[发明专利]多信道随机接入通信系统

说明书

本发明涉及一种通信系统，包括一个中心单元和许多远端单元以及多条业务信道与用于提供随机接入这些信道的一个装置。另外本发明涉及这种系统的一个中央单元和一个远端单元。

在集群无线系统中，用户无线电设备经常通过发送一个随机接入消息到该基础结构得以接入上行链路的无线空中接口。集群无线电系统的协议通常包括一条公共上行链路随机接入信道，该信道使在已知位置中的用户无线电设备在频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)信道域是可用的。

公共随机接入信道的问题之一是由于每个单位时间接入的数量增加，随机接入消息冲突的可能性增加了，当两个或几个随机接入消息冲突时，对于接收冲突的随机接入消息的基础结构来说不可能正确地捕获并解码一个以上的消息，通常，根据无线电设备的捕获效应，没有一个冲突的消息可被捕获和解码。没有被成功地捕获和解码的随机接入尝试被认为是失败的。随机接入消息失败的概率随着接入的负荷而增加。

失败的随机接入消息可以在以后的机会中再试，所以在该用户尝试接入一个业务的时间与该基础结构正确地收到该请求的时间之间产生一个附加延时。再试也增加随机接入信道的负荷，因此加重冲突问题。

减少冲突概率的已知技术是基于动态帧的分时隙的阿乐哈(aloha)随机接入。在这个安排中，接入命令由中央单元在下行链路上发送，指示出在下面的N个时隙(例如3个或4个时隙)中上行链路上的公共控制信道可用于随机接入。希望争用接入的单元接收这个接入命令并且随机地选择N个上行链路公共控制信道时隙的一个时隙用于发送它们的接入请求。这个安排结果是：接入请求分布在N个帧，因此冲突可能会减少。另一个接入命令直到已经过了N个时隙后才在下行链路上发送。在一个上行链路公共控制信道时隙上冲突的概率减少了，但是这是以时延为代价的，因为一些单元在发送它们的请求之前将等待几个时隙。

在具有单个信道对的移动无线电系统领域中，英国专利申请号GB-A-2217995叙述在一个或几个基站与许多移动单元之间用于数据通信的一个多重接入通信系统。上行链路和下行链路是基于帧的，而且上行链路的帧被分为时隙。上行链路一些预定时隙指定为控制时隙，一些预定的时隙指定为数据业务时隙。上行链路的另外的预定时隙指定为特定的时隙，该特定时隙可指定为补充数据业务时隙或控制时隙。该安排在一定程度要求过严而且其用途受限制。

在频分多址集群通信领域中，已知的安排是，在一个控制信道频率上给出一个指示：成对的业务信道频率中的一个被用作控制信道。此后，远端单元可在新指定的控制信道上进行随机接入请求并且在相同的指定的控制信道上接收信道授权命令。在高活动性期间这个安排可以动态地启动和禁止以缩短接入时间，但是以占用上行链路和下行链路容量为代价。

当一般地考虑集群无线电系统时，由于冲突的概率大负荷的随机接入信道只能达到大约30-40％的效率，负荷的效率受捕获效果和随机接入协议的规则的支配。

空中接口协议一般地讲是平衡的，在于广泛地讲上行链路信息的数量由下行链路信息的数量平衡。而且上行链路的最大容量通常由最大下行链路容量的容量较好地平衡。

由于上行链路随机接入信道只以30％至40％的效率工作，60％至70％的信道容量仍然未能使用。由于上行链路与下行链路的最大容量之间的平衡，和上行链路与下行链路协议的平衡，在下行链路上有多余容量。广播消息的必要系统通常消耗一些这个额外的下行链路容量。但是该下行链路仍然有空余容量，如果能开发一种技术，它使该系统每个单位时间能接受更多的随机接入，则可使用这些空余容量。

总信道容量的利用效率取决于业务的特性。因此，考虑设计用于话音业务但是具有数据能力的多信道系统，由于其数据使用的程度增加，所以在随机接入信道上的负荷比在业务信道上的负荷增加更快。这是因为数据消息一般地比话音消息更短，但是要求相同的控制信道容量用于信道接入。一个严格设计的用于一种类型的业务的系统如果由于用户要求的变化其使用类型改变，则该系统工作效率很低。

现在考虑多地点集群无线电系统的情况，大部分随机接入是由于登记请求，与话音或数据呼叫建立请求不同。在最忙期间，由于登记尝试，随机接入可能与话音或数据业务的呼叫建立时间相干扰。如果每个单位时间接纳较多的随机接入，则平均呼叫建立时间将减少。