CN1110909C - 无绳数据/传真调制解调器 - Google Patents

Abstract

一种无绳调制解调器包括与标准数据/传真调制解调器端接的无线电发射接收机对，它允许个人电脑用户无线地与电话线连接。该无线电发射接收机对的一端是与PC中调制解调器端接的遥控单元，而另一端是与标准电话墙上插座连接的基站单元。这种结构允许用户在电话插座几百英尺范围内方便自由地使用PC，膝上型个人数字设备等，而没有布线的麻烦，通过在FM调制信号上叠加伪随机号(PN)编码可提供防偷听的安全性和减轻信号失落。

Description

无绳数据/传真调制解调器

本发明涉及到无绳调制解调器，更具体地涉及到高速无绳数据/传真调制解调器，它将便携式计算机的调制解调器无绳地与附近的电话插座连接。

许多个人电脑(PC)装备有调制解调器，它允许通过标准电话线与其它计算机通信。调制解调器将来自计算机的高速数字串行数据流转换并压缩成复合的模拟调制信号，它可由标准的电话线传送。当前的调制解调器技术可在电话网上以28.8kpb传送数据流。现代调制解调器和调制解调器软件可使调制解调器完成附加的功能比如发射和接收传真数据。具有传真能力的调制解调器通常被简称为数据传真调制解调器。

标准的PC通常有固定的位置，比如放在桌上，不经常移动。内接或外接到PC的调制解调器通过电话线实际连接到标准调制的电话墙上插座。由于用户的计算机实际连接到墙上，该用户必须在电话端口或电话墙上插座的附近来操作计算机。对于大多数台式PC，线连接可很好地工作没有什么缺点，除了可能要安装电话墙上插座以避免房间中布上长长的电线。

可是对于便携式电脑比如膝上，掌上，和笔记本电脑不需要电话线，这些电脑可随时随地使用。许多公共设施，比如饭店，会议中心提供有电话数据插座，其顾客可将他们的便携式计算机的调制解调器插入其中以进入到电话网。可是这些插座经常是在不方便的位置，这需要长长的电线跨过通道或走廊。这就存在有危险的情况，因为过路者可能碰着电线并损坏它，而且还会就此损坏计算机或调制解调器。即使在个人房间或办公室，也不希望电线干扰房间中的散步。

为了克服该问题，进一步满足便携式计算机增长的要求，技术上显著的发展是提供电话系统的无绳进入。当今蜂窝式调制解调器提供了到蜂窝网的无绳连接。例如，美国专利4972457和5353334(授给Sullivan)，5020090(授给Morris)和5408520(授给Clerk)等，以及授给Harrison的欧洲专利申请0622924都涉及蜂窝式调制解调器。通常这种调制解调器本身不是蜂窝式的，但被简单地用于插入到用户的蜂窝式电话中，该电话实际与蜂窝式基站通信。

由于它们可在宽的地域内与电话网连接，蜂窝式调制解调器为便携式计算机提供大的自由度。用户通常可在蜂窝基站几公里范围内连接到标准地面电话网上。

不幸的是蜂窝式调制解调器有几个缺点。至少用户必须是蜂窝式服务的订户并对该连接付费。这是很贵的。蜂窝式调制解调器的硬件结构要符合具体蜂窝式网络的需要，比如AMPS(先进的便携式电话系统)蜂窝式网络，因此又变得昂贵。蜂窝式调制解调器只对那些远离标准电话线的移动用户是最方便的和成本合算的。

因此很明显，需要更方便更便易地与标准电话线无绳连接的措施。

因此，本发明的目的是提供一种无绳数据/传真调制解调器，以将计算机无绳地与附近的电话墙上插座连接。

本发明的另一个目的是提供与标准电话墙上插座连接的基站单元和与调制解调器连接的遥控单元，以在射频(RF)上与基站单元通信。

本发明的再一个目的是提供具有警报的调制解调器，以当RF信号强度低于阈值时通知用户。

本发明的再另一个目的是通过在FM调制的信号上叠加伪随机码(PN)来提供防偷听的安全性以及限制信号的失落。

本发明的无绳调制解调器包括无线电发射接收机对，它与标准数据/传真调制解调器端接又与电话墙上插座端接，它允许个人电脑用户无绳地与家庭电话线连接。无线电发射接收机对的一侧是与PC机中的调制解调器端接的遥控单元，而另一侧是插入标准电话墙上插座的基站单元。这种结构允许用户在电话插座几百英尺内方便自由地使用PC，膝上型、笔记本型个人数字设备等，而没有布线的麻烦。在通常的家庭情况，不必在电话插座附近，用户通过无绳链路就可在其厨房，卧室，起居室甚至在户外启动在线服务，工作或其它服务。为确保可靠的通信，当无线电发射接收机对之间的信号强度低于阈值时，遥控单元上的警报比如光或声音信号就通知用户。另外基站单元可装备两个或更多的空间分离的天线，以减轻信号的失落。

无绳数据/传真调制解调器的灵活性对于在房间之间方便移动的小型，便携式计算机有更多优点。对于安装附加电话接口是不实际的或成本高的地方也可看到其优点。

无绳调制解调器也为用户提供使用有线或无绳调制解调器的″双模式作用″。另外，用户只付与居民电话相关的常规费用。本发明的无绳调制解调器利用新分配的无许可的频段，比如902-928MHZ，2.4-2.483GHZ等，但并不限制于此。

通过下面结合附图对本发明的最佳实施例进行描述，本发明的上述和其它目的和优点将更清楚。

图1是用于将典型有线调制解调器连接到电话墙上插座的电话线连接装置的方框图；

图2是允许计算机进入到蜂窝式电信网蜂窝式调制解调器结构的方框图；

图3是按照本发明的无绳调制解调器的方框图；

图4是按照本发明遥控单元的方框电路图；

图5是按照本发明基站单元的方框电路图；

图6是按照本发明的无绳调制解调器的方框图，它使用了伪随机号(PN)编码来产生保安频道；

图7是按照本发明的无绳调制解调器的方框图，它使用了附加的数据存取装置(DAA)以允许2线至4线的连接；和

图8是用于将本发明的无绳调制解调器遥控单元与平板老式电话系统(POTS)调制解调器的针和环端子连接的电路。

参见附图，特别是图1，它显示了用电话线与电话墙上插座连接的调制解调器。计算机安装有数据/传真调制解调器12。实际线14将调制解调器12与标准电话墙上插座16连接，墙上插座16然后连接到电话网。从该图可知，由于计算机10与墙上插座16之间有实际连接，可移动性受到很大限制。

图2显示了用于将计算机10连接到蜂窝通信网20的蜂窝调制解调器18。用户必须在″蜂窝″内，其半径通常是围绕基站22几公里，基站提供与蜂窝通信网的连接，该蜂窝通信网又与调制解调器群连接，然后与标准的地面电话网连接。

如上所述，虽然蜂窝调制解调器提供很大的移动自由度，但它的波特率受到限制，而且其费用比标准地面电话费高得多。因此，在附近有标准地面电话插座的情况，最好还是与它连接而不与蜂窝通信网连接。

图3显示的按照本发明的无绳数据/传真调制解调器。该无绳数据/传真调制解调器包括遥控发射接收单元32，它与基站发射接收单元34无线电连接。遥控发射接收单元32与标准数据/传真调制解调器36连接，允许个人电脑30的用户通过标准调制的墙上插座40无绳地与电话线38连接。这就允许用户在电话插座40周围几百英尺范围内方便自由地使用PC30，而不受电线的限制。

参见图4，它显示了按照本发明的遥控单元的方框电路图。音频接口38与数据传真调制解调器36连接然后连接到PC30。当从计算机30传送数据时，音频接口输出基带模拟信号40到调制器42。该音频信号40被有效地限制在大约300HZ至3500HZ的频带内。发射接收机在调制器42中将模拟信号40放入到FM载波上。合成器模块60用于产生RF频率以便调制。调制器42的输出通过放大器44和滤波器46到达天线48。双工电路比如双工器50将放大滤波的信号直接加到天线48，以传送到基站接收单元34。双工器50使得本发明的无绳调制解调器具有完全的双工能力。即它可分别接收和发射信号，比如在由天线48接收的信号指向解调器58时，要发射的信号可指向天线48。因此本发明的无绳数据/传真调制解调器可同时接收和发射数据。

当从电话线接收数据到PC30时，调制的数据信号由天线从基站发射接收单元34接收。双工器50将信号加到滤波器54，放大器56和解调器58。解调器58将该信号转换成基带信号，它被输入到音频接口38；然后到数据传真调制解调器36。由于发射的信号是由调制解调器直接产生的复杂的调制解调器码，该无绳调制解调器提供了保密性，以防随机偷听者偷听。另外，还可用数据加密，保密性更强。

射频，或RF的传播由于其特性会产生信号强度很差的区域，通常称为″死区″。本发明为用户提供有由基站发射接收单元34和由遥控发射接收单元32接收的，可视的或声音的相关信号强度指示器(RSSI)值的反馈。例如，设置RSSI警报61，比如当信号强度低于某个预定值时，发光二极管(LED)指示器闪烁，用户就知道去移动其PC或调制解调器以改善信号的接收。微控制器52也可用于提供附加的状态指示器以提供连续时间信号强度指示。

为了确保在无绳调制解调器RF链路上可靠的误差自由操作，需要保持最小的信噪比(SNR)或噪声和失真中的信号(SINAD)。SNR需要调制解调器链路有更大的数据率。例如，工作在14.4kbps的调制解调器需要SNR＞24dB而工作在28.8kbps的调制解调器需要SNR＞35dB。通过在发射机中合适地选择FM偏移而在相应的接收机中能用相当的SNR来解调该偏移信号，由此来满足这些SNR需求。为了使本发明的无绳调制解调器能获得14.4kpbs数据率FM偏移甚少应为±5KHz最好是±10KHz或更大。对于28.8的数据率，FM偏差甚少为±20KHz最好是±40KHz。通过直接″牵引″晶振或用锁相环可容易使FM调制器达到±10KHz的偏离。″牵引″意思是调整加到晶振上的电压以偏移其振动频率到新的范围内。用于高数据率的大的偏离可由下列技术达到，比如使用直接数字合成器(DDS)，用晶体调制器和乘法器(例如4×乘法器)，压控振荡器(VCO)锁相环调制器，或带乘法器的偏离向上计数器。

回到图5，它显示了按照本发明的基站发射接收单元34的电路方框图。该基站发射接收单元34基本上是遥控发射接收单元32的镜象。当从遥控发射接收单元32接收信号时，天线70将信号加到双工电路，比如双工器72，它将该信号提供到滤波器74，放大器76，和解调器78，所有这些都是在微控制器80的控制下进行的。如果为了安全目的接收的信号被加密，则在送到用户之前先处理加密问题。合成器82用于产生用于解调的频率。

音频信号84被输入到DAA/音频接口86，然后输入到DAA(数据存取装置)模块。每个国家的电话系统都有众所周知的数据存取装置，或简称为DAA。DAA是在特定电话系统上通信时模块必须使用的标准或格式。该DAA模块88连接到标准的电话墙上插座90。

当发射的数据从电话线通过墙上插座90到达遥控发射接收单元32时，用DAA模块88来翻译该数据格式。DAA/音频接口86输出基带音频信号到调制器92。调制器92的输出通过放大器94和滤波器96而到达天线70。双工器72将放大并滤波的信号加到天线70以发射到遥控发射接收单元32。另外，在某种情况可能需要第二个天线70′。在微控制器84的控制下，在基站发射接收单元34使用两个空间分离的天线有助于信号失落的减轻。微控制器84可监示两个天线上的信号强度，并选择具有最强信号的天线。例如可用开关75来切换天线70和70′。

操作上，要建立无线电协议以确保基站发射接收单元34和遥控发射接收单元32互相识别。在这些单元之间发射控制信号，以建立所需的输出振钤或检测到输入振钤。这就需要由发射接收单元产生OFFHOOK，ONHOOK，RING，DIALTONE，TONE，等等信号。这些功能由微控制器52和87的组合来执行。

图4和5所示发射接收器允许全双工工作。即发射接收器可同时发射并接收数据。可是也用时分复用(TDD)结构，其中通信频道是半工的。即发射接收器要不发射要不就接收。通过用微控制器52和89分别控制的开关代替双工电路50和72可完成这种改型。因为调制解调器链路协议需要双向通信，在半工模式中发射接收器必须在发射与接收之间切换非常快，以不中断标准的调制解调器工作。例如100KHz的开关速度足以保证发射接收器的半工工作维持好的调制解调器连接。

本发明的数据/传真调制解调器的遥控发射接收单元32可按PCMCIA形式(个人电脑存贮卡国际协会)集成。这种存贮卡设计得可直接插到PC的扩展槽中。遥控发射接收单元32也可设计为分离的盒子它安装在膝上显示器的背面并通过电线与数据/传真调制解调器连接。遥控发射接收单元32也可设计为单一芯片或几块芯片，直接插在系统板上。

基站发射接收单元34包括在单一单元中，可由电池或AC适配器供电。遥控发射和基站接收频道中心位于907MHz附近(ISM频段)，而基站发射和遥控接收频道中心位于927MHz附近(也为ISM频段)。音频和控制信号调制在FM载波并在空中发射。使用频移键控码，控制信号在遥控和基站无线电单元32和34之间交换，解调器58和78也被设计来解码。发射信号电平在3米处保持低于50uV/m，以符合FCC部分15的低功率原则。接收机灵敏度在24dB SINAD时保持好于-90dBm，以维持好的信号保真度以及基站单元34与遥控发射接收单元32之间几百英尺的范围。

如上所述，并不建议向空中发射″简单″FM。其原因包括安全性和失落，但不完全在此。如果有人发射样子FM，不希望的偷听者就可能接收。另外无绳调制解调器的FM信号也可能受到瞬时的失落或低落，它是由环境变化引起的或由工作在相同RF频带内的其它无线电设备干扰引起的。因此，图6显示了按照本发明的无绳调制解调器的方框图，它使用了伪随机号(PN)编码，用于解决这两问题。

参见图6，使用PN-编码发生器102和混合器104，来自图4中FM调制器42的FM信号100被乘以PN-码。因此，在图5的解调器78之前，互补的PN-码发生器108和混合器110用于恢复该FM信号106。在该最佳实施例中，遥控单元和基站单元的解调器78都受到相同的第一PN-编码。类似地，基站单元的调制器92和遥控单元的解调器58都受到相同的第二PN-编码，它可与第—编码相同或不同。

使用了PN-编码，偷听者没有合适的PN-编码就不能解扰发射的信号。这就提供了高的安全性。另外该PN-编码将FM信号在宽RF频带上扩展。扩展量由该编码的切削度确定。例如，以2Mbps速率施加的PN-编码将在4MHz上扩展为80KHz的宽FM信号。扩展的好处是无绳调制解调器更加免受窄带的干扰(即工作在4MHZ宽带内的其它设备)并减少瞬时频率选择性失落。

再参见图3，许多便携式电脑用户已经在其电脑中安装了数据/传真调制解调器36。这些调制解调器36具有各种接口连接器，它们与2线的电话线匹配。在该线端子处的常规连接器是流行的RJ-11电话插头。参见图7，在本发明的另一个实施例中，无绳调制解调器34既可与数据/传真调制解调器36处特定的2线连接器端接也可与RJ-11插头端接。通过增加一个附加数据存取装置(DAA)就可达到它。如图7所示，第一个DAA模块120从第二个DAA模块122接受2线连接，模块122将来自调制解调器的2线信号接口转换成由无绳调制解调器遥控单元32使用的4线信号接口。类似地，第三DAA模块124用于将无绳调制解调器基站34的4线信号转换成与RJ-11连接插座兼容的2线信号。注意用该装置，不同的DAA模块可使用，以容纳不同类型的插座和连接器，比如X插座连接器或平板连接器。

无绳调制解调器的理想结构是将移动单元发射接收器与调制解调器数据输出源的4线接口端接。这儿发射和接收信号在分别的插针上可获得。另外，振钤检测和脱机的信号发射是来自系统微控制器单元的逻辑电平输入和输出。可是，该方法的缺点是调制解调器和无线电发射接收器之间的接口变成独占的，市场因此限制于那些希望购卖包括调制解调器，无线电发射接收机和基站的整个系统的顾客。

因此，参见图8，提供了DAA电路122，用于将本发明的无绳遥控单元32连接到两线针130和环132接口，对于所有平板老式电话系统(POTS)调制解调器，它是标准的。用该结构，本发明的无绳调制解调器可与所有现存的POTS调制解调器兼容。为此，需要附加2至4线混合器和电路以提供振钤检测和脱机发射信号。

为了检测脱机信号，当调制解调器36进入脱机状态时，针和环端子外的电阻130和132分别下降到大约600欧姆，它可被检测。该下降触发遥控单元32发射控制码到基站单元34，指示基站单元32脱机。在″通话″结束时，检测电阻的增加可用于指示联机状态。

振铃检测是比较困难的。电话公司中心办公室使用2秒响4秒停模式的85Vrm，17至68HZ信号，以告诉用户进来了电话。该信号典型地由调制解调器的DAA120中的振铃检测电路转换，以产生具有进来信号相同频率和模式的逻辑电平脉冲串。困难的是这些检测电路用于产生有效脉冲串所需的功率要0.4W，而针和环端子处的信号电压必须达到大约峰峰200V。另外，一旦建立了振铃，就必须提供偏置电流，使得调制解调器保持脱机，以防模拟信号的失真。

当进来的电话由基站单元34接收时，控制码通过无线电链路发射到遥控单元32。图8所示电路产生类似于由基站单元34接收的振铃信号。电源由5V或更高电压源134提供，大容量电容器136用于脉冲电源的情况。H-桥138用于″砍″5V电源，并由与门140控制，与门140的输入为调制解调器波形142和具有16HZ2秒开4秒关模式的门脉冲144。提升变压器146和二极管148和滤波电容器150用于产生200V峰峰信号来触发调制解调器的振钤检测电路。一旦调制解调器脱机，在A处的DPOT开关152用于将针和环端子130和132与振铃发生电路断开。而将它连接到DC环流和4至2线混合电路154。

虽然本发明描述了单个最佳实施例，但不脱离本发明的精神和范围，普通专业技术人员可作出各种变化和改型。

Claims (22)

1，一种无线电发射接收机对，用于将调制解调器无绳地连接到标准电话线，包括：

基站，可插入到与电话线连接的电话插座，

所说基站包括：

第一数据存取装置模块，用于将来自所说电话插座的信号转换为4线信号；和

第一无线电发射接收机，与所说第一数据存取装置模块连接，用于在电话线上发射和接收数据，和

遥控单元可与调制解调器接口连接，所说遥控单元包括：

第二数据存取装置模块，用于将4线信号转换成与所说调制解调器接口兼容的信号；和

第二无线电发射接收机，与所说第二数据存取装置模块连接，用于发射数据到所说基站单元中的所说第一无线电发射接收机，并从它那接收数据。

2，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说电话插座包括RJ-11连接器。

3，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说电话插座包括X插座连接器。

4，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说电话插座包括平板连接器。

5，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说调制解调器接口包括RJ-11连接器。

6，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说调制解调器接口包括X插座连接器。

7，按照权利要求1的无线电发射接收机对，其中所说调制解调器接口包括平板连接器。

8，按照权利要求1的用于无绳连接调制解调器到标准电话线的无线电发射接收机对，其中所说第二数据存取装置模块包括：

装置，用于检测所说调制解调器的针和环端子上电阻的下降，以检测脱机状态；和

装置，用于检测所说调制解调器的针和环端子上电阻的上升，以确定联机状态；

9，按照权利要求1的用于无绳连接调制解调器到标准电话线的无线电发射接收机对，其中所说第二数据存取装置模块包括振铃检测电路，它包括：

装置，用于接收来自所说基站单元的进入的电话编码信号；

贮能电容器，与电源连接，用于存贮脉冲电压；

与所说贮能电容器连接的桥；

装置，用于控制所说的桥，响应于所说进入的电话编码信号，将所说脉冲电压限幅成电话铃信号的电压模式指示器；和

变压装置，用于提升电话铃信号的所说电压模式指示器的峰峰幅度。

10，一种无绳调制解调器，用于将调制解调器无绳地连接到电话线，包括：

适合于插入到电话插座的基站单元和适合于与调制解调器连接的遥控单元；

在所说基站单元中的第一宽带无线电发射接收机；

在所说遥控单元中的第二宽带无线电发射接收机，用于与所说第一宽带无线接收机通信；

所说第一宽带无线电发射接收机用于将来自电话线的第一模拟信号调制到频率调制载波上并对从所说遥控单元中第二宽带无线电发射接收机接收的第二信号解调，并在电话线上发射所说的第二信号；

所说第二宽带无线电发射接收机用于将来自第说调制解调器的模拟信号调制到频率调制载波上并对从所说基站单元中的第一宽带无线电发射接收机接收的信号解调。

11，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一宽带无线电发射接收机和所说第二宽带无线电发射接收机对于14.4kbp数据速率具有至少±5的FM偏离。

12，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一宽带无线电发射接收机和所说第二宽带无线电发射接收机对于14.4kbp数据速率具有至少±10的FM偏离。

13，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一宽带无线电发射接收机和所说第二宽带无线电发射接收机对于28.8kbp数据速率具有至少±20的FM偏离。

14，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一宽带无线电发射接收机和所说第二宽带无线电发射接收机对于28.8kbp数据速率具有至少±40的FM偏离。

15，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一和所说第二宽带发射接收机包括直接数字合成调制器。

16，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一和所说第二宽带发射接收机包括晶体调制器和乘法器。

17，按照权利要求16的无绳调制解调器，其中所说乘法器包括4X乘法器。

18，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说所说第一和所说第二宽带发射接收机包括锁相环调制器。

19，按照权利要求10的无绳调制解调器，其中所说第一和所说第二宽带发射接收机包括偏离向上变换器和乘法器。

20，按照权利要求10的无绳调制解调器，还包括

伪随机号编码发生器装置，它与所说第一宽带发射接收机和所说第二宽带发射接收机连接，以进一步调制来自电话线的第一模拟信号和来自所说调制解调器的所说模拟信号。

21，一种在调制解调器和电话线之间的无绳数据通信方法，包括步骤：

将包括第一发射接收机的基站与连接到电话线的电话线插座连接；

将包括第二发射接收机的遥控单元与调制解调器连接；

在所说第一发射接收机和所说第二发射接收机之间发送控制信号以建立所说基站单元和所说遥控单元之间的识别；

将来自所说电话线的调制解调器数据信号调制到第一频率调制载波上，并将来自所说调制解调器的调制解调器数据信号调制到第二频率调制载波上；

用第—伪随机编码号来调制所说第一频率调制载波；

用第二伪随机编码号来调制所说第二频率调制载波；

在所说第一发射接收机和所说第二发射接收机之间发射和接收所说第一和所说第二频率调制载波；和

解调所洗第一和所说第二频率调制载波。

22，按照权利要求21的在调制解调器和电话线之间的无绳数据通信方法，其中所说的第一伪随机编码号和所说第二伪随机编码号是相同的。

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