH并不携带响应消息，则移动站就确定基站没有检测到请求部分，这是因为信号电平太低。所以，移动站在没有插入任意延迟时，在更高的信号电平下重新发送请求部分。
在一种实施例中，基站周期地发送广播访问控制消息。移动站采用访问控制消息来确定系统的负载情况。访问控制消息含有消息类型的字段，包含指示该消息在要由移动站接收的访问控制消息中。访问控制消息还包含持续(persistence)参数字段，该字段含有移动站用来确定抵消计时器值的值。访问控制消息还包含最小等待时间字段，该字段含有在持续测试中(例如用于负载/流程控制)指示最小值的值。如果最小等待时间段被设置成其最大值，那么访问就被关闭。在前向链路公共控制信道如按照IS-95标准的寻呼信道上可以载送其他的系统配置信息和相关的参数。
在另一种实施例中，移动站发送导频子信道，以及访问探测的消息部分。将导频子信道包括在内可以采用任何一种已知技术来进行。移动站可以采用子信道将功率控制信息提供给基站，而该控制信息涉及接收F-PCCH的功率电平。即，移动站采用一小部分的电平信道，将增加或降低命令传送到基站，从而使分配给F-PCCH子信道的功率成为最小可接受的电平，以节省系统资源。
在再一种实施例中，如果移动站有一条短消息要传送，它将在R-CCCH上发送一条请求消息，并且其散列的ID被设置成全0(或某些其他的预选值)，这向基站指出，后面立刻会有其他的数据将紧接而至，并且无需信道分配。在(例如)5秒钟内发送紧接着的数据，但太短，而无法从利用闭合环路功率控制中得到太多的益处。这样，更有效的方法是，在随机访问信道上，而不是等待备用访问信道的分配来传送该信息。请求消息是不受功率控制的，这是因为该消息必须在R-CCCH上传送的缘故。
在一种实施例中，信道分配消息有一个1位指示，该指示用来通知访问移动站，基站已经在同一访问时隙中接收到了多个请求部分消息。这样，在F-CACH上等待响应的移动站会更快地确定，它是否应当在更高的功率电平下，或者在相同的功率电平下重新发送该请求部分，还是继续等待一条分配消息。这一特征可以用来减小传输延迟。
在另一种实施例中，信道分配消息可以含有功率控制校正值，由移动站用来在备用的信道上启动闭合环路功率控制之前，调节其发射功率。在该方案中，基站根据例如在移动站发送的请求部分上检测到的请求的或者分配的数据速率以及接收到的能量，确定支持可靠通信所必须的调节。
在又一种实施例中，一等级等待消息(class wait message)用来影响对系统尝试进行访问的一等级的移动站的行为。等级等待消息指示具有等级标记小于或等于一等级标记阈值的那些移动站被强迫采用一组不同的持续和抵消参数，或者停止尝试对系统进行访问，并掉头对合适的开销信道进行监视，以获取更新的访问参数。允许等级标记大于等级标记阈值的那些移动站采用已有的或者是更新的持续、抵消参数，继续对系统进行访问。这样，系统具有以优先顺序的方法快速禁止访问的机构，以便控制负载。
在再一种实施例中，希望对系统进行访问的移动站可以对F-PCCH、F-CACH上的活动进行监视，以便得到系统负载的估算。该估算可以用来影响一些参数，这些参数会影响移动站的访问性能，如持续性、抵消、数据速率等等。该方案可以用来有效提高某些操作环境中请求信道的效率。
在不偏离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明还可以用其他特定的形式来实施。本文中所描述的实施例应当被视为是描述性的，而不是限定性的。因此，本发明的专利保护范围应当由权利要求书所限定。所有的变异都应当被视为是在本发明的范围内。