CN1254995C

CN1254995C - 码分多址随机访问通信系统的方法和装置

Info

Publication number: CN1254995C
Application number: CNB998111716A
Authority: CN
Inventors: K·E·默德尔
Original assignee: Tachyon Inc
Current assignee: Tachyon Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: CA2341561A1; EP1097603A1; DE69920466D1; CA2341561C; CN1322451A; AU5121099A; ATE277486T1; DE69920466T2; US20030133432A1; US7161928B2; US6542493B1; WO2000005915A1; EP1097603B1

Abstract

在多个远程单元竞争(104)有限的通信资源的系统里，远程单元(104A)通过从一组预定序列中随机地选择第一个序列来访问这一系统。这个远程单元(140A)从所述组循环允许边界之一开始发射用第一个序列调制过的数据比特流。如果远程单元(104A)发现网络中心(100)没有成功地收到所述数据比特流，远程单元(104A)就从那组预定序列中随机地选择第二个序列。这个远程单元(104A)从那组循环允许边界之一开始，发射用第二个序列调制过的数据比特流。

Description

码分多址随机访问通信系统的方法和装置

发明背景

I.发明领域

总的来说，本发明涉及通信系统。具体而言，本发明涉及随机访问通信系统。

II.相关技术I.

用无线通信系统传输数字数据已经越来越普遍。在无线系统里，用成本和可用性表示的最宝贵的资源通常就是无线链路自己。因此，设计包括无线链路的通信系统的一个主要目的就是有效地利用无线链路的可用容量。另外，减少数据传输延迟也非常重要。

在多个单元竞争有限的系统资源的系统里，必须开发一种装置来管理对这些资源的访问。在数字系统里，远程单元倾向于产生突发性数据。这些突发性数据的特征在于通信量峰值跟平均值之比非常高，这意味着在长时间的空闲之间，插入了短暂的片刻，在这些片刻中传送大量的数据块。在单元产生突发性数据的系统里，将一个通信信道专用于一个活动单元并不能有效地利用系统容量，因为在远程单元没有使用系统的那些时间里，分配的信道是空闲的。使用专用信道还会限制同时使用系统的远程单元数量，而不管远程单元的使用方式。另外，如果分配给每个远程单元的容量小到数据传输速率大打折扣的程度，使用专用信道会导致无法接受的延迟。

在数字数据系统里，入站和出站通信量的特性倾向于有显著的差别。例如，在提供无线因特网业务的系统里，来自远程单元的典型入站传输，比方说对网页的请求，占用的时间相对而言很短。但是，到远程单元的典型出站数据传输则倾向于要传输大量的数据。例如，响应对网页的请求，系统可能传输大量的数据。因为入站和出站信道的特性很不相同，所以为入站和出站链路开发两种不同的协议能够提高系统效率。

一种随机访问ALOHA协议被开发出来，用于数字数据系统中远程单元的入站链路。ALOHA的基本思想非常简单：远程单元一有数据要发送就开始发射。如果远程单元正在使用每次只能由一个远程单元访问的通信资源，两个单元同时发送会导致冲突，从而损坏两个远程单元发射的信息。在远程单元能够监视随机访问信道的系统里，远程单元可以收听这一信道，以便确定它是否会成为冲突的受害者。在远程单元不监视或者不能监视随机访问信道的系统里，远程单元可以通过没能从网络中心收到对发送信号的应答来检测冲突。根据标准的ALOHA工作方式，无论什么时候发生冲突，远程单元都要等待长度随机的一段时间，然后重新发送数据。等待时间的长度必须是随机的，否则发生冲突的远程单元会同步地一次又一次没完没了地发生冲突。

图1是说明纯ALOHA随机多重访问系统工作过程的一个时序图。如图1所示，标为A、B、C、D和E的5个远程单元在一个公用通信信道内发送数据包。无论什么时候两个远程单元同时发送数据，都会发生冲突，它们传输的数据都会丢失。在纯粹的ALOHA系统里，如果新发送的数据的第一个比特刚好跟正在发送的数据的最后一个比特重叠，这两组数据都会被完全破坏，它们必须在某个其它时间重新发送。例如，在图1所示不能同时传输两个数据包的调频(FM)信道里，远程单元B发送的数据包12跟远程单元A发送的数据包10和远程单元C发送的数据包14冲突。远程单元A必须重新发送数据包10里的信息，远程单元B必须重新发送数据包12里的信息，远程单元C必须重新发送数据包14里的信息。图1说明远程单元C将数据包14作为数据包14R重新发送。

在纯粹的ALOHA系统里，如果平均数据包传输速率很低，传输的多数数据包就不会遇到冲突。随着平均数据包传输速率提高，冲突次数增多，使重新传输的次数也增多。随着平均数据包传输速率线性增大，重新传输和多次重新传输的概率按指数规律增加。当平均数据包传输速率增大到某个值的时候，成功传输的概率下降到低于合理的值，系统实际上已经无法工作。在纯粹的ALOHA系统里，可以达到的最佳信道使用率是大约18％。如果低于18％，这个系统就没有被充分利用。如果高于18％，冲突次数就会增加，使系统的吞吐量开始下降。

数字通信系统里引入卫星链路使得多重访问这个两难问题更加复杂。地球同步卫星的使用通常都会在远程单元发射信号跟网络中心接收这一信号之间引入270毫秒(ms)的延迟。由于卫星链路引入的延迟，对于许多应用而言，开始传输数据之前要求远程单元请求系统资源的预定访问方式变得不切实际。因此，为发送突发性数据的大量远程单元提供服务的卫星链路是很有希望采用ALOHA系统的地方。

如果在远程单元不能监视或者不监视随机访问信道的卫星系统里采用ALOHA系统，发生冲突的时候，远程单元至少有540毫秒不会知道发生了冲突。除了通知延迟以外，在重新发送这一数据之前，远程单元通常都必须等待长度随机的一段时间(以避免同步的没完没了的重新发送)。重新发送的信号会又一次经历270毫秒延迟。这种传输的累计延迟很容易超过一秒。在满负荷系统里，由于重复冲突概率增大，延迟会显著增加。因此，在使用卫星链路的时候，限制可以归咎于冲突以及其它原因的重新发送的次数是比较好的。冲突引起的重新发送次数可以通过简单地降低允许的系统负荷来减少。

卫星链路还在通过链路成功地传输数据方面提出了挑战。由于卫星链路存在很强的干扰以及很高的路径损耗，必须使用相对坚固的物理接口。常常用于卫星链路的一种物理接口是直接序列扩频(DSSS)。在现有技术中的DSSS系统里，通信信道由最大长度二进制扩频序列来划定。构成一个扩频序列的每个单独的二进制值叫做一个“码片”。这个扩频序列按照这种方式来选择，使得这个序列跟它自己所有非零码片偏移的自相关函数几乎都是零。长度为n的最大长度伪噪声(PN)序列具有这样的特性，对于任意码片的偏移，它跟它自己的循环相关(自相关)或者等于1或者等于1/n。对于所有非零码片数的偏移，选定扩频序列跟它自己的相关等于1/n。对于所有非零码片数偏移，这个序列跟它的反转序列之间的相关也是1/n。这个序列跟它自己的零时间偏移版本的相关等于1。这样，随着扩频序列的长度n增加，相应信道之间的正交性也增强，因而隔离也增强。识别和产生最大长度序列的装置在本领域里大家都知道。

在典型系统里，远程单元产生的每个数据比特都用一个或者多个码片调制，然后才通过无线链路发射出去。通过这种方式，窄带数字数据被扩展到较宽的发射频带。在接收机里，收到的数据用产生这一信号所使用的同一扩频序列相乘，以提取相应的数字数据。因为DSSS信号波形在存在干扰的情况下是坚固的，因此，通过采用DSSS信令，可以减少由于干扰而不是冲突引起的重新发射的次数。

在DSSS系统里，远程单元在一个公用频带内发射信号，从而对其它系统用户产生某种程度的干扰。如果网络中心从每个远程单元收到的信号的功率得到控制，从而使到达网络中心的接收机的信号基本上都具有相同的电平，那么在DSSS系统里的系统效率就可以得到提高。如果远程单元发射的信号到达网络中心接收机的时候功率电平相对较低，信号质量就可能降低到低于能够接受的程度。另一方面，如果远程单元信号到达的时候，功率电平相对较高，这一高功率信号就会给其它远程单元带来不必要的干扰。一般情况下，远程单元的发射功率是由网络中心控制的。网络中心发送功率调整命令给远程单元，以便均衡网络中心收到的信号的功率。

图2是现有技术中采用相同代码的5个示例性远程单元A’、B’、C’、D’和E’的扩频ALOHA随机访问操作的时序图。为了进行说明，图2中的系统使用的扩频码只有7个码片(c₁～c₇)长。在实际的系统中，扩频码的长度很可能是255个码片以上。在时隙t₁，远程单元A’开始发射一个数据比特序列，每个都用所有7比特扩频序列扩频。在采用更长扩频序列的系统里，很可能是每个数据比特都只用整个扩频序列的一个子集来扩频。在时刻t₃，远程单元E’开始发射一个数据比特序列，用同样的7个比特扩频码扩频。在时刻t₅同样，远程单元C’开始发射一个数据比特序列，也用同样的7比特扩频码扩频。

如上所述，这样来选择扩频序列，从而使它跟它自己的所有非零偏移版本几乎都正交。因此，在图2所示的情形中，远程单元A’、C’和E’互相之间产生很小的干扰，因为它们的发射开始时刻都互相错开了。但是，如果两个远程单元在同一个时隙开始发射(得到的是零偏移)，就发生了冲突，两个远程单元的信息全部丢失。因为每个远程单元都用同样的扩频序列对它的信号进行扩频，如果发生了冲突，每个远程单元都等待随机长度的一段时间，然后才再次开始发射，以避免没完没了的冲突。关于在ALOHA CDMA通信系统里采用相同扩频码的其它信息可以在1996年7月16日颁布，标题为“扩频ALOHA CDMA数据通信”的第5537397号美国专利中找到。

图2所示的码片数据用携带的无线链路信息，比方说发射的消息，进行调制。图3是说明图2所示系统中比特数据的一个时序图。在图3中，假设要发射逻辑“1”，用扩频码的原形发射。如果发射逻辑“0”，就发射这一扩频码的反码。发射逻辑“0”和相应码片数据的反码在图3里用上划线表示。在图3里，远程单元A’发射一个逻辑“1”，然后发射一个逻辑“0”，远程单元C’发射一个逻辑“1”，然后发射一个逻辑“0”，远程单元E’发射两个连续的逻辑“0”。为了检查比特数据对信道间干扰的影响，让我们来看远程单元C’在时隙t₅到t₁₁发射的第一个数据比特。通过检查在时间周期t₅到t₁₁之间远程单元E’对远程单元C’的干扰情况，我们可以得出结论，由于前面描述的DSSS的特性，这个干扰等于远程单元E在这一时间段中发射的能量的1/n也就是七分之一。更加麻烦的情况是检查远程单元A’在同一时间段内对远程单元C’的干扰。注意，远程单元A’在时间段t₅到t₁₁之间发射的数据从一个逻辑值变成了另一个逻辑值。这一转换打断了扩频序列，降低了这一段时间内远程单元C’的信号跟远程单元A’的信号之间的正交性。因此，在t₅到t₁₁这段时间内，远程单元A’对远程单元C’的干扰可能大于1/n。这一现象叫做部分序列干扰，它会明显地降低工作系统中的信号干扰比。例如，在n等于255，工作在满负荷ALOHA情形的系统里，由于数据跃变导致部分序列干扰，得到的平均信号干扰比是5.5分贝(dB)，而不是1/255也就是大约24分贝。较低的信号干扰比降低了系统性能，从而增加了由冲突以外的其它源导致的重新发射的概率。这些其它因素引起的重新发射将系统的延迟增加到了无法忍受的程度。

因此，需要一种随机访问系统，它能充分利用频谱资源，同时它的延迟又是可以忍受的。

发明简述

在随机访问、直接序列扩频(DSSS)系统里，每次远程单元有消息要发射的时候，它都随机地选择一组预定序列中的一个来调制数据。在下一允许边界(admission boundary)到达的时候，远程单元将调制过的数据发射出去。如果发生冲突，远程单元就随机地选择预定序列中的另一个在一个允许边界开始的时候重新发射这一消息。通过利用第二个随机选择的序列，远程单元不必延迟任意长度的一段时间重新发射来避免跟另一个远程单元的同步冲突。这样，由于不需要随机延迟重新发射，减少了随机访问过程的平均延迟。使用循环(recurring)允许边界使远程单元能够将它们的比特数据边界对齐，使信道间干扰显著降低。

在多个远程单元竞争有限的通信资源的系统里，远程单元通过从一组预定序列中随机地选择第一个序列，然后从一组循环允许边界之一开始，发射用第一个序列调制过的数据比特流，以此来访问这一系统。如果远程单元认为网络中心没有成功地收到这一数据比特流，它就从一组预定序列中随机地选择第二个序列，并在一组循环允许边界之一开始发射用第二个序列调制过的数据比特流。远程单元可能从网络中心收到一则消息，命令它从这一组预定序列中去掉一个保留的序列。作为响应，远程单元暂时不用保留的序列进行随机访问通信。

在一个实施方案里，这组预定序列包括一个最大长度序列和这个最大长度序列的多个旋转版本。在另一个实施方案里，循环允许边界跟数据比特流里数据比特之间的边界吻合。在一个实施方案里，远程单元通过监视传递用第一个序列调制的数据比特流的通信信道，检测跟另一个远程单元的信号的冲突，以此来判断数据比特流是否被成功地收到。在另一个实施方案里，远程单元通过判断是否从网络中心收到数据比特流的确认信号来判断数据比特流是否被成功地收到。

在一个实施方案里，远程单元随机地选择一个频道，通过这个频道发射用第二个序列调制过的数据比特流。在另一个实施方案里，远程单元随机地延迟用第二个序列调制的数据比特流的发射。

这组预定序列可以是成尔士码或者已经用第二个代码屏蔽了的威尔士码。第二个码会决定这组预定序列的谱特性。这组预定序列可以包括一个最大长度序列和这组最大长度序列的多个旋转版本。用第一个序列调制过的数据比特流可以用更高阶的调制方案来发射。例如，这个更高阶的调制方案可以是包括至少16个值的正交幅度调制，或者8元或者16元相移键控。

远程单元可以从网络中心接收功率控制命令，以便在1分贝的精度内调整发射功率电平。这条传输路径可以包括一条卫星链路。远程单元可以从网络中心接收一个命令，让它用这组预定序列中的一个保留序列。在这种情况下，远程单元从一组循环允许边界之一开始，发射用预定序列中保留的那一个调制过的数据比特流。

网络中心用这组预定序列中的一个或者多个跟开始于循环允许边界之一的一组输入数据样本作相关运算。如果这个网络中心检测到高于检测门限的一信号电平对应于这组预定序列中检测到的一个，就用这组预定序列中检测出来的那一个对远程单元信号解调。一方面，网络中心检测超过一个门限的远程单元消息长度。网络中心发送一则消息给其它远程单元，让它们暂时从那组预定序列中去掉检测到的那一个，从而使其它远程单元不用那组预定序列中检测到的那一个进行随机访问通信。网络中心可以向一组远程单元发射一个信号，说明这一组循环允许边界。在一个实施方案里，网络中心对一系列非竞争信道进行解调，它们跟那组输入信号样本共用一个频谱，它会占用公用频谱的10％～25％，并且跟那组循环允许边界对齐。网络中心可以发送一个功率控制命令给远程单元，以便以一分贝的精度设置远程单元发射信号用的功率电平。

网络中心可以为随机访问通信信号监视多个随机访问、直接序列扩频通信信道。网络中心可以临时为某个远程单元从多个随机访问、直接序列扩频通信信道中选择一个分配给它。网络中心可以命令其它远程单元用这多个随机访问、直接序列扩频通信信道，暂时不使用选中的那一个，来进行随机访问通信。

远程单元可以包括从一组预定序列中随机地选择第一序列的一个过程，在一组循环允许边界之一上开始发射用第一个序列调制过的一个数据比特流的一个过程，判断网络中心没能成功地收到这一数据比特流的一个过程，从这组预定序列中随机地选择第二组序列的一个过程以及在那组循环允许边界之一上开始发射用第二个序列调制过的那组数据比特流的一个过程。这个远程单元可以进一步包括随机地选择一个频道的一个过程，通过这个频道发射用第一个和第二个序列调制过的数据比特流。远程单元可以包括随机地发射用第二个序列调制过的数据比特流的一个过程。另外，远程单元可以包括一个过程，从网络中心接收一个命令，让它用那组预定序列中保留的一个，以及在那组循环允许边界之一开始发射用那组预定码中保留的那一个调制过的数据比特流。

附图简述

通过下面的详细说明，同时参考附图，本发明的特征、目的和优点将变得显而易见，附图中相似的部件用相似的引用数字标识，其中：

图1是说明一个纯ALOHA随机多重访问系统的工作过程的时序图；

图2是说明现有技术中扩频ALOHA随机访问的一个时序图；

图3是说明图2所示系统中比特数据的一个时序图；

图4是说明本发明中一个系统的一个框图；

图5是说明本发明的说明性操作的一个时序图；

图6是说明一个远程单元示例性工作过程的一个流程图；和

图7是说明网络中心示例性工作过程的一个流程图。

发明详述

本发明的随机访问、直接序列扩频(DSSS)采用一组预定的独一无二序列而不是一个序列。每次远程单元有消息要发射的时候，它都随机地选择预定序列中的一个，用它来调制数据。在下一个允许边界到达的时候，远程单元将调制过的数据发射出去。如果发生冲突，远程单元在认识到传输出现了故障以后，从一个允许边界开始，用从预定序列中随机地选择出来的另一个序列重新发射所述消息。通过使用第二个随机选择的序列，远程单元不需要延迟任意长度的时间来避免跟另一个远程单元发生同步冲突。这样，不需要随机地延迟重新发射，就减少了这一随机访问过程的平均延迟。使用循环允许边界使得远程单元能够对齐它们的比特数据边界，从而显著地降低信道间的干扰。

允许边界是一组循环时刻，在这些时刻允许远程单元开始发射新消息。允许边界可能会频繁到在每个数据比特边界出现。为了减少等待下一个允许边界出现带来的延迟，让允许边界以相对较高的速率出现是有利的。通过这种方式，等待下一个允许边界的延迟远远小于按照现有技术随机地推迟所带来的延迟。

从每一个允许边界开始，网络中心通过将进来的信号样本跟一个或者多个预定序列进行相关运算来搜索远程单元发射的信号。在一个实施方案里，网络中心可以收集进来的信号样本并按顺序将它们跟那组预定序列进行相关。在另一个实施方案里，网络中心可以将进来的信号样本跟预定序列中的一个或者多个进行并行相关。网络中心可以用各种已知技术中用于接收数据率远低于调制速率的信号中的任意一种来进行相关。这一相关可以在模拟基带进行，可以以数字方式进行，在射频进行或者中频上进行，或者用所述序列的一个拷贝以及使用其它技术。在一个实施方案里，如果远程单元正在用预定序列之一发射信号，网络中心不需要将进来的信号跟那个序列进行相关运算来检测新的发射信号，因为任何新的发射信号都会导致冲突，从而破坏所有数据。

如果跟一个预定序列的相关得到了大于检测门限的一个能量值，网络中心就开始对这一信道里的信号解调，以便恢复远程单元的信号。如果有两个或者多个远程单元用同一个预定序列同时发射信号，网络中心会检测到这些信号的存在，但它无法对任何一个信号解调。在一个实施方案里，当网络中心成功地对一个远程单元信号解调的时候，它发送一个确认信号给远程单元。网络中心将进来的信号跟一个编码序列进行相关的各种装置在本领域里大家都了解。

图4是说明本发明的系统的一个框图。在图4里，网络中心100为多个远程单元104A～104N提供通信资源。网络中心100跟远程单元104之间的链路包括一个卫星102。从远程单元104来的入站信号被发射给卫星102，在那里中继给网络中心100。同样，来自网络中心100的信号也被发射给卫星102，在那里中继给远程单元104A～104N。网络中心100可以发射信息给远程单元，比方说，利用导频信号和同步过程或者其它熟知的技术，这些信息使得它们能够预测允许边界何时出现。

远程单元104可以包括一系列一个或者多个过程，这些过程使它们能够完成本发明的功能。同样，网络中心100可以包括一系列一个或者多个过程，这些过程使得它能够完成本发明的功能。这些过程可以在例如一个或者多个集成电路里实现，比方说在专用集成电路(ASIC)里实现，或者可以用为控制器执行的软件或者固件子程序实现。

可以产生无数个预定的独一无二序列用于本发明。这组预定序列可能会依赖于这一系统的其它工作判据。产生序列一种非常方便的装置是选择一个最大长度伪噪声(PN)序列，并在这一序列的基础之上产生一族序列。例如，通过旋转以下基序列，可以产生一组n个预定最大长度伪噪声(PN)序列：

序列1 c₁ c₂ c₃ c₄...c_n

序列2 c₂ c₃ c₄...c_n c₁

序列3 c₃ c₄...c_n c₁ c₂

……

序列n c_n c₁ c₂ c₃ c₄...

另外，这些独一无二的序列可以是用熟知的技术产生的威尔士码。威尔士码的优点是如果它们在时间上对齐，它们就是完全正交的。使用完全正交的信号还能进一步地降低信道间的干扰。在现有技术里使用威尔士序列是不实际的，因为对于许多非零码片偏移，威尔士码会产生很大的自相关值。

威尔士码的一个潜在问题是它们通常都不能提供良好的扩频特性。为了消除这一局限性，可以用一个任意二进制序列屏蔽一族威尔士码中的每一个码来确定一组新的正交序列。例如，可以用提供所需要的谱特性给得到的信号的一个最大长度序列屏蔽威尔士码。另外，威尔士码或者最大长度序列可以叠加一个长码，为信号传输提供加密(也就是进一步防止故意窃听)。

在频谱资源允许建立两个或者多个并行频道的一个实施方案里，远程单元还可以在可用信道中选择信道来发射信号。如果发生冲突，远程单元可以自动地改变频道，或者从可用频道中随机地重新选择。

图5是说明本发明中5个远程单元A”、B”、C”、D”和E”工作过程的一个时序图。在图5里，在7码片最大长度PN扩频序列的基础之上产生了7个不同的序列。远程单元发射的每一个信息比特都用这一实例中的所有7个比特进行调制。在图5里，允许边界在时间段t₁、t₈、t₁₅和t₂₂之前出现，如同图5中相应垂直时间边界上的斜线所示。只要没有其它远程单元用同样的序列在同一允许边界发射信号，网络中心就能用众所周知的扩频捕获和解调技术区分这些远程单元的信号。但如果两个远程单元用同一个序列在同一个允许边界发射信号，就会发生冲突，来自这两个远程单元的信息就不能被网络中心100正确地检测到。

跟现有技术相比，图5中操作的一个优点是所有远程单元的数据比特转换边界都是对齐的。因此，在图5里对于所有数据值，在t₈到t₁₄之间，远程单元E”对远程单元C”的信号的干扰等于1/n。同样，对于所有数据值，远程单元A”对远程单元C”的干扰等于1/n。这些操作极大地提高了信号质量，这样一来，网络中心100就能够对这些信号解调。例如，在使用长度为255的PN序列的一个系统里，满负荷系统的信号干扰比大约是24分贝，这意味着相对于现有技术，信道间干扰有将近80倍的改善。

部分序列自相关干扰是通过将允许边界安排在数据比特边界来消除的。允许边界可以安排在每个比特边界或者在所有比特边界的一个子集上。如果允许边界很快地一个接一个地出现，等待允许边界的出现带来的少许延迟不会显著地增大总的延迟。等待允许边界给系统带来的延迟是不明显的，比经典ALOHA操作中必须插入的随机延迟要小得多。

如上所述，由于冲突和重新发射次数的增多，随机访问系统的平均负荷不能超过总容量的预定百分比而吞吐量不会降低。在采用本发明的系统里，应当限制随机访问信道负荷以避免发生这种现象。但是，采用本发明获得的性能改善给这种系统带来了许多优点。

如上所述，当所有远程单元的信号以大致相同的电平到达网络中心的时候，DSSS系统效率最高。如果这些信号不是以相同的电平到达网络中心，这个系统平均的信号干扰比就会下降，系统性能会受到负面影响。由于让比特对齐增加了抗干扰能力，可以降低对功率平衡精度的要求。例如，在上述现有技术系统里，其中n等于255，对于满负荷系统，得到的信号干扰比是5.5分贝，为了保持这一个5.5分贝的信号干扰比，网络中心收到的所有远程单元的信号的功率的精度必须控制在1/4分贝以内。为了这样精确地控制功率电平，网络中心必须频繁地发送功率控制命令给远程单元，从而消耗大量的系统资源。由于性能得到了改善，对齐了比特，并且n＝255，使得满负荷系统的信号干扰比为24分贝的系统，功率控制可以放松到1分贝的精度而不会显著地影响满负荷系统的信号干扰比。对功率均衡精度要求的降低，使得从网络中心发往远程单元的功率控制信息的信息量降低了大约3比特，从而减少了系统资源负荷。

除了随机远程单元信令以外，随机访问信道可以跟一个或者多个非竞争连接重叠。这些非竞争连接可以是安排好的或者预先分配的通信，其中的系统资源被唯一地分配给一个特殊的远程单元。为了降低干扰，这些非竞争信道跟随机访问信道对齐到比特。例如，可以限制这些非竞争连接，使它们只能在允许边界处开始发射。使网络中心区分随机访问信道的扩频特性也使得网络中心能够将随机访问信道跟一个或者多个非竞争信道区分开来。应当尽可能地选择几乎正交的非竞争连接使用的扩频序列，随机访问信道扩频序列也一样。因为对齐比特提高了抗干扰能力，所以可以在随机访问信道使用的频谱中叠加额外的非竞争连接，而不会降低系统的误码率性能。例如，由于本发明提高了性能，除了随机访问信道以外，可以将信道的10％、15％、25％甚至25％或者更多分配给非竞争连接，而不会显著地降低随机访问信道的误码率性能。

系统性能提高的另一个优点是可以用更高阶的调制技术将数据调制到非竞争或者随机访问信道里去。更高阶的调制方式，比方说16元正交幅度调制(QAM)或者64元QAM或者64元相移键控(PSK)，将随机访问或者非竞争信道的容量增加了2倍或者3倍或者更多倍。在一个实施方案里，远程单元采用更高阶的调制方案，它包括至少16个不同的数据值。由于性能得到了提高，可以采用这些更高阶的调制方案而不会显著地影响系统的误码率性能。如果将更高阶的调制技术应用到这样的随机访问信道里去，会减少远程单元传输给定数据所占用的随机访问信道的平均时间，从而更快地释放随机访问信道供另一个远程单元使用，减少冲突次数。

此外，系统性能的提高使得用于降低干扰的附加装置不再需要。例如，前面引用的第5537397号美国专利建议采用干扰存储装置，它能储存可能的干扰序列。干扰存储装置里的信息可以用于提高系统的效率。在采用本发明的系统里不需要这些装置。

随机多重访问系统还可以采用保留方式而不会显著地降低系统的误码率。在一个一般性的实施方案里，每次远程单元有消息要发送的时候，都从随机访问信道中随机地选择一个信道。在一些情况下，远程单元可能会有一个特别长的消息要发送。在这种情况下，网络中心可以保留这组预定序列中的一个序列，在发送消息的过程中只用于这个远程单元。网络中心可以直接允许这个远程单元继续使用它已经开始发射数据的一个信道，或者可以为这个远程单元分配另一个信道。通过这种方式，在发射长消息的过程中，远程单元不会受到试图访问系统的其它单元的打扰。另外，其余远程单元发生冲突的情况也会减少，如果它们不用保留信道发射数据。网络中心可以广播或者专门发射一则消息给所有远程单元，说明要保留的信道。作为响应，其它远程单元暂时不使用保留信道进行随机访问通信。这一保留方式可以结合进这样的系统，包括比特对齐和其它DSSS多重访问系统。

图6是一个流程图，说明远程单元的示例性工作过程。这一流程开始于方框110。在框112中判断是否有数据要发射。如果没有，这一过程就等待数据。如果有，就进入方框114。在方框114里，随机地选择一个预定序列。在方框116中，在这一示例性实施方案里，远程单元还随机地选择一个频道。在框118里，远程单元暂停，直到出现一个允许边界。在方框120里，远程单元在允许边界开始发射数据。在框122里判断网络中心是否收到了发射的数据。这一步可以通过监视信道或者通过等待从网络中心收到确认信号来执行。流程在成功地发射完数据以后在框124结束。

图7是一个流程图，说明采用保留机制的网络中心的示例性工作过程。这个流程从框130开始。在框132中判断当前时间是否对应于一个允许边界。如果是这样，网络中心就开始用一个预定序列跟一组进来的数据样本进行相关运算。在框136里判断检测到的能量电平是否超过一个检测门限。如果没有，流程就回到框132。如果超过了，就继续到方框138。在方框138里，网络中心开始对预定序列确定的信道携带的远程单元的信号进行解调。在方框140里，网络中心发送一个确认信号给远程单元。在框142里，网络中心判断远程单元消息的长度是否超过一个门限。如果是这样，网络中心就激活保留方式。在方框144里，网络中心发送一则消息给其它远程单元，从一组可用的预定序列中去掉预定序列。在框146里这一流程结束。从这些示例性的操作可以获得图6和7给出的示例性流程图的许多其它许多实施方案，包括这些步骤的重新排列或者并列执行。

在另一个实施方案里，收到的信号可以在检测以前解调。在这种情况下，检测可以在纠错或者检测结果或者其它信号质量的基础之上进行。

在本领域里选择随机和伪随机数的各种装置大家都知道。这些随机数能够被转换成随机判决的机制在本领域里也是众所周知的。如同这里所使用的一样，“随机选择”的概念包括纯随机、伪随机、准随机选择这些概念，以及选择散列函数或者时间数据这样的其它选择技术，不管它们是确定性的、模式化的还是统计型的。

本发明范围内的许多其它实施方案对于本领域里的技术人员而言是显而易见的。例如，发生冲突后选择新信道重新发射数据的时候，尽管插入任意延迟是没有必要的，但是在某些情况下，为了防止系统过载插入延迟是有利的。显然，除了卫星系统以外，本发明可以用于许多种系统，比方说陆地蜂窝系统、结合了中继器的陆地系统、非静地卫星系统甚至有线系统。

本发明可以用其它形式来实施而不会偏离本发明的实质或者基本特征。这里描述的实施方案无论如何都只是说明性的，不应当理解为限制性的，因此本发明权利要求的范围是由后面的权利要求而不是前面的描述说明的。在权利要求的范围内或者跟它们等价的所有修改都包括在本发明的范围之内。

Claims

1.在多个远程单元竞争有限通信资源的系统里，访问该系统的一种远程单元方法，包括以下步骤：

从一组预定序列中随机地选择第一个序列；和

从一组循环允许边界中的一个开始，发射用第一个序列调制过的数据比特流；

确定网络中心是否成功地收到了所述数据比特流；

如果没有成功地收到所述数据流，就从这一组预定序列中随机地选择第二个序列；和

从所述组循环允许边界中的一个开始，发射用第二个序列调制过的所述数据比特流；

从所述网络中心接收一个命令，从所述组预定序列去掉保留的一个序列，并且暂时不用保留的序列进行随机访问发射的步骤。

2.权利要求1的方法，其中的那组预定序列包括一个最大长度序列和这个最大长度序列的多个旋转过的版本。

3.权利要求1的方法，其中的循环允许边界跟所述数据比特流内的数据比特之间的边界重合。

4.权利要求1的方法，其中判断是否成功地收到所述数据比特流的步骤包括，监视携带用第一个序列调制过的数据比特流的通信信道，检测是否跟另一个远程单元的信号发生冲突的步骤。

5.权利要求1的方法，其中判断是否成功地收到所述数据比特流的步骤包括，判断是否从所述网络中心收到所述数据比特流被收到的应答信号的步骤。

6.权利要求1的方法，还包括随机地选择一个频道，用来发射用第二个序列调制过的数据比特流的步骤。

7.权利要求1的方法，还包括随机地延迟发射用第二个序列调制过的数据比特流的步骤。

8.权利要求1的方法，其中的那组预定序列是威尔士码。

9.权利要求1的方法，其中的那组预定序列是用第二个码屏蔽过的威尔士码。

10.权利要求9的方法，其中的第二个码决定了所述组预定序列的谱特性。

11.权利要求1的方法，其中的那组预定序列包括一个最大长度序列和这个最大长度序列的多个旋转版本。

12.权利要求1的方法，其中用第一个序列调制过的数据比特流是用一个更高阶的调制方案发射的。

13.权利要求12的方法，其中更高阶的调制方案是包括至少16个值的一个正交幅度调制方案。

14.权利要求1的方法，还包括从网络中心接收功率控制命令，以大约1分贝的精度控制发射步骤采用的功率电平的步骤。

15.权利要求1的方法，其中的发射步骤包括发射一个高频信号给卫星，以便传输给网络中心的步骤。

16.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

从网络中心接收一个命令，使用所述组预定序列中保留的那一个序列；和

在所述组循环允许边界之一开始，发射用所述组预定序列中保留的那一个调制过的数据比特流。

17.权利要求1的方法，其中的循环允许边界跟数据比特流中数据比特之间的边界重合。

18.从多个远程单元接收随机访问信号的一种方法，包括以下步骤：

将一组预定序列中的一个或者多个跟开始于循环允许边界之一的一组输入数据样本进行相关运算；

检测高于一个检测门限的一个信号电平，对应于所述组预定序列中检测出来的一个；和

用所述组预定序列中检测出来的那一个对远程单元的信号进行解调；

检测超过一个门限的远程单元消息长度；和

发送一则消息给其它远程单元，暂时从那组预定序列中去掉检测出来的这一个序列，从而使其它远程单元不将那组预定序列中检测出来的那个序列用于随机访问通信；

发射一个循环允许边界的所述组的指示给一组远程单元。

19.权利要求18的方法，还包括对跟那组进来的信号样本共享同一频谱的一系列非竞争信道进行解调的步骤，其中的那组非竞争信道跟那组循环允许边界按比特对齐。

20.权利要求19的方法，其中的那组非竞争信道占用所述公用频谱总容量的10％～25％。

21.权利要求18的方法，其中那组预定序列包括最大长度序列和这个最大长度序列的多个旋转版本。

22.权利要求18的方法，其中那组循环允许边界跟所述远程单元信号内数据比特之间的边界吻合。

23.权利要求18的方法，其中那组预定序列是威尔士码。

24.权利要求18的方法，其中那组预定序列是用第二个码屏蔽了的威尔士码。

25.权利要求24的方法，其中的第二个码决定了那组预定序列的谱特性。

26.权利要求18的方法，其中的解调步骤包括用更高阶的调制方案对所述远程单元信号进行解调的步骤。

27.权利要求26的方法，其中更高阶的调制方案是包括至少16个值的正交幅度调制。

28.权利要求18的方法，还包括发送功率控制命令给所述远程单元，以大约1分贝的精度控制远程单元发射数据用的功率电平的步骤。

29.从多个远程单元接收随机访问信号的一种方法，包括以下步骤：

将一组预定序列中的一个或者多个跟开始于循环允许边界之一的一组输入数据样本进行相关运算，产生一组相关数据；

对这组相关数据进行解调，产生一组信号质量信号；

通过检查这组信号质量信号检测一个有效信号；和

用对应于所述信号质量信号中选择出来的一个的预定序列对所述有效信号进行解调。

30.控制系统访问的一种方法，包括以下步骤：

为随机访问通信信号监视多个随机访问、直接序列扩频通信信道；

暂时分配多个随机访问、直接序列扩频通信信道中选出来的一个给某一个远程单元；和

命令用所述多个随机访问、直接序列扩频通信信道的其它远程单元暂时不用选中的那一个。