CN104158580A - 一种增强移动终端信号的车载式移动通信方法 - Google Patents

Abstract

一种增强移动终端信号的车载式移动通信方法，属于无线通信技术领域。包括：一个通信核心网；一个或多个接入网；一个或多个车载无线收发装置；一个汽车总线；一个或多个车载短距离无线中继装置；以及一个或多个移动终端。移动终端通过车载短距离无线中继装置、汽车总线、车载无线收发装置与接入网连接，接入网与通信核心网连接。本发明的无线通信中增强移动终端信号的车载系统，其优点是功耗极大地减小；车内无线移动业务信号好，通话质量高；减少移动无线通信的辐射，有益无线通信用户健康；设备成本低，并对现有设备继承性好。

Description

一种增强移动终端信号的车载式移动通信方法

技术领域

本发明涉及一种增强移动终端信号的车载移动通信系统及其实现方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，我国的移动通信业务发展迅猛。一方面，移动话音业务市场持续增长；另一方面，移动互联网的兴起极大地刺激了用户对于相关业务的需求。据工信部统计，截至2013年上半年，我国的移动用户数已经超过11亿，而移动互联网用户超过8亿。与此同时，我国的机动车保有量也持续增加，2013年初已经超过2.4亿辆，其中私人汽车拥有量超过1亿辆。据预计，接下来的10年内每百户汽车拥有量将达到或接近60辆。尤其在经济发达的城市，日常生活中人的相当一部分时间是在车中度过的。这意味着车载通信业务将成为移动通信中的重要使用场景。在美国，仅通用汽车公司就有超过500万户车载通信服务用户，且从2008年开始，几乎所有的新车都具有这项服务项目。未来，随着移动通信业务的快速增长和移动终端及车辆的广泛普及，车载通信业务还将得到进一步推广。

为了向车辆提供可靠而稳定的通信服务，移动网络需要进一步保证其覆盖范围和通信质量。一般而言，这需要基站和终端采用较大的射频功率。我国的GSM移动通信系统采用900MHz和1800MHz频段。根据对于900MHz无线电信号的测试结果，汽车的金属结构对无线信号的车内损耗通常在8-10dB，这已经与中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物的贯穿损耗中值相当。对于1800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。因此实际上1800MHz无线电信号的建筑物贯穿损耗比900MHz的还大。GSM规范3.30中提到，一般该频段信号的贯穿损耗比同类地区900MHz信号的大5-10dB，也就是说该类信号会遭受更大的车内损耗。为了弥补这一部分损耗，基站和终端需要提高功率，这就消耗了大量的能量。一方面，仅2007年，中国的GSM基站就消耗了近32亿千瓦时的电能，这不仅意味着高昂的电费成本，也对生态环境的平衡造成了严重的影响；另一方面，功率的加大加快了终端电池的使用速度，缩短了其可用时间，降低了用户的移动体验。未来数年内，4G移动网络将逐渐在我国推广，但已经部署了4G网络的国家的运营情况显示，4G技术在提供较以往更快的传输速率的同时，也大大增加了耗电量。在打开4G功能的情况下，手机的续航时间甚至无法达到一天。特别在一些4G基站分布较少的地区，能量在很大程度上被消耗在了搜索相关信号上。

与此同时，汽车用户对于数据移动业务的需求不断上升，而后者的业务形式也逐渐多元化。除了通信功能外，导航、广播、数字电视等业务可能会采用不同的频段、并基于不同的系统实现，如果全部集成在终端设备上，在大大提高终端复杂度的同时，也会降低设备的续航能力。相对于终端，汽车可以成为更好的业务承载平台。传统汽车中只有收音机等电子设备；而如今，车辆电子系统已经能够提供包括急救、导航、检测、安全、通信、多媒体等多方面的功能。但到目前为止，一方面，车辆电子系统没有与个人移动终端很好地结合，以利用后者的个性化信息为用户提供定制化的服务；另一方面，后者也没有充分利用前者的能力，为车辆用户提供更为丰富与多元化的车载内容与服务。

因此，有效提高车内的无线通信质量、丰富车载信息及服务成为当前亟待解决的问题，而综合考虑功耗、辐射、信号质量、功能、以及成本投入和设备复杂度等因素将是解决移动终端车载信号及服务问题的必由之路。

发明内容

本发明的目的是提出一种增强移动终端信号的车载式移动通信方法，利用现有的接入网资源(包括且不限于移动通信网)，通过在车辆上布设新型的短距离无线中继装置实现无线通信的系统，针对移动终端提供低能耗、小辐射、且信号质量高的无线通信服务，并解决当前车载通信设备功率高以及车内无线通信信号穿透衰减大等问题，将车内无线通信链路、宽带互联网以及车外移动通信链路综合在一起提供无线环境中的交互性。借助该系统，在车载环境中，移动终端能够以更小的功率、更稳定的质量为用户提供更为丰富的服务。

本发明的特征在于，是在一种增强移动终端信号的车载移动通信系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，构建一个增强移动终端信号的车载移动通信系统，包括：一个通信核心网、至少一个移动通信网或者接入网、至少一个安于用户车身上的车载无线收发装置、一个用户汽车总线、至少一个车载短距离无线中继装置以及至少一个移动终端，其中：

通信核心网，汇接多个所述接入网，进行双向通信，同时，转发各所述接入网间的呼叫请求或数据请求；

接入网，按接入网协议，实现所述通信核心网—接入网—车载无线收发装置三者之间的双向通信；

车载无线收发装置，对接入网执行接入网协议，对汽车总线执行汽车总线协议，实现接入网—车载无线收发装置—汽车总线三者之间的双向通信，所述车载无线收发装置包括：至少一根多频段宽带天线、至少一个分路器、一个通信处理模块、一个无线模块控制器、及汽车总线接口模块，其中：

多频段宽带天线，至少包括移动通信天线、移动电视天线、GPS天线以及收音机天线中的任何一种；

分路器，至少包括蜂窝频段预选滤波器、广播频段预选滤波器、导航频段预选滤波器、收音机频段预选滤波器中的两个不同类型的预选滤波器，对于蜂窝频段预选滤波器，要与通信的接收支路滤波器和发射支路滤波器相连，对于广播频段预选滤波器，要与广播接收单元的滤波器相连，所述分路器对输入的天线信号按类别滤波；

通信处理模块，分别与所述分路器、无线模块控制器、汽车总线接口模块互连，接收并解调所述分路器输出的符合接入网协议的信号，并转换为符合汽车总线协议的下行信号输往汽车总线接口模块，同时又接收所述汽车总线接口模块输出的符合汽车总线协议的信号，转换为符合接入网协议的信号并调制后输往所述分路器；

无线模块控制器，接收所述分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块发来的工作状态信息，然后向所述分路器发出选频指令，向所述通信处理模块发出调制/解调指令及协议转换指令，向汽车总线接口模块发出协议转换指令；

车载短距离无线中继装置，对汽车总线执行汽车总线协议，对移动终端执行短距离无线通信协议，实现汽车总线—车载短距离无线中继装置—移动终端三者之间的双向通信，所述车载短距离无线中继装置包括：中继控制器、汽车总线接口模块和短距离通信接口模块，其中：

中继控制器，分别与所述汽车总线接口模块和短距离通信接口模块相连，把所述短距离通信接口模块输入的符合短距离无线通信协议的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的上行通信信号输往所述汽车总线接口模块，又把所述汽车总线接口模块输出的符合汽车总线协议的下行通信信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号输往所述短距离通信接口模块，所述中继控制器实现汽车总线接口模块—中继控制器—短距离通信接口模块三者之间的双向通信；

汽车总线接口模块，分别与所述汽车总线、中继控制器之间按汽车总线协议双向通信；

短距离通信接口模块，分别与所述移动终端、中继控制器之间按短距离无线通信协议双向通信；

步骤(2)，所述车载移动通信系统选择移动通信网时，依次按以下步骤实现车内置移动终端的对外呼叫流程：

步骤(2.1)，车内移动终端按以下步骤接入移动通信网：

步骤(2.1.1)，车内移动终端通过所述无线模块发出搜索信号；

步骤(2.1.2)，车内移动终端的无线模块判断是否收到来自所述中继控制器发出的应答信号：

若无应答信号，则建立车内移动终端的射频通信模块与基站的双向通信；

若有应答信号，则建立车内移动终端的短距离通信模块与所述中继控制器之间的双向通信，所述中继控制器便通过所述汽车总线接口模块启动所述无线模块控制器，开通车载无线收发装置，建立车内移动终端—车载短距离无线中继装置—汽车总线—车载无线收发装置—移动通信网之间的通信连接，实现呼叫流程；

步骤(2.2)，车内移动终端的所述无线模块周期检测是否收到所述车载短距离无线中继装置的应答信号，实现所述移动终端短距离无线通信模块与蜂窝基站的无缝切换；

步骤(3)，当车载无线收发装置与移动通信网以无线射频信号相连接时，所述车内移动终端的主叫流程为：

步骤(3.1)，车内移动终端判断与车载短距离无线中继装置的呼叫是否成功：

若成功，便建立连接，转步骤(3.2)；

若失败，则转步骤(3.3)；

步骤(3.2)，车内移动终端发送呼叫请求及用户的移动标识码MIN、被叫号码、移动台分类标识给所述车载短距离无线中继装置，车载短距离无线中继装置在收到后，把所述呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码及移动台分类标识通过所述车载无线收发装置发送给基站；

步骤(3.3)，车内移动终端尝试与基站连接，成功后，把呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码和移动台分类标识发给基站，基站收到后，连接移动交换中心MSC，发送所述呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码及移动台分类标识，移动交换中心MSC收到后，验证车内移动终端用户的移动标识码MIN、电子序列号ESN同时有效，便连接公用电话交换网PSTN，开始呼叫流程；

步骤(4)，当车载无线收发装置与移动通信网以无线射频信号相连接时，所述车内移动终端的被叫流程为：

步骤(4.1)，移动交换中心MSC接收来自公用电话交换网PSTN的呼叫，并给所有基站发送用户的移动标识码MIN请求；

步骤(4.2)，基站发送对特定用户的寻呼；

步骤(4.3)，根据车内移动终端是否与所述车载短距离无线中继装置相连接：

若未连接，车内移动终端接收基站发送的用户移动标识码MIN，在判断所述移动标识码MIN与本地移动标识码MIN匹配后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识发给基站；

若已连接，车载无线收发装置接收基站发送的用户移动标识码MIN，并通过汽车总线—车载短距离无线中继装置把所述用户移动标识码MIN发给车内移动终端，车内移动终端接收移动标识码MIN并判断其与本地移动标识码MIN匹配后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识通过车载短距离无线中继装置—汽车总线—车载无线收发装置发送给基站；

步骤(4.4)，基站接收后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识送往移动交换中心MSC；

步骤(4.5)，移动交换中心MSC验证无误后，向所述基站提供特定语音通道；

步骤(4.6)，在移动终端未与车载短距离无线中继装置相连时，基站使车内移动终端直接进入特定语音通道，若已连接，则基站为车载无线收发装置提供特定语音通道，进入双向通信，直至结束。

本发明提出的增强移动终端信号的车载式移动通信方法，其优点是：

1、在同等的车内通信质量下，本发明系统极大地降低了蜂窝基站及移动终端的功耗。

由于汽车的金属结构会对移动通信网的基站发射的无线通信信号造成极大的衰减，因此在车载环境下为了保障稳定可靠的蜂窝移动通信质量，基站必须提高发射信号强度，这也就相应增加了基站功率，增加了能耗及与运营相关的成本。另一方面，车载移动终端也需要提高自身信号发射强度以保持与基站的通信，这增大了车载移动终端的耗电量，缩短了其续航时间。

在本发明系统中，移动终端与外界移动通信网的通信通过车载无线收发装置和车载短距离无线中继装置来进行中继，在车外，将接收外界无线信号的无线收发装置布置在车身上接收信号较好的位置，比如布置在车顶，在车内，无线收发装置和短距离无线中继装置通过汽车总线进行通信，这样可以避免在车内接收基站信号时的车内损耗，稳定地保证对基站信号的收发。另一方面，由于车载短距离无线中继装置与移动终端采取仅有数毫瓦级能耗的短距离无线通信，极大地降低了自身功率。因此，新系统有利于降低蜂窝基站及移动终端的功耗。

2、本发明系统车载场景下无线移动业务信号好，通话质量高。

在现有体制下，车内接收无线信号存在车内损耗大的问题，而且由于多普勒效应及终端复杂性等因素使得普通移动终端在车内稳定接收基站无线信号较为困难。而在新系统中，与基站的通信通过车载无线收发装置来完成，车内的移动终端则利用短距离无线通信技术与车载短距离无线中继装置进行通信，这样可以让车载无线收发装置实现复杂的信号处理功能，并通过短距离通信接口向移动终端提供稳定可靠的通信信号。因此，新系统将从根本上解决车载场景下无线通信质量问题。

3、本发明系统设备成本低、对现有设备继承性好。

在现有设备基础上，本发明系统需要增加的固定设备仅有车载无线收发装置和车载短距离无线中继装置，此设备主要是由价格低廉的宽带天线、分路器、通信处理模块、控制器、汽车总线接口模块、短距离通信接口模块组成。相比增加基站数目或提高设备发射功率等解决方案，新系统综合成本更低，并且易于实现。移动终端仅需要支持蓝牙等短距离无线接口，作软件上的升级即可。新系统充分利用了移动通信网等现有接入网及汽车总线系统，可以良好地继承现有设备。

附图说明

图1是本发明提出的无线通信中增强移动终端信号的车载系统的结构框图。

图2是本发明系统中接入网为移动通信网时系统的结构框图。

图3a是本发明系统中的车载无线收发装置的结构框图。

图3b是本发明系统中的车载短距离无线中继装置的结构框图。

图4是本发明系统的一个实施例中移动终端的入网流程图。

图5a是本发明系统的一个实施例中接口设置后的车载无线收发装置工作流程图。

图5b是本发明系统的一个实施例中接口设置后的车载短距离无线中继装置工作流程图。

图6是本发明系统的一个实施例中移动终端在通过车载短距离无线通信装置、车载无线收发装置与移动通信网连接时的主叫过程。

图7是本发明系统的一个实施例中移动终端在通过车载短距离无线通信装置、车载无线收发装置与移动通信网连接时的被叫过程。

具体实施方式

本发明提出的增强移动终端信号的车载移动通信系统及其通信方法，包括：

一个通信核心网，用于汇接多个接入网，将其中一个接入网的呼叫请求或者数据请求接续到不同的接入网上，接收接入网的上行通信信号并产生下行通信信号发送到接入网；

一个或多个接入网，用于接收来自车载短距离无线中继装置的符合接入网协议的上行通信信号，并将该信号发送给通信核心网，同时接收来自通信核心网的符合接入网协议的下行通信信号，并将该信号发送给车载短距离无线中继装置；

一个或多个车载无线收发装置，用于在接入网和车载短距离无线中继装置间传输信令或数据，接收来自接入网的符合接入网协议的下行通信信号，将接收的下行通信信号转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，通过汽车总线将接收的下行通信信号发送给车载短距离无线中继装置，同时通过汽车总线接收来自车载短距离无线中继装置的符合汽车总线协议的上行通信信号，将接收的上行通信信号转换为符合接入网协议的上行通信信号，并发送给接入网；

一个汽车总线，用于汇接多个车载设备，将其中一个设备的信令或者数据接续到总线上的其它设备上，接收符合汽车总线协议的信号并转发给相应的设备；

一个或多个车载短距离无线中继装置，用于输入移动终端的匹配信息，建立车载短距离无线中继装置与移动终端的匹配关系，通过汽车总线接收来自接入网的被转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，将接收的下行通信信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并发送给相匹配的移动终端，同时接收来自相匹配的移动终端的符合短距离无线通信协议的上行通信信号，将接收的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的上行通信信号，并通过汽车总线发送给接入网；

一个或多个移动终端，用于接收来自车载短距离无线中继装置的符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并向车载短距离无线中继装置发送符合短距离无线通信协议的上行通信信号；

车载短距离无线中继装置与车载无线收发装置均通过有线方式与汽车总线连接，移动终端通过车载短距离无线中继装置、汽车总线及无线收发装置与接入网连接，接入网与通信核心网连接。其中，车载短距离无线中继装置与车载无线收发装置通过汽车总线进行通信，移动终端与车载短距离无线中继装置通过短距离无线方式进行通信，车载无线收发装置与接入网通过无线方式进行通信。

上述系统中，所述的接入网包括且不限于移动通信网。其中，所述的移动通信网与车载无线收发装置通过无线方式进行通信。

上述系统中，所述的车载无线收发装置包括：

至少一根多频段宽带天线，包括且不限于移动通信天线、移动电视天线、GPS天线、收音机天线。它的输入信号是空中到达的信号，包括且不限于通信信号、多媒体电视广播信号、GPS信号、收音机信号。它的输出是下述分路器输入的通信发射信号；

至少一个分路器，它包含至少两个的预选滤波器，包括且不限于蜂窝频段预选滤波器，广播频段预选滤波器，导航频段预选滤波器，收音机频段预选滤波器；它们的输入端与上述多频段宽带天线相连；在分路器中的一个滤波器为蜂窝频段预选滤波器时，该滤波器还与通信的接收支路滤波器和发射支路滤波器相连；在分路器中的一个滤波器为广播频段预选滤波器时，广播频段预选滤波器还与广播接收单元滤波器相连；分路器中包含的各个滤波器是中心频率各不相同的带通滤波器；

通信处理模块，分别与分路器、无线模块控制器、汽车总线接口模块相连，用于接收并解调分路器发送的符合接入网协议的下行通信信号，转换为符合汽车总线协议的信号，并通过汽车总线接口模块发送给车载短距离无线中继装置，同时接收车载短距离无线中继装置通过汽车总线接口模块发送过来的信号，转换为符合接入网协议的上行通信信号，经调制后通过分路器和天线发送给接入网，接收无线模块控制器的工作指令，并向无线模块控制器发送工作状态信息；通信处理模块可以处理的通信信号包括且不限于移动通信信号、数字电视信号、GPS信号、广播信号；

无线模块控制器，分别与通信处理模块和汽车总线接口模块相连，用于分别接收分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块的工作状态信息，并分别向分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块发送工作指令，分别让后者执行相应的选频、调制/解调、协议转换处理；

汽车总线接口模块，分别与无线模块控制器和通信处理模块相连，用于接收接入网发送的、转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，并向接入网发送来自于车载短距离无线中继装置的、待转换为符合接入网协议的上行通信信号，接收无线模块控制器的工作指令，并向无线模块控制器发送工作状态信息。

上述系统中，所述的车载短距离无线中继装置包括：

中继控制器，分别与汽车总线接口模块和短距离通信接口模块相连，用于将短距离通信接口模块输出的、来自相匹配的移动终端的符合短距离无线通信协议的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的信号，并通过汽车总线接口模块发送至汽车总线，同时将汽车总线接口模块输出的、来自汽车总线的符合汽车总线协议的信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并通过短距离通信接口模块发送给相匹配的移动终端，分别接收汽车总线接口模块和短距离通信接口模块的工作状态信息，并分别向汽车总线接口模块和短距离通信接口模块发送工作指令；

汽车总线接口模块，与中继控制器相连，用于接收中继控制器输出的符合汽车总线协议的上行通信信号，并通过汽车总线发往车载无线收发装置，同时接收汽车总线输出的符合汽车总线协议的下行通信信号，并通过中继控制器发往相应的移动终端，接收中继控制器的工作指令，并向中继控制器发送工作状态信息；

短距离通信接口模块，与中继控制器相连，用于接收移动终端发送的符合短距离无线通信协议的上行通信信号，并转发给中继控制器，接收中继控制器发送的符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并转发给相应的移动终端，接收中继控制器的工作指令，并向中继控制器发送工作状态信息。

本发明提出的增强移动终端信号的车载式移动通信方法中的车载移动通信系统，结构框图如图1所示，包括：

一个通信核心网，用于汇接多个接入网，将其中一个接入网的呼叫请求或者数据请求接续到不同的接入网上，接收接入网的上行通信信号并产生下行通信信号发送到接入网；一个或多个接入网，用于接收来自车载短距离无线中继装置的符合接入网协议的上行通信信号，并将该信号发送给通信核心网，同时接收来自通信核心网的符合接入网协议的下行通信信号，并将该信号发送给车载短距离无线中继装置；一个或多个车载无线收发装置，用于在接入网和车载短距离无线中继装置间传输信令或数据，接收来自接入网的符合接入网协议的下行通信信号，将接收的下行通信信号转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，通过汽车总线将接收的下行通信信号发送给车载短距离无线中继装置，同时通过汽车总线接收来自车载短距离无线中继装置的符合汽车总线协议的上行通信信号，将接收的上行通信信号转换为符合接入网协议的上行通信信号，并发送给接入网；一个汽车总线，用于汇接多个车载设备，将其中一个设备的信令或者数据接续到总线上的其它设备上，接收符合汽车总线协议的信号并转发给相应的设备；一个或多个车载短距离无线中继装置，用于输入移动终端的匹配信息，建立车载短距离无线中继装置与移动终端的匹配关系，通过汽车总线接收来自接入网的被转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，将接收的下行通信信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并发送给相匹配的移动终端，同时接收来自相匹配的移动终端的符合短距离无线通信协议的上行通信信号，将接收的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的上行通信信号，并通过汽车总线发送给接入网；一个或多个移动终端，用于接收来自车载短距离无线中继装置的符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并向车载短距离无线中继装置发送符合短距离无线通信协议的上行通信信号；车载短距离无线中继装置与车载无线收发装置均通过有线方式与汽车总线连接，移动终端通过车载短距离无线中继装置、汽车总线及无线收发装置与接入网连接，接入网与通信核心网连接。其中，车载短距离无线中继装置与车载无线收发装置通过汽车总线进行通信，移动终端与车载短距离无线中继装置通过短距离无线方式进行通信，车载无线收发装置与接入网通过无线方式进行通信。

上述系统中，所述的接入网包括且不限于移动通信网。其中，接入网为移动通信网的情况如图2所示，移动通信网与车载无线收发装置通过无线方式进行通信。

上述系统中，车载无线收发装置的结构框图如图3a所示，包括：多频段宽带天线，包括且不限于移动通信天线、移动电视天线、GPS天线、收音机天线，它的输入信号是空中到达的信号，包括且不限于通信信号、多媒体电视广播信号、GPS信号、收音机信号，它的输出是下述分路器输入的通信发射信号；分路器，它包含至少两个的预选滤波器，包括且不限于蜂窝频段预选滤波器、广播频段预选滤波器、导航频段预选滤波器、收音机频段预选滤波器，它们的输入端与上述多频段宽带天线相连，分路器中包含的各个滤波器是中心频率各不相同的带通滤波器；通信处理模块，分别与分路器、无线模块控制器、汽车总线接口模块相连，用于接收并解调分路器发送的符合接入网协议的下行通信信号，转换为符合汽车总线协议的信号，并通过汽车总线接口模块发送给车载短距离无线中继装置，同时接收车载短距离无线中继装置通过汽车总线接口模块发送过来的信号，转换为符合接入网协议的上行通信信号，经调制后通过分路器和天线发送给接入网，接收无线模块控制器的工作指令，并向无线模块控制器发送工作状态信息；无线模块控制器，分别与通信处理模块和汽车总线接口模块相连，用于分别接收分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块的工作状态信息，并分别向分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块发送工作指令，分别让后者执行相应的选频、调制/解调、协议转换处理，控制器实质是一个状态机，可以由FPGA(如Altera公司的EP1C6)实现；汽车总线接口模块，分别与无线模块控制器和通信处理模块相连，用于接收接入网发送的、转换为符合汽车总线协议的下行通信信号，并向接入网发送来自于车载短距离无线中继装置的、待转换为符合接入网协议的上行通信信号，接收无线模块控制器的工作指令，并向无线模块控制器发送工作状态信息。

上述系统中，车载短距离无线中继装置的结构框图如图3b所示，包括：中继控制器，分别与汽车总线接口模块和短距离通信接口模块相连，用于将短距离通信接口模块输出的、来自相匹配的移动终端的符合短距离无线通信协议的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的信号，并通过汽车总线接口模块发送至汽车总线，同时将汽车总线接口模块输出的、来自汽车总线的符合汽车总线协议的信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并通过短距离通信接口模块发送给相匹配的移动终端，分别接收汽车总线接口模块和短距离通信接口模块的工作状态信息，并分别向汽车总线接口模块和短距离通信接口模块发送工作指令；汽车总线接口模块，与中继控制器相连，用于接收中继控制器输出的符合汽车总线协议的上行通信信号，并通过汽车总线发往车载无线收发装置，同时接收汽车总线输出的符合汽车总线协议的下行通信信号，并通过中继控制器发往相应的移动终端，接收中继控制器的工作指令，并向中继控制器发送工作状态信息；短距离通信接口模块，与中继控制器相连，用于接收移动终端发送的符合短距离无线通信协议的上行通信信号，并转发给中继控制器，接收中继控制器发送的符合短距离无线通信协议的下行通信信号，并转发给相应的移动终端，接收中继控制器的工作指令，并向中继控制器发送工作状态信息。

本发明系统中，在车内布设车载短距离无线中继装置，车内的移动终端利用稳定可靠的车内短距离无线信道(如车载无线、蓝牙、Wi-Fi和UWB等)连接到车载短距离无线中继装置，车载短距离无线中继装置通过汽车总线连接到车载无线收发装置，车载无线收发装置再通过接入网连接移动核心网。在一个实施例中，接入网可以采用无线射频信号与车载无线收发装置连接的移动通信网。当接入网为移动通信网时，车载无线收发装置需要放置于车身上接收外界无线射频信号较好的位置(如车顶上)以确保与移动通信网的基站稳定连接。在本发明所述系统中，一方面，由于移动通信网无需通过提高基站发射功率来确保穿透至车内的信号的强度且车内移动终端通过低能耗的车内无线信道收发信息，从而有效的降低了基站和移动终端的发射功耗；另一方面，由于车内移动终端利用稳定的车内无线信道与同处车内的车载短距离无线中继装置连接，因此车内通信信号的接收质量得到了提高；此外，车载无线收发装置和车载短距离无线中继装置的引入对现有无线通信链路而言仅在终端与接入网之间加入节点，对移动核心网不产生任何影响，而移动终端在具有相关车载无线模块接口的移动通信手机的基础上只需要进行软件的升级即可使用，保证了本发明与现有系统的兼容性，成本投入低且易于实现。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式说明如下：

本发明的一个实施例中，接口模块为无线射频通信接口；当接入网为蜂窝移动通信网时，车载无线收发装置通过无线射频通信信号与蜂窝移动通信网基站相连。

本发明系统在原有的车内通信中“通信核心网—接入网—移动终端”的链路基础上，增加了车载无线收发装置到车载短距离无线中继装置这一级中继结点。在一个实施例中，新系统的通信链路基于移动通信网，为“通信核心网—移动通信网—车载无线收发装置—汽车总线—车载短距离无线中继装置—移动终端”，在此链路工作情景下，车载无线收发装置需要被放置于车身上接收外界移动信号较好的位置，通过无线射频接口的射频无线电信号与蜂窝基站展开通信。

本发明系统的一个实施例中，移动终端的入网流程参见附图4，所述移动终端的入网流程包括以下步骤：

1、移动终端开启，终端的搜索单元通过无线模块发送针对车载短距离无线中继装置的搜索信号，无线模块探测是否可以检测到唯一匹配的车载短距离无线中继装置；

2、若无线模块探测到车载短距离无线中继装置信号，选择单元将短距离通信模块与车载短距离无线中继装置建立通信连接，并向车载短距离无线中继装置发送短距离无线通信信号；若无线模块没有探测到车载短距离无线中继装置信号，选择单元将射频通信模块与蜂窝基站建立通信连接，并向蜂窝基站发送射频通信信号；

3、搜索单元需要周期检测无线模块是否检测到车载短距离无线中继装置信号，以实现移动终端短距离无线通信与蜂窝基站的射频通信之间的无缝切换；

本发明实施例中接口为无线射频通信接口时，车载无线收发装置工作流程参见附图5a，所述车载无线收发装置的工作流程包括以下步骤：

1、车载无线收发装置随车载短距离无线中继装置的开启而进入工作状态，车载无线模块控制器接收车载短距离无线中继装置通过汽车总线发送的信号；

2、若车载短距离无线中继装置探测到移动终端，则车载无线收发装置根据移动终端的请求，控制车载通信处理模块和分路器连接移动通信网的基站，建立移动终端到移动通信网的通信；若车载短距离无线中继装置没有探测到移动终端，则车载无线收发装置进入不工作的待机状态；

本发明实施例中接口为无线射频通信接口时，车载短距离无线中继装置工作流程参见附图5b，所述车载短距离无线中继装置的工作流程包括以下步骤：

1、车载短距离无线中继装置开启，中继控制器检测是否被移动终端探测到；

2、若车载短距离无线中继装置被移动终端探测到，则车载短距离无线中继装置的短距离通信接口模块建立与移动终端短距离通信模块的连接；若没有被探测到则车载短距离无线中继装置进入不工作的待机状态；

3、车载短距离无线中继装置与移动终端连接后，若用户选择移动通信网，则通过汽车总线接口模块连接车载无线收发装置，再通过无线收发装置连接移动通信网的基站，建立移动终端到移动通信网的通信。

以下以移动通信业务中常见的通话业务为例，详细介绍本发明提出的无线通信中增强移动终端车内信号的系统的特点和实现方式，其中接入网为蜂窝移动通信网，车载无线收发装置的多频段宽带天线采取移动通信天线设置，分路器采取蜂窝频段预选滤波器设置，通信处理模块采取蜂窝移动通信设置。

本发明主要用于解决车内通信问题，在车载短距离无线中继装置的短距离无线信号能被移动终端检测的情况下，根据通话业务分为移动终端主叫和被叫2种情况。以下分别阐述这2种情况的实现方式。

当车载无线收发装置与蜂窝移动通信网以无线射频信号相连接时，所述移动终端主叫业务的流程为(参见附图6)：

1、移动终端预备主叫业务，确认是否与车载短距离无线中继装置相连；

2、如果移动终端没有与车载短距离无线中继装置相连接，则移动终端尝试连接移动通信网的基站，并发送呼叫请求及用户MIN、被叫号码给基站，转向步骤4；

3、如果移动终端与车载短距离无线中继装置相连接：

(1)移动终端发送呼叫请求及用户MIN、被叫号码给车载短距离无线中继装置；

(2)车载短距离无线中继装置接收呼叫请求及用户MIN、被叫号码，并通过汽车总线发送给车载无线收发装置；

(3)车载无线收发装置接收呼叫请求及用户MIN、被叫号码，并发送给基站；

4、基站接收呼叫请求及MIN、ESN对和移动台分类标识，并连接MSC；

5、MSC接收呼叫请求，验证移动终端MIN、ESN对有效；

6、MSC连接PSTN，开始被叫流程。

当车载无线收发装置与蜂窝移动通信网以无线射频信号相连接时，所述移动终端被叫业务的流程为(参见附图7)：

1、MSC接收来自PSTN的呼叫，给所有移动通信网基站发送MIN请求；

2、基站发送对特定用户的寻呼(MIN)；

3、如果移动终端没有与车载短距离无线中继装置相连：

(1)移动终端接收MIN并判断是否与本地MIN匹配；

(2)移动终端发送ESN和移动台分类标识给基站；

4、如果移动终端与车载短距离无线中继装置相连：

(1)车载无线收发装置接收MIN并通过汽车总线发送给车载短距离无线中继装置；

(2)车载短距离无线中继装置接收MIN并通过短距离无线发送给移动终端；

(3)移动终端接收MIN并判断是否与本地MIN匹配；

(4)移动终端发送ESN和移动台分类标识给车载短距离无线中继装置；

(5)车载短距离无线中继装置接收ESN和移动台分类标识并通过汽车总线发送给车载无线收发装置；

(6)车载无线收发装置接收ESN和移动台分类标识并发送给基站；

5、基站接收MIN、ESN对和移动台分类标识，送往MSC；

6、MSC验证移动终端的MIN、ESN；

7、如果移动终端没有与车载短距离无线中继装置相连，移动终端进入特定语音信道，准备开始通话业务；

8、如果移动终端与车载短距离无线中继装置相连，车载无线收发装置进入特定语音信道，并通过短距离无线与移动终端保持实时通信。

Claims (1)

1.一种增强移动终端信号的车载式移动通信方法，其特征在于，是在一种增强移动终端信号的车载移动通信系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，构建一个增强移动终端信号的车载移动通信系统，包括：一个通信核心网、至少一个移动通信网或者接入网、至少一个安于用户车身上的车载无线收发装置、一个用户汽车总线、至少一个车载短距离无线中继装置以及至少一个移动终端，其中：

通信核心网，汇接多个所述接入网，进行双向通信，同时，转发各所述接入网间的呼叫请求或数据请求；

接入网，按接入网协议，实现所述通信核心网—接入网—车载无线收发装置三者之间的双向通信；

车载无线收发装置，对接入网执行接入网协议，对汽车总线执行汽车总线协议，实现接入网—车载无线收发装置—汽车总线三者之间的双向通信，所述车载无线收发装置包括：至少一根多频段宽带天线、至少一个分路器、一个通信处理模块、一个无线模块控制器、及汽车总线接口模块，其中：

多频段宽带天线，至少包括移动通信天线、移动电视天线、GPS天线以及收音机天线中的任何一种；

分路器，至少包括蜂窝频段预选滤波器、广播频段预选滤波器、导航频段预选滤波器、收音机频段预选滤波器中的两个不同类型的预选滤波器，对于蜂窝频段预选滤波器，要与通信的接收支路滤波器和发射支路滤波器相连，对于广播频段预选滤波器，要与广播接收单元的滤波器相连，所述分路器对输入的天线信号按类别滤波；

通信处理模块，分别与所述分路器、无线模块控制器、汽车总线接口模块互连，接收并解调所述分路器输出的符合接入网协议的信号，并转换为符合汽车总线协议的下行信号输往汽车总线接口模块，同时又接收所述汽车总线接口模块输出的符合汽车总线协议的信号，转换为符合接入网协议的信号并调制后输往所述分路器；

无线模块控制器，接收所述分路器、通信处理模块、汽车总线接口模块发来的工作状态信息，然后向所述分路器发出选频指令，向所述通信处理模块发出调制/解调指令及协议转换指令，向汽车总线接口模块发出协议转换指令；

车载短距离无线中继装置，对汽车总线执行汽车总线协议，对移动终端执行短距离无线通信协议，实现汽车总线—车载短距离无线中继装置—移动终端三者之间的双向通信，所述车载短距离无线中继装置包括：中继控制器、汽车总线接口模块和短距离通信接口模块，其中：

中继控制器，分别与所述汽车总线接口模块和短距离通信接口模块相连，把所述短距离通信接口模块输入的符合短距离无线通信协议的上行通信信号转换为符合汽车总线协议的上行通信信号输往所述汽车总线接口模块，又把所述汽车总线接口模块输出的符合汽车总线协议的下行通信信号转换为符合短距离无线通信协议的下行通信信号输往所述短距离通信接口模块，所述中继控制器实现汽车总线接口模块—中继控制器—短距离通信接口模块三者之间的双向通信；

汽车总线接口模块，分别与所述汽车总线、中继控制器之间按汽车总线协议双向通信；

短距离通信接口模块，分别与所述移动终端、中继控制器之间按短距离无线通信协议双向通信；

步骤(2)，所述车载移动通信系统选择移动通信网时，依次按以下步骤实现车内置移动终端的对外呼叫流程：

步骤(2.1)，车内移动终端按以下步骤接入移动通信网：

步骤(2.1.1)，车内移动终端通过所述无线模块发出搜索信号；

步骤(2.1.2)，车内移动终端的无线模块判断是否收到来自所述中继控制器发出的应答信号：

若无应答信号，则建立车内移动终端的射频通信模块与基站的双向通信；

若有应答信号，则建立车内移动终端的短距离通信模块与所述中继控制器之间的双向通信，所述中继控制器便通过所述汽车总线接口模块启动所述无线模块控制器，开通车载无线收发装置，建立车内移动终端—车载短距离无线中继装置—汽车总线—车载无线收发装置—移动通信网之间的通信连接，实现呼叫流程；

步骤(2.2)，车内移动终端的所述无线模块周期检测是否收到所述车载短距离无线中继装置的应答信号，实现所述移动终端短距离无线通信模块与蜂窝基站的无缝切换；

步骤(3)，当车载无线收发装置与移动通信网以无线射频信号相连接时，所述车内移动终端的主叫流程为：

步骤(3.1)，车内移动终端判断与车载短距离无线中继装置的呼叫是否成功：

若成功，便建立连接，转步骤(3.2)；

若失败，则转步骤(3.3)；

步骤(3.2)，车内移动终端发送呼叫请求及用户的移动标识码MIN、被叫号码、移动台分类标识给所述车载短距离无线中继装置，车载短距离无线中继装置在收到后，把所述呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码及移动台分类标识通过所述车载无线收发装置发送给基站；

步骤(3.3)，车内移动终端尝试与基站连接，成功后，把呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码和移动台分类标识发给基站，基站收到后，连接移动交换中心MSC，发送所述呼叫请求、用户的移动标识码MIN、被叫号码及移动台分类标识，移动交换中心MSC收到后，验证车内移动终端用户的移动标识码MIN、电子序列号ESN同时有效，便连接公用电话交换网PSTN，开始呼叫流程；

步骤(4)，当车载无线收发装置与移动通信网以无线射频信号相连接时，所述车内移动终端的被叫流程为：

步骤(4.1)，移动交换中心MSC接收来自公用电话交换网PSTN的呼叫，并给所有基站发送用户的移动标识码MIN请求；

步骤(4.2)，基站发送对特定用户的寻呼；

步骤(4.3)，根据车内移动终端是否与所述车载短距离无线中继装置相连接：

若未连接，车内移动终端接收基站发送的用户移动标识码MIN，在判断所述移动标识码MIN与本地移动标识码MIN匹配后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识发给基站；

若已连接，车载无线收发装置接收基站发送的用户移动标识码MIN，并通过汽车总线—车载短距离无线中继装置把所述用户移动标识码MIN发给车内移动终端，车内移动终端接收移动标识码MIN并判断其与本地移动标识码MIN匹配后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识通过车载短距离无线中继装置—汽车总线—车载无线收发装置发送给基站；

步骤(4.4)，基站接收后，把用户移动标识码MIN、电子序列号ESN和移动台分类标识送往移动交换中心MSC；

步骤(4.5)，移动交换中心MSC验证无误后，向所述基站提供特定语音通道；

步骤(4.6)，在移动终端未与车载短距离无线中继装置相连时，基站使车内移动终端直接进入特定语音通道，若已连接，则基站为车载无线收发装置提供特定语音通道，进入双向通信，直至结束。