CN1011937B - 蜂窝状声音和数据无线电话系统 - Google Patents

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Abstract

一种以分格式无线电话系统所表示的数据信息传输系统，在传输之前，将被传输的数据转换为能与无线电传输相兼容的格式，在接收之后，将数据重新转换为其原始格式。在自动切换(handoff)之前停止数据传送，在自动切换之后恢复数据传送，由此完成自动切换。通过忙-闲位编码进行呼叫监控。

Description

本发明涉及无线数据传送系统，更具体地说，是涉及一种移动式或便携式无线电话系统，该系统能够通过双工无线电信道有效地传送数据，在远程的用户改变位置时，信道可以随之改变频率。
移动式无线电话装置已经应用了一段时间，其传统的特征是，中心位置以大功率向大几何面积内的有限数据的可移装置发射。移动式传送，由于其功率低，是通过远离中心位置的接收机网来接收并返送到中心位置去的。因为只能利用有限数量的无 线电信道（23个信道，但因为考虑到干扰，只有15个信道能有效地利用），所以整个城市的最大通话对数只等于几个可用信道。结果，移动式电话的用户就会发现无线电话不同于陆线电话，因为它们经常占线。
在七十年代初期，800至900MHz频谱的实定位已经可以使大约1000个移动无线电话的信道用在适合于有限范围传播的频带内。根据需要和实定位，发展了蜂窝状技术。
蜂窝状系统的特征是，将覆盖区域划分为可用小功率发射机和接收机的较小的相连区域（网孔）。蜂窝状系统在3，906，166号美国专利中得到进一步的叙述，该专利已转让给本发明的受让人。有限的覆盖区域使一个网孔中所使用的信道频率可以在另一个按照预定计划在几何上已经分开的网孔中重复使用。这样的一个计划在美国的4，128，740号专利（Graziano）中公开，该专利转让给本发明的受让人。这样，在大都市地区可以使得大量的信道可用，并且其业务可以显得与标准电话相同。
典型的蜂窝状系统是，在每个网孔中利用一个信道接收来自用户的业务要求（在“反向调定的频率上”），呼叫用户（在“正向调定的频率上”）并指示用户调到可以通话的频率对（“话音”信道）。每个网孔中的一个“调定”信道被连续赋予接收和发送数据的任务，当不通话时，用户就调到这个信道。
因为网孔的范围相对比较小（半径大约为10英里），所以移动式或便携式用户机跑出一个网孔进入另一个网孔的可能性很大。为保持通信，用户机在一个网孔与另一个网孔之间“过区切换”（hand    off）。所使用的网孔系统追踪用户机，并确定为保证通信质量何时应该过区切换。通过高速数据信息，中断声音通信音频通信，指挥用户将收发信机调到另一个在新网孔中可用的频率。这种切换（hand    off）所需时间较短，用户基本上感觉不到它的发生。
数据信息按曼彻斯特（Machester）编码格式发送，这个格式是本领域内一般技术人员都很熟悉的，在美国是以每秒10千比特的速率发送。（其它国家，例如英国，有不同的数据速率，例如每秒8千比特）。对这种数字传送系统已经作了详尽的研究，用于大容量移动式电话系统，同时，误码率、频谱占用率、对无线电波道衰落的抗扰性及其它性能特性已广泛地报道过。
由于蜂窝状电话系统提供了陆线电话系统的性能特性并与其互连，所以用户希望陆线电话系统以蜂窝状电话系统为特色。这种特征之一就是从一个地点向另一个地点传送数据。许多电话用户都将数据通信装置（例如个人计算机）通过调制解调器（modem）连接到电话系统上。本领域中一般技术人员对于调制解调器是很熟悉的，它的基本作用是将数据“1”和“0”的电平转换成不同音或一个特定音的波形相位关系，然后通过陆线电话网发送出去。
将计算装置通过调制解调器连接到无线电话用户机上，用以与通过手动电话网的另一个数据发生装置取得联系，这是很自然的。
实际上已经这样做了，但产生了不能令人满意的结果，在高频蜂窝状无线电话通信中通常遭受快速多途径的衰落，造成了调制调解器产生的单间中的间隙和显著的相位改变，使无线电信道传送的数据混淆或丢失，进一步来说，在通话中实际上注意不到的网孔间的过区切换，对于由数据发生装置产生的数据通信来说，则会成为难以克服的障碍。
因此，本发明的一个目的是使得数据能够由无线电话系统传送。
本发明的进一步目的是提供保护措施，克服由多途径衰落引起的数据丢失。
本发明的进一步目的是提供保护以克服用户机过区切换（hand    off）引起的数据丢失。
本发明实现了这些和另外的目的，它将数据信息传输系统应用在无线电话系统中，该系统使远程用户站和固定位置站之间实现了数据信息通信。在传输之前，数据信息从原始格式转换为第二种数据格式，这种格式与无线电信道传输兼容。接收之后，该信息又转换为它的原始数据格式。在过区切换（hand    off）前，用一条可以引起数据中断的指令来暂停数据传输。过区切换（hand    off）完成后，在第二条无线电信道上恢复数据传输。
图1描绘了简化的传统蜂窝状无线电话无线电覆盖式。
图2是设备方框图，该设备可在典型的三网孔蜂窝状无线电话系统中找到。
图3是数据信号格式的时序图，该格式用在传统蜂窝状系统的正向调定的信道上。
图4是用于传统蜂窝状系统的反向设定的信道上的数据信号格式的时序图。
图5是用于传统蜂窝状系统的话音信道上的数据信号格式的时序图。
图6是可被本发明采用的两个数据传输格式的时序图。
图7是本发明的数据传输格式的时序图，用以示出一幅标准的数据帧的数据字段内容。
图8是远程用户蜂窝状装置的简化方框图，该装置组成本发明的一部分。
图9a是在话音信道指令之前的反向话音信道信息标题的时序图。
图9b是跟在图9a的信息标题之后的反向声音信道指令数据字的时序图。
图9c是数据模式进入算法的流程图。
图10a和图10b是正向和反向话音信道信息标题的时序图。
图11a和图11b是跟在图10a和10b的信息标题之后的信息数据字的时序图。
图12a和12b是正向话音信道控制数据字的时序图，该数据字使用户蜂窝状装置改变发射功率。
图13是示出本发明采用的过区切换（handoff）的相对时序图。
图14a是本发明中触发过区切换过程的正向话音信道数据指令字的时序图。
图14b是证实图14a的过区切换指令的反向话音信道数据指令字的时序图。
图15a、15b、15c和15d是本发明中采用的过区切换算法的流程图。
图16是组成本发明一部分的基地控制器的方框图。
图17是蜂窝状电话交换机的方框图。
图18是蜂窝状无线电话系统中使用的基地电台无线电收发信机的方框图。
图1示出一个典型的蜂窝状系统。在这种表示中，地理区域被划分为多个无线电覆盖区域。通常称为网孔。为分析方便。图中的每个网孔表示为六角形，而实际上，这些覆盖区域是由无线电波传播和地形所确定的。在蜂窝状系统的一种实施方案中，固定的发送机和接收机位于每个网孔的中央，并全向地或定向地向全网孔照射，从而可以进一步地将网孔划分成更小的扇形区。在前面提到的4，128，740号美国专利中有关于扇形化蜂窝状系统的进一步讨论。
蜂窝状系统中的固定装置示于图2中，呼叫程序的公用电话交换网（PSTN）的接口由诸如蒙特罗拉（Motorolo）公司销售的EMX500这类蜂窝状电话交换机201来实现，它从PSTN或无线电话呼叫，并将呼叫传送给其适当的目的地。蜂窝状电话交换机201通过相连的基地控制器与多个固定的基地电台无线电发送机和接收机相连，后者表示为收发两用机组202、203和204，它们分别受基地控制器（BSC）205、206和207的直接控制。在较佳实施方案中，每个BSC还控制分配给移动式或便携式无线电话（共同叫作蜂窝状用户装置-GSE）一个无线电信道，该信道是覆盖GSE所在网孔的基地电台收发信机组中可用的无线电信道之一，例如，收发信机组中可用的无线电信道之一，例如，收发信机组203中的一个收发信机被指定以如下的任务，在双工信道的正向设定的这一半信道上发送指令，在双工信道的反向设定的这一半信道上接受请求，出现在另一个双工信道的通道指定给收发信机组203中的另一个基地电台无线电收发信机可以是用于蜂窝状用户装置（CSE）208的通话或话音信道收发信机，这时CSE208在该机的网孔中。当CSE208从一个网孔移到另一个网孔中，它接受指示，把一个可用的话音信道调到那个网孔的无线电收发信机。
这样，一个电话呼叫可以从PSTN进来，并由蜂窝状电话交换机201经由数据总线和声音线安排到BSC205，由它确定是否有可用的话音信道，并指令CSE208经由203中的一个基地收发信机发送的正向调定信道调到该声道。CES208调到话音信道，以对付这个网孔中其余的电话呼叫。
为检查CSE在一次呼叫中的连续工作情况，从BSC连续发送相当于普通电话工作中直流监视的单音，并由CSE转发，这个单音叫作监视声频单音（SAT），在传统的蜂窝状系统中，利用SAT频率中的微小偏移来鉴别每个BSC，如果CSE没有转发带有偏移的固有的SAT，则呼叫中断。
基地无线电收发信机203、202和204被指定为设计成最小干扰的一种型式的一组信道，这样的 一种型式示于表1中，表中列出了在美国可用于分格式无线电话业务的前333个信道。每一个数字相应于一个双工无线电频率对，它允许两路同时通话，将这组信道中的一个选定为信号信道，每组的其余信道指定为用于蜂窝状用户装置和基地无线电收发信机之间通话的声音信道。
大量的信息必须通过信号信道送出，因此高效率的设计建议，数据排成固定长度的字和同步脉冲的同步格式，用于正向调定的信道上的信号格式如图3所示，用于反向设定的信道的格式如图4所示，因为在无线电信传输信道上的数据可靠性比较低，所以要利用误差控制技术来提高可靠性，可靠性低的一个原因是由无线电信道中瑞雷（Rayleigh）衰落引起的比特误码，这种衰落是由接收装置附近障碍物的反射产生的，这些错误发生在其平均脉冲持续时间相近于平均衰落长度的密集脉冲中。进一步来说，比特误码概率只是到了比特长度接近于平均衰落持续时间时才与数据速率有关。这表示，这时的数据速率或者是非常低或者是与所允许的信道宽度一样高，考虑到要被传送的信息量和各种误码校正技术的可利用性，在美国选择10千比/秒（10Kb/s）的数据速率用于蜂窝状系统，为消灭由衰落造成的突发误码，每个数据字被编码并重复五次，每次重要之间插入另一个数据字，CSE接收机采用逐比特5中取3择多制定，以作出在有毛病的检测字中误码的最好推测。
所使用的编码是本领域中公知的缩短的（63，51）BCH码，正向调定的信道使用（40，28）BCH码，反向调定的信道使用（48，36）BCH码，这种编码在检测出至少三个以上的码时，能校正两比特误码，因而和5中取3择多判定技术一起，在信息发出时不检测的低概率与检测错误信息的低概率之间作出一个好的挑选。
参考图3，正向调定的信道的格式以时序图的方式示出，在这个信道上连续发送数据，使CSE能与格式同步并翻译数据，比特流的基本周期数是463比特，包括10比特的比特同步，它是交替的“1”和“0”的序列，通常称为点，跟在比特同步301后面的是一个11比特的字同步303，它是用于字同步的巴克（Barker）码，形成极不可能由有节奏的数据或随机噪声产生的比特序列，在美国的典型蜂窝状系统中是11100010011，比特同步和字同步允许CSE去构成正向调定的信道信息，并确定每个字和每个5字信息序列的重复什么时候开始和终止，每个CSE或者对字码A，3305解码，或者对字码B，307解码，这要取决于CSE的程序。
紧跟在比特同步301，字同步303和每个信息字的每10比特后面都插入一个称为忙-闲比特309的附加比特，如果这比特是1，则表示发送信息流的特定网孔的反向调定的信道空闲，这时任何需要开始呼叫或告知收到呼叫的CSE都可以发送。如果该比特是零，则表示反向调定的信道正被另一个CSE所利用，想利用该信道发送的CSE必须等待一个短时间间隔，并且在接收到闲比特之前再次监视该信道。
在反向调定的信道上，CSE以随机和争先的方式开始呼叫。因为所有的起始信号和干扰都以无关联的形式接入和切断，所以应用图4所示的另一种格式。反向调定的信道信息以48比特捕获前兆401打头，包括1至5个48比特的字，每个重复5次，接收的BSC执行逐比特5中取3择多判定，以确定48比特译码字，然后，可以校正到一个误码，或者作为不可校正的而拒斥信息。
数据信息也可以在话音信道上送出。这些信息最初是过区切换信息，指导CSE调到另一个信道。
但这些信息也可能包括另一些控制功能，诸如CSE的发送功率控制，所用的技术是“空白和脉冲”，其中，话音信号不出声，图5所示的数据信号以10千比特率送出，在正向话音信道上的空白脉冲信息格式包括，101比特的点比特同步501，11比特的巴克（Barker）码字同步503以及40比特的信息数据505，这个比特同步，字同步和信息群从固定装置重复发射10次以上，以用于总共11次连续传送，只是在最后10次重复中，比特同步限制为37比特，而不是101比特，反向空白和脉冲信息与正向信息的格式相同，只是字码505除外，它重复5次，包含48比特。
传统的陆线电话利用一个直流电流来指示电话用户是挂机还是摘机，大多数蜂窝状无线电话系统利用类似于直流电流的单音来进行呼叫监视，并保证在呼叫期间维持足够的信号电平，这个单音称为监控音频单音（SAT）。在美国的蜂窝状系统中采用三个SAT单音频率，这些频率是5970Hz、 6000Hz和6030Hz，在某一给定的网孔中只采用这些频率中的一个，这个单音从基地无线电收发信机发送给一个工作的CSE，被该CSE接收并再次发送，BSC希望从CSE接收到它发送的指定的CST频率，如果返回的是另外一些SAT，则BSC认为进来的信号是由于干扰而严重不纯，因而声频通道不出声。
当用户在蜂窝状系统中移动时，它们可能达到一个网孔的覆盖极限，因此转到另一个网孔更为合适，从一个网孔转换到另一个网孔的过程叫作过区切换（handoff），在基地收发信机中，有一个特殊的接收机测定网孔中每个工作的CSE的信号强度，这个接收机叫作扫描接收机，它可以是蒙特罗拉（Motorola）公司制造的TLN2524A，如果对于一个特定的CSE，例如CSE208，测到的信号强度低于指定电平，则BSC向蜂窝状电话交换机201发出切换请求，然后，蜂窝状电话交换机201询问与发出请求的BSC205相邻的网格中的BSC，以测定可能切换的CSE208的信号强度，关于信号强度测定和信道分配的进一步资料，可以在405，201号和405，123号美国专利申请中找到，其中前者是以普尔（puhl）及其它等人的名义于1982年8月3日申请的，后者是以麦克劳林（Mclaughlin）的名义于1982年8月3日申请的，它们都转让给了本发明的受让人，如果相邻网孔之一检测出的信号电平满足预定标准，则蜂窝状电话交换机201将现存的无线电信道，目标网孔中新的无线电信道和用户之间连接起来。需要执行这种连接的系统的技术要求的例子，可以在由鲁宾（Lubin）申请的4，301，531号美国专利中找到，该专利已转让给本发明的受让人，以空白和脉冲格式的信息，通过话音信道传还给CSE，使CSE不出声并改变无线电信道，在最佳实施方案中，这一无声大约持续400毫秒，对于用户来说几乎是察觉不到的，当CSE变到新信道时，声频出声，如果没有可利用的信道，CSE可以继续进行它的通话，同时，在一种实现方法中，其电话号码的识别排在最优先的位置，以便在新网孔中占据第一个可利用的信道，另一方面，通话继续进行，同时蜂窝状电话交换机定时询问CSE的信号强度，以确定是否仍需要切换。当一个信道可以利用时，CSE自动转换到那个信道，对于利用扇形网孔作为基本接收站的蜂窝状系统中的切换，可以利用一个扇形区到另一个扇形区的切换，这样就可以不需要蜂窝状电话交换机的全面介入，这种系统在405，210号美国专利申请中得到进一步的描述，该申请以普尔（puhl）等人的名义于1982年8月3日申请，已转让给本申请的受让人。
因为需要通过蜂窝状电话系统传送数据信息（而不是声音信息）的用户越来越多，对于蜂窝状电话系统来说，就需要一种可靠的数据传送方法，在本发明的最佳实施方案中，可以将不同速率（最高可到大约9.6Kb/S）输入的数据送给CSE，转换为在此之前只在正向调定的信道上使用的数据格式，并通过话音信道发送给BSC，在BSC中，该数据又转换为其原始的数据速率，这种技术利用了已被证实为健全的数据传送格式，从而可以利用现有的蜂窝状装置来编码、解码和误码校正、尽管下面将要详细讨论的是10Kb/S数据率的情况，但应该了解到，也可以采用相近的数据率（例如8Kb/S）来估计数据的通过量。
前面已经提到了通过蜂窝状系统传送数据信息的需要，这种需要可以通过把输入给系统的数据转换为正向调定的信道的数据格式来实现，这种转换以框图的形式示于图6中，原来在正向调定的信道中使用的40比特信号字A被用来包括字符字601。再将字B定义为包括第二个字符字603，然后，字A和字B可以与调定安排的信道的数据格式相似的方式来交插重复，或者字只传送一次而不再重复，以满足高速数据传送的需要，10比特比特同步和11比特字同步仍然作为字符字的分界符。
如图6所示，字符字自身再进一步划分，在7比特ASCII字符的数据字通用格式中，转换后的输入数据包含在标为C1至C7的7个字段中。每字段包括7比特ASCII字符，A字包含7个控制位，标为CT的前两比特指示A和B字帧的一般内容，它可以只是一个输入数据帧，或是具有控制信息的数据帧，或者只是一个控制信息帧，A字段的第二个两比特是数字彩色码（或数字SAT），标为DCC，当选择数据模式时，它确定与信息有关的特定BSC并替代SAT单音，下一个三比特标为NOC，示出包含于这帧中的输入数据字符的数目，每字段以标为P的12比特BCH奇偶校验位 结束，其中，P由（40，28）BCH编码技术产生，对于8比特ASCIIP字符通用格式，A字包括CT和DCC字段，加上三个8比特字符字段C1、C2和C3及偶校验P，B字包括具有一附加比特的NOC，三个8比特字符字段C4、C5和C6及奇偶校验P。
忙-闲比特仍保留在帧中它们通常的位置上，也用作代替SAT单音的数字彩色码，在最佳实施方案中，当BSC将信道置为数据模式时，A字码和B字码中对应于忙-闲比特的4比特分别置为预定的二进制值，相当于用于前面提到的DCC字段的4个码，这种A字码、B字码的型式允许存在4个单一的数字SAT码（0000    0000;0000    1111;1111    0000;和1111    1111），CSE将数字SAT码转发回BSC，该BSC对数字SAT进行通常的误码校正，并确定该CSE是否是用于继续工作的正确的CSE，利用忙-闲位和DCC字段传送数字彩色码信息，可以在BSC中进行快速码检测，在不超出本发明范围的情况下，可以使用忙-闲比特的其它数字彩色编码。
在利用7比特ASCII字符的每个字中可用比特的划分示于表2中。从这个表中可以推断，每463比特帧中有245比特字符比特可用于输入数据，在每秒10，000比特的传输中，大约每秒可以传输5292个字符比特。这样，根据本发明的信号格式，可以不用重复就容易地满足4800b/s的输入数据速率。通过将这个信号格式中的字重复适当的次数，就可以传送例如1200b/s或300b/s的较低速率的输入数据。进一步来说，在300b/s的情况下，每个字中的字符重复可以用来提供更大的误差抗干扰性。8比特ASCII字符的比特划分示于表3中，在这个例子中，每帧有240个字符比特可以用于输入数据，因此，在传输速率为每秒10000比特时，提供大约为每秒5184个字符比特的字符比特速率，同样可以满足4800b/s的输入数据速率。
对上面提到的格式做一些修改，就可以适应如9600b/s那样的数据速率的需要，这种修改，取消大多数忙-闲位和所有的字段控制字符，因而使每个字中的所有44比特都可以利用，每帧加上两个附加字，使每帧的比特数从463提高到551，在10000b/s传送数据速率的情况下，不需要重复就可以传送9600b/s，进一步的讨论将以一种使用8Kb/s的七比特ASCII字符格式作为数据格式的一个应用例子进行讨论，对本发明不需作此限制。
现在再回到通用正向调定的信道格式，在图7中可以看到一般数据帧的字段容量，在图7中，传送6个数据字符，由字符数（NOC）字段中的二进制“110”来表示。
一种用于数据业务的CSE208装备示于图8。数据终端装置801（它可以是任何一种数据产生/接收装置）优先与RS232接口803连接，这种接口在本领域中是众所周知的。另一方面，接口803可以是数据终端装置801与系统数据处理机805之间的调制解调器接口，系统数据处理机可以是利用诸如蒙特罗拉（Motorola）公司制造的MC6801这类通用微处理机的微处理机控制的数据信息处理机，它以原始数据速率接受输入数据，计算BCH奇偶校验，取消启动/停止比特，并将数据以一定的格式调定在上述正向控制信道不归零码中，不归零码数据流被送到无线电信号接口807去添加上忙-闲比特，并转换成能与无线电传输兼容的曼彻斯特（Manchester）格式。无线电载波的数据调制及其在指定信道上的传输是由收发信机809完成的，该收发信机可以是普通的蜂窝状的收发信机。
接收的数据与上述传输途径相反，从接收机809传输到无线电信号接口807，再传到系统数据处理机805，在809中，从接收到的无线电载波中按常规恢复成数据;在807中，将曼彻斯特（Manchester）数据转换为不归零码并除去忙-闲比特：在805中，校正数据并将其再转换为原始的格式和数据速率，然后，该数据通过接口803送到数据终端装置801。
当用户指令CSE进入数据模式并开始对数据传输格式响应时，CSE向远处数据终端和陆地数据终端同时发出一个“X-on”ASCII字符，这个动作保证每个数据终端都能开始数据传送，要防止要求CSE设备作任何通常易于进入蜂窝状设备的纵向服务（即呼叫等待或三方会谈），然而，CSE必须能够按照BSC的控制指令来提高或降低它的发射功率，CSE还必须以数据格式应答这些指令，每当CSE接到进入数据模式的提令时，在变为数据格式之前，它必须以话音信道格式作为信息响应 告知它离开了标准声音模式，同样地，当CSE接到脱离数据模式的指令时，它必须从数据模式格式应答它离开了数据模式。
为从声音通话模式进入数据模式，CSE以反向话音信道请求指出需要脱离通话模式、进入数据模式，如图9a和9b所示，图9a示出请求的信息标题，并定义信息的类型和请求数据业务的CSE的类型，这个特定的信息需要一个示于图9b的数字，它表征与CSE连接的数据装置。在最佳实施方案中，三比特的比特速率字段指出数据装置所用的比特速率如下：
0＝110BPS，1＝300BPS，2＝600BPS，3＝1200BPS，4＝2400BPS，5＝4800BPS，6＝9600BPS。
请求信息的结尾用最后的字段“00”表示。
参考图9c，BSC通过反向话音信道从CSE接收数据请求信息，并向蜂窝状电话交换机发出“数据模式请求”。CSE及BSC启动一个定时器，为了得到“数据模式OK”的回答，BSC还阻断与这个信道有关的切换动作，直到CSE达到稳定数据模式状态或不计时间为止，根据信道的可利用性或系统负载限制，蜂窝状电话交换机或者准许或者拒绝数据模式请求，如果请求被拒绝，则不向BSC发回任何信息，CSE根据BSC的指令不计时间或进入简略的重排序列，不计时间可以使CSE以声音模式进入纵向服务，重排使CSE通过数据模式被拒绝的重排忙音通知用户，并使CSE保持在声音模式，如果数据模式被准许，则蜂窝状电话交换机向BSC发出“数据模式O.K.”。
对于BSC的第一组333个可用信道示于表1中，每个网孔或网孔的扇形区都配备一定的装置，以利用表1中所示的一列或多列信道，如果一个网孔配备成只有一部分可用的信道能够用于数据模式，那么数据信道可以从已指定给该网孔的信道中选择。有效地利用这些数据信道的简便方法之一是，只要一个仅有话音的信道可用时，就让在一个信道（它可以是声音信道，也可以是数据信道）上的所有电话用户都切换到该仅有话音的信道，这样，对于初始呼叫建立的分配来说，首先是分配仅有话音的信道，然后是对于声音/数据信道的全面呼叫。
当BSC接收到“数据模式O.K”，并且CSE所工作的信道具有数据传送能力时，BSC向CSE送出进入数据模式的指令。如果所用的信道没有数据传输的能力，则BSC确定它是否还有具有数据传送能力的信道，如果没有了，则它允许CSE不计时间或命令CSE进入简略的重排序列（abbreuiated    reorder    sequence），如果BSC有可利用的数据信道，则它通过蜂窝状电话交换机的通道变换请求序列让CSE移到适当的信道。这个通道变换利用了下面要详细讨论的标准切换序列。
一旦数据信道的分配完成之后，BSC就在正在呼叫的声音通路内插入通用的数据调制解调器，如图10a所示，它同时还在正向声音信道上送出一个带有数字形色码标志的传统网孔系统的控制命令，告知CSE做好数据模式格式的准备，CSE在进入数据模式之前必须确认收到带有这一标志的控制命令。这个确认示于图10b中，它还是一个标准48位反向话音信道信息格式的信息。
一旦接收到CSE进入数据模式的通知，BSC就撤除SAT单音并等待由CSE转发的数字彩色碱，为开始数据传送，CSE向移动式数据装置和陆线数据终端装置发出“X-on”，以保证连接终端的状态，然后，话音信道进入数据模式，为取得适当的数据速率，BSE必须在合适的地方插入和除去启动和停止位以及同步蜂窝状电话数据流的奇偶校验位，BSC还连续监视数据格式，看是否出现返回声音模式的请求以及监视适当的数字彩色码和足够的信号强度。
CSE可以作为标准呼叫源的一部分进入蜂窝状系统并请求立即进入数据模式，除非所选择的信道是数据信道，该呼叫一开始就被处理成普通的声音模式呼叫，如果没有可用的波道，CSE将被重新引向另一个网孔或进入重排序列，在呼叫源上为立即进入数据模式信息的请求示于图11a和11b中，这个4字信息完全确认请求的CSE和移动式数据终端的数据需要。
CSE一达到指定的信道，就开始转发SAT单音，然后，BSC向蜂窝状电话交换机自动发出一个数据模式请求，以下动作的顺序已如前述。
BSC向CSE发出某个指令，不能因其出现而造成CSE中断数据格式，这样的指令之一就是功率转换指令，在这个指令中，BSC决定CSE必须改变CSE发信号机的功率电平，以维持其与其它 用户的干扰为最小的高质量通路，BSC确定用于CSE的功率电平，并将包括新功率电平的控制指令插入正向CSE发送的数据格式信息中，这个指令示于图12a中的正向调定的信道的数据格式中。CSE从图12a中的ID和IM字段中抽出控制信息，从而接受指令，将发信机输出功率变为电平2（ID＝2），因为在这一例子中字段IM＝1，这个控制信息在数据流中占据一个字符的位置，取代了后面传送的一个数据字符，在BSC中的一个小的先入先出缓冲器使得这种取代可以被吸取而不造成字符丢失。
CSE根据控制指令调整它的功率电平，同时向BSC证实它的调整，这个证实是一个控制回答，如图12b所示，它插入在正由CSE向BSC发送的数据格式流中。
CSE有时可能跑出一个网孔的最佳无级电覆盖区域，这时，必须发生CSE的呼叫从一个网孔向另一个网孔的过区切换，例如，图2中工作的BSC203决定需要进行过区切换，它向蜂窝状电话交换机201发出“含有过区切换请求数据”，它包括数字彩色码和正在CSE208中使用的信道频率。蜂窝状电话交换机201向邻近的适当网孔发出“含有数据的测量请求”，它包括数字彩色码和由BSC203指出的信道频率。第二个BSC（BSC202）进入CSE208已经跑过的无级电覆盖区，并把它的扫描接收机调到使用中的数据信道，如果测量被接受，BSC202向蜂窝状电话交换机201发出测量参数，如果测量不满足过区切换要求，则不向蜂窝状电话交换机201发出任何回答，当蜂窝状电话交换机201接收到测量回答时，它选出最好的测量，并向被选中的BSC（在这个例子中是BSC202）发出“执行目标”，然后，如果有信道可用的话，BSC202保留一个数据信道，锁住该信道，打开调制解调器并将调制解调器转换到声音通道。
当BSC202向蜂窝状电话交换机201送回“目标O.K”信息以务备用信道频率和适当的SAT序列时，交换机向BSC203发出“执行源”以及备用信道号和适当的SAT序列。这样使得BSC202在数据格式流中插入一条指令，警告CSE208过区切换即将到来，过区切换即将到来的指令示于图13中的1301，对于该指令的响应是1303中的“X-off”ASCII码，它与两个移动式数据终端取得联系，和一个1305中的“X-off”ASCII码，它通过数据流向陆线终端发送。这些发往连接终端的X-off指令指示终端停止发送数据，在1307，CSE监视两个方向的数据流，以发现数据格式流中一定数目的空白帧（在最佳实施方案中可以是10个空白帧），从而证实两个数据终端都已终止了发送，一检测到预定数目的空白帧，CSE就在1309中给出回答，证实接收到过区切换指令，在正向话音信道上以数据模式发送的控制帧示于图14a中，而在反向话音信道上来自CSE对其的应答示于图14b中。
CSE208返回到声音模式操作，而BSC203开始在蜂窝状系统中进行通常的过区切换程序，BSC203还使它的数据调制解调器处于这样的状态，即使陆线终端载波单音的出现不被遗漏。当数据终端处于中止传送模式（X-off）时，CSE监视其缓冲器中的字符以使得过区切换过程完成才出现“X-on”字符，而且，监视数据流中由终端产生的X-off，用以不产生过区切换X-on，而干扰终端通信过程。
当CSE208达到BSC202覆盖区域中的备用信道时，它向BSC202转发SAT。“过区切换完成”信息送到蜂窝状电话交换机，表示过区切换成功了，这时蜂窝状电话交换机连通新的声音通道，在BSC203无线电覆盖区域中的原始信道停止工作，使它变成对其它的CSE可用的状态，回到图13，在1311，BSC202以数字彩色码发出局部控制指令，使得CSE208为迎接数据模式格式作好准备，CSE208转换为数据模式格式，并在13发出“X-on”以恢复数据传输，在这个传输中不提供已被CSE监视到的，由终端产生的x-off字符。
如果在附近网孔中没有任何可用的信道，BSC203则将声音/数据信道置于数据模式，并继续监测信道中信号的强度以及返回声音模式的请求，经过预定间隔之后，如果信号强度仍然在标准以下，BSC203将再次请求数据模式过区切换，这个过程一直进行到CSE208过区切换到另一个网孔或呼叫中断为止。
如果BSC203没有检测到源清除指示，但CSE进入BSC202覆盖区域中的信道，以“过区切换完成”的应答告知给蜂窝状电话交换机，被认为 该过区切换是成功了，而不会有进一步的行动，然而，如果BSC203检测出源清除指示，但来自BSC202的“过区切换完成”没能到达蜂窝状电话交换机201，则CSE208被认为已经丢失，蜂窝状电话交换机201送出一个断开的指令给BSC203和BSC202，通过参看图15a.15b、15c和15d可以更进一步地了解过区切换过程，这些图表示过区切换流程，从源BSC（15a）到蜂窝状电话交换机（15b），到目标BSC（15c）再到CSE（15d）。
如果在数据模式期间发生无线电信号丢失，则BSC检测出从CSE接收到的数字彩色码不再有效，该BSC开始一段时间（在本最佳实施文方案中是8秒）的计时，同时寻找一个来自CSE的有效的数字彩色码，如果在计时期间接收到有效数字彩色码，计时则停止，并认为CSE恢复无线电联系，如果8秒计时时间已过而未接收到有效数字彩色码，则认为处于射频丢失（RF-lost）状态，BSC向蜂窝状电话交换机发出射频丢失（RF-lost）指示，在蜂窝状电话交换机上标准的监视规程将保证断开干线，BSC以数据格式发出分离指令，指示CSE返回声音格式，BSC还关闭数据调制解调器，并通过正向话音信道向CSE发出分离指示，指示它以常规形式从话音信道中撤出。
如果与公共电话交换网（PSTN）连接的调制解调器丢失了来自陆地终端的载波单音，则记录下数据载波检测（DCD）丢失，在最佳实施方案中，这会引起BSC产生一条指示DCD丢失的控制指令，并将该指令发送给CSE。接到控制指令，CSE就转换为声音模式，这个指令还可以用于向CSE用户指出DCD丢失。
为在呼叫中断之后断开信道，蜂窝状电话机从连接终端之一接收到这种断路，该蜂窝状电话交换机向BSC发出陆地分离，接着BSC从数据格式发出一条指令，指示CSE返回声音模式，BSC还关闭数据调制解调器，并通过正向声音信道向CSE发出常规断开指令，接着进行正常信道消除过程。
为控制具有数据信道容量的一个网孔的工作，基地控制器（BSC）必须能检测上述的数字SAT，将用户产生的数据编码成正向信号的信道数据，并从正向信号信道数据中解出用户产生的数据，必须在数据流中加上奇偶校验位和消除启动/停止位，另外，控制指令必须在需要时插入，这些对于BSC的任务将叙述如下，并示于图16中。
在网孔中，每个话音信道收发信机都与每个收发信机的专用声频调节电路1601相连，在图16中，有N条话音信道，在声频调节电路16011中包括声音调节器1602，它为信道的声频发送提供增盖控制和为信道的接收频率提供频率响应整形，（这个声音调节器1602可以是蒙特罗拉（Motorola）公司于市场上销售的TRN4498A声频卡），从蜂窝状电话交换机接收到的要被传送的数据信号，通过标准混合变压器输入和一个通用调制解调器（MODEM）及异步通信接口插座（ACIA）1604传到微处理机1605，微处理机可以是MC68HC11或相似的设备，在话音信道上传送之前，数据信号通过微处理机1605和信号接口电路1606变换为前述的10KBPS正向信号信道格式，该格式包括奇偶校验位和忙-闲位，在数据模式传送期间，通过传送门1607禁止标准声音的声频传送。
接收的数据输入给信号接口电路1606和微处理机1605，在这里通过从到来的信号中除去忙-闲比特和奇偶校验比特而将其解码证实数字SAT，对重复的数据信号进行差错校正和多数通过，并输出不归零（NRZ）码，在第一种实现方法中，输出的不归零数据被送入ACIA/MODEM1604，在这里，一个常规的调制解调器的输出经由混合变压器输出绕组1608合到电话线路上，再传给蜂窝状电话交换机，通过传送门1609禁止标准声频输出。
如果在BSC和蜂窝状电话交换机之间存在数据传送装置，调制解调器可置于蜂窝状电话交换机一侧，数据速率转换器或T载波装置可置于BSC一侧，以便在BSC和蜂窝状电话交换机之间传输数据。
声频调节电路1601（1-N）最好由声音信道处理机1610控制（它可以是蒙特罗拉（Motornla）公司制造的TRN4541A型，声音信道处理机1610的基本功能是：控制与每个声频调节电路有关的基地收发信机（未画出），控制每个声频调节电路1601（1-N）的输出，检测由射频装置产生的任何警戒状态，任何来自影响射频装置或CSE的位置控制器处理机1611的指令都由声音信道处理机 1601送入适当的声频调节电路1601（1-N）以编入数据流或采取其它的行动。
位置控制器处理机1611是一个以诸如蒙特罗拉（Motorola）公司销售的TRN4542A的微处理机为基础的位置控制系统，它能够完成呼叫处理功能，进行高一级的基地电台无线电收发信机控制，并与蜂窝状电话交换机和其它网孔的位置控制器处理机取得联系，位置控制器处理机1611还引导信号信道控制器1612和扫描处理机1613的动作。
信号信道控制器1612是以诸如蒙特罗拉（Motorola）公司的TRN4540A的微处理机为基础的电路，在位置控制器处理机1611的操纵下，它用于在正向信号信道上向CSE发送播叫和辅助信息，信号信道控制器1612也在反向调定的信道上对从CSE接收的数据进行译码和校正，为建立呼叫，要进一步确定来自CSE的信号强度和信号方向。
扫描接收机处理机1613作为位置控制处理机1611和基地电台射频装置使用的扫描接收机（未画出）之间的接口，为了过区切换或作例行呼叫质量检查，扫描接收机处理机1613控制与其有关的扫描接收机将频率和天线调到由位置控制器处理机1611所确定的位置，扫描接收机依次给扫描接收机处理机1613提供解调后的接收信号和该信号的相对强度，包括在扫描处理机1613中的数字SAT检测器，接收调解后的接收信号，并从扫描的数据信号中选出忙-闲比特，这可以由微处理机电路完成，该微处理机可以使用MC68HC11或类似的微处理机，扫描处理机的功能可以由蒙特罗拉（Motorola）公司销售的TRN4593A来实现。
BSC与蜂窝状电话交换机的接口示于图17中，蜂窝状电话交换机在4，268，722号美国专利申请中有进一步的描述，该专利已转让给本发明的受让人，典型的BSC接口是通过高速数据传输线路（示为1701）到几个无线电信道控制接口电路1703中的一个，这个电路可以用蒙特罗拉（Matorola）公司制造的TRN5509A，基地控制器和蜂窝状电话交换机之间的通道，诸如呼叫源请求，信道撤除指令以及过区切换过程，都通过控制接口电路1703发生，只要简单考虑一个典型的无线电通话，就可以了解蜂窝状电话交换机的工作，来自CSE的声音通过BSC进入蜂窝状电话交换机，它先从来自BSC的一条电话干线输入到话路群单元1705（1-N）（它可以是蒙特罗拉公司的TRN8926B）每个话路群单元1705（1-N）还可以与一个叫作信道排的装置相接，后者将来自电话干线的模拟输入信号转变为一般脉冲码调制（PCM）的数字流，根据信道排的类型，这个PCM流是每个话路群单元的24或30路中的一路，它被输入到群多路复用设备单元1707（如蒙特罗拉公司的TRN8927B），在这个单元中，来自各话路群单元1705的PCM流被合成，合成的流输入给时分交换单元1709（它可以是蒙特罗拉公司销售的TRN8931B）在该单元中，一条电话干线通过时分交换与另一条干线连接起来，时分交换在本技术领域中是公知的。这样，CSE的声音通过转换器单元1709、群多路复用设备单元1707和话路群单元17051中的一个与另一条电话干线相连，来自第二条干线的声音沿反向通道送到BSC和CSE，这条干线能够与公众电话交换网（PSTN）相连，在单音信号单元1711中，完成能与PSTN的标准兼容的多频（MF）和双音多频（DTMF）的发生和检测。
当系统处于数据模式时，如前所述，在CSE产生的数据信号可以被转换并传送到BSC，BSC提供一个通用调制解调器，将来自BSC的再次转换的数据经由电话干线送到蜂窝状电话交换机，然后再送到连接的数据终端。
另一种实现方法是将通用调制解调器放在蜂窝状电话交换机中，当BSC和蜂窝状电话交换机之间的干线是数字干线时，这种方法尤其适用，在BSC上，蜂窝状电话数据转换成其原始格式和比特速率，并加到一条数字干线上，以便通过T载波传送到蜂窝状电话交换机，一个话路群单元17051输入数据送到群多路复用设备单元1707和交换单元1709，交换单元1709和群多路复用器1707的输出可以送到调制解调器排（未画出）它代替一个或多个（如果需要的话）话路群单元17051，每条干线配以一个使用两个交换单元1709端口的通用调制解调器，每个调制解调器通过一个先入先出缓冲器来缓冲数据流，在最佳实施方案中，该缓冲能器存储两秒数据比特，每个CSE中使用另一个先入先出缓冲器。
蜂窝状电话交换机是在双处理机中心处理单元 1713的控制之下，它使用诸如齐劳克（Zilog）公司制造的Z80B微处理机或类似的微处理机的通用双微处理机，其排列形式与用于蒙特罗拉公司销售的TRN8913B的排列形式一样。
BSC对典型固定无线电装置的控制以及该装置与BSC的连接，以方框图形式示于图18中，每个声音中频1801与相应的声频调节电路1601相连以接收数据信息，多个天线1803（1-N）对从CSE（未画出）发来的无线电载波提供空间分集接收，在使用以中心位置照射的扇形网孔的蜂窝状结构中，这些天线可以是定向天线，基本覆盖一个扇形区。
考虑一路天线接收机分支（它与其它路接收机分支相同），可以看出，接收信号于分离器1807中进行分离之前，先要在前置放大器1805中进行放大，分离器1807的输出耦合到扫描接收机1809，它以扫描处理机1613所确定的频率对每个分离器的输出进行采样，以确定具有最大接收信号强度的天线。
分离器1870的另一个输出合到第一混频器1811，在这里，信号以常规的方法变换成中频（IF）。中频信号通过中频线矩阵变换电路1813合给相应的声音中频1801，在这里，信号被检波后送到其声频调节电路1601，中频线矩变换电路1813还将来自各天线的信号送到信号信道中频1815，它将在反向调定的信道上传播的，由CSE发出的信号加以检波。
来自信号信道控制器1612的指令由通用信号信道发射机1817通过正向调定的信道传输。在固定位置上的其余发射机是标准话音信道发射机1819，它按照其相应的声频调节电路1601的格式发送数据。
虽然已经显示和叙述了根据本发明的系统和装置的特定实施方案，但应该了解到，本发明不局限于以上实施方案，因为可以进行许多修改。因此，本申请打算包括符合这里所公开和要求的下列基本原则的精神实质和范围之内的任何所有这类的修改。

Claims (30)

1、一种在远程用户站和固定位置站之间交换数据信息的无线电数据信息通信系统，其中，远程用户站是便携式或移动式无线电收发信机，包括：一个在双工频率无线电信道的一个频率上发射的发射机，一个在双工无线电信道的另一个频率上接收的接收机，以及一个通过一个无线电通信接口与收发信机相连并通过一个接口与外部数据终端相连的系统数据处理机：固定位置站包括：在远程用户站接收机接收的双工无线电信道的频率上发射的基地发射机，在远程用户站发射机使用的双工无线电信道的频率上接收的基地接收机，控制给远程用户站指定无线电信道的基地位置控制器，以及一个控制每个远程用户站发射和接收信息的线路的无线电电话交换机：该无线电数据信息通信系统的特征在于：
用于在远程用户站上接收第一种格式的数据信息并将上述第一种格式变换为第二种格式的装置：
用于在远程用户站上第一条无线电信道上发送上述第二种格式数据信息的装置：
用于在远程用户站上终止上述数据传输从第一条无线电信道改变到第二条无线电信道的装置：
用于在远程用户站上第二条无线电信道上起用并发送上述第二种格式信息从而实现过区切换的装置。
2、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征是在于，上述第二种格式至少有一个数据字，其前面是一个预定比特方式的比特同步和一个预定比特方式的字同步。
3、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，上述信息传输系统中用于在远程用户站上产生多个控制比特的装置，这些控制比特散布在上述第二种格式数据信息的预定区间中。
4、如权利要求3所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，上述多个控制比特用作数字监控信号。
5、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在远程用户站上产生终止传输上述数据信息的指令和接到这模的指令时终止传输上述数据信息的装置。
6、如权利要求5所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，上述数据信息传输终止指令优先于来自一个固定位置站的一个过区切换即将到来指令。
7、如权利要求6所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，其中数据信息传输终止指令是由上述远程用户站产生的上述X-off指令。
8、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在远程用户站上请求数据模式服务的装置。
9、如权利要求8所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在一个固定站上为上述发出请求的远程用户站指定一个数据无线电信道并将指定情况通知给发出请求的远程用户站的装置。
10、如权利要求9所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，在上述发出请求的远程用户站上，用于告知收到上述指定情况，并相应进入数据模式，在上述指定的数据无线电信道上进行数据信息传输的装置。
11、如权利要求10所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在固定位置站上监视上述数据信息的预定数据比特以便确认一个特定的固定位置站的装置。
12、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在第一无线电信道上从第一固定位置站向远程用户站传送过区切换即将到来指令并通过上述第一无线电信道在第一和第二数据终端之间传送数据信息的装置。
13、如权利要求12所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在远程用户站上根据上述过区切换即将到来指令为上述第一和第二数据终端产生一个信号从而暂停上述第一和第二数据终端之间的数据通信的装置。
14、如权利要求13所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在远程用户站上检测来自上述第一和第二数据终端的无数据传输并发送应答信号从而启动过区切换的装置。
15、如权利要求14所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，上述数据信息传输用户站还包括这样的装置，它用于在上述应答信号之后离开数据模式，在过区切换完成之后恢复数据模式并发出X-on指令。
16、如权利要求1所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在一个固定站上确定上述远程用户站过区切换的需要并产生过区切换即将到来指令以警告需要过区切换的远程用户站的装置。
17、如权利要求16所述的无线电数据信息通信系统，其特征在于，用于在一个固定站上检测来自上述远程用户站的对于上述过区切换即将到来指令的应答并进入到过区切换过程的装置。
18、一种通过无线电信道在无线电数据信息通信系统中的远程用户站和固定位置站之间传输数据信息的方法，其中，远程用户站是便携式或移动式无线电收发信机，包括：一个在双工频率无线电信道的一个频率上发射的发射机，一个在双工无线电信道的另一个频率上接收的接收机，以及一个通过一个无线电通信接口与收发信机相连并通过一个接口与外部数据终端相连的系统数据处理机：固定位置站包括：在远程用户站接收机接收的双工无线电信道的频率上发射的基地发射机，在远程用户站发射机使用的双工无线电信道的频率上接收的基地接收机，控制给远程用户站指定无线电信道的基地位置控制器，以及一个控制每个远程用户站发送和接收信息的路线的无线电电话交换机：该方法的特征在于以下步骤：
在所述远程用户站上接收第一种格式的数据信息并将第一格式交换为第二种格式：
在第一无线电信道上发送来自上述远程用户站的上述第二种格式的数据信息：
在所述远程用户站上终止传输上述数据信息并将传输从第一无线电信道改变到第二无线电信道：
在上述第二无线电信道上起用并发送来自上述远程用户站的上述第二种格式的数据信息，从而实现过区切换。
19、如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括产生在上述第二格式数据信息中的预定区间内散布的多个控制比特的步骤。
20、如权利要求18所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：产生一条终止传输上述数据信息指令，当接收到这样一条指令时，就终止传输上述数据信息。
21、如权利要求18所述的方法，其特征还在于以下步骤：由一个远程用户站请求数据模式服务。
22、如权利要求21所述的方法，其特征还在于以下步骤：给上述发出请求的远程用户站指定一条数据无线电信道，并将指定通知给上述发出请求的远程用户站。
23、如权利要求22所述方法，其特征还在于以下步骤：上述发出请求的远程用户站告知收到上述指定并在指定的数据无线电信道上进入数据信息传输的数据模式。
24、如权利要求23所述的方法，其特征还在于以下步骤：在固定位置站上监测上述数据信息的预定数据比特，以确定特定的固定位置站。
25、如权利要求18所述的方法，其特征还在于以下步骤：从第一固定站通过第一无线电信道向远程用户站传输过区切换即将到来指令，在第一和第二数据终端之间通过上述第一无线电信道传输数据信息。
26、如权利要求25所述的方法，其特征还在于以下步骤：作为对上述过区切换即将到来的指令的响应，为上述第一和第二数据终端产生一个信号，从而暂停第一和第二数据终端之间的数据通信。
27、如权利要求26所述的方法，其特征还在于以下步骤：检测来自第一和第二数据终端的无数据传输，发送应答信号，从而启动过区切换。
28、如权利要求27所述的方法，其特征还在于以下步骤：在上述应答信号后离开数据模式，在过区切换完成之后恢复数据模式并发送一个X-on指令。
29、如权利要求18所述的方法，其特征还在于以下步骤：确定上述远程用户站过区切换的需要并产生一个过区切换即将到来指令，从而警告上述需要过区切换的远程用户站。
30、如权利要求29所述的方法，其特征还在于以下步骤：检测来自上述远程用户站的过区切换即将到来指令的应答并进入过区切换过程。
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