CN1323473A - 蜂窝因特网协议调制解调网络 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一种装置(100)是一个蜂窝IP调制解调器(150),它包括一个基带－中频单元(153)和一个射频单元(154)。基带－中频单元(153)配置为含有一个基于蜂窝英特网协议的路由引擎。一个依本发明的方法包括以下步骤:发送包含路由信息的数据分组,该路由信息表示一个不是基站的中间接收者;由中间接收者接收分组;以及按路由信息从中间接收者发送分组到基站。另外,描绘了一种支持蜂窝IP网络和其成员的创建的网络结构。

Description

蜂窝因特网协议调制解调网络

发明背景

发明的技术领域

本发明涉及蜂窝无线数据通信，特别是，涉及使用称之为蜂窝IP的专门的协议的蜂窝通信，以及它的网络结构。

相关技术描述

图1给出了一个现有的蜂窝数据网络50。英特网服务提供商(ISP)55或一般服务提供商提供了各用户站50、57和58英特网业务之间的连接。基站55创建小区49和蜂窝服务，即，用户站50、57和58在小区49内并由基站55提供服务。基站55通过无线链路连接用户站50、58和ISP 55。

然而，用户站66或许在基站55的范围之外，或许在范围内但却由于建筑物的遮挡，正如站57被建筑物56遮挡一样而没有直线视距，因此，用户站57和66不能连接到ISP 55。

传统的解决方法是建立另一个基站，或中继对用户站57和66的服务。然而，这种方法需要成本和设备的巨大开支，有必要寻求一种给用户站57和66提供服务的更经济的方法。

发明概要

本发明针对这些及先有技术的其它问题，提出一种蜂窝英特网协议(CIP)系统。

根据一种实施方案，依本发明的装置是一种蜂窝IP调制解调器，包括一个基带-中频单元和一个射频单元。基带-中频单元配置为具有基于蜂窝英特网协议的路由引擎。

根据另一种实施方案，依本发明的方法包括步骤：发送包含路由信息的数据分组(该路由信息表示的是中间接收者，而不是基站)；由中间接收者接收分组；以及按路由信息从中间接收者发送分组到基站。

根据另一种实施方案，描绘了一种网络结构，它支持蜂窝IP网络和其成员的创建。

附图简述

图1是现有蜂窝网络的框图。

图2是依本发明的蜂窝IP分组的框图。

图MM-1是新的蜂窝IP网络及其成员的框图。

图MM-2是依本发明的由于遮挡而没有直线视距的用户站的框图。

图MM-3是表示终端用户的安排的框图。

图MM-4是表示基站及其成员的安排的框图。

图MM-5描述了相对于时间，频率是如何规划的。

图3是用于产生码谱的频率表实施方案。

图4是依本发明的比特流调制实施方案。

图5是依本发明的RF部分实施方案。

图6是依本发明的解调实施方案。

优选实施方案详述

图2给出了一个蜂窝IP分组的帧格式。分组是可变长度分组，有最大长度512个字节。分组包括一个7字节的前同步码、一个1字节的初始帧分界符(SFD)、一个9字节目标地址(DA)、一个9字节源地址(SA)、一个110字节路由信息块(RIB)、一个6字节类型域、一个6字节状态域、一个360字节数据域和一个4字节循环冗余校验(CRC)域。

前同步码包括交替的1和0以确定冲突，以及建立同步。

SFD包含数值<A5>h，表示一帧的开始。

DA包含表示诸如接收用户站的国家内的位置的地区的1个字节，8个比特给出256(2⁸)个地区。2个字节用于表示地区内小区标识符。16个比特给出65,536(2¹⁶)个小区；6个字节表示小区内接收用户站的蜂窝IP地址。

SA和DA有类似的域，只要用发送用户站代替接收用户站即可。

RIB表示分组从终端用户站到基站所应采用的路径。由于最多含110个字节，RIB能在选定路由时详细列出多达10个从发送用户站到基站的链路。

帧类型域表示分组是控制分组还是业务分组。特别是，它们的开始的2个字节表示协议，接下来的2个字节表示子协议，最后的2个字节表示业务。例如，如果开始的2个字节是<7777>h，接下来的2个字节是<0707>h，这就表示一个“固件升级”命令，第三个2字节设置各种标志。另一个例子，如果开始的2个字节是<0800>h，这就预示接下来的2个字节将表示“tcp/udp”以及第三个2字节将表示“业务端口号”(例如，电子邮件端口是25,http端口是80以及ftp端口是20)。蜂窝IP的其它子协议包括路由发现协议、回送协议和远程配置协议。

状态域表示这些信息，例如：分组是ACK分组还是NACK分组、处于等待状态的数据分组的数目、扩频同步信息、或分组是本地分组还是被路由的分组。数据域包含多达360个字节的数据。CRC包括检错和纠错信息。

路由特征

图MM-2说明了蜂窝IP网100的路由特征。ISP 102为各用户站104和106提供英特网业务的交换。其它基站分别定义了蜂窝服务的小区112和114，即，用户站104是小区100的，且由基站102提供服务等。小区内104和106的调制解调器连接到ISP 102。

标记为房子A的用户站在小区100的外面，这或是因为它在范围之外，或是因为它虽在范围内但却被如107的建筑物或其它建筑物所遮挡。在这种情况下，用户站房子A使用路由表来建立RIB，表示适宜的通信链路。

路由表可以是静态的或动态的。在静态路由时，在蜂窝IP调制解调器开始一安装，路由表就确定了。用户站116有一个路由表，它除了包含其它一切路由信息外，还包含表示用户站房子A连接到被基站102覆盖的房子B的调制解调器的信息。如果房子B不在服务范围内，可能还会有许多附加路由作为附加冗余。

网络结构特征

该网络结构采用时隙的带有载波侦听的冲突检测多址结构(CSMA/CD)，其中所有的用户共享整个带宽。蜂窝IP可以在跳频扩频中实现。例如，每个小区可以配置为在100个时隙内广播(或等同的，100个跳频频率)，即，传输每秒跳变100次。小区内的每一个用户站和基站各配置一个初始跳变数。初始跳变数是任何一个用户调制解调器开始发送分组直到结束的跳变数值，当任何一个用户在发送分组时，其它用户等待直到它传送结束，即使其它用户使用的是另外的跳变时隙。这种方式的优点是它进一步减少了调制解调器之间的冲突，因为只要没有其它的调制解调器在传送分组，每个调制解调器就以自己的跳变数开始传送。例如，如果在一个其中调制解调器可在任何随机的时刻开始传送分组的CSMA/CD网中冲突的概率为x，并且如果这种指定时间基准的方案在100次跳变“这种情况下跳”，则这将进一步按照x/100的因数减少冲突。跳变数要么在安装时设置，要么通过ISP基站为每个站配置。

这种方法使冲突最小化，因为每个站通过监听当前的传输来确定它的初始跳变数是否可用。如果可用，然后该站按它的初始跳变数开始发送；如果不可用，然后该站等待。这种方法减少冲突是因为冲突只在满足两个条件的情况下发生：(1)两个站有相同的初始跳变数，以及(2)它们都想发送。

用户站部分

图MM-3给出了用户调制解调器150和计算机160部分。在发送模式下，计算机160产生任何协议的分组，调制解调器将其插入蜂窝IP分组中，以及调制解调器150发送该分组。在接收模式下，调制解调器150接收蜂窝IP分组，从中去掉蜂窝IP信息，以及将其送到进行分组处理的计算机160。

调制解调器150包括一个射频(RF)单元154、“室内或室外”天线155和一个基带-中频(BIF)单元153。RF单元154是模块化的，廉价地配置在预先设定的工作频率上。预定的频率包括2.6GHz的MMDS；28GHz和29GHz两个频段的LMDS；902-928GHz、2.4GHz和5.7GHz三个频段的ISM；ITFS；MDS；以及其它专用频率。

BIF单元158将来自计算机160的基带信息转换为适合RF单元154处理的中频信息。调制解调器150和计算机160之间的链路可以是串行电缆、并行电缆、SCSI电缆、以太网或通用串行总线电缆。

虽然本发明是根据“调制解调器”和“计算机”进行描述的，随着小型化的趋势，预计相似的原理可应用在类似于当今现有的蜂窝电话和个人数字助理的集成装置上。此外，预计本发明除了应用于数字数据的转换和传送外，也可应用于模拟数据(如，语音)。

ISP站装置

图MM-4给出了基站的配置。基站109包含一个GPS天线113、一个GPS单元112、一个RF单元111和一个计算机主板110。基本GPS“全球定位卫星接收器”112和113用来使基站有一个通用定时基准。

图MM-1给出了三个小区(小区＃1，小区#2和小区#3)的配置，它们都使用GPS“全球定位卫星”100来建立三个基站之间的通用基准，所以在卫星时刻t1，小区#1使用频率F1，小区#2使用频率F2，以及小区#3使用频率F3，在卫星时刻t2，频率将按图MM-1中表#1所示重新分配，等等。

图MM-5给出了三个基站的卫星时间频率规划。这一特点允许我们的基站在相邻小区里重新使用频率，进一步提高了频谱利用率。

在一个给定的小区(如图MM-1中的小区#1)内，调制解调器保持与基本传输站101同步，因为基本传输站101周期地发送同步突发。这个同步突发帮助小区#1内的调制解调器跟随小区#1内的基本传输站101的载波跳变，因为调制解调器已经根据它们的编程固件确定了基本传输站101将跳变到哪一些载波频率，这是通过从基本传输站101的同步突发中提取这些载波频率而实现的。

编码的频谱

在如上所述的网络结构中，扩频的应用使得许多小区可共存于同一地域内。

依本发明，根据一个预定义的如图3所示的用于联系字节和频谱的码表，将一个字节流作为码字送到频率组控制器以便产生与该字节有关的唯一频谱。

然后把频率组的输出送到一个求和节点，以便产生频谱。例如，如果有3比特字节到来它将激励比特0、比特1和比特2，并且启用或禁用缓冲区以便在频谱中产生正弦函数或不产生正弦函数。

在如图4所示的优选的实施方案中，比特0到比特7是从计算机输入的字节流。I输出是激励同相载波的频谱输出，Q输出是激励正交载波的Q输出的频谱输出。

在扩频系统中使用编码频谱调制建立的任何发射机，无论是用于建立蜂窝英特网的无线计算机通信的直接序列跳频、无论是基于或不是基于蜂窝英特网协议的宽域网、以及无论是扩频还是未扩频的用于有线计算机通信中的编码频谱调制，都在本发明的范围之内。

通常，编码频谱调制接收机的射频部分的实施方案如图5所示。天线接收信号并放大信号。然后，将任何频带之外的信号经过滤波器滤除，再与由合成器确定的跳频扩频频率进行混频，这完全匹配发射机的相同顺序，以便产生IF输出。

解调器如图6所示。需要使用附加增益级来补偿损耗。I/Q解调器将IF解调为两个频谱，即分别为I编码频谱调制谱和Q编码频率调制谱。语音解码锁相环路将编码频谱调制谱的语音部分解码成原始比特，以形成初始产生语音的字节；然后再将其传送到计算机。

Claims (17)

1．蜂窝数据分组，包括：

一个用于冲突测定和同步的前同步码；

一个帧起始分界符(SFD)；

一个目标地址(DA)；

一个源地址(SA)；

一个路由信息块(RIB)；以及

一个信息域。

2．权利要求1的蜂窝数据分组，其中的信息域包括：

一个类型域，表示该分组是控制分组还是业务分组；

一个状态域；

一个数据域；以及

一个循环冗余校验(CRC)域，包括检错和纠错信息。

3．权利要求2的蜂窝数据分组，其中的类型域包括：

一个2字节的协议标识；

一个2字节的子协议标识；以及

一个2字节的业务标识。

4．权利要求2的蜂窝数据分组，其中的状态域配置为可以表示：该分组是ACK分组还是NAGK分组、处于等待状态的数据分组的数目、扩频同步信息、或该分组是本地分组还是被路由的分组。

5．权利要求1的蜂窝数据分组，其中的目标地址包括：

一个表示接收用户站地区位置的地区指示符；

一个表示该地区内小区的小区标识符；以及

该小区内接收用户站的蜂窝IP地址。

6．权利要求1的蜂窝数据分组，其中的源地址包括：

一个表示发送用户站地区位置的地区指示符；

一个表示该地区内小区的小区标识符；以及

该小区内发送用户站的蜂窝IP地址。

7．权利要求1的蜂窝数据分组，其中的路由信息块表示分组从发送/接收用户站到基站的路由路径。

8．权利要求7的蜂窝数据分组，其中的路由信息块配置为表示多达10个处于发送用户站与基站之间的路由链路。

9．权利要求1的蜂窝数据分组，其中的分组是可变长度数据分组。

10．权利要求9的蜂窝数据分组，其中该分组有最大字节长度512个字节。

11．一种在智能蜂窝IP网内选择数据分组路由的方法，其中发送/接收站处在原始发送小区或目标接收小区之外，或相对于该原始发送小区或目标接收小区受到了屏蔽，该方法包括步骤：

发送包含路由信息的数据分组，该路由信息至少表示一个不是基站的中间接收者；

通过所说的至少一个中间接收者接收该分组；以及

按所说的路由信息从至少一个中间接收者发送该分组到接收基站；

其中，在一个小区内所述至少一个中间接收者是一个不同的发送/接收站。

12．权利要求11的方法，其中的路由信息是根据对每一个发送/接收站特定的路由表确定的。

13．权利要求12的方法，其中的路由表可以是静态的或动态的。

14．一种减少冲突以用于发送/接收蜂窝IP数据分组的蜂窝网，包括：

分布在网络内的多个小区，每个小区在给定的时刻与某一确定的频率关联；

位于每个所述小区内的基站，配置为按通用定时基准重新分配相邻小区的频率，并周期地发送同步突发到这多个小区中的每一个小区；以及

位于该网络内多个小区的每一个小区内的多个用户发送/接收站，每一个用户发送/接收站与各自的频率跳变数关联，如果与之关联的频率跳变数确定是可用的，则其中的发送/接收站配置为主动地发送/接收数据分组，其中多个小区中的一个相应小区内的每一个用户发送/接收站根据周期发送的同步突发保持与所说的基站同步。

15．权利要求14的蜂窝网络，其中的通用定时基准是根据全球定位卫星确定的。

16．蜂窝调制解调器，包括：

一个用于发送/接收数据分组的射频单元；以及

一个基带-中频转换单元，它包括一个基于蜂窝IP的蜂窝网络路由引擎，并且被配置为将来自计算机的基带信息转换为适合射频单元处理的中频信息；其中调制解调器被配置为蜂窝网络内的路由器。

17．权利要求16的蜂窝调制解调器，其中的射频单元配置为工作在MMDS、LMDS、ISM、ITFS和MDS频谱。

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