專(zhuān)利名稱(chēng)：虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩通信(cellular communication)系統(tǒng)，特別涉及一種具有虛擬網(wǎng)孔構(gòu)造的虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)(VCN)及其通信方法，其中的虛擬網(wǎng)孔構(gòu)造被限定為一種預(yù)定大小的區(qū)域，并且在移動(dòng)終端發(fā)射一個(gè)信息組的時(shí)間周期內(nèi)在該移動(dòng)終端周?chē)纬蛇@種虛擬網(wǎng)孔。
在諸如室內(nèi)或室外無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信、車(chē)載自動(dòng)電話(huà)、移動(dòng)電話(huà)以及未來(lái)的個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)等等移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，最重要的技術(shù)之一就是分享無(wú)線(xiàn)資源。
分享無(wú)線(xiàn)資源的方法包括以下兩個(gè)步驟首先按各個(gè)區(qū)域分解頻率資源，然后在給定的帶寬頻率范圍應(yīng)用多址協(xié)議(multiple access protocol)。近年來(lái)，蜂窩通信系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。在蜂窩通信系統(tǒng)中，服務(wù)區(qū)域被預(yù)先分解成網(wǎng)孔單元，并且每一網(wǎng)孔(each cell)使用一給定的帶寬頻率范圍而相鄰的網(wǎng)孔使用相互不同的帶寬頻率范圍以減少信號(hào)間的干擾。在一個(gè)網(wǎng)孔中，使用的帶寬在一足夠長(zhǎng)的距離(通常是在跳過(guò)一個(gè)相鄰網(wǎng)孔的區(qū)域內(nèi))處可以復(fù)用，從而用有限的整個(gè)帶寬內(nèi)的頻率來(lái)提供大范圍的服務(wù)。


圖1說(shuō)明了一種慣用的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，它使用了七個(gè)頻率復(fù)用模型。每個(gè)網(wǎng)孔C1至C7具有各自的基地臺(tái)BS1至BS7負(fù)責(zé)與所有的移動(dòng)終端MT1至MT8通信。所有的基地臺(tái)BS1至BS7都經(jīng)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)L1被連接到移動(dòng)通信交換中心(MSC)2，而MSC則被連接到作為干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的公共電話(huà)交換網(wǎng)(PSTN)1。
為了增加用戶(hù)容量，這種慣用的蜂窩通信系統(tǒng)采用較小的網(wǎng)孔，并且正在考慮采用網(wǎng)孔尺寸為數(shù)百至數(shù)十米的微型蜂窩或超微型蜂窩系統(tǒng)。
然而，這種通過(guò)縮小網(wǎng)孔尺寸來(lái)增加用戶(hù)容量的方法必須要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。
第一，如果網(wǎng)孔尺寸減小，就會(huì)頻繁地產(chǎn)生過(guò)區(qū)切換(handov-er)，并且要大量產(chǎn)生用于管理這種過(guò)區(qū)切換的控制信號(hào)。
第二，在慣用的移動(dòng)電話(huà)通信網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)孔的尺寸很大，可達(dá)到幾公里甚至幾十公里，因此不難選定基地臺(tái)(Base station)的臺(tái)址(site)。
如果網(wǎng)孔尺寸縮小，就很難按照縮小的網(wǎng)孔形狀來(lái)確定基地臺(tái)的合適臺(tái)址，并且會(huì)由于鄰近基地臺(tái)之間復(fù)雜的干擾給基地臺(tái)的安裝帶來(lái)困難。
在慣用的蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)網(wǎng)孔中，多址協(xié)議若按理想情況執(zhí)行，也就是說(shuō)，在處理率達(dá)到1時(shí)，每個(gè)單位區(qū)域中關(guān)于整個(gè)頻帶的處理率也不會(huì)超過(guò)1/7＝0.143(例如在頻率復(fù)用模型(freque-ncy reuse pattern)的數(shù)量為7的情況下)。
如上所述，在慣用的頻率復(fù)用通信(frequency communicationreues)系統(tǒng)中無(wú)法從根本上解決處理率最大值的限制。
另外，在個(gè)人通信網(wǎng)或移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)中，分散的用戶(hù)有可能臨時(shí)聚集在某一特定的區(qū)域，而不是均勻地分布在各個(gè)區(qū)域中。
按照慣用的蜂窩系統(tǒng)，即使采用業(yè)務(wù)密度的平均值來(lái)確定網(wǎng)孔的尺寸和邊界，仍會(huì)因用戶(hù)分布的瞬時(shí)變化造成處理率變劣的問(wèn)題。
對(duì)除無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)之外的有線(xiàn)通信網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)研究和探索，但是對(duì)二者之間的相互關(guān)系尚未進(jìn)行充分地研究。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的方案是各通信網(wǎng)中的問(wèn)題由相應(yīng)的通信網(wǎng)解決。按照這種方案，用于耦合兩種網(wǎng)絡(luò)的連接器是在有線(xiàn)網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，并且理想的信息組(packets)是由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)傳送到有線(xiàn)網(wǎng)的。
得益于高速本地區(qū)域網(wǎng)(LAN)系統(tǒng)和異步傳遞方式(ATM)系統(tǒng)的發(fā)展，有線(xiàn)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps的高速傳輸，并且傳輸誤差很小，而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)則具有有限頻帶的特征，隨機(jī)信道(irregular channel)特性，以及大的傳輸誤差率。
本發(fā)明目的之一是提供一種新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中把有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)有效地互相結(jié)合，以及具有能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中問(wèn)題的通信協(xié)議。
本發(fā)明的另一目的是提供一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)VCN，它能使公共空間接口(common air interface)CAI的結(jié)構(gòu)和協(xié)議簡(jiǎn)化。
本發(fā)明的再一目的是提供一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)VCN，它可以通過(guò)對(duì)每個(gè)單位區(qū)域中關(guān)于整個(gè)頻帶的處理率進(jìn)行改進(jìn)來(lái)增加用戶(hù)容量。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)VCN，能夠簡(jiǎn)化過(guò)區(qū)切換(handover)的管理，并可以較容易地確定基地臺(tái)的臺(tái)址。
本發(fā)明的虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)用有線(xiàn)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)所帶來(lái)的缺點(diǎn)。
也就是說(shuō)，VCN的一個(gè)基本概念就是簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)信道(wirelesschannel)的通信協(xié)議，以便改善頻帶利用率，并且能適應(yīng)在連接基地臺(tái)的有線(xiàn)網(wǎng)中增加的業(yè)務(wù)量。換言之，就是分別利用高速本地區(qū)網(wǎng)LAN的有線(xiàn)網(wǎng)的寬頻帶(broad band)或是都市網(wǎng)(MAN)的寬頻帶作為無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的干線(xiàn)網(wǎng)，來(lái)簡(jiǎn)化公共空間接口(common air inter-face)協(xié)議。
本發(fā)明的VCN與慣用蜂窩通信系統(tǒng)相比的基本區(qū)別有兩個(gè)。本發(fā)明的VCN把整個(gè)頻帶用于上行信道，而慣用的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)則是采用七或九個(gè)頻率復(fù)用模型。
這一系統(tǒng)要求有一個(gè)前提，那就是當(dāng)接收端口(receivingport)同時(shí)收到兩個(gè)以上信號(hào)時(shí)，倘若有一個(gè)信號(hào)數(shù)倍超過(guò)其它干擾信號(hào)總和的強(qiáng)度，接收端口就能無(wú)誤差地接收這一最強(qiáng)的信號(hào)。在這種情況下，每個(gè)終端都可以使用整個(gè)系統(tǒng)帶寬，與慣用技術(shù)相比，它可以縮短信息組(packet)間隔，并由此減少信道上的話(huà)務(wù)負(fù)荷(traffic load)。
最好是把上行帶寬Bu分解(split)成幾個(gè)，例如K個(gè)并行的帶寬為B＝Bu/K的隨機(jī)接入(access)信道，而不是由每個(gè)終端使用整個(gè)帶寬來(lái)高速地傳輸信息組。每個(gè)終端則可以為每次傳輸隨機(jī)地選擇一個(gè)上行頻率。
因?yàn)榻邮斩丝诓槐貓?zhí)行信道均衡(因?yàn)锽＜＜Bc)。這種方式在B＜＜Bc＜＜Bu的務(wù)件下特別有效，其中Bc是信道的相干帶寬。另外，隨機(jī)的慢跳頻(random slow frequency hopping)SFH確保了傳輸與傳輸之間的信道衰減波此獨(dú)立。由此就增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的公平性(fair-ness)，并且在終端處于不良點(diǎn)時(shí)提高了可靠性，以免發(fā)生過(guò)多的重復(fù)傳輸。
此外，在本發(fā)明的VCN中沒(méi)有那種位于網(wǎng)孔中心并且用于管理信道分配和過(guò)區(qū)切換的慣用基地臺(tái)BS，并且使用了在功能上比慣用的基地臺(tái)更簡(jiǎn)單的接收端口，例如天線(xiàn)的設(shè)置。VCN中的每個(gè)端口接收某一終端發(fā)射的信號(hào)，并經(jīng)有線(xiàn)網(wǎng)把接收到的全部信息組無(wú)誤差地傳送到端口服務(wù)器(server)。處于一個(gè)虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的端口組提供了臺(tái)址分集(site diversity)，這有助于防止多路衰減。
本發(fā)明的VCN有許多優(yōu)點(diǎn)，它在以移動(dòng)終端為中心臨時(shí)構(gòu)成的虛擬網(wǎng)孔之內(nèi)的某一端口處接收一個(gè)信息組，但是有兩個(gè)以上的信息組可以到達(dá)終點(diǎn)。這一問(wèn)題可由端口服務(wù)器(server)來(lái)解決，它從網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的各終端收集信息組。虛擬網(wǎng)孔被限定為一個(gè)區(qū)域，如果在足夠大的區(qū)域內(nèi)沒(méi)有另一個(gè)終端正在發(fā)射任何信息組，在該區(qū)域中的接收信號(hào)具有足夠強(qiáng)的功率被一個(gè)端口俘獲。虛擬網(wǎng)孔的尺寸是由發(fā)射功率、傳播衰減以及信道噪聲所確定的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中包括多個(gè)由端口網(wǎng)絡(luò)相互連接的端口，用于接收由移動(dòng)終端發(fā)射的上行信息組；以及一端口服務(wù)器(server)用于在以移動(dòng)終端為中心臨時(shí)構(gòu)成的虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的一或多個(gè)端口發(fā)射出的一或多個(gè)雙重信息組中選擇任一信息組，當(dāng)移動(dòng)終端發(fā)射一個(gè)信息組時(shí)，該信息組經(jīng)由公共電話(huà)交換網(wǎng)傳輸?shù)浇K點(diǎn)，并且向移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供了一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信方法，該網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)由端口網(wǎng)絡(luò)相互連接的端口及一個(gè)端口服務(wù)器(server)被連接到端口網(wǎng)絡(luò)的一端。在此方法中，從移動(dòng)終端向端口方向的上行信息組傳輸過(guò)程包括以下步驟利用無(wú)線(xiàn)多址協(xié)議(wireless multiple access protocol)從移動(dòng)終端向各個(gè)端口發(fā)射一個(gè)信息組；在該移動(dòng)終端發(fā)射該信息組時(shí)，由處于以所述移動(dòng)終端為中心虛構(gòu)的一個(gè)虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的至少一個(gè)端口接收該信息組；以及從經(jīng)由端口網(wǎng)絡(luò)被傳輸?shù)蕉丝诜?wù)器的至少一個(gè)或多個(gè)雙重信息組中間選出一最佳信息組；而從端口服務(wù)器朝移動(dòng)終端方向的下行信息組傳輸?shù)倪^(guò)程包括了以下步驟由端口服務(wù)器指定至少一個(gè)端口用于發(fā)射下行信息組；以及經(jīng)由指定的端口向移動(dòng)終端發(fā)射信息組。
為進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的特征，利用實(shí)施例結(jié)合附圖描述如下附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是慣用蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的示意框圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例的虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)的示意框圖；圖3是從各終端發(fā)出的上行信息組傳輸協(xié)議的流程圖；圖4是從端口服務(wù)器出發(fā)的信息組處理協(xié)議的流程圖；圖5是從端口服務(wù)器傳輸下行信息組的協(xié)議流程圖。
圖2是按照本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例的虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)的示意性框圖。
本發(fā)明的虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)端口PA至PN，用于接收多個(gè)移動(dòng)終端Ma至Me發(fā)射的信息組，上述端口由端口網(wǎng)絡(luò)PN將它們彼此連接，以及連接到該端口網(wǎng)絡(luò)PN一端的用于管理多個(gè)端口PA至PN的端口服務(wù)器(server)PS。端口服務(wù)器PS被連接到作為干線(xiàn)網(wǎng)的公共電話(huà)交換網(wǎng)。
圖2示出了終端Ma至Me在發(fā)射信息組的時(shí)隙期間同時(shí)發(fā)射信息組的情況。
端口網(wǎng)絡(luò)PN具有一個(gè)總線(xiàn)拓樸圖(topology)例如可具有一個(gè)星形(star)拓樸或環(huán)形(ring)拓樸圖。它應(yīng)具有足夠的帶寬以適應(yīng)該網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量。
本發(fā)明的端口PA至PN可以由比慣用基地臺(tái)功能簡(jiǎn)單的天線(xiàn)構(gòu)成。
在圖2中用五個(gè)圓表示的虛擬網(wǎng)孔VC1至VC5是以移動(dòng)終端Ma至Me為中心構(gòu)成的，并且其中包括14個(gè)端口PA至PN。
這些虛擬網(wǎng)孔VC1至VC5的尺寸是由發(fā)射功率、傳播衰減及信道噪聲來(lái)決定的，并且被限定為一個(gè)區(qū)域，如果在足夠大的區(qū)域內(nèi)沒(méi)有另一個(gè)終端正在發(fā)射任何信息組，被接收的信號(hào)在該區(qū)域內(nèi)就具有足夠的功率被一個(gè)端口俘獲。
PS還執(zhí)行雙重分辨協(xié)議(duplication resolution protocal)(DRP)，以便在一個(gè)以上的端口可能接收到同一信息組時(shí)從可能的雙重信息組中間僅選擇一個(gè)信息組將其輸出到公共電話(huà)交換網(wǎng)。
由PS執(zhí)行DRP，而不是在端口PA至端口PN執(zhí)行DRP，并且過(guò)區(qū)切換(handover)的簡(jiǎn)化可以使終端Ma至Me的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議得到簡(jiǎn)化，由此可減少功率消耗。
同時(shí)，每個(gè)終端可使用分配給上行信道的整個(gè)系統(tǒng)帶寬，并且通過(guò)把上行帶寬Bu分解(split)成幾個(gè)并行的隨機(jī)接入信道帶寬B，使得每個(gè)終端可從帶寬為B＝Bu/K的并行隨機(jī)接入信道中間隨機(jī)地選用其中的一個(gè)信道。
在后一情況下，如果信道的相干帶寬Bc滿(mǎn)足B＜＜Bc＜＜Bu，由于B＜＜Bc，端口PA至PN不必執(zhí)行信道均衡(equalization)功能。隨機(jī)的慢跳頻能確保傳輸與傳輸之間的信道衰減彼此獨(dú)立。
VCN的通信協(xié)議包括從終端接入端口所需的無(wú)線(xiàn)多址控制協(xié)議(wireless Multiple access control protocol)，端口服務(wù)器的上行信息組處理協(xié)議，端口服務(wù)器的下行信息組處理協(xié)議，以及端口網(wǎng)絡(luò)中的多址協(xié)議。
A.各終端的上行信息組發(fā)射協(xié)議VCN的上行信道(從各終端朝向一個(gè)端口的方向)是以現(xiàn)有的或改進(jìn)的多址協(xié)議為基礎(chǔ)的，特別是在隨機(jī)接入?yún)f(xié)議的基礎(chǔ)上即時(shí)隙(slotted)的ALOHA協(xié)議。隨機(jī)接入?yún)f(xié)議的基本優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單并且靈活，并且由于這種隨機(jī)接入?yún)f(xié)議不是一種集中控制的方案，在諸如VCN這樣的分布網(wǎng)絡(luò)中可以顯示出其優(yōu)點(diǎn)。
參見(jiàn)圖3，如果出現(xiàn)待發(fā)射的信息組時(shí)(S31)，各個(gè)終端Ma至Me按照時(shí)隙的ALOHA協(xié)議隨機(jī)地發(fā)射信息組。
如果整個(gè)系統(tǒng)帶寬很寬，就把整個(gè)帶寬分解成多個(gè)并行信道的帶寬，并且由各個(gè)終端隨機(jī)地選擇任一并行信道發(fā)射信息組(S32)。由終端Ma至Me周?chē)亩丝赑A至PN接收到的所有信息組被立即發(fā)射給端口服務(wù)器PS(S33)，而PS經(jīng)由下行信道向一個(gè)相應(yīng)的終端發(fā)射確認(rèn)(acknowledgement)信號(hào)ACK。
同時(shí)，每個(gè)終端靜止地等待(S34)，如果在一預(yù)定時(shí)間期間未收到確認(rèn)信號(hào)，則重新發(fā)射信息組(S35)。
在圖2中，如果終端MB和MC同時(shí)發(fā)射信息組，端口PG和PH的信號(hào)將會(huì)遭受很強(qiáng)的干擾，因此可以把來(lái)自終端MB和MC的信息組分別經(jīng)由端口PE和PI傳送到PS。
如果發(fā)自一個(gè)終端的信息組不能被任何一個(gè)端口俘獲，就不會(huì)有確認(rèn)信號(hào)，并且可以在補(bǔ)償(backoff)延遲之后重新發(fā)射。
B.端口服務(wù)器的上行信息組發(fā)射協(xié)議參見(jiàn)圖4，如果PS從一終端接收到一個(gè)新的信息組(S41)，在一預(yù)定時(shí)間期間如果有經(jīng)由幾個(gè)途徑發(fā)射的雙重信息組(duplicatedpackets)(S42)時(shí)，PS要予以確認(rèn)。
在這些雙重信息組中可能包括沒(méi)有任何誤差的信息組以及由于傳輸期間的誤差而出現(xiàn)局部錯(cuò)誤的信息組。
PS從雙重信息組中選擇其一，或是對(duì)不良的信息組進(jìn)行組合，完成臺(tái)址分集(site diversity)(S43)。
如果PS收到了一個(gè)完美的信息組，PS就向該終端發(fā)射確認(rèn)信號(hào)ACK(S44)，并且編制和更新一個(gè)有效端口表，該表中包括用戶(hù)識(shí)別號(hào)碼、信號(hào)輸入端口號(hào)碼、信號(hào)質(zhì)量，以及接收時(shí)間(S45)。
例如在圖2中由終端Ma發(fā)射的一信息組可能經(jīng)由端口PA至PD發(fā)生重復(fù)并被發(fā)射到PS。PS僅選擇一個(gè)信息組的副本(S46)并將其傳送到終點(diǎn)(S47)。這樣就確定了一個(gè)雙重分辨協(xié)議DRP。
DRP可以有兩種方案。第一，在一個(gè)準(zhǔn)確的信息組到達(dá)之后放棄其它所有的雙重信息組。這種簡(jiǎn)單的算法可以使PS中的處理延遲被減至最小。
第二，由PS在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收所有的雙重信息組，但是選擇出具有最小誤差的信息組副本，例如，把具有最小漢明間距(hammingdistance)的副本選為有用字碼。
PS還為有效端口表中的每個(gè)用戶(hù)接收到最佳信號(hào)的端口號(hào)碼進(jìn)行跟蹤。這種信道信息可被用于在下行傳輸中選擇最佳的一個(gè)(或一組)端口用于向終端發(fā)射信息組。
C.端口服務(wù)器的下行信息組發(fā)射協(xié)議VCN從PS向終端Ma至Me發(fā)射信息組的下行協(xié)議也可以采用上行協(xié)議的虛擬蜂窩網(wǎng)原理。
參見(jiàn)圖5，如果被傳送給終端的信息組到達(dá)PS時(shí)(S51)，PS利用實(shí)際端口表檢查，看首先會(huì)收到信息組的終端(terminal location)是否已被占有(S52)。
經(jīng)檢查之后，如果相應(yīng)的終端未被占有，就對(duì)該P(yáng)S管理的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有端口群呼(paging overall)(S53)。
如果在群呼情況下，相應(yīng)的終端沒(méi)有被占有(S54)，PS向傳輸端口報(bào)告該終端沒(méi)有在網(wǎng)絡(luò)中(S55)。
在PS通過(guò)步驟S52和S54占有了終端的情況下，在理想情況下，PS就指定一接收到最佳上游信號(hào)的端口(S56)并通過(guò)其傳送下游數(shù)據(jù)(S57)。然而，最好是不采用步驟S56和S57，而是通過(guò)在上行傳輸期間具有最佳特性的那個(gè)端口和幾個(gè)與其相鄰的端口多點(diǎn)(mul-ticase)發(fā)送下游信息組，以便增強(qiáng)其性能。
D.端口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PN把PS所覆蓋的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的所有端口PA至PN和PS互連在一起，并且承載上游和下游數(shù)據(jù)。由于在端口之間沒(méi)有直接的用戶(hù)數(shù)據(jù)交換，從信息組延遲和穩(wěn)定性的角度來(lái)看，星形拓樸圖最適合用于這種端口網(wǎng)絡(luò)?？紤]到實(shí)際的安裝問(wèn)題，該端口網(wǎng)絡(luò)適合采用總線(xiàn)(bus)網(wǎng)絡(luò)，并可以使用環(huán)形拓樸圖。如果采用IEEE820.6分布式排隊(duì)雙總線(xiàn)協(xié)議或是其修改協(xié)議，PS可以把一條總線(xiàn)只用于下游(down stram)傳輸，而另一條總線(xiàn)被用于從端口到PS的上行傳輸。
這種端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了高速的短距離通信網(wǎng)絡(luò)，并且采用了適應(yīng)于端口與端口服務(wù)器之間的業(yè)務(wù)特點(diǎn)的多址協(xié)議。同時(shí)，由于在各端口之間沒(méi)有直接的數(shù)據(jù)交換，最好是選擇一種能適應(yīng)這種條件的合適協(xié)議。
優(yōu)點(diǎn)及效果1、增加用戶(hù)容量根據(jù)慣用蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)網(wǎng)孔中可以理想地執(zhí)行的多址控制協(xié)議，即使是每個(gè)網(wǎng)孔的處理率達(dá)到1，相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)頻率帶寬的每單位區(qū)域的處理率在七個(gè)頻率復(fù)用模型的條件下也不會(huì)超過(guò)1/7＝0.143。
為了從根本上解決處理率最大值的限制問(wèn)題，頻率復(fù)用(reuse)模型的數(shù)量應(yīng)小于7，其最小值為1。也就是說(shuō)所有終端將使用相同的頻帶(frequency bandwith)。
在本發(fā)明的虛擬蜂窩系統(tǒng)中必須認(rèn)真對(duì)待來(lái)自其它終端的干擾信號(hào)，這一問(wèn)題可從以下幾方面進(jìn)行補(bǔ)償，即合適的接收設(shè)備的俘獲功能，及通過(guò)采用大的頻率帶寬把信息組傳輸時(shí)間縮短到1/7，以及實(shí)現(xiàn)臺(tái)址分集。
如果基地臺(tái)(端口)的數(shù)量與慣用蜂窩通信系統(tǒng)中的數(shù)量一樣多，就可以進(jìn)一步增加用戶(hù)容量。
2、適應(yīng)用戶(hù)臨時(shí)聚集的情況在個(gè)人通信網(wǎng)或移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)中，如果用戶(hù)們臨時(shí)或在一段時(shí)間內(nèi)聚集在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，慣用的蜂窩結(jié)構(gòu)不能有效地對(duì)付這種聚集條件，即使是采用平均業(yè)務(wù)量程度來(lái)確定網(wǎng)孔的尺寸和邊界，處理率在臨時(shí)變化的情況下也會(huì)變差。在本發(fā)明VCN中所有的終端都使用整個(gè)頻率帶寬(即采用的頻率帶寬預(yù)先不受限制)，因此對(duì)于用戶(hù)分布動(dòng)態(tài)變化的情況下也能具有較好處理率。
與采用Hz·秒的情況不同，在采用Hz·秒·m2時(shí)可以最大限度地利用VCN中提供的無(wú)線(xiàn)資源。
3、便于確定基地臺(tái)的位置不同于慣用的蜂窩通信網(wǎng)，VCN中網(wǎng)孔的邊界不預(yù)先限定。網(wǎng)孔的邊界被限定在終端周?chē)?，而不是在基地臺(tái)周?chē)?，并且各終端可以與虛擬網(wǎng)孔中的某一端口相聯(lián)系。因此，VCN從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了臺(tái)址(site)分集和防止多路衰減(combat multipath fading)。
利用這一系統(tǒng)，在VCN中可以自由地確定端口位置，并且在需要安裝附加的基地臺(tái)以便增加用戶(hù)容量時(shí)，端口之間的相互影響比慣用的蜂窩系統(tǒng)中基地臺(tái)之間的相互影響要少。
4、簡(jiǎn)化過(guò)區(qū)切換的管理在VCN中，在一終端周?chē)囊粋€(gè)端口接收信息組，由該端口準(zhǔn)確接收的信息組經(jīng)由端口網(wǎng)絡(luò)被發(fā)射到端口服務(wù)器。由于在VCN中不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)終端越過(guò)預(yù)定的網(wǎng)孔邊界的現(xiàn)象，就不會(huì)發(fā)生象慣用蜂窩系統(tǒng)中的那種復(fù)雜的過(guò)區(qū)切換問(wèn)題，由此形成一種軟過(guò)區(qū)切換方式。這樣，VCN的端口就不需要復(fù)雜的過(guò)區(qū)切換管理功能，而是由端口服務(wù)器(server)來(lái)管理過(guò)區(qū)切換。
5、簡(jiǎn)化終端通信協(xié)議VCN可使終端所需的過(guò)區(qū)切換(handover)管理功能減至最少。局部地在端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用多址協(xié)議可以簡(jiǎn)化終端的通信協(xié)議，并且減少功率消耗。
盡管本發(fā)明是結(jié)合著目前的實(shí)際情況和最佳實(shí)施例來(lái)描述的，但是本發(fā)明決不僅局限于所述的實(shí)施例，與此相反，其目的在于要覆蓋住包括在權(quán)利要求中的思想和范圍內(nèi)的各種變形和等效的布置方式。
權(quán)利要求
1.一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)由端口網(wǎng)絡(luò)相互連接的端口，用于接收由移動(dòng)終端發(fā)射的上行信息組；以及一個(gè)端口服務(wù)器(server)用于在以所述移動(dòng)終端為中心臨時(shí)構(gòu)成的虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的一或多個(gè)所述端口發(fā)射出的一或多個(gè)雙重信息組中選擇任一信息組，當(dāng)所述移動(dòng)終端發(fā)射一個(gè)信息組時(shí)，把所述信息組經(jīng)由公共電話(huà)交換網(wǎng)傳輸?shù)浇K點(diǎn)，并且向所述移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
2.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的移動(dòng)終端在從終端朝向端口的方向利用分配給上行信道的整個(gè)頻帶帶寬發(fā)射所述信息組。
3.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述移動(dòng)終端在從終端到端口的方向利用從分配給上行信道的整個(gè)頻帶帶寬中分解成的幾個(gè)并行信道之中的一個(gè)信道發(fā)射所述信息組。
4.按照權(quán)利要求3的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的上行信道的整個(gè)頻帶帶寬、所述并行信道的帶寬以及信道的相干帶寬分別由Bu、B和Bc表示，它們滿(mǎn)足B＜＜Bc＜＜Bu的關(guān)系式。
5.按照權(quán)利要求3的網(wǎng)絡(luò)，其中，每個(gè)所述移動(dòng)終端隨機(jī)地選用一個(gè)并行信道。
6.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述端口網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)星形拓樸或總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
7.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述端口服務(wù)器從上述一或多個(gè)雙重信息組中間選擇首先收到的一個(gè)準(zhǔn)確的信息組，并且放棄那些在該準(zhǔn)確的信息組之后到達(dá)的所有信息組。
8.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述端口服務(wù)器從在一預(yù)定時(shí)間期間收到的所述一或多個(gè)雙重信息組中間選擇具有最小誤差的一個(gè)信息組。
9.按照權(quán)利要求8的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述具有最小誤差的信息組是根據(jù)一個(gè)信息組具有的最小漢明間距的條件來(lái)確定的。
10.按照權(quán)利要求8的網(wǎng)絡(luò)，其中，在所述端口服務(wù)器中設(shè)有一有效端口表，該表中包括從各個(gè)終端接收到最小誤差信息組的所述端口的信息。
11.按照權(quán)利要求10的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的有效端口表中至少包括用戶(hù)識(shí)別號(hào)碼、信息組輸入端口號(hào)碼、信號(hào)質(zhì)量以及接收時(shí)間。
12.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，用于從所述移動(dòng)終端中將上述相應(yīng)虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的所述任意端口接入的通信協(xié)議是由無(wú)線(xiàn)多址控制協(xié)議構(gòu)成的，并且所述端口網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議是由多址協(xié)議所構(gòu)成的。
13.按照權(quán)利要求12的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的多址協(xié)議是一種隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。
14.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的端口服務(wù)器通過(guò)接收到最佳信息組的那個(gè)端口向所述移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
15.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述端口服務(wù)器通過(guò)接收到最佳信息組的那個(gè)端口及其周?chē)膸讉€(gè)端口以多點(diǎn)發(fā)送的方式向所述移動(dòng)終端發(fā)射最佳的信息組。
16.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述端口服務(wù)器以臺(tái)址分集的方式從幾個(gè)端口接收到的所述雙重信息組中選擇所述一個(gè)信息組
17.按照權(quán)利要求6的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述總線(xiàn)包括第一總線(xiàn)用于從所述端口服務(wù)器到所述端口的下行傳輸信息組，以及第二總線(xiàn)用于從所述端口到所述端口服務(wù)器的上行傳輸信息組。
18.按照權(quán)利要求1的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)所述端口包括一個(gè)天線(xiàn)。
19.一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)端口用于接收由移動(dòng)終端發(fā)射出的一個(gè)上行信息組；用于相互連接所述端口的端口網(wǎng)絡(luò)；以及一個(gè)端口服務(wù)器，在所述信息組被發(fā)射時(shí)用于從以所述移動(dòng)終端為中心虛構(gòu)而成的一個(gè)虛擬網(wǎng)孔之內(nèi)的所述一或多個(gè)端口經(jīng)由所述端口網(wǎng)絡(luò)接收到的所述一或多個(gè)信息組中選擇一個(gè)最佳信息組，把選定的信息組發(fā)射到終點(diǎn)，并且經(jīng)由至少一個(gè)端口向所述移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
20.一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)的通信方法，該方法是在一個(gè)包括多個(gè)由端口網(wǎng)絡(luò)相互連接的端口和連接到該端口網(wǎng)絡(luò)一端的一個(gè)端口服務(wù)器中，從移動(dòng)終端到端口方向上行信息組傳輸以及從所述端口服務(wù)器向所述移動(dòng)終端方向的下行信息組傳輸?shù)倪^(guò)程，其中，包括以下步驟利用無(wú)線(xiàn)多址協(xié)議從所述移動(dòng)終端向各個(gè)端口發(fā)射上行信息組；當(dāng)所述移動(dòng)終端發(fā)射所述信息組時(shí)利用以所述移動(dòng)終端為中心虛構(gòu)而成的一個(gè)虛擬網(wǎng)孔內(nèi)的至少一個(gè)端口接收信息組；以及從所述端口網(wǎng)絡(luò)發(fā)射到所述端口服務(wù)器的至少一個(gè)或多個(gè)雙重信息組中選擇一個(gè)最佳信息組；以及由所述端口服務(wù)器指定至少一個(gè)端口用于發(fā)射下行信息組；以及從所述指定端口向所述移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其中，當(dāng)執(zhí)行上行信息組傳輸時(shí)所述移動(dòng)終端使用分配給上行信道的整個(gè)頻率帶寬發(fā)射所述信息組。
22.按照權(quán)利要求20的方法，其中，當(dāng)執(zhí)行上行信息組傳輸時(shí)所述移動(dòng)終端使用多個(gè)并行信道中的任一信道發(fā)射所述信息組，該并行信道的帶寬是由整個(gè)頻率帶寬分割而成的。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其中，多個(gè)并行信道中的任一信道是通過(guò)多址協(xié)議來(lái)選擇的。
24.按照權(quán)利要求23的方法，其中，所述多址協(xié)議是一種隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。
25.按照權(quán)利要求20的方法，其中，在所述雙重信息組中的最佳信息組是在預(yù)定時(shí)間期間接收到的多個(gè)雙重信息組中具有最小誤差率的那個(gè)信息組。
26.按照權(quán)利要求20的方法，其中，在指定所述信息組傳輸端口的步驟中指定一個(gè)端口，該端口在所述上行信息組傳輸期間收到了最佳的信息組。
27.按照權(quán)利要求20的方法，其中，在指定所述信息組傳輸端口的步驟中指定在上行信息組傳輸期間收到了最佳信息組的那個(gè)端口，以及指定一個(gè)處于所述端口周?chē)念A(yù)定端口。
28.按照權(quán)利要求20的方法，其中，采用多點(diǎn)(multicase)發(fā)送方式執(zhí)行從所述指定端口到所述移動(dòng)終端的信息組傳輸。
29.按照權(quán)利要求20的方法，其中，從所述端口到所述端口服務(wù)器的信息組傳輸是按照時(shí)隙ALOHA協(xié)議來(lái)執(zhí)行的。
30.按照權(quán)利要求20的方法，其中，端口服務(wù)器從所述一或多個(gè)雙重信息組中間選擇首先接收到的一個(gè)準(zhǔn)確信息組，并且在從雙重信息組中選擇最佳信息組的步驟中放棄所有的在準(zhǔn)確信息組之后到達(dá)的所有雙重信息組。
31.按照權(quán)利要求20的方法，其中，進(jìn)一步包括以下步驟占有一個(gè)終端，向該終端發(fā)射所述下行信息組；以及在該終端未被占用的情況下對(duì)所有的端口進(jìn)行群呼。
全文摘要
一種虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)具有一種虛擬網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)限定了一個(gè)預(yù)定尺寸的區(qū)域并在一移動(dòng)終端發(fā)射信息組時(shí)，在該移動(dòng)終端周?chē)摌?gòu)而成。該虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)包括由端口網(wǎng)絡(luò)相互連接的多個(gè)端口，用于接收從移動(dòng)終端發(fā)射的上行信息組，一個(gè)端口服務(wù)器用于從來(lái)自包括在該虛擬網(wǎng)孔內(nèi)一或多個(gè)端口的一或多個(gè)雙重信息組中選擇任何一個(gè)信息組，把該信息組傳輸給終點(diǎn)，并向移動(dòng)終端發(fā)射下行信息組。
文檔編號(hào)H04W4/12GK1122092SQ9411869
公開(kāi)日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1994年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月28日
發(fā)明者金華鐘, 瓊-保羅·M·G·林納茲 申請(qǐng)人:金星情報(bào)通信株式會(huì)社, 金華鐘, 瓊-保羅·M·G·林納茲