CN1192517C - 数据的数字无线电传输方法和移动无线电通信机 - Google Patents

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Abstract

按照本发明提供一台移动无线电通信机用于在时分多址帧上进行无线电通信传输，这个时分多址帧各自交替地具有数据传输的有效时隙(Z1)，和没有数据传输的无效时隙(Z2)。其中有效时隙的持续时间为无效时隙的持续时间的两倍。移动无线电通信机(1，2)有一台脉冲串模式监控器(13)，这个脉冲串模式监控器将提供时分多址帧结构用于传输，并具有一个时钟预置装置(18)，该装置预先设置脉冲串模式监控器(13)的时钟频率。时钟预置装置(18)为脉冲串模式监控器(13)设置的，在无效时隙(Z2)期间的时钟频率为有效时隙期间(Z1)的时钟频率的两倍。

Description

数据的数字无线电传输方法 和移动无线电通信机
本发明涉及将数据在固定站和至少一个移动站之间用多个载频之一进行高效率无线电传输的脉冲串模式控制的方法和装置，此时数据在有效时隙(slots)期间用时分多址存取(TDMA)进行传输，在这些时隙每一个后面跟随着一个无效时隙。
为了代替在欧洲现行的各种模拟和数字标准，于90年代初期采用了DECT标准。这个标准是第一个共同的无绳无线电通信的欧洲标准。DECT网络是高用户密度的微蜂窝式的，数字移动无线电通信网。它首先是为在大型建筑物中使用而设计的。然而也可以在室外使用DECT标准。根据无绳标准DECT网络的容量为每平方公里10.000用户对网络经营者提供一个理想的存取技术。按照DECT标准不仅可能传输语音而且也可能传输数据信号。因此在DECT基础上也可以建立无绳的数据网络。
参考附图2对DECT标准进行更加详细地叙述如下。关于名称DECT(数字增强无绳无线电通信)之下在欧洲一个数字，300米以内有效距离的无绳的无线电通信系统被标准化。因此这个系统与无线电通信装置的交换功能一起，适用在一个办公柚，或在一个企业区移动电话和移动数据通信。DECT功能对无线电通信装置是一个补充，因此使无线电通信装置成为无绳无线电通信系统的固定站FS。在固定站FS与最多120个移动站MS之间最多可以产生，监控和控制120个信道的数字无线电通信连接。
在频率范围为1,88GHz至1,9GHz之间用最多10个不同的载频(Traeger)进行发送。这种频分多址方法称为FDMA(频分多址)。
用10个载频中的每一个，按时间相继的12个信道用时分多址方法TDMA(时分多址)进行传输。因此对于无绳无线电通信按照DECT标准应用10个载频并且每个载频各有12个信道总共产生120个信道。因为例如对于每个语音连接要求一个信道，对最多120个移动站MS产生120个连接。在载波上用双工法(Duplex，TTD)。当基站传输12个信道(信道1-12)以后，基站转换到接收并在相反方向接收12个信道(信道13-24)。
因此一个时分多址帧是由24个信道组成的(见附图2)。其中信道1至信道12是由固定站FS向移动站MS传输的，而信道13至信道24在相反方向是由移动站MS向固定站FS传输的。帧持续时间为10ms。一个信道的持续时间(时隙，slot)为417μs。在这个时间以内有320比特信息(例如语音)和104比特控制数据(同步，信令化和故障检查)以及56比特的所谓的防护区段(Schutz保护)被传输。对一个用户(信道)的有效比特率是由320比特信息在10ms之内产生的。因此它是32千比特/秒。
对固定站和移动站为了实施DECT功能发展了集成块。其中固定站和移动站实现了相似的功能。上述这些集成块之一是HF模块，也就是说这种模块在HF范围内执行实际的接收和发送功能。
已知，使用所谓快速跳频HF模块，也就是说HF模块可以非常快地进行载频转换，例如可以从一个时隙或信道转换到下一个。可是这些快速跳频HF模块是很复杂和很贵的。因而在实际中首先是使用所谓的慢速跳频HF模块，也就是说这种模块需要一定的时间用于后继的时隙的载频的编程。实际上慢速跳频HF模块用于载频编程所需要的时间，基本上相当于DECT标准的时隙的时间。这意味着，在每一有效时隙以后，也就是说，在每个传输数据的时隙以后必须跟随一个无效时隙(Blind slot盲隙)，在其中没有数据可以被传输。这意味着，实际上在DECT标准的一个载频上代替可能的12个连接只可以实现6个连接。
一个DECT信道是由它的时隙和它的载频决定的。在这种情况下应注意，重新使用物理信道的机构是借助于动态信道选择(dynamicchannel selection)实现的。因而一个复杂的频率规划如同在蜂窝式系统一样则是多余的。为了建立一个连接将所有信道上的信号电平连续地进行测量，并且在一个信道映射表(channel map信道图)中控制无故障的信道。此外在一次连接期间连续监控所有信道的信号电平以及接收质量。如果这种监控指出，正好使用的信道在一个被干扰的载频上传输(例如通过在同一载频从或到另一固定站传输的影响)，对于下一个有效时隙自动地选择另一载频，这个载频作为无干扰进入信道映射表。另外载频的转换也可以各在一个帧以后进行。
作为进一步的方案可以在预定的时间周期以后，例如在一个时隙或一个帧以后永远进行载频的转换，这被称为跳频扩展频谱。
在其它国家传输条件和标准可能不同。例如在美国不可以在1,88和1,90GHz之间标准DECT频带进行传输，而更多提供通常使用的2,4GHz ISM(工业，科学，医学)频带。此外必须更改以适应国家的标准，例如采用美国标准“FCC part 15”(联邦通信委员会)。该美国标准描述了对于无线电接口允许的传输方法，发送功率和可供支配的带宽。
在DECT标准除了包括上述320个信息比特以外每个时隙，还包括信号传输需要的其它104比特以及在保护区段的56比特，这样每个时隙包括总共480比特。因此产生数据率为(24×480比特)/10ms＝1 152 000比特/秒。这种水平的数据率在美国的ISN频带上是没有意义的，因为每个可应用的信道带宽似乎过宽。
因此存在问题，一方面在其它的传输条件下考虑到成本也使用为DECT开发的组件，而同时使其有可能高效率利用可供支配的带宽。
由EP-0 767 551 A2获悉提高DECT系统的负荷，因而提高其容量的一种方法，其中在1,880和1,900GHz之间的DECT频带还附加了2,4GHz范围的ISM频带用于信息传输，此外还使用了FHSS方法(跳频扩展频谱)或DSSS方法(直接序列扩展频谱)。
由GB-2 295 930 A获悉一种以频率跳变原理为基础的TDMA无线电通信系统，其中在保护时间内(防护周期)在两个时隙之间进行频率变换。TDMA无线电通信系统的无线电通信机为了在保护时间内的频率变换在两个时隙之间各自有两个HF模块(电子合成器)。当经过一个HF模块进行以时隙为基础的信息传输时，用另外的HF模块将各自的无线电通信机调整到下一个时隙频率。
因此本发明的任务是，提供的用于数据的数字无线电通信传输一种移动无线电通信机和一种方法，这些允许以简单的方式有效地利用TDMA系统的带宽。这种方法和安排尤其应该廉价地使用所谓的慢速跳频HF模块。
本发明的中心思想在于，在这种情况下尤其是将移动无线电通信机上的脉冲串模式监控器改进。
按照本发明提供移动无线电通信机用于在时分多址帧上进行无线电通信传输，其中时分多址帧交替地具有进行数据传输的有效时隙，和没有数据传输的无效的时隙。有效时隙的持续时间为无效时隙的持续时间的两倍。按照本发明移动无线电通信机具有一个脉冲串模式监控器，这个脉冲串模式监控器规定用于传输的时分多址帧的结构，以及一个时钟预置装置，这个装置预先设置了脉冲串模式监控器的时钟频率。由时钟预置装置为脉冲串模式监控器预先设置的时钟频率，在这种情况下在无效时隙期间是有效时隙期间的两倍。
无效时隙期间的时钟频率尤其是可以选择等于在已知的DECT标准内的时钟频率。而有效时隙期间的时钟频率DECT的时钟频率的一半。
移动无线电通信机可以调整到2,4GHz频带上进行接收/发送。
此外按照本发明提供用于在固定站和至少一个移动站之间应用时分多址帧进行无线电通信传输的一种方法，其中时分多址帧各自交替地具有进行数据传输的有效时隙，和没有数据传输的无效时隙。在这种情况下有效工作时隙的持续时间为无效时隙持续时间的两倍。脉冲串模式监控器预置了用于传输的时分多址帧和时钟装置又预置了脉冲串模式监控器的时钟频率。按照本发明时钟装置为脉冲模式监控器预置了无效时隙的时钟频率为有效时隙的两倍。
无效时隙期间的时钟频率可以选择等于在公知的DECT标准的时钟频率。
传输可以在一个2,4GHz频带上进行。
特别是用于传输的一个时帧可以包括用于从固定站到一个移动站传输的四个有效时隙，其后跟随着用于从移动站到固定站传输的四个时隙。
现在本发明依靠一个实施例并参考附图进行详细地叙述。其中：
附图1示出用于数据的数字无线电通信传输的本发明装置，
附图2示出已知的DECT标准的简图，
附图3示出在已知的DECT标准与美国的ISM频带匹配时的信道占用的简图，
附图4示出按照本发明对ISM频带匹配的DECT标准的信道特别有效占用的简图，
附图5按照本发明的移动站内部结构，和
附图6按照本发明的固定站内部结构。
在附图1示出用于数据的数字无线电通信传输的一个装置。其中固定站1是借助终端导线10连接到固定网。固定站1有一个HF模块4，通过这个模块借助天线6可以发送以及接收数据。HF模块4可以尤其是一个所谓的慢速跳频HF模块，也就是说是一个特别廉价的HF模块，这种模块本身需要一定的时间间隔用于从一个载频转换为另一个载频。这个时间间隔处在大约一个时隙的量级，也就是说大约在100μs和1ms之间，尤其在大约在300μs和500μs之间。这个用于载频转换所需的时间间隔例如可以相当于被时分多址方法(TDMA)的一个时隙填满的时间间隔。借助天线6可以经无线电通信传输路径8到移动站2或经第二个无线电通信传输路径9到移动站(无绳电话)3进行无线电通信传输。所有在附图1中表示的移动站具有相同的设计，所以更加详细的说明只依靠描绘的移动站2进行。
正如在附图1看到的，这移动站2有一根天线7用于从或到固定站1接收或发送数据。在移动站2上安排了一个HF模块5，该模块基本上相当于固定站1使用的HF模块4。在移动站2的HF模块5也可以涉及所谓的慢速跳频HF模块。
参考附图2现在应该说明，怎样才可以使已知的DECT标准与美国的ISM频带匹配。如同在前面叙述过的，如果保持DECT标准则所得到数据传输率对ISM频带太高。正如在附图3中可以看到的，由于这个原因将每帧的时隙数减半。也就是说现在在一个时帧的10毫秒内代替在DECT标准的24个时隙(信道)只安排12个时隙Z1-Z12，其中每一时隙可以传输480比特。通过将时隙数减半，数据率也以相应的方式减半(12×480比特)/10ms＝576000比特/秒。其结果这个比较低的数据率是可以为美国ISM频带接受的带宽。
如在附图3上看到的，在廉价地实现用于无线电通信传输所需要的仪器时必须提供所谓的慢速跳频HF模块，这意味着，在传输数据的每一时隙以后，必须跟随一个没有数据传输的无效时隙。在这无效时隙期间对下一时隙的HF模块的载频进行编程。在12个提供的时隙Z1-Z12中(6个时隙Z1-Z6用于从移动站到固定站的传输，和6个时隙Z7-Z12用于从固定站到移动站的传输)，因此最多只能提供三个可能的连接。因此当采用廉价的慢速跳频HF模块实现时，可使用的信道容量通过慢速跳频HF模块的调整不很高最多只有三个连接。
在附图3上将可能的有效时隙用阴影线表示。例如可以如上所示，在时隙Z1内在载频f2从固定站1到移动站2，3(RX1)进行传输。如果在这个时隙Z1后面跟着一个没有数据传输的时隙Z2(无效时隙，盲隙)，则慢速跳频HF模块也可以利用无效时隙Z2的时间间隔用于载频的变换。正如在附图3上表示的，例如载频可以由载频f2变换为载频f1。在时隙Z3内，正如附图3所示，可以用载频f1从固定站到移动站进行传输(RX2)。在附图3上表示的简图其特征为，在给定的时隙分布上有效时隙(阴影线表示)可以用预定的载波频率(f1，f2...)中的每一个运行。
应该记得，按照DECT标准借助于动态信道选择(dynamic channelselection)实现重新使用信道的机构，其中一个信道是由其载频和其时隙定义的。因此不需要如在蜂窝式系统内的复杂的频率规划。为了建立一次连接必须对所有信道的信号电平进行连续测量，并且在信道映射表(Channel map)中控制无干扰的信道。此外在一次连接期间监控所有可能的载频的所有信道的信令电平和接收质量。
因此，如附图3表示的，如果在时隙Z1用载波频率f2传输(RX1)时发现：用载波频率f1接收和发送条件更佳，则可以在没有数据传输的时隙Z2的持续时间，变换成认为更合适的载波频率1。用认为更佳的载频f2在时隙Z3期间进行传输RX2。
作为进一步的方案可以在一个预定的持续时间之后，例如一个时隙或一个帧以后，可以总发生一个载频的变换，这被称为跳频扩展频谱。对这种传输方法不需要信道规划。普遍承认：在一个时隙或一个帧期间传输是在受干扰的条件下进行的，因为连续的载频变换确保干扰经历的时间决不会很久。
正如已经指出的，在附图3上表示的信道占用图的缺点是，因为每一时帧的时隙数减半为12，其结果一个时隙的持续时间加倍到833μs，并且每个有效时隙后面跟随一个无效时隙的必要性导至，与按照DECT标准有六个可能的连接相比，只有三个可能的连接(从固定站到移动站三个连接和从移动站到固定站三个连接)。
在附图4上示出一个时隙结构，这个结构允许将最大可能的连接从三个提高到四个，而不会对从一个有效时隙到下一个有效时隙灵活选择载频有负面影响。如在附图4上看出的，将最大连接数从三个提高到四个主要是这样达到的；没有数据传输的无效时隙的持续时间，与有效时隙的持续时间相比被缩短了。如附图4所示，如果时帧总共为10ms时，则有效时隙Z1，Z3，Z5，Z7，Z9，Z11，Z13和Z15的持续时间各为833μs。无效时隙Z2，Z4，Z6，Z8，Z10，Z12，Z14和Z16的持续时间只有417μs，如附图4所示，只是有效时隙的持续时间的一半。由DECT技术已知的慢速跳频HF模块在有效时隙以后要求一个持续时间至少为417μs，以便对下一时隙的载频进行频率编程。与ISM频带匹配的DECT标准的时隙的一半具有持续时间为833μs/2＝417μs，因此对无效时隙(盲隙)是足够了。
如在附图4上看到的，例如在时隙Z1期间从固定站到移动站可以用载频F1进行数据传输RX1。为了使这个传输也可以用比较小的带宽进行，此时时隙Z1的持续时间周期为按照DECT标准的持续时间的两倍，即833μs。在时隙Z1后面跟着无效时隙Z2，其持续时间仅为417μs。这个417μs持续时间本身对慢速跳频技术的HF模块而言已足够跟为下一有效时隙Z3的载频进行编程。
在8个时隙Z1至Z8以后，这相当于在10ms的一个时帧内的时隙Z1至Z16的一半，应用双工(TTD)从一个移动站或多个移动站到固定站进行传输。例如在时隙Z9期间在载频f1从一个移动站到固定站进行传输。跟随在有效时隙Z9后面的无效时隙Z10，其持续时间又只有有效时隙Z9(833μs)的持续时间的一半，即417μs。无效的半时隙Z10的持续时间对于HF模块而言又足够用于在下一有效时隙Z11为了从移动站到固定站(TX2)的进一步传输频率编程。
在附图5上示出一个移动站2的内部设计。如上所示，移动站的主要元件有以扬声器15和话筒16形式用于语音数据的输入/输出单元，一个一般用11表示的处理器单元，一个HF模块5以及一根天线7。在处理器单元11包含编码/解码单元12，脉冲串模式监控器13以及微型计算机14。其中将模拟语音数据从话筒16传输给编码/解码单元12。在编码/解码单元12上进行模拟数字转换。例如用比特率为32千比特/秒的转换产生一个足够准确的语音质量。
编码/解码单元12的输出信号被传输给脉冲串模式监控器13。脉冲串模式监控器13执行加密，倒频和纠错过程，并且因此决定性地提高无线电通信防止窃听的安全性。因此脉冲串模式监控器13负责物理上的DECT层次功能，例如时隙(脉冲串)信号的建立和解码，控制信道和数据信道的分离，时隙分配以及同步化。将脉冲串模式监控器13的输出信号传输给HF模块，以便经过天线7向外传播。
对于经过天线7和HF模块接收数据的情况，脉冲串模式监控器13将被已放大的和滤波的和降到基波调制的信号应用例如为1,152兆比特/秒数据脉冲串重新转换为数字语音数据例如为32千比特/秒。同时将控制信息分离，并且在控制部分进行处理。编码/解码单元12随后将脉冲串模式监控器13的输出信号解码。在最终的D/A转换以后将重建的音频信号在扬声器15上使用。
编码/解码单元12以及脉冲串模式监控器13如上所示是通过一台微机14控制的。时钟预置装置18为脉冲串模式监控器13预先设置时钟频率。此时时钟预置装置18被脉冲串模式监控器13根据有效以及无效时隙，如在附图5和6通过一个箭头所示。
由时钟预置装置18预先设置的时钟频率，只有在有效的全时隙Z1，Z3，Z5....正如DECT标准一样内的时隙数的一半，也就是说如果在一个时帧的10ms内只有12个时隙而不是DECT标准的24个时隙，则时钟频率只有原来的DECT标准的时钟频率的一半。本发明的脉冲串模式监控器13本身预先设置了时钟预置装置18，按照是否存在一个有效的或一个无效的时隙。时钟预置装置18在无效的半时隙Z2，Z4，Z6，....中用时钟频率又重新驱动脉冲串模式监控器13，而这个时钟频率是时钟预置装置18在有效的全时隙期间输出到脉冲串模式监控器13时钟频率两倍。时钟预置装置18在无效半时隙期间输出到脉冲串模式监控器13的时钟频率，准确地相当于原来的DECT标准使用的时钟频率。
因为在无效时隙期间时钟预置装置18用于脉冲串模式监控器13的时钟频率虽然是有效时隙节拍的两倍，但是准确地相当于按照原来DECT标准的时钟频率，特别是涉及到驱动HF模块5时不存在问题，因为这个HF模块5得到一个最大的时钟频率，它准确地相当于一般使用的DECT标准时钟频率。因此，与DECT标准比较没有必要作任何结构上的改变，其结果是几乎不作改变地可以继续使用以低成本方式为DECT标准开发的部件。
因此脉冲串模式监控器13将时钟预置装置18在有效时隙的时钟频率和无效时隙的两倍高时钟频率之间进行转换。通过在无效时隙期间两倍高的时钟频率无效时隙的持续时间为有效时隙的一半。
此外还看出，一般由于无效时隙的时钟频率为有效时隙时钟频率的n倍，所以无效隙的持续时间可以设置为有效时隙的1/n倍。
通过只变换脉冲串模式监控器13的时钟频率，在脉冲串模式监控器本身不需要进行结构的改变。
时钟预置装置18当然也可以集成在脉冲串模式监控器13中。
附图6示出本发明的固定站内部的设计。正如从附图5和附图6的比较中看出，固定站和移动站是基本上对称结构。因此按照本说明书关于移动无线电通信机的名称既指移动站也指固定站。在附图6上表示的固定站与在附图5上表示的移动站的区别仅在于，扬声器15和话筒16是通过一个接口(Interface)17与终端导线10连接的。
按照本发明脉冲串模式监控器的时钟频率控制以特别有利的方式有可能，使时隙结构由有效时隙和与其比较持续时间缩短为有效时隙1/n的无效时隙组成的。从而能以简单的方式实现一个特别有效地使用的时帧结构。
参考符号表
1：固定站
2：移动站(无绳电话)
3：移动站
4：固定站HF模块
5：移动站HF模块
6：固定站天线
7：移动站天线
8：第一无线电通信传输路径
9：第二无线电通信传输路径
10：终端导线
11：处理器
12：编码/解码单元
13：脉冲串模式监控器
14：微机
15：扬声器
16：话筒
17：接口
18：时钟预置装置
Zx：时隙(隙，脉冲串)
fx：载频

Claims (10)

1.一种用于在各自交替地具有在其中传输数据的有效时隙(Z1)和在其中不传输数据的无效时隙(Z2)的时分多址帧中无线传输的移动无线通信机，其中，有效时隙的持续时间为无效时隙的持续时间的两倍，其中移动无线通信机(1，2)具有一个脉冲串模式监控器(13)和一个时钟预置装置(18)，这个脉冲串模式监控器转换传输的时分多址帧结构，这个时钟预置装置为脉冲串模式监控器(13)预置时钟频率，
其特征在于，时钟预置装置(18)和脉冲串模式监控器(13)是如此地构成的并且是如此地相互连接的，使脉冲串模式监控器(13)根据有效的时隙(Z1)或者无效的时隙(Z2)驱动时钟预置装置(18)，时钟预置装置(18)为脉冲串模式监控器(13)预置影响时隙的持续时间的时钟频率，使该时钟频率在无效时隙(Z2)期间选择得为有效时隙(Z1)期间选择的两倍并且对无效时隙(Z2)期间的载频进行调整。
2.按照权利要求1所述的移动无线电通信机，
其特征在于，
将无效时隙期间的时钟频率选择等于DECT标准的时钟频率。
3.按照权利要求1或2所述的移动无线电通信机，
其特征在于，
移动无线电通信机(1，2)为了接收/发送被调整为2.4千兆赫频带。
4.按照权利要求1或2所述的移动无线电通信机，
其特征在于，
一个传输时帧有四个有效时隙(Z1，Z3，Z5，Z7)用于从固定站(1)到移动站(2)的传输并有四个时隙(Z9，Z11，Z13，Z15)用于从移动站(2)到固定站(1)的传输。
5.按照权利要求1或2所述的移动无线电通信机，
其特征在于，
脉冲串模式监控器(13)是这样构造的，它使时钟预置装置(18)在有效时隙期间的时钟频率和在无效时隙期间的两倍的时钟频率之间进行转换。
6.一种用于在时分多址帧中在一个固定站(1)和至少一个移动站(2)之间进行无线传输的方法，具有如下特征：
a)每个时分多址帧交替地具有在其中传输数据的有效时隙(Z1)和在其中不传输数据的无效时隙(Z2)，
b)脉冲串模式监控器(13)转换传输的时分多址帧结构并被供以一个时钟，
c)有效时隙的持续时间为无效时隙的持续时间的两倍，并且
d)脉冲串模式监控器(13)根据有效进隙(Z1)或者无效时隙(Z2)驱动一个时钟预置装置(18)，
e)该时钟预置装置(18)在无效时隙(Z2)期间为脉冲串模式监控器(13)预置一个为有效时隙(Z1)期间的时钟频率的两倍的时钟频率，
f)在无效时隙(Z2)期间进行对载频的调整。
7.按照权利要求6所述的方法，
将无效时隙期间的时钟频率选择等于DECT标准的时钟频率。
8.按照权利要求6或7所述的方法，
其特征在于，
传输是在一个2.4GHz频带上进行的。
9.按照权利要求6或7所述的方法，
其特征在于，
一个传输时帧具有四个有效时隙(Z1，Z3，Z5，Z7)用于从固定站(1)到移动站(2)的传输并有四个时隙(Z9，Z11，Z13，Z15)用于从移动站(2)到固定站(1)的传输。
10.按照权利要求6或7所述的方法，
其特征在于，
脉冲串模式监控器(13)将时钟预置装置(18)在有效时隙期间的时钟频率和在无效时隙期间的两倍的时钟频率之间进行转换。
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