CN1703852A - 用于无线电通信***的时隙结构 - Google Patents

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CN1703852A CN03825451.4A CN03825451A CN1703852A CN 1703852 A CN1703852 A CN 1703852A CN 03825451 A CN03825451 A CN 03825451A CN 1703852 A CN1703852 A CN 1703852A
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Abstract

在一个实施例中，本发明包括在重复的时分帧中的时隙，该时隙具有第一训练序列、在第一训练序列之后的信息序列、以及在该信息序列之后的第二训练序列。在某些实施例中，第一或第二训练序列指示信息序列的类型，诸如随机接入信道消息和业务信道消息、配置消息、信道指配消息、或数据业务消息。

Description

用于无线电通信***的时隙结构
                        发明背景
相关专利申请的相互参考
本专利申请是以下的在先共同拥有的专利申请的部分继续申请，即：2000年9月29日提交的、题目为“Radio Communication System Witha Shared Broadcast Channel(具有共享广播信道的无线电通信***)”的、序列号为No.09/675,274的专利申请；2001年3月20日提交的、题目为“Closing a Communication Stream Between Terminals of aCommunications System(关闭在通信***的终端之间的通信流)”的、序列号为No.09/813,194的专利申请；2001年4月24日提交的、题目为“Spatial Processing and Timing Estimation Using a TrainingSequence in a Radio Communication System(无线电通信***中使用训练序列的空间处理和定时估计)”的、序列号为No.09/841,456的专利申请；并因此要求这些专利申请的优先权。
发明领域
本发明涉及到在基站与用户终端之间的时分通信中使用的重复帧中的时隙结构，具体地，涉及到允许在同一个时隙中交替地发射不同类型的消息的时隙结构。
现有技术描述
诸如蜂窝数据和话音无线电***那样的时分移动无线电通信***典型地使用重复帧，所述重复帧包括被分配用于特定用途的时隙。在频分TDMA(时分多址)***中，重复帧可包括一组下行链路时隙。上行链路时隙组是在不同频率的另一个帧中。广播、随机接入和控制信道消息，可各自被指配到使用不同帧结构的特定频率。在每个帧内，用于每种类型消息的时隙可以对于它载送的消息类型进行最佳化，以提高效率。在TDD(时分双工)***中，上行链路和下行链路时隙是在同一个帧中。在某些实例中，帧内的特定时隙可以载送某些控制消息。然而，控制和接入信道通常是在分开的帧中的专门最佳化的时隙内。
分开的广播、控制和接入信道时隙允许在设计基站和远程用户终端的无线的无线电网络时有很大的灵活性。然而，为广播、控制或接入用途而留出的每个信道不能被使用于业务。当与业务需求量比起来信道数目有限时，最好是使***全部无线电容量的业务使用率最大化。
                    发明概要
在一个实施例中，本发明包括在一个重复时分帧中的时隙，它具有第一训练序列、在第一训练序列之后的信息序列、和在该信息序列之后的第二训练序列。在某些实施例中，第一或第二训练序列指示信息序列的类型，诸如随机接入信道消息和业务信道消息、配置消息、信道指配消息、或数据业务消息。
                    附图简述
作为示例而不是作为限制，在附图中的图上图示了本发明，在这些图上相同的参考标号指代类似的单元，其中：
图1是图示按照本发明一个实施例的标准上行链路时隙结构的示例的图；
图2是图示按照本发明一个实施例的标准下行链路时隙结构的示例的图；
图3是图示按照本发明一个实施例的一个重复帧结构的示例的图；
图4是在其上可以实施本发明实施例的基站的简化方框图；以及
图5是在其上可以实施本发明实施例的远程终端的方框图。
                    发明详述
综述
在本发明的一个实施例中，用于TDD(时分双工)通信的独特的时隙结构允许取决于***需要而在同一个时隙中发射不同类型的消息。上行链路和下行链路时隙都可以被使用于各种不同类型的消息，包括BCH、CCH、RACH、和TCH。具体的消息类型可以通过分析在信息码元中载送的数据或来自训练序列的数据而被区分。通过把所有的信息码元放置在两个训练序列之间，该时隙结构也增加了定时的精度。通过从一小组已知的序列中间选择所述训练序列之一，其可被使用来发射控制信息。
在一个实施例中，本发明打算在诸如ArrayComm的i-BURST***那样的TDD高带宽无线数据和话音***中被实施。然而，应当理解，本发明并不限于i-BURST***或任何其它特定的空中接口，而实际上，从这里的描述应当理解，本发明可在各种空中接口协议和通信***中找到用处。
广播信道(BCH)
本发明的***从广播信道BCH启动而用于每个用户终端或远程终端，广播信道BCH作为突发而从基站发射到所有潜在的用户终端。和业务信道突发不一样，BCH突发典型地在用户终端可能存在的所有方向上全向地发射，但具体的波束方向图将取决于网络。因此，BCH突发比起空间定向的或较低功率的业务信道TCH来说，对***造成更大的干扰。为此，BCH信道的数据和调制特性被选择为使干扰最小化。
在表1中显示了广播突发结构的示例。BCH突发的某些重要特性如下。在不知道时隙边界时通过实时扫描在计算上很容易找出BCH。它传送足够的基本信息，以使得随后能够在基站与用户终端之间交换配置请求CR和配置消息CM。即使当BCH并不是被专门特定指向任何一个用户终端时，BCH也提供良好的频率偏移和定时更新信息给所有的用户终端。
表1概括了BCH突发的示例的内容。
  持续时间   内容
  10μs   斜升
  272μs   频率校正训练码元f1，f2，...，f136
  256μs   定时校正训练码元t1，t2，...，t128
  16μs   广播前置码r1，r2，...，r8
  512μs   信息码元h’1，h’2，...，h’256
  10μs   斜降
  14μs   突发间保护时间
                 表1
频率和定时校正训练码元可以按照本领域熟知的许多方法的其中任意一种来设置。它们也可以与同步序列相组合、相交换，或者被去除。
广播信息码元由被调制和被编码成256比特序列的15比特广播消息构建。码元数目以及发送的比特的结构和序列可以改变，以适合各种应用。当前描述的实施例被选择以使在BCH中发射的信息量最小化以及使比特速率最小化。广播信道信息码元提供了用户终端从基站请求配置消息所需要的信息。它们也提供信息以指导用户终端的切换判决。
每个广播消息被映射成具有表2中所示信息的广播突发。
     广播消息
 字段   比特数目
 BStxPwr   5
 BSCC   7
 BSload   3
 总计   15
     表2
BStxPwr是广播消息的有效全向辐射功率。这个数字指示考虑到在基站处可用的放大器和分集天线的数目而由基站发送的功率。对于10个天线的广播信道，基站功率＝(2·BStxPwr+10)dBm。
BSCC是基站色码，由用户终端使用来选择用于上行链路突发的训练数据和区分不同基站的广播。在一个实施例中，有高达128个不同的可能的色码。所述色码可被使用来指示在不同位置处的基站、或设在同一个位置处的不同的调制器/解调器。
BSload是基站的负荷，由用户终端使用来确定发送随机接入消息的频度。BSload是基站拥有的未使用容量的总和的指示。它可以不同于活动的已登记订户的数目，因为订户会需要不同量的业务容量。BSload代表在几分钟的周期内针对最大可能的负荷所测量的、基站的每个调制解调器的发射和接收比特速率。在一个实施例中，BCH信道由该无线通信***中的所有基站共享。通过使用7比特BSCC，可以容纳高达128个基站。BCH是带有重复帧的时分双工信道。该信道是被使用于上行链路和下行链路的一个单RF载频。对于高噪声环境或对于增加的鲁棒性，BCH可以按照预定的方案跳频，或在几个不同的频率上重复。所述重复帧包括用于每个基站的下行链路BCH，如表3所示它被标为BS1等等。下一个帧包括上行链路配置请求CR，它被标为CR1等等，还包括下行链路配置消息CM，它被标为CM1等等。
每个帧还包括多个保留的时隙，在下面它被显示为空的方块。如果广播频道也被使用于业务、其它控制消息、或被保留以减小对于网络中其它频道的影响，则这些时隙可被使用于数据业务。如下面更详细地讨论的，这些帧对于每个相应的基站1到128被重复以构建超帧。在最后的CM即CM128后，所述超帧重复并再次开始下一个超帧和用于基站1的BCH。
                上行链路                下行链路
 超帧1   帧1   BS1
  帧2   CR1   CM1
  帧3   BS2
  帧4   CR2   CM2
  …                    …                    …
  帧255   BS128
  帧256   CR128   CM128
 超帧2   帧1   BS1
  帧2   CR1   CM1
  …   …   …   …   …   …   …
                                            表3
基站可被看作是服务于一组接连的RF载波的基站调制解调器的集合。替换地，基站可以是在单个地点的具有一组调制解调器的设施。对于其它***配置，每个调制解调器的调制器/解调器组52、62可被看作是一个基站。每个基站被指配了唯一的32比特基站识别符BSID。BSID被使用来如下地得出基站色码：BSCC＝BSID模128。作为BSCC的功能，基站跳频、广播BCH、收听上行链路CR、和发送下行链路CM。在无线电传输重叠的地理区域内，BSID应当被指配成使得BSCC被唯一地指配。没有基站应当能够常规地看见正在与有相同色码的基站通信的用户终端。同样地，没有用户终端应当能够发现被指配以相同的BSCC的两个基站。基站的总数以及超帧中帧的数目、帧中时隙的数目和用于发射BCH突发、CR和CM的特定时隙，可被修正以适合于特定的应用。
为了使BCH突发的数据速率进一步最小化，可以从BCH突发中去除BSCC和BSload。那么，BCH突发只包含训练或同步和直接与切换判决有关的唯一的信息BStxPwr。用户终端仍旧可以区分和比较不同的基站，以便基于接收到的BCH突发的定时进行选择和进行切换判决。用户终端也可以基于定时把它的CR消息指向如表3中所示的特定基站。对于单基站***，BStxPwr比特也可被删除。如果只有一个基站，则不必评估路径损耗，而只要评估信号是否可被接收。网络信息的其余部分可以依据下面描述的登记而获知。替换地，由于BCH包括BSCC，所以用户终端可被编程来读出BSCC、以及假设具有共同BSCC的BCH突发是来自同一个基站。这样，用户终端就可以获知缩短的帧重复间隔，以及减小登记到该***所需要的时间。
登记
用户终端与基站形成关系，被称为登记。这个登记以收听广播频道为开始，并以切换、超时、或断开连接为结束。登记的第一步骤通过发送配置请求突发CR和接收配置消息突发CM而由远程设备完成。CM包含基本配置参数，诸如跳频序列计算参数。通过使用来自CM的信息，用户终端然后通过使用随机接入登记请求RA-rreq打开未鉴权的流。这个未鉴权的流只载送带内信令数据，其被使用来完成登记和指配登记识别符RID和寻呼识别符PID。通过使用在登记流的末尾指配的RID，用户终端可以打开随后的流，以及它可以结束登记。用户终端也可以打开随后的这样的流，在这些流中它可以发送被使用来执行到互联网业务提供商(ISP)的“网络登录”的分组。
在登记流期间，交换身份与能力，设置操作参数，以及指配RID和PID。此后，可以创建新的网络会话并把它附着到这个RID，或可以切换现有的会话。这个切换可以是来自另一个基站、同一个基站的另一个基站调制解调器(负荷转移)、或甚至来自同一个基站调制解调器的冬眠(hibernating)的会话。登记的具体细节在这里仅仅作为例子而提供。许多其它登记情形在本发明的范围内也是可能的。帧定时由处在该区域并在预先编程的RF载波上进行发射的基站建立。该载波可以是跳频或扩频载波。然而，最好是该载波容易找到和被预先编程到用户终端。这些基站，或这个基站(如果仅有一个时)，采用GPS或某个其它精确的公共定时基准来建立帧定时。GPS定时提供了这样的优点，它被精确地同步以及可便宜地供所有的基站使用。这允许仅仅借助基站间的BCH中最小的保护时间就使所有的基站共享该BCH。基站然后可以构建以上描述的BCH帧，并在它们各自指配的时隙中广播。当用户终端被接通时，它扫描这个熟知的、任选地预先编程的RF载波以找出基本帧定时和同步。该用户终端扫描这个载波找出BCH突发，构建RSSI(接收信号强度指示)映射。根据这个BCH RSSI映射和其它因素，该用户终端选择最强的或最好的基站。它还使用BCH来精确地调整它的振荡器频率和调整它的帧定时基准。这是通过使用以上描述的BCH突发中的同步和定时序列来完成的。然后，通过使用它的用户或远程终端ID(UTID)，它构建和发送相对于该最强或最好基站的BCH突发而被定时的配置请求CR。在一个实施例中，通过使用在BCH中从所选基站接收的BSCC，对CR进行加扰。
如果预定的基站成功地接收该CR并且具有可供使用的容量，则它对该CR进行解扰，以及确定该用户终端的空间签名。该用户终端接收答复中的配置消息突发CM。在下面将更详细地描述的CM包含足够的信息，以便该用户终端获知它到该基站的距离和RF路径损耗、校正它的定时提前、调整它的功率控制、以及获知跳频的参数(例如，帧编号和BSCC)。可以用CR探测几个基站，以找出最近的或最好的基站。基于来自CM的这个信息，该用户终端在它有数据要发送时可以开始一个会话，该会话以随机接入登记请求RA-rreq开始。如果资源是可供使用的，则基站把接入指配从发送到该用户终端以指配业务信道。基站和该用户终端在这个被建立的流上交换各种接入控制参数，其中包括加密密钥。最后，指配RID和PID。通过使用这个RID，用户终端可以建立安全流(例如，RA-rts/AA-cts)，在该安全流中它发射和接收网间分组。业务信道包括对于所发射的每个数据分组的数据确认DA或数据无效DI响应。DA和DI消息作为来自接收者的下一个数据分组的一部分在下一个时隙中被发射。在时分双工帧中，基站和该用户终端交替占用时隙，如表4所示。因此，如果任一时隙没有被正确地接收，则数据可以很快地重发。这减小了在各个基站和用户终端调制解调器处的数据缓冲器的尺寸。如表3和4所示，上行链路时隙总是领先于下行链路时隙，并且在二者之间有保护时间，以便允许任何同步误差或未预料到的传播延时。在一个实施例中，每侧在三个时隙中发射数据分组，每个时隙如本领域熟知的包括斜升和斜降周期以及同步比特。
  1   2   3   1   2   3   1   2   3   …
  上行链路时隙   保护时间   下行链路时隙   保护时间   上行链路时隙
                                          表4
周期性地，用户终端扫描BCH以更新它的RSSI和BSCC映射。当它检测到更好的基站时，它可以发送CR到这个新的基站以及可能对它的网络会话进行切换。如果成功的流发起失败太多次，则用户终端进入超时状态。自超时后，它可以尝试经由RA-rreq重新获取RID，通过使用CR刷新它的定时提前，通过扫描BCH找出它可以切换到的新的基站，或甚至从零开始去重新获得基本帧定时。如果这个重建是成功的，则通过完成网络会话切换到新的基站，该用户终端能够继续它的网络会话。
信道考虑
在一个实施例中，网络被设计成最大地利用空分多址技术以及特定智能天线阵信号处理。为了帮助在极其密集的频率重用图案中保持可靠的空间信道，网络使用时分双工TDMA，其中上行链路和下行链路传输总是在相同的频率上。此外，因为许多用户终端是单天线以及除了BCH以外全向地发射和接收，所以上行链路突发总是在需要发送下行链路突发之前被接收。这允许更精确地对下行链路突发进行空间定向。上行链路训练序列被嵌入在每个上行链路突发中，以允许适度地快速跳频，而不管空间信道与频率的任何去相关(decorrelation)。
跳频序列可以是在本领域熟知的许多不同的序列中的任一种序列。跳频方案的参数最初对于用户终端来说是未知的。这使网络的灵活性最大化并且增加了用户终端的灵活性。正如下面解释的，跳频参数在CM突发中发射给用户。
如果可分配更多的载频给跳频方案，则跳频方案的鲁棒性和***的业务能力被提高。BCH载波作为其一部分被包括到跳频方案，且相应地它被用作为业务信道。由于任何一个基站每帧只发射BCH突发一次，并且由于业务在空间上被指向特定的用户，所以一个基站在另一个基站的BCH突发期间可以发射业务信道数据突发，而不会显著地把干扰加到正在相邻信道上收听BCH突发的用户终端。通常，业务数据突发所指向的用户终端将不收听BCH突发，因为它已经处于业务会话中。
因为在本实施例中有128个基站，每个基站被指配以BCH的不同的时隙，所以在跳频业务信道方案中被指配给任一特定基站的BCH的128分之一不大可能在一个特定信道正被使用于业务时与其重叠。然而，如果确实重叠了，则基站在所指配的时间广播它的BCH突发，在所指配的时间收听CR消息，以及在所指配的时隙中发射CM突发。这确保了网络更一致的运行。然而，对于用户终端而言，BCH载波作为BCH使用将中断它的业务信道会话。结果，它将接收到BCH突发，而不是接收到来自基站的数据分组突发。即使该用户终端不把这个突发认作是BCH，它也将立即认出它具有对于预期的数据分组来说无效的格式。因此，在下一个上行链路帧中，它将利用它的突发来发送数据无效DI消息，而基站将在业务信道上在下一个可用帧中发送早先预期的数据分组。在本定时方案中，下一个帧中的同一时隙将与用于该基站的配置消息时隙一致。下一个帧中的同一时隙将与不同基站的所指配的BCH时隙一致。然而，即使第二时隙也与基站的BCH指配重叠，也可以再次应用相同的协议。远程终端将再次发送DI消息，以及在所指配的BCH时隙过去以后，基站将发送预期的数据突发。通过依靠确认协议，网络的数据容量可被增加到包括大多数BCH，而无须增加信令或处理资源的复杂性。
数据容量增加的量将取决于有多少RF资源被专用于BCH以及有多少基站处在该***中。如果在该***中有少量的基站，使得BCH帧具有非常短的重复，则网络可被配置成使得每个BCH时隙都被使用于BCH，大大地减小了远程用户获得定时和同步以及发送配置请求的时间量。
替换地，BCH可被配置成使得可能的128个时隙中只有小部分被使用于BCH突发，以及信道容量的其余部分被留下来用于业务。如果网络中有大量的(即，接近于128)基站，则用户终端将会接收到来自10％以上可能基站的BCH突发是不大可能的。结果，剩余的90％的载波可被使用于数据业务，而不会影响新的用户终端扫描BCH突发。可以利用附近基站的BSID或BSCC对所述基站进行编程，使得在被指配给那些附近基站的BCH时隙期间它也将不发射业务。以上描述的相同的DI，重发方案将补偿在相邻BCH时隙与业务信道之间的任何冲突。
配置请求CR
部分地通过专门的CR空间训练序列，可以把CR突发与随机接入RA和业务TCH突发区分开。所述CR训练序列比正常的序列长，以及具有周期特性，该周期特性使得寻找定时对准在计算上特别高效。所述CR突发比标准上行链路突发短，以便允许对于在用户终端与基站之间的未知距离的延时。该CR突发被缩短86μs，从而允许等价于用户终端离基站约15km的未补偿的延时。
CR突发从在离基站未知距离处的用户终端发送。因为飞行时间的考虑，该用户终端时基相对于基站被延迟。而且，它的CR传输也被延迟，因为它的定时提前还未被初始化。把CR突发缩短35μs，这允许它晚到达35μs，而不会溢出到下一个时隙。这35μs意味着，离基站5300米的用户终端可以发送一个将完全处在其时隙内的CR突发。如果这个突发被基站发现并被回答，则相应的CM将包含定时提前调整，这将正确地安置以后的数据突发。
表5概括了示例性CR突发的内容。通过使用调制和编码，由配置请求消息构建了82个信息码元。
  持续时间   内容
  10μs   斜升
  260μs   训练码元a1，a2，...，a130
  164μs   信息码元h1，h2，...，h82
  10μs   斜降
  86μs   额外保护时间
  15μs   突发间保护时间
              表5
CR空间训练对于所有基站来说是相同的，以及基站在接收CR之前不必知道用户终端的位置。CR由用户终端以如表3所示的、离BCH传输的固定偏移进行发射。作为结果的时间复用的登记信道容易地区分出被发送到几个附近基站中的不同基站的CR。而且，CR和CM由BSCC的功能加扰，保证即使有来自被发送到附近基站的CR的某些干扰，BSCC的解调捕获效应也能除去任何碰撞。在一个实施例中，加扰是通过取出编码的比特序列并把它与线性反馈移位寄存器的输出进行异或而被执行的。最后，基站的智能天线空间分辨能力被应用来分辨接收的CR中的任何剩余的模糊性。
配置请求消息通过物理层被映射到配置请求突发CR上。配置消息通过物理层被映射到标准下行链路突发上。当前的CR突发的信息码元如表6所示被映射出来。下面所列项目的任一项可被删除，以及根据***的需要而稍后在登记循环期内发射、或完全不发射。
      配置请求消息
  字段   比特数目
  identity   8
  utClass   4
  txPwr   5
  总计   17
         表6
identity(身份)是对于每个用户终端的一组唯一的随机比特，它区别同时的来自多个用户终端的消息。因为比特的随机性和较大数量，两个用户终端不大可能同一时间选择同一身份代码。
utClass标识用户终端能力(最高调制等级，跳频能力等等)。这个序列标识发送该CR的用户终端的类型。掌上数字助理比起带有固定专用天线的台式计算机可能具有不同的能力。通过utClass，可以区分这些不同的能力。
txPwr代表该用户终端使用来发射该配置请求突发的功率。例如，用户终端功率＝(2.txPwr-30)dBm.作为例子，在接收下行链路BCH突发之后恰2265μs，CR在控制载波上被发送。这样，其它未初始化的用户终端可以发送CR，而不用知道任何跳频序列参数。CR突发短于标准上行链路时隙，从而允许从用户终端到基站的未知的飞行时间、以及典型地晚到达上行链路时隙接收窗口。
配置消息CM
表7概括了示例性配置消息突发的内容。通过使用调制和编码，由配置消息构建了494个信息码元。
  持续时间   内容
  10μs   斜升
  68μs   训练码元a1，a2，...，a130
  988μs   信息码元h1，h2，...，h494
  10μs   斜降
  15μs   突发间保护时间
                表7
无论何时在相应的上行链路时隙上接收到CR，在发送下行链路BCH突发之后恰5ms，配置消息CM突发在BCH载波上被发送。通过使用这个定时，CM被指向该发出请求的用户终端。基于对空间签名(例如参数，诸如上行链路CR的DOA和TOA)的分析，CM也在空间定向的信号中被发送。由于CM在BCH载波上以离BCH固定的时间偏移被发送，所以其它未初始化的用户终端可以接收CM，而不用知道任何跳频序列参数。响应于CR，CM尤其包括：AFN(绝对帧号)、更大的定时提前调整动态范围、粗的功率控制、和各种接入控制参数。表8概括了CM突发的内容。下面所列项目的任一项可被删除，以及根据***的需要而稍后在登记循环期内发射、或完全不发射。
            配置消息
  字段   比特数目
  identity   8
  pwrCtrl   4
  timingAdjust   7
  AFN   10
  carrierMask   16
  racarrierMask   16
  raslotMask   3
  raDec   3
  hopping   1
  总计   70
             表8
码元组的意义如下：
identity(身份)：由用户终端在CR中发送的随机身份
pwrCtrl：用户终端应当施加于将来的参数请求突发和随机接入突发的功率偏移：偏移＝(2.pwrCtrl-16)dB。
timingAdjust(定时调整)：用户终端应当施加于将来的随机接入突发的定时提前量：定时提前量＝timingAdjust微秒。
AFN：绝对帧号的10个最低有效位
carrierMask：包含业务信道的载波的位图
racarrierMask：包含随机接入信道的载波的位图(最低有效位是载波0)
raslotMask：包含随机接入信道的时隙的位图(最低有效位是时隙1)。随机接入信道在racarrierMask和raslotMask都是非零的场合下出现。
raDec：可供随机接入信道使用的AFN。
Hopping(跳频)：如果等于1，在物理和逻辑载波之间的关系跳过每个帧。
用来发送突发的随机接入请求
正如从以上的讨论可以看到的，在登记后，用户终端便具有RID和PID以及关于该网络的适量的信息，包括在表5上列出的所有的数据。这个信息包括所指配的随机接入信道或所指配的随机接入信道组和初始发送功率电平。这个信息在生成和发送RA-rts时被使用。
在用户终端已登记到特定的基站后，它可以打开一个流以便进行数据交换。一个流的打开可由基站或用户终端发起。典型地，如果基站或用户终端有数据要发送到对方，则将会打开一个流。这个数据被缓存，直至在发射缓冲器中积累了预置的量或直至预置的时间量消逝为止。该预置的量可以是任何非零数值。如果基站在它的缓冲器中已为用户终端积累了发射数据，则它将把寻呼发送到该用户终端，所述的寻呼在下面更详细地描述。如果用户终端接收到寻呼或者如果在它的发射缓冲器中已积累了足够数量的数据，则它将发送例如RA-rts消息。正如下面所解释的，这个消息是一个要打开流以允许交换数据的请求。基站刚一接收到该RA消息，就将分析它的***资源的可用性，以及如果适当的信道是可供使用的，则它将用例如AA-cts消息进行应答。正如下面所解释的，这个消息标识一个信道并指配它给该流。
通过RA/AA交换，指配了流，并且已交换了终端进行传送所需的全部信息。通过下一个上行链路时隙，该远程终端将开始在所指配的信道上发送它的数据。如果该流是由来自基站的寻呼发起的，则该远程终端可能没有数据要发送，在这种情形下它将发送空闲比特。当没有接收到数据时，所述空闲比特帮助基站保持它的用于用户的空间参数。基站将使用这些空间参数来发送它的数据分组或空闲比特。这样，数据和确认以和用于登记流的相同的方式被交换。
表9概括了示例性随机接入消息突发的内容。该突发的结构是与业务信道TCH上的上行链路数据突发相同的。对于上行链路数据突发，信息码元载送数据或带内(in-and)信令或这二者。
  持续时间  内容
  10μs  斜升
  146μs  训练码元a1，a2，...，a73
  364μs  信息码元h1，h2，...，h182
  10μs  斜降
  15μs  突发间保护时间
               表9
在一个实施例中，RA突发信息码元具有表10所示的字段。
      随机接入消息
  字段   比特数目
  RAType   3
  ID   15
  UTTxPwr   5
  总计   23
       表10
码元组的意义如下：
RAType(RA类型)：结合表8所描述的RA突发的类型。
ID：登记识别符，或是RID或是用于寻呼应答的PID。这个字段可被基站使用来给流请求按优先权排序。具有较高优先权的用户终端可以通过RID或PID被识别，以及比其它用户优先地被准许一个流。该ID也被使用来访问该发出请求的用户终端的登记帐户和信息。
UTTxPwr：用户终端使用来发射突发的功率。这些字段的任何一个或多个可被删除或修正，以及可以加上更多的字段，以适合于特定的应用。
RAType字段允许在同一个信道上发送不同类型的RA消息。表11列出可以用3比特字段支持的可能的例子。另外的或不同类型的RA消息可以取决于网络的具体特性而被使用。更多的比特可被使用来允许更多的不同类型的消息。作为替换方案，用户终端可以根据如表11所列出的环境发送不同的RA突发。表8上所有的RA突发在由基站指配给用户终端的随机接入信道上发送。在一个实施例中，RA信道是一组也被使用于业务的信道。
  数值   码元   意义
  000   RA-rts   流请求
  001   RA-ping   保持轮询请求是活的
  010   RA-rts-short   短的流请求
  011   RA-rts-directed   引导流请求
  100   RA-page response   由于寻呼引起的流请求
  101   RA-rts-UM   流请求，未确认的模式
  110   RA-rreq   登记请求
                    表11
码元组的意义如下：
RA-rts将在下面进一步讨论，它是用户终端可籍以在登记后打开新的通信流的机制。
RA-ping：可被使用来提醒基站注意用户终端的位置、信道特征和活动，而不用打开一个流。试通(ping)基站可用来保持一个登记为活的。
RA-rts-short，-directed和-UM：可被使用来打开特殊类型的流。
RA-page response(RA-寻呼响应)：可以在用户终端没有数据要发送只是响应于来自基站的寻呼而请求打开一个流时被发送。在某些***中，可能最好是基站直接打开该流而不用如上面讨论的那样首先寻呼用户终端。
RA-rreg：可被使用来打开新的登记或改变现有的登记。如上所述，用户终端在登记后使用RA突发，然而，在网络管理中单个用户终端具有两个登记用于不同的个人、不同的帐户、不同的类型的通信或其它原因可能是有用的。
接入指配突发
用户终端在随机接入信道的上行链路一侧上发射诸如RA-rts的任何随机接入消息。基站使用随机接入信道的下行链路部分来准许接入请求并通过使用AA(接入指配)消息来指配资源给请求的数据流。AA消息可以具有不同的格式。在表12中显示了一种格式。
         接入指配消息
  字段   比特数目
  ID   15
  AAType   3
  modClassUp   5
  modClassDown   5
  frameDec   3
  resource ibChan   6
  pwrCtrl   4
  timingAdjust   5
  tOffset spChan   3
  总计   49
           表12
码元组的意义如下：
ID：用户终端的id，在RA-rts中发射的RID或PID。
modClassUp：标识上行链路所使用的调制和编码。
modClassDown：标识下行链路所使用的调制和编码。
frameDec：定义部分速率信道。
resource ibChan：指示被指配给该流的上行链路/下行链路资源。
pwrCtrl：用于UT的施加于以后传输的功率调整。
timingAdjust：用于UT的施加于以后传输的定时调整。
tOffset：用于UT的施加于以后传输的训练序列偏移调整。
AAType：指示接入指配消息的类型。许多不同的可能类型是可能的。表13提供AA类型组的一个例子。
  数值   码元   意义
  000   AA-cts   准许流
  001   AA-reject   请求被拒绝
  010   AA-ping-ack   保持轮询确认是活的
  011   AA-cts-short   准许短的上行链路
  100   AA-cancel   取消以前错误的寻呼
  101   AA-prev-short-ack   前一个短的上行链路是成功的
  110   AA-invalid-ack   接收到的RA不是有效的
  111   AA-req-ack   准许登记
                        表13
码元组的意义为如下：
AA-cts：(接入指配-清除-发送)基于AA-cts消息中的参数开始与该进行发送的用户终端的一个流。AA-cts可以响应于任一RA消息而被发送，它特别适合于RA-rts、RA-ping、RA-rts-directed、RA-page-response和RA-rreg。这允许基站打开一个流，即使用户终端并不知道需要打开一个流。接下来的通信将是在该打开的流中的数据。如上所述，数据将被传递，直至相应流数据缓冲器被腾空为止。典型地，该流然后被关闭。然而，该流还可以在发生许多其它事件之后被关闭。
AA-reject：可被使用来拒绝所述请求并引导UT在发送RA消息之前启动定时器。这样的应答可以缓解一个繁忙基站上的拥塞，作为应答，UT可以选择等待、或发送RA-rts到另一个具有较好的业务可用性的基站。
AA-ping-ack：确认RA-ping以及复位用于登记的定时器。ping(试通)处理可被使用来防止一个登记因缺乏业务而到期。保持登记允许用例如RA-rts和AA-cts立即打开一个流。如果登记到期，则在数据流可被打开之前必须重复进行登记过程。
AA-cts-short和AA-prey-short-ack：可被使用于特殊类型的流。
AA-cancel：可被使用来在没有发送寻呼或寻呼条件不再适用时对RA-page-responce作出应答。
AA-invalid-id：可被使用来通知UT，它正在使用已到期的、或对于应答的基站无效的RID或PID。UT可以通过发送例如RA-rreq而使用AA中的信息来请求打开新的登记流。
AA-reg-ack：是对开始登记流的RA-rreq的确认。如上所述，基站可以发送寻呼到UT，引导UT发送RA-page-response消息到基站。在一个实施例中，这通过使用寻呼信道减小了控制业务额外开销。寻呼信道可以被基站有效地利用，以及寻呼可以允许随机接入信道指配，这提高了建立想要的数据流的信道效率。寻呼突发在寻呼信道上被发射，该寻呼信道可以排他地使用于寻呼、或者它可以与诸如广播信道或控制信道的其它功能共享。替换地，业务信道的一部分可被使用于寻呼。
寻呼将包含对发送寻呼的基站和被寻呼的用户终端的指示，典型地是PID。如果该UT已被登记，则寻呼不需要也包括有关如何应答该寻呼的任何信息，因为该信息可被包括在登记数据交换流中。在以上讨论的实施例中，该UT将通过发送RA-page-response消息而在随机接入信道中对寻呼进行应答，然而，其它类型的应答也是可能的。
业务信道突发结构
在一个实施例中，用户终端与基站形成被称为登记或会话的关系。这个登记以收听BCH(广播信道)为开始，并以切换、超时、或断开连接为结束。登记的第一步骤由用户终端通过发送CR(配置请求)突发和接收CM(配置消息)突发而完成。如上所述，CM包含基本配置参数，诸如跳频序列计算参数。通过使用来自CM的信息，用户终端然后打开未鉴权的登记流。在登记流期间，交换身份和能力、设置运行参数、以及指配RID(登记识别符)和PID(寻呼识别符)。此后，可以创建各个流并把它附着到这个RID或PID以及运行参数。在这里不提供登记的具体细节。在本发明的范围内，许多其它登记情形也是可能的。
CM包含足够的信息，以便用户终端获知它到基站的距离和RF路径损耗、校正它的定时提前、调整它的功率控制、以及获知跳频的参数(例如，帧编号和BSCC)。基于来自CM的这个信息，用户终端在它有数据要发射时可以从RA-rreq(随机接入-登记请求)开始启动会话。如果资源是可供使用的，则基站发送AA-reg-ack(接入指配-登记-确认)到用户终端，指配用于登记过程的业务信道。基站和用户终端在这个被建立的流上交换包括加密密钥在内的各种接入控制参数。最后，指配RID和PID。通过使用RID或PID，用户终端可以建立安全流，在该安全流中它在TCH上发射和接收数据分组。
在空间分集无线电通信***中，本发明允许通过适度精确的定时、频率和空间分集参数启动在业务信道(TCH)上的通信。从较精确的参数开始，这避免了使用几个帧逐步确定信道信息的额外等待时间。在一个实施例中，用户终端从单个天线全向地发射，而基站利用空间分集参数使用空间分集天线来进行发射和接收。这允许信号在同一个信道上从例如要被分辨的不同位置处被发射，并且允许基站在单个频率上发送不同的信号给不同的用户终端。登记过程包括足够的信令，供基站用来制定一组精确的定时、频率、和空间参数，以用于发送任何寻呼。然而，在一个实施例中，万一用户终端在登记后移动、或无线电信道条件改变，则在所有的方向上发送寻呼。此外，如上所述，上行链路随机接入突发也具有相当长的训练序列。这允许基站在用户终端已移动或信道已改变的情况下改进先前的空间处理参数。
业务信道(TCH)突发由用户终端或基站为了在业务信道上发送业务而发射。在一个实施例中，当没有数据要发送时，为了保持定时和空间参数，TCH突发以空闲比特方式被发送。在CR和CM已被交换、登记已完成、且一个流已在所指配的用于数据业务的信道上被打开之后，TCH突发被发射。因此，定时和频率偏移以及空间签名已相当好地被建立。在一个实施例中，已知定时小于正或负两个码元时间。
TCH突发由在表14中列出的几个字段组成。持续时间以微秒为单位来描述。在一个实施例中，码元周期是2微秒，以及上行链路和下行链路突发是不同的，如所示的。替换地，所述突发可被构建为使得上行链路和下行链路突发具有相同的结构。所述网络也可以是对等网络，所以不能定义上行链路和下行链路。
  上行链路持续时间   下行链路持续时间   内容
  10μs   10μs   斜升
  146μs   68μs   训练码元(73，34)
  364μs   988μs   信息码元(182，494)
  10μs   10μs   斜降
  15μs   14μs   突发间保护时间
       表14 业务信道(TCH)突发字段
为训练码元分配146或68微秒，这相当于73或34个码元，以便允许在终端之间有任何漂移或运动的情况下更精确地接收和解调信号。下面更详细地讨论训练码元。
364或494个信息码元是从发送数据缓冲器中构建的。在本实施例中，TCH突发可以以各种方式被调制，以便增加***的数据容量。
训练序列
由于较早前的对CR和CM的交换以及登记，所以对于TCH突发，已是相当好地知道定时和频率偏移。结果，训练序列可以更简单。对于上行链路突发，训练序列码元由用户终端基于BSCC和由基站指配给该用户终端的数值来进行选择。这允许来自不同的用户终端的突发被识别和互相区分开。可以替换地基于用户终端的序列号、产品号、ID号或其它存储的号码，来选择核心序列。在一个实施例中，训练序列具有三个部分：5码元的前缀、63码元的核心和5码元的后缀。前缀由核心的最后5个码元组成，而后缀由核心的头5个码元组成。下行链路训练序列被类似地构成，但相对于总计34个码元来说只有24个码元核心。训练序列的具体长度和码元组对于本发明并不重要，只要该序列是已知的。训练序列的许多不同的配置是可能的。类似地，不必区分上行链路和下行链路序列。然而，为了简明起见，将利用以上讨论的73码元的上行链路训练序列的例子来阐明本发明。在使用中，典型地通过查找表来生成具体的序列。根据自相关、互相关、周期性和类似的特性对该表中的数值进行选择。自相关和互相关的范围有助于使得这些序列的延时的版本呈现为：与分辨它们的最小平方波束形成器部分地不相关。
标准上行链路和下行链路突发
正如从以上描述可以看到的，几个不同的突发具有相同的结构。因此，例如在上行链路中，RA突发(表9)和TCH突发(表14)具有相同的结构。甚至CR突发(表5)也具有在相同的码元位置开始的训练序列。对于下行链路，CM突发(表7)、AA突发和TCH突发(表14)都具有相同的结构。结果，列出的下行链路突发的任一种都可以在上述的帧的任一下行链路时隙中发送。特定类型的突发可被指向特定的一组时隙和频率资源，或者这些突发可被混合。例如，特定的帧或某些其它成组的时隙和频率资源可被指定为控制信道，且只载送CR、CM、RA、和AA突发。另一组资源可被指定为业务信道，且只载送TCH突发。替换地，如上所述，广播信道帧的时隙可被使用于广播、控制、随机接入和业务信道。此外，任何帧的时隙可被使用来载送广播、控制、随机接入和业务信道的消息。
这里描述的突发只打算作为例子，以及可以使用更多或更少类型的突发。所述突发可以以各种不同的方式被分类，以及被编组成逻辑信道。作为一个例子，***的特征可在于：具有广播信道BCH、控制信道CCH和业务信道TCH。在这个***中，BCH只具有BCH突发，而TCH只具有TCH突发。CCH包括CR、CM、RA、AA和寻呼(PCH)突发。该***的特征还可在于：具有广播信道BCH、配置信道CCH、随机接入信道RACH、和业务信道TCH。按照这种分类法，CR和CM属于CCH，而RA、AA和PCH属于RACH。本发明不取决于突发的特征如何，以及可被应用于许多不同的通信***。
突发的共同的结构允许在任一时隙中发送任一突发。除了广播信道以外，所有的突发在同一码元位置具有训练序列，以及几乎所有的突发具有完全相同的结构。结果，突发都可以以完全相同的方式被解调。一旦信息码元被解调，它们就可被传给更高层以供适当的使用。突发结构的这种一致性为***的资源分配提供了更大的灵活性。在一个实施例中，突发结构的特征可在于标准上行链路突发和标准下行链路突发。标准上行链路突发可被使用于RA和TCH突发，载送如上面所讨论的相同的信息。标准下行链路突发可被使用于CM、AA和TCH，载送如上面所讨论的信息。在标准下行链路突发中也可以发射寻呼。突发可以如上所述地构建，或替换地，如表15所示地构建。这种突发结构也被描绘在图1和图2的示图中。表15的标准突发比起上述的突发具有较少的训练，但也包括FACCH(快速相关的控制信道)，它可被使用来发射任何种类的控制和额外开销数据。在某些***中，FACCH可被使用于有关切换的消息。在另外一些***中，FACCH可被使用于有关调制等级或信道质量改变的消息。如同以上的结构一样，每个码元占2微秒。仍如同以上的结构一样，可以作出变化和修正，以适合特定的实施方案。
  上行链路持续时间   下行链路持续时间   内容
  10μs   10μs   斜升
  114μs   68μs   训练码元(73，34)
  32μs   FACCH(16)
  364μs   920μs   信息码元(182，460)
  32μs   FACCH(16)
  36μs   训练码元(18)
  10μs   10μs   斜降
  15μs   14μs   突发间保护时间
         表15 标准突发(SUL，SDL)字段
图1显示了545微秒的上行链路突发，该上行链路突发的组成部分是短的10微秒的斜升101，和68微秒的训练序列102。该训练序列可以按如上所述的许多不同的方式来选择。例如，可以基于突发的性质、发射终端或接收终端的标识、或来自发射终端或接收终端的指配，从正交训练序列的列表中来选择它。在一个实施例中，基于上述的tOffset值对训练序列进行编组。对于控制信道消息(CR，CM，RA，AA)，许可一个或两个tOffset值，以及其余的tOffset值被使用于业务信道(TCH)突发。然后，通过取出所选择的序列和应用基站的功能或用户终端ID来修正或构建所选择的训练序列。
在这些部分之后跟随364微秒的信息码元103和32微秒的FACCH104。该信息码元将取决于突发的性质，可以是登记、请求、控制或尤其是用户数据。该突发以10微秒的斜降105和15微秒的突发间保护时间106结束。在本发明的帧结构中，突发间保护时间之后将跟随用于下一个突发的另一个斜升、或在下行链路突发前面的过渡保护时间、或帧间保护时间。
类似地，图2显示了1090微秒的标准下行链路突发，该标准下行链路突发的组成部分是短的10微秒的斜升201、68微秒的训练序列202、和32微秒的FACCH 203。该训练序列可以按如上所述的或其它的许多不同方式的任一种来选择。在这些部分之后跟随920微秒的信息码元204。该信息码元将取决于突发的性质，可以是登记、指配、控制或尤其是用户数据。该突发以36微秒的尾部训练序列205、10微秒的斜降206和14微秒的突发间保护时间207结束。在本发明的帧结构中，突发间保护时间之后将跟随用于下一个突发的另一个斜升、或在下行链路突发前面的过渡保护时间、或帧间保护时间。
尾部训练序列帮助在较长的信息码元组期间保持定时和频率。在任一端的训练序列提供了两个优点。第一，在训练序列之间的较大的距离允许更精确地确定任一突发期间的频率或相位偏移。第二，通过把训练序列放置在信息码元的相反端和信息码元之外，来自训练序列的精确的频率偏移可以通过内插应用到信息码元上。在某些***中，所有的训练或附加训练被放置在信息码元的中间。这需要外插，以便确定在信息码元的末端的定时。外插在精度上固有地低于内插。尾部训练序列可以是与第一训练序列相同的或不同的。如果第一训练序列是某些核心序列的重复，则尾部训练序列可以是同样的但具有较少的重复。替换地，尾部训练序列可以是第一训练序列的截断的变体。
业务信道帧结构
如上所述，该帧结构可以支持广播、控制、随机接入和业务信道突发。上述所有的突发都可以在该帧中使用。例如在以上的表4中显示了这样的帧的例子。下面参照表16和图3更详细地描述这个帧。
  上行链路持续时间   下行链路持续时间   ***持续时间   内容
  545μs   时隙#1
  545μs   时隙#2
  545μs   时隙#3
  10μs   过渡保护时间
  1090μs   时隙#1
  1090μs   时隙#2
  1090μs   时隙#3
  85μs   帧间保护时间
                   表16标准帧字段
图3的示例性帧具有在单个时间序列中的三个相邻的545微秒的上行链路时隙301、302、303。该上行链路时隙之后跟随三个相邻的1090微秒的下行链路时隙305、306、307的序列。在图3上，在每个上行链路时隙之间以及在每个下行链路时隙之间都没有间隙，然而，如图1和2所示，每个时隙包括突发间保护时间。突发间保护时间可以改为特征在于它属于帧而不是属于时隙，在这种情形下，每个时隙之间都有间隙。此外，在上行链路时隙与下行链路时隙之间提供了附加的10微秒的上行链路到下行链路过渡时间。这个时间可被终端使用来在接收和发射模式之间或在发射和接收模式之间切换。在下行链路时隙之后提供了85微秒的帧间保护时间。这个帧间保护时间以及任一其它保护时间的长度可被修正为适合于本发明的任一特定实施方案。帧间保护时间有助于进行接收的远程用户终端。在下行链路时隙#3的突发被发射后，在该突发已行进越过正与基站通信的相隔特定距离的远程接收机之前将有一个传播延时。在第三下行链路时隙之后，将发射上行链路突发。这些突发可以以定时提前方式被发射，以使得基站在帧的适当的上行链路时隙内接收它们。对于最远程的用户终端来说，可以应用很大的定时提前。除非提供足够的保护时间，否则这些远程时隙#1上行链路突发会与基站的时隙#3下行链路突发冲突。85微秒提供了在基站与最远程用户终端之间的、高达15km的距离范围。85微秒被认为适合于本例，但这个时间可以基于预期的基站范围以及其它因素被增加或减小。
虽然表16的例子显示上行链路时隙总是在下行链路时隙之前，但这个次序可以颠倒。正如从表3可以看到的，在重复帧中，如果下行链路时隙是在帧中的上行链路之前，则这些下行链路时隙仍将跟随在前一帧的上行链路时隙之后。此外，该帧被显示为分别使上行链路和下行链路时隙彼此相邻。替换地，上行链路和下行链路时隙可以交替或以某种其它方式被编组。上述的上行链路和下行链路时隙的次序简化了网络的运行以及减小了对于基站和用户终端性能的要求。而且它需要的保护时间比起许多其它帧结构都少。最后，上行链路和下行链路时隙被显示为数目相等。这种配置对业务信道中的双向通信起很好的作用，但可被修正为适合于特定的***要求。例如，如表3所示，可以在任何选定的位置上把广播信道突发加到该帧上。对于某些***，可优选地指定附加的上行链路或下行链路时隙，以用于被发射给许多用户的***信息、数据，或更彻底地补偿数据业务要求中的非对称性。图3还显示下行链路时隙是上行链路时隙的两倍长，并且因此，可以发射两倍的码元。具体地，如图1和2以及表15所示，上行链路突发载送182个信息码元，而下行链路突发载送460个信息码元，或约2.5倍多的码元。在表14的业务突发中，上行链路载送182个信息码元，以及下行链路载送494个信息码元，或在下行链路中载送约2.7倍多的信息码元。上行链路和下行链路突发的实际数据速率部分地由所发射的信息码元的数目确定并且还部分地由被使用于上行链路和下行链路传输的调制等级确定。
调制等级
如上所述，在基站与用户终端之间传送的某些消息，包括utClass、modClassUp和modClassDown，可被使用来设置或改变用于发射上行链路和下行链路突发的调制等级。替换地，FACCH或另一个消息可被使用来设置或调整所使用的调制等级。调制等级提供不同类型的调制和编码，它们一起改变每个码元的比特数目。可以基于终端能力、信道质量或各种其它因素来选择调制等级。它们可以以许多不同的方式被改变。调制等级的具体数目和类型可以适当地取许多不同的形式，以便适应网络容量、信道质量和成本目标。
在一个实施例中，有9个不同的调制等级，如表17所示。不同的调制等级在调制方案和编码方面是不同的。编码可包括检错和纠错、凿孔、块编码和块成形。取决于特定应用的需要，可以使用其它类型的调制和编码。每码元的比特速率在表17中是近似的，但是它提供了数据速率的范围的指示，该数据速率是可以通过使用相同数目的码元来完成的。通过使用表15中每个突发182个上行链路和460个下行链路信息码元的值，调制等级为0的突发将分别载送91或230比特。另一方面，调制等级为8的突发分别载送728或1840比特。
  Modclass   比特/码元   比特/上行链路突发   比特/下行链路突发   信号组
  0   .5   91   230   BPSK
  1   .67   121   308   BPSK
  2   1   182   460   QPSK
  3   1.5   273   690   QPSK
  4   2   364   920   8-PSK
  5   2.5   455   1150   8-PSK
  6   3   546   1380   12-QAM
  7   3.5   637   1610   16-QAM
  8   4   728   1840   24-QAM
表17调制等级
调制等级也可被调整成达到在上行链路与下行链路之间的特定数据速率比值、以及适应和远程终端相比的、基站的更大的能力。下行链路码元对上行链路码元的比值约为2.5∶1。这被认为是许多互联网应用的实际的数据速率比值。如果基站和用户终端使用相同的调制等级，则数据速率比值也约为2.5∶1。然而，通过使用不同的调制等级，数据速率比值可在约0.32∶1(UT用modclass 8，BS用modclass 0)至约20∶1(UT用modclass 0，BS用modclass 8)之间变化。在某些应用中，BS常常使用比用户终端的调制等级高一阶(step)的调制等级来发射用户数据。这提供了从2.9∶1到3.8∶1的数据速率比值。正如可以看到的，调制等级在设置***的运行参数时提供了很大量的灵活性。
较低的调制等级需要较少的发射能量，并对同一个基站的其它用户造成较少的干扰。因此，***可被配置成优先选择较低的调制等级。另一方面，较高的调制等级以较高的数据速率进行发射，这样使得数据缓冲器腾空得更快。对于许多类型的数据传递，较高的数据速率将意味着较短的会话期，从而使得可以容纳更多的用户。如果用户正在发送和接收例如电子邮件，那么较高的数据速率将更快速地传递该电子邮件，以便该会话可被关闭并且使得***资源可供另一个用户使用。调制等级的选择可以不仅取决于要传递的数据量，而且也取决于在每个方向上的相对的量。如果要在某一个方向上传递的数据大大地小于要在另一个方向上传递的数据，则具有较少数据量的方向可以以低得多的调制等级来运行。由于在较大的数据缓冲器腾空之前该会话将保持为打开，所以这不会延迟关闭该会话。
基站结构
在如上所讨论的一个实施例中，本发明在SDMA(空分多址)无线电数据通信***中被实施。在这样的空分***中，每个终端与一组空间参数相关联，其中该空间参数涉及例如在基站与用户终端之间的无线电通信信道。所述空间参数包括每个终端的空间签名。通过使用空间签名和阵列化的天线，来自基站的RF能量可被更加精确地引导到单个用户终端，从而减小了对其它用户终端的干扰以及降低了对其它用户终端的噪声阈值。相反地，同时从几个不同的用户终端接收的数据可以以较低的接收能量电平被分辨。借助于在用户终端处的空分天线，通信所需要的RF能量甚至可以更小。对于在空间上互相分离的订户，好处甚至更大。空间签名可包括诸如发射机的空间位置、到达方向(DOA)、到达时间(TOA)和离基站的距离这类事情。
诸如信号功率电平、DOA、和TOA的参数的估值可以通过使用出于信道均衡目的而被放置在数字数据流中的已知的训练序列、并结合传感器(天线)阵列信息而被确定。这个信息然后被使用来计算用于空间解复用器、复用器和组合器的适当的权重。在确定空间参数时可以使用本领域熟知的技术来充分利用训练序列的特性。有关空分和SDMA***使用的进一步细节，例如在1998年10月27日授予Ottersten等人的美国专利No.5,828,658和1997年6月24日授予Roy，III等人的美国专利No.5,642,353中有描述。
(SDMA)技术可以与其它多址***相组合，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、和码分多址(CDMA)。多址可以与频分双工(FDD)或时分双工(TDD)相组合。
图4显示了适用于实施本发明的无线通信***或网络的基站的例子。该基站使用SDMA技术，该技术可以与其它多址***相组合，诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、和码分多址(CDMA)。多址可以与频分双工(FDD)或时分双工(TDD)相组合。所述***或网络包括多个订户站，也被称为远程终端或用户终端，诸如图5中所示的。该基站可以通过它的主机DSP 31被连接到广域网(WAN)，以用于提供该直接无线***外部的任何需要的数据服务和连接。
为了支持空间分集，多个天线3被使用来形成例如有四个天线的天线阵列4，虽然可以选择其它数目的天线。每个天线是四单元阵列4的一个单元。这些天线单元可以具有一个从典型载波的四分之一波长到四个波长的间距。在许多应用中，每个阵列的天线单元之间的间距可以小于接收信号的两个波长。通常，阵列的单元之间的间距被选择成当来自每个单元的传输被相干地组合时使得栅瓣(grating lobe)最小化。如上所述，也有可能每个阵列只有单个单元。
每个订户站的一组空间复用权重被施加于各个调制信号，以产生将要由所述一排四个天线发射的空间复用信号。主机DSP 31产生和保持每个常规信道的每个订户站的空间签名，以及通过使用接收信号测量来计算空间复用和解复用权重。这样，来自当前活动的订户站的信号被分离并被进行干扰和噪声抑制，其中某些订户站可能是活动在同一个常规信道上。当进行从基站到订户站的传送时，创建针对当前活动订户站连接和干扰情形定制的最佳化多瓣天线辐射图。所使用的信道可以以任何方式进行划分。在一个实施例中，所使用的信道可按在GSM(全球移动通信***)空中接口或任何其它时分空中接口协议中所定义的那样进行划分，其它时分空中接口是诸如数字蜂窝、PCS(个人通信***)、PHS(个人手提电话***)、或WLL(无线本地环路)。替换地，可以使用连续模拟或CDMA信道。
天线的输出被连接到双工器开关7，在TDD实施例中它可以是时间开关。双工器开关的两个可能的实施方案是作为在频分双工(FDD)***中的频率双工器，和作为在时分双工(TDD)***中的时间开关。当进行接收时，天线输出经由双工器开关被连接到接收机5，以及被RF接收机(“RX”)模块5模拟地从载频下变频到FM中频(“IF”)。这个信号然后被模拟-数字转换器(“ADC”)9进行数字化(采样)。最后数字化地实行下变频到基带。数字滤波器可被使用来实施下变频和数字滤波，后者使用有限冲激响应(FIR)滤波技术。这被显示为块13。本发明可被适配成适合于各种RF和IF载频和频带。
在GSM的例子中，有八个来自各个天线的数字滤波器13的下变频输出，每个接收时隙一个输出。时隙的具体数目可被改变，以适合于网络需要。虽然GSM使用每个TDMA帧的八个上行链路和八个下行链路时隙，但也可以通过在每个帧中对于上行链路和下行链路使用任意数目的TDMA时隙而达到想要的结果。对于八个接收时隙中的每个时隙，来自四个天线的四个下变频输出被馈送到数字信号处理器(DSP)31、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)(此后称为“时隙处理器”)，以用于按照本发明的一个方面进一步处理，包括校准。对于TDMA信号，可以使用八个Motorola DSP56300族DSP作为时隙处理器，每个接收时隙一个DSP。时隙处理器17监视接收信号功率，以及估计频率偏移和时间对准。它们还确定每个天线单元的智能天线权重。在SDMA方案中这些权重被使用来确定来自特定远程用户的信号和解调所确定的信号。在WCDMA***中，可以通过使用FPGA中的代码来把所述的信道分离开，然后，有可能通过使用用于不同用户的单独的DSP分开地进一步处理这些信道。该处理器是信道处理器而不是时隙处理器。
时隙处理器17的输出是用于八个接收时隙中的每个时隙的已解调的突发数据。这个数据被发送到主机DSP处理器31，它的主要功能是控制该***的所有单元以及与更高级别处理的接口，更高级别处理是涉及到在***的通信协议中定义的所有的不同的控制和服务通信信道中进行通信需要什么信号的处理。主机DSP 31可以是Motorola DSP56300族DSP。此外，时隙处理器把每个用户终端的确定的接收权重发送到主机DSP 31。主机DSP 31保持状态和定时信息、接收来自时隙处理器17的上行链路突发数据、以及编程时隙处理器17。此外，它解密、解扰、检验纠错码、以及解构上行链路信号的突发，然后格式化要发送的上行链路信号，以便在基站的其它部分中进行更高级别处理。
而且，DSP 31可包括存储器单元以存储数据、指令或跳频功能或序列。替换地，基站可以具有单独的存储器单元，或者具有到辅助存储器单元的接入。对于基站的其它部分，它格式化用于在基站中进一步更高处理的服务数据和业务数据、接收来自基站的其它部分的下行链路消息和业务数据、处理下行链路突发、以及格式化和发送下行链路突发到被示为37的发射控制器/调制器。主机DSP还管理基站的其它部件的编程，其它部件包括发射控制器/调制器37和被示为33的RF定时控制器。RF控制器33读取并发射功率监视及控制数值、控制双工器7以及接收来自主机DSP 31的用于每个突发的定时参数和其它设置。发射控制器/调制器37接收来自主机DSP 31的发射数据。该发射控制器使用该数据来产生模拟IF输出，该输出将被发送到RF发射机(TX)模块39。具体地，所接收的数据比特被转换为复数调制信号、被上变频到IF频率、被采样、被乘以从主机DSP 31得到的发射权重、以及经由作为发射控制器/调制器37的一部分的数字-模拟转换器(“DAC”)被转换成模拟发射波形。该模拟波形被发送到发射模块39。发射模块39把所述信号上变频为发射频率以及放大该信号。放大的传输信号输出经由双工器/时间开关7被发送到天线3。在CDMA***中，所述信号也可以通过使用适当的代码被扩频和加扰。
用户终端结构
图5描绘了在提供数据或话音通信的远程终端中的示例性部件安排。远程终端的天线45被连接到双工器46，以许可天线45被使用于传输和接收。所述天线可以是全向或定向的。为了得到最佳性能，该天线可以由多个单元组成，以及采用如以上对于基站所讨论的空间处理。在替换实施例中，使用单独的接收和发射天线来消除对于双工器46的需要。在使用了时分双工的另一个替换实施例中，可以使用发射/接收(TR)开关而不是使用本领域熟知的双工器。双工器输出47用作到接收机48的输入。接收机48产生下变频信号49，它是到解调器51的输入。解调的接收声音或话音信号67被输入到扬声器66。
远程终端具有相应的发射链，其中待发射的数据或话音在调制器57中被调制。调制器57输出的待发射的调制信号59被发射机60上变频并放大，以产生发射机输出信号61。发射机输出61然后被输入到双工器46以便由天线45进行传输。
解调的接收数据52被提供给远程终端中央处理单元68(CPU)，如在解调以前接收的数据50那样。远程终端CPU 68可以用诸如Motorola系列56300族DSP的标准DSP(数字信号处理器)设备来实现。该DSP也可以执行解调器51和调制器57的功能。远程终端CPU 68通过线路63控制接收机、通过线路62控制发射机、通过线路52控制解调器、以及通过线路58控制调制器。它还通过线路54与键盘53通信、以及通过线路55与显示器56通信。话筒64和扬声器66分别通过线路65和67连接通过调制器57和解调器51，以用于话音通信远程终端。在另一个实施例，话筒和扬声器还与所述CPU直接通信，以提供话音或数据通信。此外，远程终端CPU 68也可以包括存储器单元以存储数据、指令、和跳频功能或序列。替换地，该远程终端可以具有单独的存储器单元、或具有到辅助存储器单元的接入。
在一个实施例中，扬声器66和话筒64被本领域熟知的数字接口替代或扩充，该数字接口允许数据被发射给外部数据处理设备(例如，计算机)或从外部数据处理设备被发射。在一个实施例中，远程终端的CPU被耦合到外部计算机的标准数字接口，诸如到PCMCIA接口，以及显示器、键盘、话筒和扬声器是外部计算机的一部分。远程终端的CPU 68通过该数字接口及外部计算机的控制器与这些部件通信。对于仅仅数据的通信，可以去掉话筒和扬声器。对于仅仅话音的通信，可以去掉键盘和显示器。
一般问题
在以上说明中，为了解释起见，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然可以不需要这些具体细节中的某些部分就能实施本发明。在其它实例中，以方框图的形式或不带细节地显示了熟知的电路、结构、设备、和技术，以免模糊对本说明的理解。
本发明包括多个步骤。本发明的步骤可以由诸如图4和5所示的那些硬件部件来执行，或者可以以机器可执行的指令实施，这些指令可被使用来促成用该指令编程的通用或专用处理器或者逻辑电路执行所述的步骤。替换地，所述步骤可以通过硬件与软件的组合被执行。所述步骤已被描述为由基站或用户终端执行。然而，被描述为由基站执行的许多步骤可以由用户终端执行，并且反之亦然。而且，本发明同样适用于其中终端互相通信而不用指定其中任一个是基站、用户终端、远程终端或订户站的***。因此，本发明同样适用和有益于使用空间处理的通信设备的对等无线网络。这些设备可以是蜂窝式电话、PDA、膝上型计算机、或任何其它无线设备。通常，由于基站和终端都使用无线电波，所以无线通信网络的这些通信设备可被统称为无线电装置。
在本说明的以上部分中，仅仅基站被描述为通过使用自适应天线阵来执行空间处理。然而，用户终端也可以包含天线阵，并且也可以在本发明的范围内对接收和发射(上行链路和下行链路)执行空间处理。此外，在本说明的以上部分中，由基站执行的某些功能可以通过网络被协调成与多个基站合作地执行。例如，各个基站天线阵列可以是不同基站的一部分。这些基站可共享处理和收发功能。替换地，中央基站控制器可执行上述的许多功能，以及使用一个或多个基站的天线阵来发射和接收信号。
本发明可被提供为计算机程序产品，该产品可包括其上具有被存储的指令的机器可读的媒体，这些指令可被使用来编程计算机(或其它电子设备)以执行按照本发明的处理。所述机器可读的媒体可包括，但不限于：软盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EBPROM、磁或光卡、闪存、或适合于存储电子指令的其它类型的媒质/机器可读的媒体。而且，本发明也可以作为计算机程序产品被下载，其中该程序可以借助于在载波或其它传播媒体中具体化的数据信号经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)从远程计算机传递到发出请求的计算机。
许多方法以它们最基本的形式被描述，但可以从任一方法中删除某些步骤或加上某些步骤，以及可以在所描述的任一消息中加上或减去某些信息，而并不背离本发明的基本范围。本领域技术人员将会看到，可以作出许多另外的修正和适配。特定的实施例不是被提供来限制本发明的而是为了阐明本发明的。本发明的范围不是由以上所提供的特定实例来确定的，而是仅仅由以下的权利要求来确定的。
还应当理解，在整个说明书中所提到的“一个实施例”的意思是指在本发明的实施中可以包括特定的特征。类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的上述说明中，为了使本公开内容简明扼要和有助于理解所述多个发明方面的其中一个或多个方面，本发明的多种特征有时一起被编组在本发明的单个实施例、图、或其说明中。然而，这种公开方法不应被认为是反映这样的意图：所述要求专利保护的发明需要比在每项权利要求中清楚陈述的更多的特性。相反，正如以下的权利要求所反映的，发明的方面在于少于前文公开的单个实施例的所有的特征。因此，跟随在详细说明后面的权利要求由此被清楚地引入到本详细说明中，每个权利要求作为本发明的单独的实施例而独自存在。

Claims (68)

1.一种在重复的时分帧中的时隙，包括：
第一训练序列；
在第一训练序列之后的信息序列；以及
在该信息序列之后的第二训练序列。
2.权利要求1的时隙，还包括在该信息序列前面的控制序列。
3.权利要求1的时隙，其中控制序列紧接在第一训练序列之后。
4.权利要求1的时隙，其中控制序列包括快速关联控制信道序列。
5.权利要求1的时隙，其中第二训练序列包括控制序列。
6.权利要求5的时隙，其中控制序列包括快速关联控制信道序列。
7.权利要求1的时隙，其中信息序列是连续的，以及其中第二训练序列是与信息序列相邻的，并在信息序列之后。
8.权利要求2的时隙，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
9.权利要求8的时隙，其中传输模式包括调制格式和编码格式中的至少一种格式。
10.权利要求8的时隙，其中多个不同的传输模式对应于不同的数据速率。
11.权利要求1的时隙，其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
12.权利要求11的时隙，其中信息序列的类型是选自随机接入信道消息和业务信道消息的其中一个。
13.权利要求11的时隙，其中信息序列的类型是选自配置消息、信道指配消息和数据业务消息的其中一个。
14.权利要求12的时隙，其中训练序列是从不同的训练序列组中间选择的，每个组对应于信息序列的一种类型。
15.权利要求14的时隙，其中每个组的训练序列是与该组的其它训练序列正交的。
16.一种方法，包括：
在重复的时分帧的时隙内发送第一训练序列；
在第一训练序列之后在该时隙内发送信息序列；以及
在信息序列之后在该时隙内发送第二训练序列。
17.权利要求16的方法，还包括在信息序列之前发送控制序列。
18.权利要求17的方法，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
19.权利要求18的方法，其中多个不同的传输模式对应于不同的数据速率。
20.权利要求16的方法，其中第二训练序列包括控制序列。
21.权利要求17的方法，其中控制序列包括快速关联控制信道序列。
22.权利要求16的方法，其中信息序列是连续的，以及其中第二训练序列是与信息序列相邻的，并在信息序列之后。
23.权利要求16的方法，其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
24.权利要求23的方法，其中信息序列的类型是选自随机接入信道消息、配置消息、信道指配消息和业务信道消息的其中一个。
25.权利要求23的方法，其中训练序列是从不同的训练序列组中间选择的，每个组对应于信息序列的一种类型。
26.一种设备，包括：
用于在重复的时分帧的时隙内发送第一训练序列的装置；
用于在第一训练序列之后在该时隙内发送信息序列的装置；以及
用于在信息序列之后在该时隙内发送第二训练序列的装置。
27.权利要求26的设备，还包括用于在信息序列之前发送控制序列的装置。
28.权利要求27的设备，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
29.权利要求26的设备，其中第二训练序列包括控制序列。
30.权利要求26的设备，其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
31.一种设备，包括：
处理器，其构建用于在重复的时分帧的时隙中发射的突发，该突发具有第一训练序列、在第一训练序列之后的信息序列、和在该信息序列之后的第二训练序列；以及
发射机，其用于发送由所述处理器构建的突发。
32.权利要求31的设备，其中该时隙还具有在信息序列前面的控制序列。
33.权利要求31的设备，其中第二训练序列包括控制序列。
34.权利要求31的设备，其中信息序列是连续的，以及其中第二训练序列是与信息序列相邻的，并在信息序列之后。
35.权利要求32的设备，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
36.权利要求33的设备，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
37.权利要求31的设备，其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
38.一种在重复的时分帧中的时隙，包括：
第一训练序列；
在第一训练序列之后的信息序列；以及
第二训练序列，
其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
39.权利要求38的时隙，其中第一训练序列指示所述的类型。
40.权利要求38的时隙，其中信息序列的类型是选自随机接入信道消息和业务信道消息的其中一个。
41.权利要求38的时隙，其中信息序列的类型是选自配置消息、信道指配消息和数据业务消息的其中一个。
42.权利要求41的时隙，其中训练序列是从不同的训练序列组中间选择的，每个组对应于信息序列的一种类型。
43.权利要求42的时隙，其中每个组的训练序列是与该组的其它训练序列正交的。
44.权利要求38的时隙，其中第二训练序列包括控制序列。
45.权利要求44的时隙，其中控制序列包括快速关联控制信道序列。
46.权利要求45的时隙，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
47.权利要求46的时隙，其中传输模式包括调制格式和编码格式中的至少一种格式。
48.一种方法，包括：
在重复的时分帧的时隙内发送第一训练序列；
在第一训练序列之后在该时隙内发送信息序列；以及
在该时隙内发送第二训练序列，
其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
49.权利要求48的方法，其中第一训练序列指示所述的类型。
50.权利要求48的方法，其中信息序列的类型是选自随机接入信道消息、配置消息、信道指配消息和业务信道消息的其中一个。
51.权利要求48的方法，其中训练序列是从不同的训练序列组中间选择的，每个组对应于信息序列的一种类型。
52.权利要求48的方法，其中第二训练序列包括控制序列。
53.权利要求52的方法，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
54.权利要求53的方法，其中传输模式包括调制格式和编码格式中的至少一种格式。
55.一种设备，包括：
用于在重复的时分帧的时隙内发送第一训练序列的装置；
用于在第一训练序列之后在该时隙内发送信息序列的装置；以及
用于在该时隙内发送第二训练序列的装置，
其中第一和第二训练序列之一指示信息序列的类型。
56.权利要求55的设备，其中第一训练序列指示所述的类型。
57.权利要求55的设备，其中信息序列的类型是选自随机接入信道消息、配置消息、信道指配消息和业务信道消息的其中一个。
58.权利要求55的设备，其中训练序列是从不同的训练序列组中间选择的，每个组对应于信息序列的一种类型。
59.权利要求55的设备，其中第二训练序列包括控制序列。
60.权利要求59的设备，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
61.权利要求60的设备，其中传输模式包括调制格式和编码格式中的至少一种格式。
62.一种设备，包括：
发射机，用来在重复的时分帧的时隙中发送第一训练序列、该第一训练序列之后的该时隙中的信息序列、和该时隙中的第二训练序列；以及
处理器，用来把训练序列选择为第一和第二训练训练之一，以指示信息序列的类型。
63.权利要求62的设备，其中第一训练序列指示所述的类型。
64.权利要求62的设备，其中处理器选择训练序列用于来自随机接入信道消息、配置消息、信道指配消息和业务信道消息之一的信息序列类型。
65.权利要求62的设备，其中处理器从不同的训练序列组中间选择训练序列，每个组对应于信息序列的一种类型。
66.权利要求62的设备，其中第二训练序列包括控制序列。
67.权利要求66的设备，其中控制序列指示用于信息序列的多个不同的传输模式之一。
68.权利要求67的设备，其中传输模式包括调制格式和编码格式中的至少一种格式。
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