CN1491494A - 提供增强信号的智能中继器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了在通信系统中提供增强信号的系统和方法。中继器系统(10)可操作地接收和储存来自通信单元(14，16，18)的操作特性数据，在发射中的检测到的中断期间，中继器(12)发射至少某些储存的操作特性数据。

Description

提供增强信号的智能中继器及方法
技术领域
本发明一般涉及无线通信，特别涉及提供增强信号的智能中继器及方法。
背景技术
可以使用中继器技术来增加无线通信单元之间的通信范围。中继器可在单个操作频率上通信或者用于不同频率上用户之间通信，诸如用于干路无线通信系统。
干路通信系统通常包括：多个通信单元，通过一个或更多中继器收发的有限数量的通信资源，和通信资源分配器，其把有限数量的通信资源分配到多个通信单元中。通信单元可以是便携无线电装置和/或移动无线电装置。通信可以直接发生在通信单元之间，或者通过中继器来处理通信。通信资源包括：TDM(时分复用)总线，载波频率，一对载波频率，或者任何其它的RF(射频)发射装置。
一般地，干路双路通信系统像许多有线通信网络一样，向移动和便携通信单元提供无线服务。例如，干路系统包括：全双工电话话音通信，双路移动到移动的组调度通信，以及双路移动到分配器的组调度通信。典型的干路通信系统站点可以包括许多全双工的中继器，其中每个不同的站点都具有不同的物理位置。
单元之间的通信是由发送呼叫建立信息的呼叫(或者发起)单元发起的。呼叫建立信息通过相应的识别码来识别发射的接收者。呼叫单元进一步发送正向信道信息，该信息将识别单元将要进行的通信(典型地，是低码率通信)所在的信道(频率)。呼叫建立和正向信道信息直接从呼叫单元或者通过中继器，在接收器单元被接收。典型地，中继器接收并重新发射用于由预定的单元接收的通信信号。使用中继器的一个不希望的结果是信号的接收与信号重新发射之间的延迟，而这将造成系统中信号的减弱。
附图简要说明
图1是根据本发明，具有中继器的通信系统的示意框图；
图2是没有中继器的通信单元之间的通信信号的信号图的一个例子；
图3是没有中继器的通信单元之间的通信信号的信号图的另一个例子；
图4是说明根据本发明的，增强信号的中继器系统的一个例子的功能框图；
图5是根据本发明，通过中继器在通信单元之间的通信信号的信号图的一个例子；
图6是根据本发明，通过中继器在通信单元之间的通信信号的信号图的另一个例子；
图7是说明根据本发明，获得增强信号的方法的流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明进行说明，其中在全文中，用类似的参考数字来指示类似单元。本发明涉及可操作地用于在通信系统中接收和储存来自通信单元的信息的智能中继器系统。对中继器编程和/或配制以在系统内利用发射中的检测到的中断，并且基于已储存的信息发送信号。从而，可以增强通信系统内的信号。
图1说明了系统10的示意框图，其中，实现了根据本发明的一个方面的智能中继器12。系统10包括智能中继器12和两个或更多的通信单元14，16，18，其中每个通信单元都通过射频(RF)信号与其它单元进行通信。RF信号可以通过任何公知的模拟或数字调制技术进行调制，诸如频率调制(FM)，幅度调制(AM)，FM和AM的组合。例如，通信单元14，16，和18，是移动无线电装置或者便携无线电装置。通信单元14，16，和18通过选择的载波频率对RF信号进行调制，从而以半双工的方式发送和接收话音信号。
虽然为了简化说明，示出了三个通信单元14，16，和18，但是应该理解并认识到，在这样的系统中可以使用任意数量的单元。此外，虽然通信单元14，16，和18被说明为使用半双工通信，但是可以认识到，本发明同样适用于全双工通信。
通信单元14，16，和18之间直接通信或者通过中继器12进行通信。中继器12从一个或更多通信单元14，16，18接收发射信号，并重新发射信号以增加系统10的整体范围。
例如，通信系统10使用了诸如由欧洲电信标准协会开发的欧洲数字标准DIIS的通信协议。DIIS协议的一个被建议的特点是发射中的周期性中断。发射中的中断是由发起到一个或更多其它通信单元16，18的呼叫的通信单元14实现的。例如在稳态操作中，通信单元14每720毫秒将它的发射器关闭大约40毫秒，并且进入到接收模式。为了使另一个通信单元16或18将通信单元14中断，中断单元使用了40毫秒的窗来发送一条被称为发射中断(TI)消息的消息。
DIIS协议的另一个特点是迟进入(late entry)(LE)消息。始发通信单元元14发射一个LE信号，该信号具有促使已识别的通信单元进入到已进行中的呼叫的信息。始发通信单元元可以周期性地发射LE信号。例如，LE信号包括始发通信单元元14的识别(ID)号码以及可以进入呼叫的其它每个接收机16，18的ID号码。除了LE信息外，始发通信单元元还发射包含正向信道(FCH)信息的低速数据。
图2是在不存在中继器的情况下(例如单元之间直接通信)实现上述协议的两个通信单元14和16的发射(TX)和接收(RX)信号的时序图的例子。例如，发起呼叫的通信单元14发射30所指示的数据信号，一直到时间T1，此时发射器渐渐进入关闭状态。相应的信号32由通信单元16接收。由于发射和接收信号具有传播和处理延时，因此将发生一个小的延迟。在34示出了发射中的中断，诸如在通信单元14上实现的周期性中断，此时单元14不存在发射信号。
如上面所提及的，例如，在时间T2，通信单元16将发射器切换到打开状态(由31指示)，并且开始在发射中断34的过程中发送发射中断(TI)消息36。在通信单元14接收到了相应的消息38。在发送中断34的末尾附近的时间T3，通信单元14将它的发射器渐渐转向打开状态(由40指示)，再一次发射数据，该数据在单元16被接收，作为信号42。
图3是说明在始发通信单元元14实现的发送中断的过程中，当通信单元不期望发送发射中断消息时情况的信号图。之后，发射中断被单元14用于发送其它信息。例如，通信单元14发射包含LE信息和/或FCH信息44的信号。更特别地，通信单元14检测出没有来自任意接收通信单元16，18的TI消息，接着在发射中断的剩余时间里发射LE和FCH消息44。具有指示LE和FCH信息的消息46的相应信号在通信单元16被接收。
如上所提及的，中继器12促进了从始发通信单元元14到一个或更多接收通信单元16和18的通信(图1)。图4是根据本发明的一个方面进行配置和/或编程、以在通信系统10中增强信号的智能中继器12的示意框图。中继器12包括可操作地连接到天线52，用来接收来自在其相关的系统中的通信单元14，16，18(图1)的信号的接收器50。接收器50提供输出信号54给能进行数字信号处理(DSP)的信号处理器56。信号处理器56可操作地用于解调、解码和/或处理接收器的输出信号54。
信号处理器56可操作地连接到诸如微处理器的中央处理单元(CPU)58。信号处理器56从信号54中提取控制信息，并把提取的数据传送到CPU 58。CPU 58可操作地连接到可操作用于存储数据的存储器件60。存储器件60可以是RAM或者其它合适类型的存储器件。CPU 58将已经从接收器输出信号54中提取的所期望的控制信息储存到存储器60中。
信号处理器56和/或CPU 58也可操作地用于检测何时从当前呼叫对话的通信单元没有接收到信号。因此，信号处理器56提供信号给CPU 58，该信号指示何时没有接收到这样的信号，诸如在一个或更多通信单元发射中断的过程中。另外，或者此外，CPU 58能够基于从信号处理器56接收到的或直接从接收器50接收到的数据，做出这样的判断。
CPU 58还可以恢复储存在存储器60的信息，例如，这些信息包括：LE信息，和/或功率控制信息。CPU 58提供恢复信息给信号处理器56。信号处理器56又对信息进行调制和编码，并提供输出信号62给发射器64。发射器64可操作地连接到天线66，用于把从智能中继器12接收到的数据发送到在其系统内的通信单元14，16，和18。发射信号包括：从某个通信单元接收的信号的再次发送与中继器12上发起的发送的组合。
CPU 58诸如通过控制总线68提供适当的控制信息来控制发射器64和接收器50的操作。控制总线68将指示接收器50和/或发射器64的操作特性的信息回馈给CPU 58。一个或更多的附加存储器件(未示出)可以被CPU 58用于储存计算机可执行的指令，以控制中继器12及其部件的操作。例如，中继器12是由两个常规通信单元组成的：一个单元50用于接收RF信号，另一个单元64用于发射信号。
在图1和4之间进行参考，根据本发明的一个方面，例如，始发通信单元元14发送一个呼叫建立信号，该信号在智能中继器12被接收。该呼叫建立信号包括呼叫建立信息，这个信息可以包括LE信息和/或可能被始发通信单元元发送的其它信息(例如操作特性数据)。如上所提及的，LE信息促使其它通信单元进入到已经进行的呼叫中。呼叫建立信息也可以包括呼叫的同步信息，并且提供指示在发起单元发生周期性发射中断的信息。中继器12对接收到的呼叫建立信号进行解调和解码，并且从信号中提取有关的信息。提取的信息被存储到与智能中继器12相关联的存储器60中。
工作在全双工模式的中继器12可操作地用于检测在预定的发射中断期间，任意通信单元16，18是否发送了TI消息。根据本发明的一个方面，如果在发射中断期间，通信单元16，18没有发送TI消息，中继器12可操作地在发射中断期间发送LE信息。此外，中继器12在发射的预定中断期间，将发送发起单元14预定的功率控制信息，该信息将帮助增加通信单元中的电池寿命。中继器12也可以在发射中断期间，基于储存在存储器60中的数据或者基于从发起单元14接收到的信号(例如FCH信息)，来发送其它的信息。
图5是根据本发明的一个方面，通过中继器12通信的通信单元14和16的发射(TX)和接收(RX)信号时序图的例子。在这个例子中，通信单元14已经发起了一个呼叫，通信单元16希望在发射中断期间发送TI消息。在时间T1，发射中断期间，通信单元14停止发送数据信号70，并渐渐使其发射进入到关闭状态，而渐渐使其接收器进入到打开状态。中继器12从通信单元14接收发射信号(72所示)，并再次发送信号(74所示)，该信号将在通信单元16作为信号76接收。
在时间T2，发送完信号74，但仍处于发射中断期间，中继器12发射同步消息78，紧接着发射功率控制消息80。同步消息78和功率控制消息80将分别作为信号82和84，在通信单元14被接收。
在时间T3，通信单元16渐渐使其发送进入到打开状态之后，发射同步消息86，紧接着发射TI消息88。信号86和88将在中继器12被接收，分别作为消息90和92。作为对接收信号90和92的响应，中继器12发射功率控制信息80之后，紧接着发射TI(+)标记序列94到发起单元14。TI标记序列94将在通信单元14被接收，作为TI消息96。TI消息96命令通信单元14，在它的发射中断期间不要发射FCH信息，并且保持接收模式，以通过使用适当的处理算法来接收将要被处理的规则数据。
例如，根据在通信单元对序列进行检测和解码的相关算法，TI标记消息94，96可以是单独的比特，或者是码元序列。例如，相关检测器具有比最大似然序列估计器(MLSE)更小的延时。如果使用MLSE算法来检测序列，则可以使用更小的码元序列或者一比特，尽管因此可能会带来处理时间的增加。
在时间T4，中继器12根据接收到的TI消息92，发射TI消息98给通信单元14。注意，中继器不必重新发送与发射中断消息一起从通信单元16接收到的同步消息90，因为通信单元14通过同步消息78，82，已经与中继器实现了同步。发射中断期间，在通信单元14接收到TI消息100。在时间T5，接收TI消息帧之后，通信单元14渐渐使其发射器进入到打开状态，而渐渐使其接收器进入到关闭状态，以开始发送数据(102所示)。
类似于图5，图6是一个时序图，说明了在始发通信单元元14发射中的预定中断期间，接收通信单元16不发射时的状态。在时间T1，中继器12再次发送从单元14接收到的数据之后(110示出)，中继器开始发送同步消息112和功率控制消息114。因为在发射中断期间，通信单元16不发射，因此它保持接收模式，以从中继器12接收相应的同步和功率控制消息116和118。通信单元14也分别从中继器12接收同步和功率控制消息120和122。
在时间T2，在发射功率控制消息114之后，中继器12发射TI(-)标记序列124，用来指示TI消息不会被发射。也就是说，中继器12基于在发射中断期间不存在发射(例如，没有同步消息或者TI消息)，来判定没有接收单元16，18希望在发射中检测到的中断期间进行发射。相关的消息126和128分别在通信单元14和16被接收。附加的消息序列126促使通信单元14关闭其接收器，并且渐渐打开其发射器，以发送FCH信息和/或其它操作特性数据。
发射中断期间，中继器12在发射TI序列标记124之后，发射LE消息130。有利的一点是，LE信息不必来自发起呼叫的通信单元14，因为LE信息储存在中继器12的存储器60中。通信单元16又从中继器12接收LE信息(132示出)。从而，可以在中继器接收LE信息，并且不存在附加传播延时和处理延时，这样使得信号可以得到增强。
在时间T3，通信单元14发射FCH消息134，该消息将在中继器12被接收(136示出)。中继器12又把FCH信息138附加到它发射的LE信息130的末尾。通信单元16从中继器12接收相应的FCH信息140。
考虑到前述，本领域的技术人员将认识到，根据本发明的一个方面的智能中继器可以使比不使用智能中继器的情况更多的信息能够以给定的时间周期被发送到通信单元。特别是，典型地，LE信息和功率控制信息被从始发通信单元元通过非智能中继器发送。这个方法将增加所不期望的传播延时，重新发射接收到信息的中继器中的延时，和/或功率控制信息的每帧的附加相关检测延时，由中继器接收和发射的TI标记序列和/或LE信息。使用根据本发明的一个方面的智能中继器，可以减少这样的延时。从而，将在根据本发明配置的系统中获得更有效的、增强的信号。
功率控制(PC)，TI，LE，FCH消息的最大允许长度依赖于对传播时间(TPROP)，中继器延时(RDELAY)，相关检测时间(TCORR)和TI标记序列长度(TTI_FLAG)的假设。进一步，TCORR时间又可依赖于所用来检测帧和帧长的相关算法的类型。假设发射中断为40ms，同步字的长度为5ms，TX和RX渐变时间均为5ms，那么最大时间长度可以被表示为：
PCMAX＝2TPROP+TCORR+5
TIMAX＝40-4TPROP-2RDELAY-15
LEMAX＝2TPROP+RDELAY+TCORR+5；和
FCHMAX＝25-4TPROP-RDELAY-2TCORR-TTI_FLAG
表I说明了基于上述表达式，发射中断期间被发送的不同类型帧的最大允许持续时间的两个例子。时间单位为毫秒。可以认识到，LE和FCH的合并时间可以通过使用根据本发明的智能中继器，从8ms增加到大约25ms。这是因为LE信息储存在中继器，因此不需要对来自单元14的LE和/或PC信息进行重新发射。
表I：不同帧的可能持续时间
  RDELAY    TCORR   TPROP  TTI_FLAG    PCMAX    TIMAX    LEMAX    FCHMAX
 Case1     5    1.25   0.25     2    6.75     14    11.75     14.5
 Case2     7    2   0.25     2    7.5     10    14.5     11
考虑到前述的结构和信号图，参考图7的智能中继器的操作可以得到更好的认识。图7是说明根据本发明的一个方面，增强信号的方法的流程图。此方法可以基于储存在根据本发明的一个方面的智能中继器中的计算机可执行的指令来实现。虽然，为了简化解释，方法被示出并被说明为一系列的步骤，但是应该可以理解并认识到，本发明并不局限于这些步骤的顺序，因为根据本发明，某些步骤能够以与所示出和所述的不同的顺序发生和/或与所示出和所述的其它的步骤同时发生。例如，本领域技术人员将理解和认识到，诸如在状态图中，本方法可以被另外地表示为一系列相互关联的状态。而且，实现根据本发明的一个方面的方法，并不需要所有说明的步骤。
此方法开始于步骤150，其中在根据本发明编程和/或配置的中继器接收呼叫建立信息。发起呼叫的通信单元发送呼叫建立信息。呼叫建立信息包括LE信息和/或由始发通信单元元提供的其它操作特性。例如，LE信息包括呼叫者(例如ID号码)和呼叫的每个预定接收者的识别特征(例如单个通信单元或者一组单元的ID号码)。呼叫建立信息也可以包括操作特性信息，诸如同步数据和/或在发起单元发射中的周期性中断的时序信息。该处理从步骤150前进到步骤152。
在步骤152，至少某些接收的建立信息被储存在相关的存储器中，这些信息可以包括LE信息和其它控制信息。之后，此处理前进到步骤154，这一步骤是发射中的中断。例如，发射中的中断对应于在始发通信单元元实现的有规律预定的中断。例如，在始发通信单元元稳态期间，可以实现协议来限定发射中断(例如大约40ms)以有规律预定的间隔(例如大约每720ms)发生。可以利用中继器和通信单元之间的周期性的重新同步来便于对发射中的中断的跟踪。另外，可以发送数据，以使各自的通信单元同步。此处理前进到步骤156。
在步骤156，发送同步信息，例如图5中78所示以及图6中112所示。接下来，在步骤158，由中继器发射功率控制信息。该功率控制信息是为原始发射单元14定制的。这个发射发生在发射中断期间。之后，此处理前进到步骤160。
在步骤160，确定是否从诸如呼叫对话中的另一个通信单元接收到TI消息。如果判断的结果是肯定的，那么该处理前进到步骤162，在这里，中继器发送TI(+)标记序列给发起单元。TI标记表示发射中断期间，TI信号将被发送。例如，中继器发射TI标记序列，作为对接收由期望发送TI消息的通信单元发送的同步消息的响应。从而，发起单元保持可操作地接收TI消息的接收模式。该处理从步骤162前进到步骤164。
在步骤164，发射中断消息由始发通信单元元为了接收而发射。接下来，该处理前进到步骤166，在这里，发射中断结束。如上面所提及的，始发通信单元元的发射中的中断可以具有预设的持续时间。
再回过头来看步骤160，如果判断的结果是否定的，表示没有接收到发射中断信号，则处理前进到步骤168。在步骤168，诸如一个或更多比特数据的TI(-)标记序列发射，以由通信单元接收。这种情况下，TI序列标记表示做出了TI消息不会在发射中断期间被发送的判断。从而，始发通信单元元准备在它的发射中断期间，发射FCH(前向信道)信息或者其它低速数据。该处理前进到步骤170。
在步骤170，LE(迟进入)信息由中继器基于储存在与它相关联的存储器中的LE信息而被发射。通过使中继器决定发送并且发送LE信息(与始发通信单元相对比)，可以减小处理延时和信号传播延时。从而，可以增强系统内所有的信号。
接下来在步骤172，FCH信息在中继器被接收，例如可以发生在LE信息在中继器发射期间。在步骤174，接收到的FCH信息又被发射，以被呼叫信息的预定接收者接收。该处理从步骤174前进到步骤166，在这里发射中断结束。接下来，处理返回到步骤154，例如在预设时间间隔之后，检测下一个发射中的中断。
注意，这里所述的本发明需要在中继器以及在参与的单元实现的分布式算法。图7说明了这个运行在中继器(单元12)上的分布式算法的部分。相应的补偿算法必须在单元14，16，18等等上实现。
上面所述的内容包括本发明的一个或者更多的例子。当然，为了说明本发明，不可能描述出每个部件或方法的可能的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明的许多进一步的组合和排列都是可能的。因此，本发明希望包含落入所附权利要求的精神和范围内的所有的这样的变更，修改和变种。此外，对于在说明书或权利要求书中所用到的术语“包括”及其变种，以及“具有”及其变种的范围，希望这个术语包含在类似于术语“包含”的含义中。

Claims (11)

1.一种在通信系统中提供增强信号的系统，其包括：
可操作地接收和储存来自通信单元的操作特性数据的中继器系统，在发射的中断期间，所述中继器发射至少某些存储的操作特性数据。
2.根据权利要求1的系统，其中所述操作特性数据包括来自发起呼叫的始发通信单元元的迟进入信息。
3.根据权利要求2的系统，其中，在所述发射的中断期间，所述中继器系统还将发射功率控制信息。
4.根据权利要求2的系统，其中，在所述的发射的中断期间，所述中继器系统进一步发射标识消息，命令所述始发通信单元元基于所述标识消息的特征，在所述发射中断期间控制它的操作。
5.根据权利要求4的系统，其中所述中继器发射具有第一特征的所述标识消息，作为从另一个通信单元接收相应标识消息的响应，所述相应标识消息表示所述另一通信单元想要发射一发射中断消息。
6.根据权利要求4的系统，其中所述中继器发射具有第二特征的所述标识消息，作为对没有从另一个通信单元接收相应标识消息的响应，所述始发通信单元元可操作地进行发射，作为对所述标识消息的响应。
7.根据权利要求1的系统，其中所述操作特性数据进一步包括从始发通信单元元接收的呼叫建立信息的至少一个部分。
8.一种在智能中继器增强信号的方法，其包括如下步骤：
储存从发起呼叫的通信单元接收的操作特性数据；
检测发射中的中断；和
在所述检测到的发射中的中断期间，发射至少一些存储的操作特性数据。
9.根据权利要求8的方法，其中所述的至少一些存储的操作特性数据包括迟进入信息，所述方法进一步包括：在所述检测到的发射中的中断期间，发射功率控制信息。
10.根据权利要求9的方法，其中，所述方法进一步包括步骤：在所述发射中的中断期间，发射标识消息，以命令始发通信单元元基于所述标识消息，在所述发射中断期间控制它的操作的步骤。
11.根据权利要求10的方法，其中所述迟进入信息是在所述的发射中检测到的中断期间，紧接着所述标识消息被发射的，作为对不存在来自另一个通信单元的相应标识消息的响应。
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