Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems mit einem Random Access Channel (Direktzugriffskanal). Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein derartiges System und auf primäre und sekundäre Stationen zur Verwendung in einem derartigen System. Obwohl die vorliegende Spezifikation ein System unter besonderer Bezugnahme auf das aufkommende Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) beschreibt, versteht es sich, dass derartige Verfahren gleichermaßen für die Verwendung in anderen Mobilfunksystemen geeignet sind.

Ein Random Access Channel ist eine normale Komponente eines Funkkommunikationssystems, die es einer Mobilstation (MS) ermöglicht, kurze Nachrichten an eine Basisstation (BS) zu senden. Zu den Anwendungen gehören das Signalisieren an die BS, wenn die MS eingeschaltet wird, das Senden eines Datenpakets an die BS, wenn die MS nicht an einem Gespräch beteiligt ist, und das Auffordern der BS, eine Ressource zur Verwendung durch die MS zuzuordnen.

Es wurde eine Vielzahl von Verfahren für die Implementierung eines Random Access Channel vorgeschlagen. Ein Beispiel für die Anwendung im UMTS (in einem Breitband-CDMA-FDD-Modus (Code Division Multiple Access Frequency Division Duplex)) ist in 2 dargestellt. Eine MS greift auf einen Uplink-Kanal zu, indem sie eine Präambel (P) 102 gefolgt von einem Nachrichtenpaket (MSG) 104 sendet. Eine BS kann mit der Verarbeitung des Nachrichtenpakets 104 beginnen, wenn sie die Präambel 102 erhalten hat. Nachdem die BS die Nachricht 104 erhalten hat, sendet sie eine Quittierung (ACK) 106 auf einem Downlink-Kanal, um der MS mitzuteilen, dass die Nachricht 104 empfangen und korrekt decodiert wurde. Typischerweise könnte die Präambel 102 1 ms dauern, gefolgt von einem Zeitintervall von 0,25 ms und dann von einer 10-ms-Nachricht 104.

Ein Problem bei diesem Verfahren besteht im Fehlen jeglicher Leistungsregelung. Idealerweise sollte die Sendeleistung der MS so gewählt werden, dass die Präambel 102 und die Nachricht 104 von der BS mit dem Leistungspegel empfangen werden, der für eine korrekte Decodierung der Nachricht 104 erforderlich ist. Wenn die MS mit einem zu hohen Leistungspegel sendet, kann ihr Signal andere bei der BS empfangene Signale verdrängen, und wenn sie mit einem zu geringen Leistungspegel sendet, wird ihr Signal eventuell überhaupt nicht von der BS empfangen.

Hier bestimmt die MS die Leistung, mit der gesendet wird, indem sie die von der BS über den Downlink-Kanal empfangene Leistung misst und anhand dieser Messung den Pfadverlust im Uplink-Kanal schätzt. Ein derartiges Verfahren ist jedoch nicht sehr zuverlässig. Zwei Probleme sind, dass die erforderliche Empfangsleistung bei der BS nicht konstant ist, sondern sich mit den Funkkanalbedingungen und der Geschwindigkeit der MS verändert, und dass Uplink- und Downlink-Kanal nicht unbedingt reziprok sind.

Wenn die Nachricht 104 nicht korrekt von der BS empfangen wird, wird keine Quittierung 106 übertragen. Die MS schließt aus dem Fehlen einer Quittierung 106, dass ihr Zugriffsversuch fehlgeschlagen ist, und wiederholt den Versuch nachdem Ablauf einer Wartezeit. Dieses Modell hat den Nachteil, dass eventuell mehrere erneute Übertragungen benötigt werden, wodurch es zu erheblichen Verzögerungen kommen kann.

Ein verbessertes Modell ist in 3 dargestellt. Die MS überträgt erst eine Präambel 102 auf einem reduzierten Leistungspegel. Wenn die BS die Präambel korrekt empfängt und decodiert, sendet sie eine Präambel-Quittierung (A) 204. In dem in 3 dargestellten Beispiel wird nach der Übertragung der ersten Präambel keine Quittierung in dem hierfür vorgesehenen Schlitz 202 zurückgesendet (der typischerweise eine Länge von 1 ms haben könnte). Die MS sendet daher eine weitere Präambel 102 auf einem höheren Leistungspegel. Wieder wird im Schlitz 202 keine Quittierung empfangen, so dass die MS eine weitere Präambel 102 auf einem noch höheren Leistungspegel sendet. Diese wird von der BS empfangen und decodiert, die eine Quittierung 204 sendet. Nachdem die MS diese Quittierung empfangen hat, ist sie in der Lage, die Nachricht 104 zu senden.

Dieses verbesserte Modell liefert jedoch noch immer keinen geschlossenen Leistungsregelkreis für die Nachricht 104, was bedeutet, dass ein höherer Eb/No-Wert (Energie pro Bit/Rauschdichte) erforderlich ist als bei normalen Datenübertragungen. Somit benötigt die MS im Durchschnitt mehr Sendeleistung und erzeugt mehr Interferenzen als üblich, und es wird eventuell System-Uplink-Kapazität vergeudet.

In der internationalen Patentanmeldung WO 97/46041 wird ein Verfahren zum Aufbau einer Verbindung in einem CDMA-Funksystem mit einer oder mehreren Basisstationen und Teilnehmer-Endgeräten beschrieben, das eine Leistungsregelung enthält. Gemäß diesem Verfahren umfasst ein von einem Teilnehmer-Endgerät übertragenes Direktzugriffssignal eine Präambel. Wenn eine Basisstation die Präambel empfängt, startet sie den geschlossenen Leistungsregelkreis des Teilnehmer-Endgeräts. Anschließend sendet das Teilnehmer-Endgerät einen Identifizierer. Bis der Identifizierer von der Basisstation empfangen wird, kann die Basisstation die Leistungsregelungssignale nicht an ein spezifisches Teilnehmer-Endgerät richten.

In der britischen Patentanmeldung GB 2324 441 A wird ein Leistungsregelungsverfahren für Funktelefone beschrieben. Es wird die Signalisierung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation für den Aufbau eines Gesprächs beschrieben, jedoch liefert die Beschreibung keine Lösung für die Adressierung der Signale an eine bzw. von einer bestimmten Mobilstation.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen geschlossenen Leistungsregelkreis für einen Random Access Channel zu schaffen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Basisstation zur Verwendung in einem Funkkommunikationssystem mit einem Random Access Channel für die Übertragung von Nachrichten von einer Mobilstation an die Basisstation geschaffen, wobei die Basisstation Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen einer mit einer Signatur codierten Präambel, die von der Mobilstation auf dem Random Access Channel übertragen wurde; Mittel zum Bestimmen der Leistung einer von der Mobilstation empfangenen Übertragung; Mittel, um nach dem erfolgreichen Empfang der Präambel ein Steuersignal zu übertragen, das Leistungsregelungsinformationen für die Mobilstation enthält, um die Ausgangsleistung ihres Senders zu verändern, gekennzeichnet durch Mittel zum Auswählen eines Kanalisierungscodes für den das Steuersignal transportierenden Kanal, wobei der Kanalisierungscode für die Signatur der Präambel spezifisch ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mobilstation zur Verwendung in einem Funkkommunikationssystem mit einem Random Access Channel für die Übertragung von Nachrichten an eine Basisstation geschaffen, wobei die Mobilstation Folgendes umfasst: Mittel zum Übertragen einer mit einer Signatur codierten Präambel auf dem Random Access Channel; Mittel zum anschließenden Übertragen der Nachricht, und Mittel zum Justieren der Ausgangsleistung ihres Senders in Reaktion auf den Empfang eines durch die Basisstation gesendeten Steuersignals, gekennzeichnet durch Mittel zum Decodieren des Steuersignals unter Verwendung eines für die Signatur der Präambel spezifischen Kanalisierungscodes.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Basisstation in einem Funkkommunikationssystem mit einem Random Access Channel für die Übertragung von Nachrichten von einer Mobilstation an die Basisstation geschaffen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer mit einer Signatur codierten Präambel, die von der Mobilstation auf dem Random Access Channel übertragen wurde; Bestimmen der Leistung einer von der Mobilstation empfangenen Übertragung; nach dem erfolgreichen Empfang der Präambel Übertragen eines Steuersignals mit Leistungsregelungsinformationen für die Mobilstation, um die Ausgangsleistung ihres Senders zu verändern, gekennzeichnet durch das Auswählen eines Kanalisierungscodes für den das Steuersignal transportierenden Kanal, wobei der Kanalisierungscode für die Signatur der Präambel spezifisch ist.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Mobilstation in einem Funkkommunikationssystem mit einem Random Access Channel für die Übertragung von Nachrichten an eine Basisstation geschaffen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen einer mit einer Signatur codierten Präambel auf dem Random Access Channel; anschließendes Übertragen der Nachricht; und Justieren der Ausgangsleistung ihres Senders in Reaktion auf den Empfang eines durch die Basisstation gesendeten Steuersignals, gekennzeichnet durch das Decodieren des Steuersignals unter Verwendung eines für die Signatur der Präambel spezifischen Kanalisierungscodes.

Die Erfindung schafft auch ein Funkkommunikationssystem mit einer Basisstation und einer Mobilstation gemäß dem ersten bzw. dem zweiten Aspekt der Erfindung, und ein Verfahren zum Betrieb eines Funkkommunikationssystems mit einer Basisstation und einer Mobilstation gemäß dem dritten bzw. dem vierten Aspekt der Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Funkkommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ein grundlegendes Random-Access-Channel-Modell ohne Leistungsregelung, wie oben beschrieben;

3 ein erweitertes Random-Access-Channel-Modell, mit einer Erhöhung der Präambel-Leistung und schneller Quittierung, wie oben beschrieben;

4 ein grundlegendes Random-Access-Channel-Modell mit Leistungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung;

5 ein Random-Access-Channel-Modell mit Erhöhung der Präambel-Leistung mit Leistungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

6 ein Random-Access-Channel-Modell mit Erhöhung der Präambel-Leistung mit Quittierung und Leistungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Zeichnungen sind übereinstimmende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Das in 1 dargestellte System umfasst eine primäre Station (BS) 50 und eine Vielzahl von sekundären Stationen (MS) 60. Die BS 50 umfasst einen Mikrocontroller (&mgr;C) 52, Transceiver-Mittel 54, die mit Funkübertragungsmitteln 56 verbunden sind, und Verbindungsmittel 58 für die Verbindung mit dem Festnetz oder einem privaten Netzwerk. Jede MS 60 umfasst einen Mikrocontroller (&mgr;C) 62, Transceiver-Mittel 64, die mit Funkübertragungsmitteln 66 verbunden sind, und Leistungsregelungsmittel 68 zum Verändern des Sendeleistungspegels. Die Kommunikation von der BS 50 zur MS 60 erfolgt auf einem Downlink-Kanal 72, während die Kommunikation von der MS 60 zur BS 50 auf einem Uplink-Kanal 74 erfolgt.

Das als ein Beispiel einer Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendete UMTS-System nutzt ein CDMA-System, um Basis- und Mobilstationen Übertragungskanäle zuzuordnen. Auf dem Downlink-Kanal 72 wird eine Anzahl von Kanalisierungscodes verwendet, um für unterschiedliche Benutzer gedachte Übertragungen zu trennen, und es wird ein zusätzlicher Verwürfelungscode angewandt, um die sendende BS 50 zu unterscheiden. Um eine für sie vorgesehene Nachricht zu decodieren, muss eine MS 60 also sowohl den Code für die die Daten sendende BS 50 als auch den Code für ihren Kanal kennen.

Auf dem Uplink-Kanal werden auf ähnliche Weise ein Kanalisierungscode zum Wählen des Kanals, auf dem die MS 60 senden soll, und ein für die MS 60 spezifischer Verwürfelungscode benutzt. Während der Präambel sendet eine MS 60 eine Signatur, bei der es sich um eine zufällig gewählte spezifische Codesequenz handelt.

Eine grundlegende Implementierung der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Eine MS 60 greift auf die gleiche Weise wie in 2 abgebildet auf einen Uplink-Kanal 74 zu, indem sie eine Präambel 102 gefolgt von einem Nachrichtenpaket 104 sendet. Die Nachricht 104 könnte so definiert werden, dass sie eine feste Länge hat, oder, wenn sie eine variable Länge hat, könnte sie Informationen zur Längenangabe enthalten. Wenn eine BS 50 die Präambel 102 erkennt, sendet sie einen Physical Control CHannel (PCCH) 302 auf einem Downlink-Kanal 72. Der PCCH enthält Leistungsregelungsinformationen, um der MS 60 mitzuteilen, ob sie ihren Sendeleistungspegel erhöhen oder verringern soll, und dauert für die Dauer der Nachricht 104 an.

Der für den Steuerkanal 302 verwendete Kanalisierungscode muss der MS 60 im Vorhinein bekannt sein, damit die Leistungsregelungsinformationen decodiert werden können, was erfordert, dass er zuvor zugeordnet wird. Der Code sollte auch für die Präambel-Signatur spezifisch sein, um Konflikte auf dem Downlink-Kanal 72 infolge von Anforderungen von verschiedenen Mobilstationen zu minimieren. Die Vorab-Zuordnung kann zu einem Codemangel führen.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Verwürfelungscode auf dem Steuerkanal 302 zu verwenden, der sich von dem für die Haupt-Downlink-Übertragung verwendeten Code unterscheidet. Die Auswirkung der Verwendung eines derartigen sekundären Verwürfelungscodes durch die BS 50 wird hinsichtlich der Systemkapazität vernachlässigbar sein, da sowohl die Bitrate als auch der Tastgrad niedrig sein werden.

Das Zeitintervall zwischen Präambel und Nachricht sollte lang genug sein, um sicherzustellen, dass bei oder vor dem Beginn der Nachricht 104 ein Steuerkanal 302 aufgebaut werden kann, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines fehlerfreien Empfangs maximiert wird. Dieses Zeitintervall lässt Verarbeitungszeit der BS 50 und Laufzeiten zu. Für die Verwendung in Zellen mit einem Radius von bis zu ca. 38 km (viel größer als die typischen 2 km) sollte das Intervall beispielsweise mindestens 250 &mgr;s betragen.

Es wäre auch möglich, Leistungsregelungsinformationen zu der Uplink-Übertragung (die bereits einen PCCH hat) hinzuzufügen. Dies würde eine Leistungsregelung des Downlink-Steuerkanals 302 ermöglichen, obwohl dies in der Praxis wahrscheinlich nicht erforderlich ist, weil die Bitrate niedrig ist.

Eine alternative Implementierung zur Verwendung in einem System mit einer Erhöhung der Präambel-Leistung ist in 5 dargestellt. Dieses Modell hat den Vorteil, dass der anfängliche Leistungspegel der Nachricht 104 ungefähr korrekt ist, bevor ihr Pegel in Reaktion auf Leistungsregelungsinformationen im Steuerkanal 302 justiert werden kann. Neben ihrer primären Funktion, den korrekten Empfang der Präambel 102 durch die BS 50 zu quittieren, kann die Quittierung 204 weitere Funktionen ausüben, zum Beispiel mitteilen, dass das System besetzt ist oder dass der Zugriff abgelehnt wurde.

6 zeigt eine Abwandlung dieses Modells, bei der die Funktionen der Quittierung und Leistungsregelung in einem einzigen Steuerkanal 502 kombiniert sind. Bei einem derartigen System würde der Beginn des Steuerkanals 502 den Empfang der Präambel 102 durch die BS 50 angeben. Die Unterbrechung des Steuerkanals 502 könnte dann verwendet werden, um anzugeben, dass die Uplink-Übertragung beschädigt war, wodurch die MS 60 in die Lage versetzt wird, die Übertragung der Nachricht 104 zu beenden, bevor sie versucht, sie erneut zu senden. Ein derartiges Verfahren zum Mitteilen einer Beschädigung der Uplink-Übertragung könnte auch unabhängig oder in Kombination mit jedem der anderen oben beschriebenen Modell verwendet werden.

Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung werden für den Fachkundigen weitere Abwandlungen offensichtlich sein. Derartige Abwandlungen können weitere Merkmale umfassen, die bereits aus Funkkommunikationssystemen sowie Komponenten davon bekannt sind und die an Stelle von oder zusätzlich zu den bereits hier beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.

In der vorliegenden Spezifikation und den Ansprüchen schließt das Wort „ein" oder „eine" vor einem Element nicht das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente aus. Ferner schließen das Wort „umfassen" und seine Konjugationen nicht das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte als der erwähnten aus.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Reihe von Funkkommunikationssystemen anwendbar, zum Beispiel auf das UMTS.