CN1022366C - 数字无线电通信系统及双工无线电台 - Google Patents

Abstract

本发明为一个数字无线电通讯系统，包括许多提供双工数字无线电通讯的单元。每个单元使用具有至少一个入界通讯时隙和至少一个出界通讯时隙的通讯帧。每个单元中的各帧的长度是一致的。至少某些单元与其它单元相比具有不同的比特率。向工作在一个单元中的各个无线电台提供毗邻单元的信息。无线电台包括存贮毗邻单元的信息的装置，并对毗邻单元的信号进行评价从而为过区切换选择一个合适的单元。

Description

总的来说，本发明涉及双工无线电通信系统;具体地说，涉及一种其通信单元可以具有不同的工作特性的系统。

正常规的蜂房型双工无线电通信系统中，当一台移动中的无线电台（如便携式或可移式无线电台）从一个位置向另一个位置移动时，通常需要从一个网孔（cell）转换或叫过区切换（hand    off）至另一个网孔。在蜂房型系统中，较小的区域或网孔由一个或多个基地台来覆盖。一般说来，相邻的网孔应工作不同的频率上以防止干扰。在常规的蜂房式电话系统中，当流动电台在二个网孔之间移动时，中心控制器就必须指示流动台变化到一个能进入另一个网孔从而进行可靠通信的频率上。为了做到这些，控制站就必须确定哪个网孔与流动台具有最佳的通讯条件。这主要由一个判决措施来实现的：即不同的网孔接收机汇报该流动台信号的强度或者质量，中心台再据此把一个通信网孔赋予流动台。如果用这种方法来提供网孔过区切换，通常需要大量的基本投资而且装置也相当复杂。在每个网孔都必须配置用于判定接收到的信号强度的接收机，并且所有这些接收机还必须连接至一个中心台，中心台必须判定与流动台进行通讯的合适网孔。由流动台来完成过区切换是最理想的，因为这样能避免由中心台作决定时所需要的大量的基础投资。

本发明的数字无线电通信系统和双工数字无线电台包括许多具有不同的工作特性的网孔。移动站 中配备有确定哪个邻近网孔适合于无线电通信的装置。本发明的目的就是要提供这样的系统和电台。

本通信系统包括许多提供双工数字无线电通信的网孔。在本发明的一个方面上，每个网孔使用具有至少一个入界通讯时隙和至少一个出界通信时隙的通信帧。每个网孔的各帧最好是同步的，在长度上是均匀的。至少一个网孔具有不同于其他单元的数据率。在本发明的另一方面，至少一个网孔中的帧比其它网孔的帧具有更多的时隙。在本发明的另一方面，每一时隙口的数据位的数量不管比特率如何都是相同的。

根据本发明的一个方面，本通讯系统包括许多网孔，其中至少一部分具有不同的工作特性。工作在其中一个网孔中的数字无线电台提供与该单元毗邻或邻近的网孔的工作特性有关的信息。根据本发明的另一个方面，这个工作特性包括工作频率，比特率和/或通讯时隙信息。

用于通讯系统中的双工数字无线电台，包括用于存贮邻近网孔的频率、比特率和时隙分配方面的信息的存贮装置。该无线电台包括用于评价邻近网孔的信号的信号评价装置。在本发明的另一个方面，上述无线电台还包括在评价信号时根据存贮的比特度信息调整无线电接收机的特性的装置。另外该无线电台还包括发射具有可接受的信号特性的邻近单元的识别信号的装置。

图1是根据本发明的一个无线电通信系统的覆盖图。

图2是根据本发明的一个数字双工无线电台的方框图。

图3是不同的无线电台网孔的帧和时隙的示意图。

现在来参阅附图，先看附图1，以图中可以看出：该无线电通信系统10包括许多网孔11-28，每个网孔中都包括一个或多个与该网孔的范围内的无线电台进行双工通信的基地台。在该系统中，网孔的尺寸是可变的。每个网孔站通过（比方说）电线、光纤或无线电链路与一个中心控制器30进行通讯。中心控制器30能使通信系统10和电话网络31互相连接，从而允许常规的电话系统与工作在该无线电通信系统中的无线电台进行双工通信。

通信系统10是一个数字系统，其中的声音或数据信息都以数字方式（最好为二进制方式）而不是模拟信号的方式发送。在数字通信系统中，能可靠地发送信号的速度或叫比特率在一定程度上由基地台的覆盖范围而定。在一般情况下，覆盖范围或者网孔尺寸越大，能进行可靠的通讯的比特率必然就越低。这是由具体的系统中存在的衰减、多径延时传播和其他干扰条件所引起的。其结果是，通讯密度高的区域必须由支持高数据率的较小网孔来支持，这些较小的网孔比用来覆盖通讯密度较低的区域的较大的网孔能具有更高的数据吞吐量。

在系统10中，所有的网孔11-28均采用相同的数据帧（比方说，8ms帧）。图3中示出了各种样的帧。每一帧的前一半为出界部分，后一半为入界部分。出界部分是把数据从各个网孔基地站向各流动台发射时的时间。入界期间被各个流动台用来向网孔基地台发射信息。这样的系统叫做时分多重存取系统（TDMA）系统。每帧的入界和出界部分还可以再分（比方说）对应于至或自网孔中的一个具体电台的通讯的时隙。每个时隙最好不管数据率如何包含相当数量的数据位。这将意味着，数据率最高的帧中将比那些比较低的数据率进行发射的帧或者网孔中具有更多的帧。

那些最小的帧11-13对应于设计成覆盖一幢建筑物或一部分建筑物的网孔。在这种情况下，就能以6.4mbps的速率发送数据，就能具有图3A所示的64个入界时隙和64个出界时隙。尺寸稍大一些的网孔14-17可以是一个甚高容量网孔，能以1.6mbps的速率发送数据，这样就提供如图3B所示的16个入界时隙和16个出界时隙。尺寸更大一些的网孔18-19是覆盖一个较大区域的高容量网孔，能以400kbps的数据率发射数据，具有4个入界和4个出界时隙。中容量网孔20-21可以只有图3D所示的2个入界隙和2个出界时隙，能以200kbps的速率发射数据。低容量网孔22-28可以在8ms的一帧期间只有一个入界时隙和一个出界时隙（如图3E所示），能以100kbps的速率发射数据。

当然，必须避免网孔之间的相互干扰。有二种方法可以避免干扰，在系统10中可以同时采用。第一种方法是各个网孔使用不同的频率（FDMA）。但是，当网孔数量增加时，就有可能不能获得足够数量的频率来供给所有的网孔。另外 从频率使用的角度来看，这种方法也是效率非常低的。在一些边远网孔中可以采用频率再用的方法，但在某些情况下还可采用网孔的时分复用。举个例子来说，各个建筑物希望具有它们自己的网也。因为建筑物中使用的数据率很高，该频率就可能处于使用不充分状态。相同的频率就可以被邻近的或远离的网孔使用。只要那些网孔不使用相同的时隙。比方说，网孔12可以使用一帧中的前32个入界时隙和前32个出界时隙;而网孔11可以使用后32个入界时隙和后32个出界时隙。通过使用不同的时隙来使用同一频率的网孔数只受到各个网孔所需的时隙数的限制。网孔11-28的工作特性不需要固定。它们可以根据通讯要求在中心控制器30的控制之下动态地变化。一个或多个网孔的频率，数据位率和/或时隙可以相互独立地加以控制。

图2中示出了一个适合于在系统10中使用的无线电台40。为可靠起见，无线电台40包括一对天线41、42和一个分集式天线开关43、此开关43除了提供接收/发射转换之外，还提供具有最佳接收效果的天线。该天线开关43的输出被送入一个具有可变的中心频率和带宽的RF滤波器44中。

频率合成器45的输出送至混合电路46，用来使用滤波器44的射频（RF）信号输出降至一个中频（IF）频率。这个中频信号送至一个可控中频级47，该中频级47具有可选择的带宽并且具有一个接收信号强度（RSSI）输出。中频级47的带宽由被接收信号的数据率来设定。这个中频数据信号接着通过一个检出器50，再送入一个可编程TDMA51，由它从接收到的适当的出界数据时隙中分割开数据。接着，不同的数据部分被送入一个编码解码器（codec）52和微控制器53。编码解码器52把数字声音数据翻译成模拟格式并驱动扬声器54。送入微控制器53中的控制和信息数据可以存贮在存贮器55中。

进行声音发送时，来自微音器56的音频被送入编码译码器52，再送入可编程TDMA电路51中。来自微控制器53的控制和信息数据也送入可编程TDMA电路51中，由该电路把数字数据装入适当的入界时隙中进行发送。这些数据被送到调制器57，再送至偏置振荡器60。偏置振荡器60的输出与合成器45的输出在混频器61中相混合。混频器61的输出再送至RF-PA62由分集式无线41和42进行发射。

微处理器控制器53构成了用于控制各种无线电台功能的控制装置。存贮器55包括用于程序存贮和使用的RAM和ROM。

无线电台40周期地检查相邻网孔的信号强度。当无线电台40移动时（不管它是便携式还是可移动式电台），接收到的信号强度会发生变化。微控制器53监视可控中频47的RSSI输出。如果无线电台40在一段时间内检测到另一个网孔具有更高的信号强度，则该电台请求该网孔服务。为了使无线电台能扫描附近的网孔，必须让它知道各网孔的工作频率、数据比特率并且最好也知道各个工作时隙。如果一个具体的网孔在所有的出界时隙期间都没工作，无线电台最好还知道在哪些时隙上它能接收来自该网孔的信号。比特率信息也是重要的，因为如果邻近的网孔工作在不同的比特率上，则无线电台必须能够调整它的IF滤波器从而通过上述信号，这样就能确定信号强度，并能接收到网孔ID。

工作时，无论何时只要当一个无线电台40在某个具体网孔中开始通讯时，进行过区切换时所需的邻近或者毗邻网孔的信息即向该电台发射。这个信息存贮在存贮器55中，用于对附近网孔进行扫描。比方说，无线电台40工作在网孔18中，该电台会使用RSSI输出对相邻的网孔11，12，16，21，23，24和25进行扫描，从而评价那些网孔的信号强度。微控制器53将存贮、比较这些接收信号强度，对每个邻近网孔发射的地址进行解码和存贮。无线电台一且确定最佳网孔，所希望的新网孔识别码以及新网孔（如网孔16）转换请求将在目前网孔18的无线电台的入界时隙中被发射出去。网孔18的基地台把上述消息中继给一个中心控制器30，由它为到网孔16的通讯重新选择路径，并通过网孔18发出一个命令，告诉无线电台40在哪个时隙上使用新网孔。在过区切换过程中的网孔选择基本上由各个无线电台40控制，其中中心控制器30只执行通讯的改线而不管网孔选择。

Claims (13)

1、一种用于与多个数字无线电台一起工作的数字无线电通讯系统，包括多个网孔，每个网孔包括至少一个基地台，所述基地台具有用于与上述的数字无线电台进行双工数字无线通讯的一个接收机和一个发射机，上述数字无线通讯系统的特征在于：

每个网孔中的基地台使用通讯帧与上述的数字电台进行通讯，上述的通讯帧具有至少一个入界通讯时隙和至少一个出界通讯时隙，所述的至少一个入界时隙被基地台接收机用来从一个上述的无线电台接收信息，所述的至少一个出界时隙被基地台发射机用来向至少一个所述的无线电台发射信息，每一个上述的网孔中的通讯帧在长度上是相同的，一个第一网孔中的基地台发射机数据速率不同于至少一个第二网孔中的基地台发射机数据速率。

2、如权利要求1所述的数字无线电通讯系统，其中，上述的第一单元比第二单元每帧具有更多的通讯时隙。

3、如权利要求1所述的数字无线电通讯系统，其中上述的第一单元的入界通讯时隙和上述第二单元中的入界通讯时隙具有相同的数量的数据位。

4、如权利要求1所述的数字无线电通讯系统，其中第一单元的出界通讯时隙与上述第二单元的出界通信时隙具有相同数量的数据位。

5、一种与无线电台一起使用的数字无线通讯系统，该数字无线通讯系统包括多个网孔，每个网孔包括至少一个基地台，每个网孔中的基地台包括用来向上述的无线电台提供信息的发射机装置，上述的数字无线通讯系统的特征在于：

至少某些上述的基地台具有不同的工作特性，

与上述的数字电台正在其中工作的网孔相对应的基地台中的发射器装置向上述的无线电台发送出与数字电台正在其中工作的网孔相邻的网孔中的基地台的工作特性有关的信息。

6、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中上述的不同工作特性中包括工作频率。

7、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中上述的不同工作特性中还包括比特率。

8、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中的不同工作特征包括通讯时隙信号。

9、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中的不同工作特性包括工作频率与比特率。

10、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中的不同工作性包括工作频率和通讯时隙信息。

11、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中的不同工作特性包括比特率和通讯时隙信息。

12、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，其中的不同工作特性包括工作频率，比特率和通讯时隙信息。

13、如权利要求5所述的数字无线电通讯系统，包括用于控制至少一个单元的工作特性的装置。

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