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WO2007087933A1 - Verfahren zur random-access-signalisierung - Google Patents

Verfahren zur random-access-signalisierung Download PDF

Info

Publication number
WO2007087933A1
WO2007087933A1 PCT/EP2006/069698 EP2006069698W WO2007087933A1 WO 2007087933 A1 WO2007087933 A1 WO 2007087933A1 EP 2006069698 W EP2006069698 W EP 2006069698W WO 2007087933 A1 WO2007087933 A1 WO 2007087933A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
random access
radio communication
communication terminal
access signal
time
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/069698
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörn KRAUSE
Bernhard Raaf
Ingo Viering
Original Assignee
Nokia Siemens Networks Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Siemens Networks Gmbh & Co. Kg filed Critical Nokia Siemens Networks Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2007087933A1 publication Critical patent/WO2007087933A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H04W52/50—TPC being performed in particular situations at the moment of starting communication in a multiple access environment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H04L27/261—Details of reference signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0866—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using a dedicated channel for access

Definitions

  • the invention relates to a method for random access signaling for establishing a connection in a radio communication system.
  • Radio communication systems are known in which a mobile station or a radio communication terminal signals a desired connection setup for a radio transmission to be carried out by means of a random access signal via a dedicated random access channel.
  • the random access signal is transmitted repeatedly correspondingly, so that interference or interference is increasingly formed and the repeated transmission of the random access channel has a high occupancy ,
  • identification does not necessarily mean an unambiguous determination of the mobile radio device, as for example by transmission of a characteristic
  • identification can also be understood as meaning only one characterization of the mobile radio device with regard to selected parameters, which, however, does not necessarily characterize the mobile radio device clearly.
  • “Flarion” uses a "Particular Waveform” as a Random Access signal, which is transmitted during a so-called “RACH period”, ie within predetermined time periods, without a so-called “Message Part”.
  • a "message part" is provided only to a limited extent.
  • the random access signals are typically detected by means of a correlation, which is carried out with great effort. Since the received random access signal has a gaussian distributed form after the correlation, it is also distinguishable from also gaussverteilten interference signals only with great additional effort.
  • Future radio communication systems such as E-UTRA, are likely to become FDM or OFDM due to the expected high data rates.
  • Radio transmission techniques or at least FDM or OFDM-like radio transmission techniques with subcarriers.
  • the method according to the invention is based on a radio communication system in which an FDM or OFDM radio transmission or at least one FDM or OFDM-like subcarrier-based radio transmission is used.
  • a representative example is the "Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA".
  • the method according to the invention describes a random access signaling for a connection setup in a radio communication system in which a frequency division multiplex radio transmission with a plurality of subcarriers is used.
  • a radio communication terminal sends a random access signal to signal a base station a desired connection setup.
  • the random access signal transmission occurs during a predetermined time period via a random access channel provided for common use by a plurality of radio communication terminals.
  • the radio communication terminal under consideration selects a small number from the subcarrier variety, which are used by the radio communication terminal for random access signaling.
  • the method according to the invention makes it possible to use very simple, quickly executed detection algorithms.
  • Subtragers used as random access signal have no Gaussian distribution due to the sub-carrier structure and are well detectable against interfering interference.
  • the detection or detection of the transmitted random access signals is reliable, prone to interference and quickly possible.
  • the identification of a mobile station is advantageously carried out in random access signaling on the basis of the sub-carrier or on the basis of the sub-carrier frequency.
  • an additional "message part" for identification of the radio communication terminal can advantageously be dispensed with.
  • This information includes, for example: - which subtrager or which (sub) frequency band is supported by the terminal for radio transmissions,
  • each radio communication terminal in each case uses a subtrager as a random access signal
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the method according to the invention, in which a single radio communication terminal simultaneously uses two sub-carriers as a random access signal.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the inventive method.
  • time blocks ZBl, ZB2, ..., ZBx are provided, which are provided for the transmission of OFDM symbols SYM. Accordingly are on A vertical frequency axis "frequency" is applied to respective subtractors ST1 to STy, which are likewise used to transmit the OFDM symbols SYM.
  • a time range RAP (“Random Access Period, RAP” or “Random Access Channel Period, RACH Period”) is used whose duration is two consecutive time blocks ZB1 and ZB2 equivalent.
  • the time range RAP returns periodically over time.
  • mobile stations of subscribers can transmit their respective random access signals in order, if appropriate, to signal a connection request to a base station.
  • OFDM data transmission a transmission of OFDM user data or of OFDM symbols SYM, referred to as "OFDM data transmission", takes place.
  • a first mobile station MS1 selects a single sub-carrier ST3 from the sub-carriers ST1 to STy and uses this during the time range RAP as a random access signal RAS1 assigned to it. By selecting the sub-carrier ST3, an identification of the requesting mobile station MS1 is possible by a receiving base station.
  • a second mobile station MS2 selects a single sub-carrier ST14 from the sub-carriers ST1 to STy and uses this during the time range RAP as a random access signal RAS2 assigned to it. By selecting the subcontractor ST14 an identification of the requesting mobile station MS2 is possible by a receiving base station.
  • the transmission of the respective random access signals RAS1 and RAS2 takes place independently of the time limits of the time blocks ZB1 or ZB2, as long as they take place only within the time range RAP.
  • the duration of the random access signals RAS1 and RAS2 advantageously corresponds to the duration of a time block ZB1 or ZB2 or else to an OFDM symbol SYM.
  • the random access signal RAS1 corresponds to a sinusoidal sound oscillation of a first frequency fl
  • the random access signal RAS2 corresponds to a sinusoidal sound oscillation of a second frequency f2.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • respective time blocks ZBl, ZB2, ..., ZBx are applied, which are provided for the transmission of OFDM symbols SYM.
  • respective subtracters ST1 to STy which are likewise used to transmit the OFDM symbols SYM, are plotted on a vertical frequency axis "frequency".
  • a time range RAP (“random access period, RAP” or “random access channel period, RACH period") is used, the time lain duration of two consecutive time blocks ZBl and ZB2 corresponds.
  • the time range RAP returns periodically over time.
  • mobile stations of subscribers may transmit their respective random access signals to optionally signal a connection request to a base station.
  • a transmission of OFDM user data or of OFDM symbols SYM takes place.
  • a first mobile station MS1 now selects two subtranslators ST2 and ST9 from the sub-carriers ST1 to STy and uses them at the same time during the time range RAP as a random access signal RAS1 assigned to them.
  • a second mobile station MS2 selects from the sub-carriers ST1 to STy now two sub-carriers ST15 and ST17 and uses them at the same time during the time range RAP as a random access signal RASl assigned to it.
  • the transmission of the respective random access signals RAS1 and RAS2 takes place independently of the time limits of the time blocks ZB1 or ZB2, as long as they take place only within the time range RAP.
  • the transmission of the respective random access signals RAS1 and RAS2 takes place independently of the time limits of the time blocks ZB1 or ZB2, as long as they take place only within the time range RAP.
  • the duration of the random access signals RAS1 and RAS2 advantageously corresponds to the duration of a time block ZB1 or ZB2 or else to the duration of an OFDM symbol SYM.
  • the random access signal RAS1 corresponds to a superimposition of two tone oscillations with the frequencies fl and fl + AB1
  • the random access signal Signal RAS2 corresponds to a superimposition of two sound vibrations of the frequencies f2 and f2 + AB2.
  • RACH Random Access Channel
  • the sub-carriers are advantageously selected in such a way that, with a low PAPR, a resulting time signal has a constant hiring end. This can reduce interference.
  • the sending mobile station can be identified with little effort:
  • IFDMA Interleaved Frequency Division Multiple Access
  • IFDMA Interleaved Frequency Division Multiple Access
  • IFDMA enables the generation of signals comprising several equidistant subcarriers and having a low peak-to-average ratio. Such signals can also be generated by so-called "DFT spread OFDM" - a method with which the data transmission is carried out at LTE.
  • the channel does not affect the relative tive phases, ie the phase difference of the two signals on both frequencies and also the amplitude ratio, so that information can be transmitted by means of both sizes.
  • base stations use mutually time-synchronized time ranges RAP.
  • a radio communication terminal at the same time transmit its assignable random access signal to a plurality of base stations in order to announce a connection request.
  • the base stations respond individually to the random access signal, so that an optimized selection of a suitable base station is made possible by the radio communication terminal.
  • base stations use non-time-synchronous time ranges RAP, the respective time ranges RAP being individually assignable to their respective base stations. In this way, a targeted selection of a desired base station is made possible in that the radio communication terminal transmits the random access signal to the desired base station in the assigned time range.
  • a receiving base station By selecting the time range RAP longer than a single OFDMA symbol and / or FDMA symbol and using selected subcarriers as random access signals for a shortened period of time, a receiving base station enables detection even in the event of a missing synchronization ,
  • the subcarrier is used as a random access signal only during the duration of a single symbol.
  • the subtrager selection for random access signaling takes place randomly.
  • the mobile station selects randomly changing subtransagers for repeated random access signaling.
  • two or more subtransagers are used by a mobile station for random access signaling, in addition to the identity of the mobile station, further information related to the mobile station can be transmitted coded by selecting the subtranslators and their distances from one another.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Random-Access-Signalisierung für einen Verbindungsaufbau in einem Funkkommunikationssystem, bei dem eine Frequency-Division-Multiplex-Funkübertragung mit einer Vielzahl an Subträgern verwendet wird. Ein Funkkommunikationsendgerät sendet ein Random-Access-Signal, um einer Basisstation einen gewünschten Verbindungsaufbau zu signalisieren. Die Random-Access-Signalübertragung erfolgt während eines vorbestimmten Zeitbereichs über einen Random-Access-Kanal, der zur gemeinsamen Verwendung durch eine Vielzahl von Funkkommunikationsendgeräten vorgesehen ist. Ein Funkkommunikationsendgerät wählt aus der Subträger-Vielzahl eine geringe Anzahl aus, die als Random-Access-Signal verwendet werden.

Description

Verfahren zur Random-Access-Signalisierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Random-Access- Signalisierung für einen Verbindungsaufbau in einem Funkkom- munikationssystem.
Es sind Funkkommunikationssysteme bekannt, bei denen eine Mobilstation bzw. ein Funkkommunikationsendgerat einen gewünschten Verbindungsaufbau für eine durchzuführende Funk- Übertragung mit Hilfe eines Random-Access-Signals über einen dafür vorgesehenen Random-Access-Kanal signalisiert.
Da der Random-Access-Kanal durch eine Vielzahl von Funkkommu- nikationsendgeraten zur Signalisierung benutzt wird, sind folgende Bedingungen zu klaren:
Es ist zu klaren, wann eine Übertragung eines Random-Access- Signals erfolgen kann. Dies gilt insbesondere für Funkkommunikationssysteme, bei denen zwischen einer Basisstation und einer anfragenden Mobilstation keine Synchronisation vorhanden ist. Damit ist seitens der Basisstation nicht bekannt, zu welchem Zeitpunkt ein Random-Access-Signal gesendet werden konnte bzw. gesendet wurde.
Es ist weiterhin zu klaren, mit welcher Leistung das Random- Access-Signal übertragen werden soll. Da im allgemeinen keine Leistungsregelung über ein so genanntes "Closed Loop Power Control"-Verfahren erfolgt, verwendet eine Mobilstation entweder eine maximal verfugbare Sendeleistung zur Übertragung des Random-Access-Signals oder die Mobilstation beginnt die
Übertragung des Random-Access-Signals mit einer geringen Sendeleistung, die bei wiederholter Übertragung des Random- Access-Signals solange schrittweise erhöht wird, bis seitens der Basisstation der Empfang des Random-Access-Signals besta- tigt wird.
Für den Fall der maximalen Sendeleistung ist zu berücksichtigen, dass gegebenenfalls Störungen bzw. Interferenzen auf an- dere Übertragungen gebildet werden. Dies ist insbesondere bei den bekannten Mobilfunksystemen GSM oder UMTS TDD der Fall.
Für den Fall der stufenweise erfolgenden Sendeleistungserho- hung ist zu berücksichtigen, dass das Random-Access-Signal entsprechend oft wiederholt gesendet wird, so dass vermehrt Störungen bzw. Interferenzen gebildet werden und durch die wiederholte Übertragung der Random-Access-Kanal eine starke Belegung aufweist.
Es ist weiterhin zu klaren, welches Mobilfunkgerat bzw. Funk- kommunikationsendgerat ein Random-Access-Signal übertragen hat, um seitens einer Basisstation zur anfragenden Mobilstation eine zugeordnete Funkverbindung aufbauen zu können. Da- bei ist es vorteilhaft, weitere Parameter zur Identifikation zu übertragen.
In diesem Zusammenhang bedeutet "Identifikation" nicht unbedingt eine eindeutige Bestimmung des Mobilfunkgerates, wie sie beispielsweise durch Übermittlung einer kennzeichnenden
Nummer (Seriennummer, "International Mobile Equipment Identification, IMEI", Telefonnummer oder "International Mobile Subscription Identification, IMSI") erfolgt, oder durch Übermittlung einer zumindest regional (z.B. innerhalb eines Be- reichs von Funkzellen) eindeutig zugeordneten Nummer, wie z.B. der "Temporary Mobile Subscription Identification, TMSI" .
Vielmehr kann unter "Identifikation" auch nur eine Charakte- risierung des Mobilfunkgerates hinsichtlich ausgewählter Parameter verstanden werden, die aber nicht notwendigerweise das Mobilfunkgerat eindeutig charakterisieren.
Zuletzt müssen Kollisionen zwischen mehreren Random-Access- Signalen, die über den gemeinsamen Random-Access-Kanal übertragen werden, weitgehend vermieden werden. Dies bedeutet unter anderem, dass seitens der Basisstation ein schnelles Er- kennen der jeweiligen Random-Access-Signale durchzufuhren ist .
Nachfolgend werden in einer kurzen Übersicht bestehende Funk- kommunikationsverfahren bzw. -Standards bezuglich der dort jeweils verwendeten Random-Access-Signale verglichen:
Bei "WCDMA" werden beim Random-Access-Signal lange Sequenzen benutzt und das Random-Access-Signal wird mit einer stufen- weisen Erhöhung der Sendeleistung übertragen. Ein so genannter "Message Part" ist beim Random-Access-Signal zur Informationsübertragung vorgesehen.
Bei "Flarion" wird eine „Particular Waveform" als Random- Access-Signal verwendet. Dieses wird wahrend einer so genannten "RACH-Period" , also innerhalb vorbestimmter Zeitperioden übertragen. Ein so genannter "Message Part" ist hier nicht vorgesehen .
Bei "WiMAX" werden so genannte "Ranging-Codes" als Random- Access-Signale verwendet, die über entsprechende "Ranging Subchannels" übertragen werden. Es ist kein "Message Part" vorgesehen .
Bei "GSM" werden GMSK-modulierte Signale in vorbestimmten
RACH-Perioden übertragen. Ein "Message Part" ist in lediglich geringem Umfang vorgesehen.
Die Random-Access-Signale werden typischerweise mit Hilfe einer Korrelation detektiert, die mit großem Aufwand durchgeführt wird. Da das empfangene Random-Access-Signal nach der Korrelation eine gaussverteilte Form aufweist, ist es von ebenfalls gaussverteilten Interferenzsignalen nur mit großem zusatzlichen Aufwand unterscheidbar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Random-Access-Signalisierung anzugeben, bei dem die oben genannten Bedingungen bei geringem Aufwand erfüllt sind, um eine verbesserte Detektion des Random-Access-Signals zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zukünftige Funkkommunikationssysteme, wie beispielsweise E-UTRA, werden aufgrund der zu erwartenden hohen Datenraten mit großer Wahrscheinlichkeit FDM- oder OFDM-
Funkübertragungs-techniken oder zumindest FDM- bzw. OFDM- ähnliche Funkübertragungstechniken mit Subträgern verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem Funkkommuni- kationssystem, bei dem eine FDM- oder OFDM-Funkübertragung oder zumindest eine FDM- oder OFDM-ähnliche, auf Subträgern basierende Funkübertragung verwendet wird.
Als stellvertretendes Beispiel wird die "Single Carrier Fre- quency Division Multiple Access, SC-FDMA" genannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt eine Random-Access- Signalisierung für einen Verbindungsaufbau in einem Funkkommunikationssystem, bei dem eine Frequency-Division-Multiplex- Funkübertragung mit einer Vielzahl an Subträgern verwendet wird.
Ein Funkkommunikationsendgerät sendet ein Random-Access- Signal, um einer Basisstation einen gewünschten Verbindungs- aufbau zu signalisieren. Die Random-Access-Signalübertragung erfolgt während eines vorbestimmten Zeitbereichs über einen Random-Access-Kanal, der zur gemeinsamen Verwendung durch eine Vielzahl von Funkkommunikationsendgeräten vorgesehen ist.
Das betrachtete Funkkommunikationsendgerät wählt aus der Sub- träger-Vielzahl eine geringe Anzahl aus, die seitens des Funkkommunikationsendgeräts zur Random-Access-Signalisierung verwendet werden. Durch das erfindungsgemaße Verfahren können sehr einfache, schnell auszuführende Detektionsalgorithmen eingesetzt werden .
Als Random-Access-Signal verwendete Subtrager weisen aufgrund der Subtragerstruktur keine Gauss-Verteilung auf und sind gut gegenüber störenden Interferenzen zu detektieren.
Andererseits können sie für den Fall, dass sie selbst als Interferenzen andere Verbindungen stören, aufgrund der Subtragerstruktur ebenfalls gut berücksichtigt werden.
Durch die in einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgende Übertragung des Random-Access-Signals mit hoher Sendeleistung wird ein geringes "Peak-to-Average-Ratio" erreicht. Damit ist es sehr "laut" und leicht detektierbar .
Durch die Möglichkeit, dass durch jedes Funkkommunikations- endgerat eine spezifische Auswahl einer geringen Anzahl an Subtragern zur Random-Access-Signalisierung erfolgt, werden die eingangs beschriebenen Random-Access-Signalkollisionen reduziert .
Zusammengefasst ist die Erkennung bzw. Detektion der übertragenen Random-Access-Signale zuverlässig, unanfallig gegenüber Störungen und schnell möglich.
Die Identifikation einer Mobilstation erfolgt bei der Random- Access-Signalisierung vorteilhaft anhand des Subtragers bzw. anhand der Subtragerfrequenz .
Dadurch kann vorteilhafterweise auf einen zusatzlichen "Message-Part" zur Identifikation des Funkkommunikationsendgerats verzichtet werden.
Ebenso ist es möglich, bei einer Random-Access-Signalsierung mit zwei Subtragern die Identifikation der Mobilstation anhand des relativen Abstands der beiden Subtrager untereinan- der bzw. der gewählten Subtragerfrequenzen bzw. der gewählten Subtrager durchzufuhren.
Ebenso ist es möglich, durch Wahl der Subtrager-Anzahl bzw. durch deren Frequenzverteilung weitere Informationen zu übertragen, die bereits vor dem Aufbau eines spezifischen Verbindungskanals seitens der Basisstation vorteilhaft verwendet werden können.
Zu diesen Informationen gehört beispielsweise: - welche Subtrager bzw. welches (Teil-) Frequenzband seitens des Endgerats für Funkubertragungen unterstutzt werden,
- welche Codierschemata seitens des Endgerats unterstutzt werden,
- welche Modulationsverfahren seitens des Endgerats unter- stutzt werden, sowie
- ganz allgemeine weitere physikalische Eigenschaften des Funkkommunikationsendgerats .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung anhand eines OFDM-Funkkommunikationssystems beispielhaft naher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei dem jedes Funkkommunikationsendgerat jeweils einen Subtrager als Random-Access-Signal verwendet, und
FIG 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei dem ein einzelnes Funkkommunikations- endgerat gleichzeitig zwei Subtrager als Random-Access- Signal verwendet.
FIG 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens .
Auf einer horizontalen Zeitachse "time" sind jeweilige Zeitblocke ZBl, ZB2, ..., ZBx aufgetragen, die zur Übertragung von OFDM-Symbolen SYM vorgesehen sind. Entsprechend sind auf einer vertikalen Frequenzachse "frequency" jeweilige Subtra- ger STl bis STy aufgetragen, die ebenfalls zur Übertragung der OFDM-Symbole SYM verwendet werden.
Zur Übertragung von Random-Access-Signalen wird ein Zeitbereich RAP ( "Random-Access-Period, RAP" oder auch "Random- Access-Channel-Period, RACH-Period" ) verwendet, dessen zeitliche Dauer zwei aufeinander folgenden Zeitblocken ZBl und ZB2 entspricht.
Der Zeitbereich RAP kehrt im zeitlichen Verlauf periodisch wieder. Wahrend des Zeitbereichs RAP können Mobilstationen von Teilnehmern ihre jeweiligen Random-Access-Signale übertragen, um gegebenenfalls einer Basisstation einen Verbin- dungswunsch zu signalisieren.
Wahrend eines Zeitbereichs ZB3 bis ZBx erfolgt eine als "OFDM-Data-Transmission" bezeichnete Übertragung von OFDM- Nutzdaten bzw. von OFDM-Symbolen SYM.
Eine erste Mobilstation MSl wählt aus den Subtragern STl bis STy einen einzelnen Subtrager ST3 aus und verwendet diesen wahrend des Zeitbereichs RAP als ein ihr zugeordnetes Random- Access-Signal RASl. Durch die Auswahl des Subtragers ST3 ist seitens einer empfangenden Basisstation eine Identifikation der anfragenden Mobilstation MSl möglich.
Eine zweite Mobilstation MS2 wählt aus den Subtragern STl bis STy einen einzelnen Subtrager ST14 aus und verwendet diesen wahrend des Zeitbereichs RAP als ein ihr zugeordnetes Random- Access-Signal RAS2. Durch die Auswahl des Subtragers ST14 ist seitens einer empfangenden Basisstation eine Identifikation der anfragenden Mobilstation MS2 möglich.
Die Übertragung der jeweiligen Random-Access-Signale RASl und RAS2 erfolgt unabhängig von den zeitlichen Grenzen der Zeitblocke ZBl bzw. ZB2, solange sie nur innerhalb des Zeitbereichs RAP erfolgt. Vorteilhafterweise entspricht die Dauer der Random-Access- Signale RASl bzw. RAS2 der zeitlichen Dauer eines Zeitblocks ZBl oder ZB2 oder aber auch eines OFDM-Symbols SYM.
Aufgrund der Subtragerstruktur entspricht das Random-Access- Signal RASl einer sinusförmigen Tonschwingung einer ersten Frequenz fl, wahrend das Random-Access-Signal RAS2 einer sinusförmigen Tonschwingung einer zweiten Frequenz f2 ent- spricht.
FIG 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsge- maßen Verfahrens .
Auf einer horizontalen Zeitachse "time" sind jeweilige Zeitblocke ZBl, ZB2, ..., ZBx aufgetragen, die zur Übertragung von OFDM-Symbolen SYM vorgesehen sind. Entsprechend sind auf einer vertikalen Frequenzachse "frequency" jeweilige Subtra- ger STl bis STy aufgetragen, die ebenfalls zur Übertragung der OFDM-Symbole SYM verwendet werden.
Zur Übertragung von Random-Access-Signalen wird ein Zeitbereich RAP ("Random-Access-Period, RAP" oder auch "Random- Access-Channel-Period, RACH-Period" ) verwendet, dessen zeit- liehe Dauer zwei aufeinander folgenden Zeitblocken ZBl und ZB2 entspricht.
Der Zeitbereich RAP kehrt im zeitlichen Verlauf periodisch wieder. Wahrend des Zeitbereichs RAP können Mobilstationen von Teilnehmern ihre jeweiligen Random-Access-Signale übertragen, um gegebenenfalls einer Basisstation einen Verbindungswunsch zu signalisieren.
Wahrend eines Zeitbereichs ZB3 bis ZBx erfolgt eine als "OFDM-Data-Transmission" bezeichnete Übertragung von OFDM- Nutzdaten bzw. von OFDM-Symbolen SYM. Eine erste Mobilstation MSl wählt aus den Subtragern STl bis STy nun zwei Subtrager ST2 und ST9 aus und verwendet diese zeitgleich wahrend des Zeitbereichs RAP als ein ihr zugeordnetes Random-Access-Signal RASl.
Durch die Auswahl der beiden Subtrager ST2 und ST9, bzw. durch deren Frequenzabstand ABl zueinander, ist seitens einer empfangenden Basisstation eine Identifikation der anfragenden Mobilstation MSl möglich.
Eine zweite Mobilstation MS2 wählt aus den Subtragern STl bis STy nun zwei Subtrager ST15 und ST17 aus und verwendet diese zeitgleich wahrend des Zeitbereichs RAP als ein ihr zugeordnetes Random-Access-Signal RASl.
Durch die Auswahl der beiden Subtrager ST15 und ST17, bzw. durch deren Frequenzabstand AB2 zueinander, ist seitens einer empfangenden Basisstation eine Identifikation der anfragenden Mobilstation MS2 möglich.
Die Übertragung der jeweiligen Random-Access-Signale RASl und RAS2 erfolgt unabhängig von den zeitlichen Grenzen der Zeitblocke ZBl bzw. ZB2, solange sie nur innerhalb des Zeitbereichs RAP erfolgt.
Die Übertragung der jeweiligen Random-Access-Signale RASl und RAS2 erfolgt unabhängig von den zeitlichen Grenzen der Zeitblocke ZBl bzw. ZB2, solange sie nur innerhalb des Zeitbereichs RAP erfolgt.
Vorteilhafterweise entspricht die Dauer der Random-Access- Signale RASl bzw. RAS2 der zeitlichen Dauer eines Zeitblocks ZBl oder ZB2 oder aber auch der zeitlichen Dauer eines OFDM- Symbols SYM.
Aufgrund der Subtragerstruktur entspricht das Random-Access- Signal RASl einer Überlagerung von zwei Tonschwingungen mit den Frequenzen fl und fl + ABl, wahrend das Random-Access- Signal RAS2 einer Überlagerung von zwei Tonschwingung der Frequenzen f2 und f2 + AB2 entspricht.
Bei den beiden Beispielen wird angenommen, dass ein "Random Access Channel, RACH" zur Funkubertragung eines Random- Access-Signals zur Verfugung steht, auf den viele Mobilstationen zur Random-Access-Signalisierung zugreifen. Der RACH ist durch Zeitmultiplex von der restlichen OFDM-Datenubertragung abgetrennt .
Da zur erfindungsgemaßen Random-Access-Signalisierung pro Funkkommunikationsendgerat im allgemeinen nur eine geringe Anzahl an Subtragern verwendet werden - nämlich vorteilhafterweise nur ein Subtrager oder zwei Subtrager - ist das er- findungsgemaße Verfahren mit geringem Aufwand realisierbar.
Die Subtrager werden vorteilhafterweise derart ausgewählt, dass bei geringem PAPR ein resultierendes Zeitsignal eine konstante Einhuilende aufweist. Damit können Interferenzen reduziert werden.
Wie bereits gezeigt, kann die sendende Mobilstation mit geringem Aufwand identifiziert werden:
* durch die Position der zur Signalisierung verwendeten Sub- trager innerhalb des betrachteten Frequenzbandes und/oder
* durch den relativen (Frequenz-) Abstand der ausgewählten Subtrager zueinander und/oder
* durch die Anzahl der ausgewählten Subtrager, jedoch auch
* durch die relative Phase bzw. Amplitude der ausgewählten Subtrager oder (in einer äquivalenten Form) durch die relative Phase bzw. Amplitude der Symbole, die zu einer so genannten "Interleaved Frequency Division Multiple Access, IFDMA"-Verarbeitung gelangen.
Die "Interleaved Frequency Division Multiple Access, IFDMA" ist beispielsweise beschrieben in:
- "Low Complexity Interleaved Sub-carrier Allocation in OFDM Multiple Access Systems", von A. Filippi, E. Costa, E. Schulz, Proc. IEEE VTCT 04, Los Angeles, California, USA, September 2004, und in - "Interleaved Orthogonal Frequency Division Multiple Access with Variable Data Rates", von T. Frank, A. Klein, E. Costa, E. Schulz, OFDM Workshop, Hamburg, 31.8.-1.9. 2005.
IFDMA ermöglicht die Generierung von Signalen, die mehrere äquidistante Subträger umfassen und ein geringes "Peak-to- Average-Ratio" aufweisen. Solche Signale können auch durch so genannte "DFT spread OFDM" generiert werden - einem Verfahren, mit dem auch die Datenübertragung bei LTE durchgeführt wird.
Dies ermöglicht eine mit geringem Aufwand realisierbare Ver- wendung von gleichen Funktionsblöcken sowohl für eine Datenübertragung als auch für eine Generierung des Random-Access- Signals .
Bei einer Verwendung von zwei Subträgern liegt sendeseitig eine Folge von zwei komplexen Symbolen zl und z2 im Zeitbereich vor, welche über eine "2-Punkt diskrete" Fouriertrans- formation in zwei komplexe Symbole pl und p2 im Frequenzbereich umgewandelt werden. Dabei gilt:
pl=zl+z2 und p2=zl-z2.
Die komplexen Symbole pl und p2 werden im Anschluss durch eine inverse "Fast-Fourier-Transformation" in den Zeitbereich umgewandelt und versendet.
Durch eine enge Wahl der ausgewählten Subträger kann ein "verschmieren" von zwei ausgewählten Subträgern vermieden werden .
Wenn die Subträger eng gewählt werden, insbesondere wenn der Abstand der Frequenzen der beiden Subträger so klein ist, dass der Funkkanal bei beiden Frequenzen gleich (oder zumindest ähnlich ist) , dann beeinflusst der Kanal nicht die rela- tiven Phasen, also die Phasendifferenz der beiden Signale auf beiden Frequenzen und ebenso wenig das Amplitudenverhältnis, so dass mittels beider Größen eine Information übertragen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verwenden Basisstationen untereinander zeitsynchronisierte Zeitbereiche RAP. Dadurch kann ein Funkkommunikationsendgerät das ihr zuordenbare Random-Access-Signal gleichzeitig an eine Vielzahl von Basis- Stationen übertragen, um einen Verbindungswunsch anzumelden. Die Basisstationen reagieren individuell auf das Random- Access-Signal, so dass seitens des Funkkommunikationsendge- räts eine optimierte Auswahl einer geeigneten Basisstation ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verwenden Basisstationen untereinander nicht-zeitsynchrone Zeitbereiche RAP, wobei die jeweiligen Zeitbereiche RAP in ihrer Lage individuell jeweiligen Basisstationen zuordenbar sind. Damit wird eine geziel- te Auswahl einer gewünschten Basisstation ermöglicht, indem das Funkkommunikationsendgerät im zugeordneten Zeitbereich das Random-Access-Signal an die gewünschte Basisstation überträgt .
In diesem Fall werden Kollisionen von Random-Access-Signalen, die für unterschiedliche Basisstationen bestimmt sind, vorteilhaft vermieden.
Dadurch dass der Zeitbereich RAP länger als ein einzelnes OFDMA-Symbol bzw. FDMA-Symbol gewählt wird und dass ausgewählte Subträger während einer verkürzten Zeitdauer als Random-Access-Signale verwendet werden, wird seitens einer empfangenden Basisstation auch im Fall einer fehlenden Synchronisation eine Detektion ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird der Subträger nur während der Dauer eines einzelnen Symbols als Random-Access-Signal verwendet. Vorteilhafterweise erfolgt die Subtragerauswahl zur Random- Access-Signalisierung zufallig.
Sollte ein Random-Access-Signal seitens der Basisstation nicht detektiert werden, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung nach Ablauf einer Wartezeit, die zufallig gewählt wird, eine Übertragung weiterer Random-Access-Signale durchgeführt .
In einer vorteilhaften Weiterbildung wählt die Mobilstation für wiederholte Random-Access-Signalisierungen zufallig wechselnde Subtrager aus.
Werden vergleichbar zu FIG 2 zwei oder mehr Subtrager von einer Mobilstation zur Random-Access-Signalisierung verwendet, können neben der Identität der Mobilstation auch weitere, auf die Mobilstation bezogene Angaben durch Wahl der Subtrager und ihrer Abstande untereinander kodiert übertragen werden .
Dazu gehören auch die oben genannten Informationen bzw. physikalischen Eigenschaften.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Random-Access-Signalisierung für einen Verbindungsaufbau in einem Funkkommunikationssystem, - bei dem eine Frequency-Division-Multiplex-Funküber- tragung mit einer Vielzahl an Subträgern verwendet wird,
- bei dem ein Funkkommunikationsendgerät ein Random- Access-Signal sendet, um einer Basisstation einen gewünschten Verbindungsaufbau zu signalisieren, - bei dem die Random-Access-Signalübertragung während eines vorbestimmten Zeitbereichs über einen Random- Access-Kanal erfolgt, der zur gemeinsamen Verwendung durch eine Vielzahl von Funkkommunikationsendgeräten vorgesehen ist, - bei dem ein Funkkommunikationsendgerät aus der Subträ- ger-Vielzahl eine geringe Anzahl auswählt und als Random-Access-Signal verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Funkkommunikations- endgerät genau einen Subträger als Random-Access-Signal verwendet .
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Funkkommunikationsendgerät zeitgleich zwei Subträger als Random-Access- Signal verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem seitens einer empfangenden Basisstation das Funkkommunikationsendgerät identifiziert wird durch: - die Subträgerauswahl,
- die Anzahl der ausgewählten Subträger, und/oder
- durch den relativen Frequenzabstand zwischen ausgewählten Subträgern, und/oder
- durch die relative Phase bzw. Amplitude der ausgewählten Subträger, und/oder
- durch die relative Phase bzw. Amplitude der Symbole, die zur IFDMA-Verarbeitung gelangen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch die ausgewählten Subtrager zusatzliche Informationen, die Eigenschaften des Funkkommunikationsendgerats beschreiben, codiert übertragen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem als Information übertragen wird,
- welche Subtrager oder welches Teilfrequenzband seitens des Funkkommunikationsendgerats zur Durchfuhrung einer Funkubertragung unterstutzt werden, und/oder
- welche Codierschemata seitens des Funkkommunikationsendgerats unterstutzt werden, und/oder
- welche Modulationsverfahren seitens des Funkkommunikationsendgerats unterstutzt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zeitbereich, der zur Übertragung von Random-Access- Signalen vorgesehen ist, durch die Dauer von zwei aufeinander folgenden Zeitblocken bestimmt wird, wobei die Dauer eines einzelnen Zeitblocks der Dauer eines einzelnen Symbols entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Anzahl benachbarter Basisstationen einen zeitlich synchronisierten Zeitbereich verwenden, so dass das Funk- kommunikationsendgerat das Random-Access-Signal gleichzeitig an die Basisstationsanzahl übertragt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Anzahl benachbarter Basisstationen jeweils zugeordnete, zeitlich nicht synchronisierte Zeitbereiche verwenden, so dass das Funkkommunikationsendgerat das Random-Access- Signal durch Auswahl des zugeordneten Zeitbereichs an eine gewünschte Basisstation übertragt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der ausgewählte Subtrager lediglich wahrend einer Zeitdauer, die kurzer als der vorbestimmte Zeitbereich zur Random-Access-Signalübertragung ist, als Random- Access-Signal verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Random-Access-Signal nach Ablauf einer wählbaren Wartezeit erneut gesendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Funkkommunikati- onsendgerät für erneute Random-Access-Signalübertragungen zufällig wechselnde Subträger auswählt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ausgewählte Subträger mit hoher Sendeleistung übertragen werden.
14. Sender mit Mitteln zur Durchführung des Random-Access- Signalisierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Empfänger mit Mitteln zur Detektion von Random-Access- Signalen, die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 gesendet wurden.
PCT/EP2006/069698 2006-01-31 2006-12-14 Verfahren zur random-access-signalisierung WO2007087933A1 (de)

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