NO328334B1 - Kanaltildeling i spredt spektrum CDMA kommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er generelt for tildeling av ressurser i et trådløst kodedelt multiple aksess kommunikasjonssystem. Mer spesifikt er oppfinnelsen relatert til tildeling av opplinje- og nedlinjekanaler som svar på tilgangsforespørsler fra brukerutstyr, i henhold til vedlagte selvstendige fremgangsmåtekrav 1 og vedlagte selvstendige krav 5 for en basestasjon og vedlagte selvstendige krav 7 for et brukerutstyr.

Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten er angitt i det vedlagte uselvstendige krav 2, 3,4 og en fordelaktig utførelsesform av basestasjonen i henhold til krav 5 er vedlagt i det uselvstendige krav 6 og fordelaktige utførelsesformer av brukerutstyret i henhold til krav 7 er angitt i krav 8, 9, 10.

Figur 1 viser et trådløst spredt spektrum kodedelt multiple aksess (CDMA) kommunikasjonssystem 18. En basestasjon 20 kommuniserer med brukerutstyret (UE) 22-26 i sitt operasjonsområde. I et spredt spektrum CDMA system 18, vil datasignalene være kom-munisert mellom UE'ene 22-26 og basestasjonen 20 over den samme spredte båndbredden. Hvert datasignal i den delte båndbredden er spredt med en unik bitkodesekvens. Ved mottak, ved å bruke en replika av bitkodesekvensen, kan et spesielt datasignal bli gjenvunnet.

Siden signalene er skillbare ved sine bitkodesekvenser (kode), kan en separat dedikert kommunikasjonskanal bli skapt ved å bruke forskjellige koder. Signaler fra basestasjonen 20 til UE'ene 22-26 er sendt på nedlinjekanaler og signaler fra UE'ene 22-26 til basestasjonen 20 blir sendt på opplinjekanaler. For koherent deteksjon av nedlinjetrans-misjoner til UE 22-26 vil pilotsignaler bli sendt til alle UE'er 22-26 innenfor basestasjo-nens operasjonsområde. UE'ene 22-26 betinger sine mottagere basert på pilotsignalene for å tillate datamottak.

I mange CDMA systemer, vil en felle pakkekanal (CPCH) bli brukt for opplinjetransmi-sjoner. En CPCH er i stand til å frakte pakker med data fra forskjellige UE'er 22-26. Hver pakke er skillbar ved sin kode.

For deteksjon i basestasjonen 20, vil pakkene ha en innledning som også skiller dem fra andre pakker. CPCH er typisk brukt for å frakte sjeldne kommuniserte data ved høy rate.

Figur 2 viser en CPCH aksessplan 28. CPCH aksessplanen 28 er tidsdelt i intervaller som har tidsvinduer 30-34, slik som 8 tidsvinduer som foreslått for tredjegenerasjons mobiltelekommunikasjonssysterner (IMT-2000). En gruppe med forhåndsbestemte signaturer 36-40 er tildelt til tidsvinduene 30-34 for å tillate mer enn en UE 22-26 i å bruke det samme tidsvinduet 30-34. En spesiell signatur blir brukt innenfor et bestemt tidsvindu og er referert til som en tilgangsanledning 66-82. For eksempel vil man for hvert 8. tidsvindu i den foreslåtte IMT-2000 standarden ha at en ut av 16 signaturer er tilgjengelige for å bli valgt som resulterer i 128 tilgangsanledninger. Hver signatur 36-40 er

forhåndstildelt en virtuell kanal. En virtuell kanal vil unikt definere operasjonsparame-tere for både opplinje og nedlinje, dvs. en opplinjespredningsfaktor og en unik kode for nedlinjen.

Kringkasting fra basestasjonen 20 til hver UE 22-26 er disponerbarheten til hver virtuell kanal over en kvittert indikasjonskanal (AICH). UE 22-26 monitorerer AICH'ene for å bestemme disponerbarheten til hver virtuelle kanal. Basert på operasjonsparameterne påkrevd i UE 22-26 og disponerbarheten til de virtuelle kanalene kan UE bestemme til-gangsanledningene som skal velges. Ved identifisering av en bestemt tilgangsanledning, sender basestasjonen 20 en kvitteringsmelding (ACK) dersom den tilsvarende nedlinjekanalen fremdeles er tilgjengelig. I forslaget for IMT-2000 vil ACK'en enkelt gjenta signaturene 36-40 assosiert med tilgangsforsøket. Dersom nedlinjekanalen ikke er tilgjengelig vil en negativ kvittering (NAK) bli sendt.

Etter mottak av en korresponderende kvittering, vil UE'ene 22-26 bestemme den korrekte koden som gjenvinner kommunikasjoner på nedlinjekanalen basert på tilgangs-anledningen 66-82 brukt til å sende UE'enes pakke. En liste med koden tildelt til hver tilgangsanledning 66-82 er enten lagret i UE'ene 22-26 eller sendt på en basestasjons kringkastingskanal. Denne planen øker kraftig sannsynligheten for pakkekollisjon og derfor pakkeforsinkelsen som er uønsket.

I noen situasjoner vil også monitorering av AICH ikke være ønsket. På et bestemt øye-blikk kan noen UE<*>er 22-26 operere i en "sove"-modus. I "sove"-modus vil UE 22-26 bare kjøre når det er nødvendig å sende data. Monitorering av AICH under "sove"-mo-dus vil både redusere batterilevetiden og introdusere en forsinkelse i overføringen av den første pakken. I tillegg når en UE 22-26 er på grensen mellom to basestasjoners operasjonsområde, vil monitorering av flere AICH'er videre forsterke disse ulempene.

Monitorering forårsaker andre problemer. Det vil videre komplisere UE'enes mottaks-kretser og dermed gjøre UE 22-26 mer kostbar.

Monitorering resulterer i en suboptimal bruk av CPCH. AICH monitorering gir informasjon om når en kanal er opptatt. Tidspunktet når en kanal blir ledig blir utledet fra en i verste fall maksimum pakkelengde. Dersom en pakke ikke er av maksimum lengde, vil kanalen gå på tomgang mens UE'ene 22-26 venter på å sende. På den annen side, dersom monitorering ikke blir utført i et slikt system, vil kanaltilgjengelighetsinforma-sjon ikke være tilgjengelig. UE 22-26 kan tilfeldig velge en opptatt virtuell kanal som øker pakkeforsinkelsen ved å forårsake en kollisjon. Følgelig vil det være ønsket å tillate UE'ene 22-26 å vente en periode som er kortere enn maksimum pakkelengde og å ha noen andre mekanismer for å redusere kollisjoner.

En teknikk for å redusere sannsynligheten av kollisjoner er å øke antallet av koder, for eksempel til 128 forskjellige koder. I forslaget for IMT-2000 representerer de 128 sekvensene halvparten av sekvensene tilgjengelige i basestasjonen 20. Følgelig er denne løsningen uønsket. I tillegg siden monitorering av AICH kompliserer UE mottagerkretsen ved å øke dens kostnad, er også dette uønsket.

WO 9849857 fremlegger et system for å sende tilfeldig tilgangspakker fra mobile sta-sjoner til en basestasjon. En innledningssignatur blir lagt til hver pakke som sendes til den mobile stasjonen i tidsvinduet til gjentatte rammer. Signaturen er en kort spredekode som er sammenkjedet med en unik lang spredekode. Pakken som inkluderer innledningen blir mottatt i basestasjonen. Innledningen forenkler gjenvinning av data fra pakken.

TIA/EIA-95-B, "Mobile Station-Base Station Systems" fremlegger en tilnærming for kanaltildeling i et kodedelt multiple aksess system. En kanaltildelingsmelding blir sendt til en mobilstasjon. Meldingen indikerer informasjon med hensyn til en kanal slik som dens spredekode. Følgelig vil en alternativ tilnærming for tildeling av en virtuell kanal være ønsket. Figur 1 er en illustrasjon av et typisk trådløst spredt spektrum CDMA kommunikasjonssystem.

Figur 2 er en illustrasjon av en vanlig pakkekanaltilgangsplan.

Figur 3 er en illustrasjon for tildeling av virtuelle kanaler.

Figur 4 er en graf over sannsynligheten for en kollisjon kontra behov for den kjente tek-nikken og den virtuelle kanaltildelingen.

Figur 5 illustrerer en forenklet basestasjon og brukerutstyr.

Figur 6 er en identifikatorsenderkrets.

Figur 7 er en identifikatormottagerkrets.

Figur 8 er en tabell for en tildeling av Golay-sekvenser.

Figur 9 er en krets for å detektere Golay-sekvensene i figur 8.

Figur 10 er en tildelingstabell for et system som har en fysisk kanal med to tidsvinduer.

Foretrukket utførelse vil bli beskrevet med referanse til tegningsfigurene hvor like tall representerer like elementer gjennom hele beskrivelsen. Figur 3 illustrerer en virtuell kanaltildelingsplan. Hver virtuelle kanal 48-64 er definert ved sine operasjonsparame-tere, slik som opplmjespredningsfaktor og nedlinjekode. I tillegg, isteden for å tildele virtuelle kanaler 48-64, kan det samme prinsippet bli anvendt for tildeling av fysiske kanaler som er definert ved sin nedlinjekode.

For å redusere antallet brukt av fysiske kanaler å øke effektnivået for hver kanal kan

hver fysisk kanal være multiplekset slik som ved å bruke to tidsvinduer. Ved å bruke to tidsvinduer vil man øke kanalens effektive datarate, slik som fra 8 kbps til 16 kbps. I et slikt system vil den virtuelle kanalen 48-64 også definere hvilke multipleksede signaler som er tildelt til UE 22-26.

Isteden for å tildele en enkel virtuell kanal for hver signatur 36-40 som i den kjente teknikk, vil et utvalg 42-46 av virtuelle kanaler være tildelt for hver gruppering 116-120 av tilgangsmuligheter. En gruppering kan inneholde alle kanalene i en gruppe eller så få som 2 eller 3 kanaler. En mulig virtuell kanalgruppering kan gruppere alle virtuelle kanaler med den samme dataraten for opplinjen. For grupper som har den samme opp-linjedataraten, kan UE 22-26 velge en tilgangsmulighet ut av gruppene som har UE'ens ønskede opplinjedatarate. En annen gruppering kan bli dannet basert på tilgangsmulig-hetenes signaturer 36-40. Basert på den valgte tilgangsforespørselen og UE'ens priori-tet, kan en av de virtuelle kanalene 48-64 bli tildelt til gruppen 116-120 assosiert med tilgangsfbrsøket som blir brukt for UE'en dersom den var tilgjengelig. Med en gang den virtuelle kanalen er tildelt, vil den ikke bli tildelt igjen helt til den spesielle UE'ens transaksjon er ferdig. I tillegg vil en mottagerkrets i basestasjonen 20 med den korrekte dataraten bli tildelt til UE'en 22-26.

I det kjente teknikksystemet vil UE'ene 22-26 bestemme hvilken kanal som er tildelt til nedlinjen basert på tilgangsmulighetene 66-82. Ved virtuell kanaltildeling sendes en kanalidentifikator 84-88, foretrukket sammen med ACK, som indikerer hvilket utvalg av kanaler 42-46 som er tildelt til gruppen 116-120 og som blir valgt. Når alle de virtuelle kanalene er i den samme gruppen, vil identifikatorene 84-88 indikere den valgte virtuelle kanalen. Dersom ingen kanal er tilgjengelig ut av utvalget 42-46, vil en ikke tilgjengelig kanal (NAK) identifikator bli sendt. Siden mer enn en virtuell kanal er potensielt tildelt til et bestemt tilgangsforsøk vil sannsynligheten av en UE kollisjon være redusert. Figur 4 er en graf 91 som viser sannsynligheten for en kollisjon (kollisjon) kontra antallet av UE'er 22-26 som forespør tilgang (behov). Som vist, vil kollisjoner som bruker 2 eller 3 virtuelle kanaler pr. gruppe (2 tilstander/AP eller 3 tilstander/AP) være lavere enn i den kjente teknikk (AICH monitorering ) uansett behov. Figur 5 illustrerer en forenklet basestasjon 20 og en UE 22 for bruk til å implementere kanaltildeling. UE 22 har en styreinnretnhig 144 som bestemmer koden for opplinjen og nedlinjekommunikasj onene. En UE sender 140 sender kommunikasjoner, slik som tilgangsmuligheter og opplinjepakkesignaler, til basestasjonen 20. En UE mottager 142 tar imot kommunikasjoner, slik som ACK meldinger, NAK meldinger og nedlinjesigna-ler.

Basestasjonen 20 har en styreinnretning 134 for å bestemme kode for opplinje og nedlinjekommunikasj oner så vel som å bestemme kanaltilgjengelighet. En basestasjonsen-der 136 sender kommunikasjoner, slik som ACK meldinger, NAK meldinger og ned-linjesignaler, til UE 22. Basestasjonsmottageren 138 tar imot kommunikasjoner, slik som tilgangsmuligheter og opplinjepakkesignaler.

Teknikker for å sende identifikatorene er å legge til ekstra bits til ACK eller å forandre fasen til ACK for å indikere den valgte identifikatoren. For et system som bruker en enkelt gruppe med virtuelle kanaler, vil de ekstra bitene identifisere den valgte virtuelle kanalen. Kretser for å sende identifikatorer ved faseskifting av ACK signalet er vist i figurene 6 og 7. Kretsene er i stand til å sende opp til fire kanalidenitfikatorer uten en NAK identifikator eller trekanalidentifikator med en NAK identifikator. I senderkretsen 92 i figur 6 vil ACK sekvensene bli generert av en sekvensgenerator 94. Sekvensen selv er assosiert med en innledningstilgangsmulighet og er unik for forsøket på tilgang. Flere slike sekvenser kan bli sendt til flere brukere på det samme tidspunktet. ACK sekvensene går gjennom en blander 96 som multipliserer signalet enten med +1 eller -1. Det blandede signalet vil så gå gjennom en annen blander 98 hvor signalet blir blandet med en i-fase-bærebølge (cos wt) eller et kvadraturbaeresignal (sin wt). Som et resultat av de to blanderne 96,98, vil det utsendte ACK signalet være i en av fire faser 0°, 90°, 180° eller 270°. Hver identifikator 84-88 er forhåndstildelt en av disse fasene.

Mottagerkretsen 14 i figur 7 er brukt til å bestemme fasen til ACK signaler som er sendt i senderkretsen 92 i figur 6. ACK signalet er blandet med både en i-fase-bærebølge i mikseren 100 og en kvadraturbærbølge i mikseren 102. Hver av de blandede signalene er korrelert med et replika av ACK sekvensen i sekvenskorrelatorene 104,106. I fase-og kvadraturkorrelasjonssignalene er hver negert i blanderne 108,110 ved å multiplisere korrelasjonssignalet med -1. De to korrelerte signalene og de to negerte signalene er ført til en identifikatorkrets 112. Identifikatorkretsen 112 bestemmer hvilken av de fire faseversjonene av det korrelerte signalet som har den høyeste størrelsen. Siden ned-linjetransmisjonen fra basestasjonen er synkronisert og deres fase er kjent, kan identifikatorkretsen 112 hvilken identifikator 84-88 som ble sendt basert på fasen til ACK signalet. En liste lagret enten i UE'ene 22-26 eller sendt på en basestasjons kringkastingskanal blir brukt for å bestemme den virtuelle kanalen 48-64 assosiert med identifikatorene 84-88 og gruppen 116-120 til UE'ens tilgangsforespørsel. Ved å bruke den be-stemte virtuelle kanalen 48-64, vil utsendelser sendt i basestasjonen 20 ved å bruke den valgte nedlinjekanalens kode være gjenvunnet i UE 22-26.

En annen teknikk for å finne identifikatorene 84-88 er å bruke ACK og et kollisjonsopp-løsningssignal (CR). Etter en kollisjon mellom UE'er 22-26 blir oppdaget i basestasjonen 20, vil mange spredte spektrumsystemer la basestasjonen 20 sende et CR rettet mot den kolliderende UE'en. CR signalet har en sekvens som er assosiert med en spesifikk UE 22 for deteksjon i UE 22. Ved å invertere ACK og CR vil en identifikator 84-88 bli sendt til den spesifikke UE 22. En invertert ACK indikerer en NAK. Ved å invertere CR vil en virtuell kanal være tildelt til +CR og en andre virtuell kanal være tildelt til -CR. Følgelig vil man ved å bruke ACK og CR ha en identifikator som indikerer enten en NAK eller en av to kanaler som er sendt. I tillegg ved å bruke en CR med multiple tilstander, slik som tre, vil en av multiple kanaler være tildelt til CR.

Alternativt vil identifikatoren bli sendt med et signal som bruker en Golay-sekvens. En Golay-sekvens er konstruert ut av korte sekvenser, slik som X og Y. Ved å invertere de korte sekvensene og forandre deres rekkefølge kan mange unike lengre sekvenser bli konstruert som vist i tabell 122 i figur 8. For å redusere størrelsen på tabellen 122 er bare halvparten av mulige sekvenser vist. Ved å negere hver sekvens, kan en annen unik Golay-sekvens bli resultatet. Som vist i figur 8 vil hver UE 22-26 være tildelt en unik mengde av Golay-sekvenser, slik som 4. For eksempel vil bruker 0 være tildelt fire sekvenser, de øverste to sekvensene og negasjonen av disse sekvensene. Ved å tildele hver av Golay-sekvensene en virtuell kanal ved mottak, kan den mottagende UE 22-26 bestemme koden for nedlinjeutsendelsen.

En Golay-sekvensdetektor er vist i figur 9. Det mottatte signalet er korrelert med en Golay-korrelator 123 og splittet opp i en oppslitter 124 for å detektere de korte kodene. Arrangementet med de korte kodene for to tildelte sekvenser inne i den lange koden er vist som signatur 0 og 1. Ved åbrukeblanderen 125,126, blir signaturene blandet med de detekterte korte kodene. Addisjonskretsene 127,128 er koblet til blanderne og også til forsinkelsesinnretningene 129,130. Forsinkelsesinnretningene 129,130 tar utgang-ene av addisjonskretsene 127,128 og tilbakekobler dem til disse addisjonskretsene 127, 128 for korrelasjon med den neste korte sekvensen. Utgangen fra hver addisjonskrets 127,128 bestemmer Golay-sekvensen til det mottatte signalet.

Figur 10 illustrerer en tildelingsplan for et system som bruker to tidsvindumultipleksing for den fysiske kanalen. I tabell 132, vil hver av de seksten forskjellige signaturene bli tildelt en nedlinjekode og en av to tidsvinduer. Det valgte tidsvinduet er indikert i den utsendte identifikatoren.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å sende data i et spredt spektrum kodedelt multiple aksesskommu-nikasjonssystem som har en felles pakkekanal ved å bruke et forhåndsbestemt sett av koder, der den felles pakkekanalen har et mangfold av tilgangsmuligheter, og der hver tilgangsmuUghet er definert ved et tidsvindu (30-34) og signatur (36-40), karakterisert ved å innbefatte: å sende en signatur i den felles pakkekanalen, å ta imot et kombinert kollisjonssignal og kanalidentifikator, der kanalidentifikatoren indikerer en valgt kode ut av et flertall av koder assosiert med den felles pakkekanalen og kanalidentifikatoren er assosiert med den sendte signaturen, og å kommunisere data ved å bruke den valgte kode.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav l,karakterisert ved at det kombinerte kollisjonssignalet og kanalidentifikatoren skiller mellom koder ved å bruke en inversjon.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at en sendt signatur er valgt fra et sett av 16 signaturer og signaturen er sendt i en av åtte luker.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav l,karakterisert ved at den valgte koden er brukt til å definere en nedlink fysisk kanal for nedHnkkommunika-sjoner.

5. Basestasjon (20) for spredt spektrum kodedelt multiple aksess-system, karakterisert ved å innbefatte: en mottager (138) for å ta imot en signatur og pakkedata over en felles pakkekanal, den felles pakkekanalen bruker et forhåndsbestemt sett av koder og har et mangfold av tilgangsmuligheter, deo.- hver tilgangsmuUghet er definert ved et tidsvindu (30-34) og en signatur (36-40), en styreinnretning (134) assosiert med mottageren (138) for å velge en kode fra et flertall av koder, og en sender (136) assosiert med styreinnretningen (134) for å sende til et brukerutstyr (22) et kombinert kollisjonssignal og kanalidentifikator, kanalidentifikatoren indikerer den valgte koden og kanalidentifikatoren er assosiert med den mottatte signaturen, hvorved senderen er ordnet for å sende kommunikasjoner til brukerutstyret (22) kodet med den valgte koden.

6. Basestasjon i henhold til krav 5, karakterisert ved at det kombinerte kollisjonssignalet og kanalidentifikatoren skiller mellom koder ved å bruke en inversjon.

7. Trådløst spredt spektrum kodedelt multiple aksess kommunikasjonsbrukerutstyr (22,24, 26) for å bruke en felles pakkekanal for kommunikasjon, der kommunikasjonspakkeka-nalen bruker et forhåndsbestemt utvalg av koder og har et mangfold av tilgangsmuligheter hvor hver tilgangsmulighet er definert ved et tidsvindu (30-34) og en signatur (36-40), karakterisert ved at: brukerutstyret (22,24,26) har: innretninger (140) for å sende en signatur; innretninger (142) for å motta et kombinert kollisjonssignal og kanalidentifikator hvor kanahdentifikatoren indikerer en valgt kode og kanalidentifikatoren er assosiert med den sendte signaturen; og innretninger for å kommunisere med basestasjonen brukende den valgte koden.

8. Brukerutstyr i henhold til krav 7, karakterisert ved at det kombinerte kollisjonssignalet og kanalidentifikatoren skiller mellom koder ved å bruke en inversjon.

9. Brukerutstyr i henhold til krav 7, karakterisert ved aten sendt signatur er valgt fra et sett av 16 signaturer og signaturen er sendt i en av åtte luker.

10. Brukerutstyr i henhold til krav 7, karakterisert ved at den valgte koden er brukt til å definere en nedlink fysisk kanal for nedhnkkonirnuni-kasjoner.