專利名稱：無線電通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電通信系統(tǒng)，并特別涉及與局域網(wǎng)一起使用的具有與之相連的至少一個接收機發(fā)射機單元的用于與一個或多個無線移動單元通信的這樣的系統(tǒng)。
本發(fā)明在使用能支持局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)中25Mb／s-2．4Gb／s的速率上的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務的異步傳送模式(ATM)組網(wǎng)基礎結構中進行研制。然而，本發(fā)明也能與其他組網(wǎng)基礎結構一起使用。
在標準的ATM網(wǎng)絡中，操作在此網(wǎng)絡上的所有單元利用電纜連到此網(wǎng)絡。然而，移動單元能與網(wǎng)絡通信的需求日益增加，這些單元能是諸如膝上與筆記本手持計算機、照相機等的產(chǎn)品。一種基本無線網(wǎng)絡系統(tǒng)描述在我們于1996年1月16日提交的并公開在站址www．orl．co．uk上的題為“The ORL Radio ATM System，Architectureand Implementation”的文章中。
在我們所建議的系統(tǒng)中，此網(wǎng)絡具有連到標準有線網(wǎng)絡的許多基站或接入點(AP)和連到例如可以是便攜式的筆記本與膝上計算機的多個移動站。


圖1示意地表示操作在此網(wǎng)絡中的一組接入點與無線終端。網(wǎng)絡2具有與之相連的接入點4。接入點自身物理上隔開并均能在例如高達30米的有限范圍內(nèi)發(fā)送與接收消息。利用去／自單個接入點的傳輸覆蓋的區(qū)域稱為皮網(wǎng)孔6，這些皮網(wǎng)孔重疊以保證由此無線電系統(tǒng)覆蓋所有所需的區(qū)域。選擇接入點4用于發(fā)送與接收消息的信道，以使相鄰接入點使用不同的無線電信道并從而不相互干擾。
無線終端8操作在皮網(wǎng)孔6中并能在皮網(wǎng)孔之間移動，這些終端發(fā)送數(shù)據(jù)給控制它們所在的皮網(wǎng)孔的接入點4并從此接入點4中接收數(shù)據(jù)。在這些終端接近相鄰皮網(wǎng)孔的邊界時，由于它們移到此相鄰的皮網(wǎng)孔并開始在此皮網(wǎng)孔的無線電信道中發(fā)送與接收，所以進行信號交換與切換操作。
許多接入點位于建筑物中，以提供全部的覆蓋。
每個接入點利用幀傳輸結構與其皮網(wǎng)孔中的無線終端通信。此幀結構對此無線電信道進行時分多路復用接入操作。此幀分為兩部分在第一部分期間接入點可以發(fā)送，而在第二部分期間無線終端可以發(fā)送。
接入點首先發(fā)送包括幀描述消息的報頭，此報頭之后是許多數(shù)據(jù)與控制消息。在預留給無線終端的周期期間，許多不同的無線終端可以發(fā)送，這些發(fā)送包括數(shù)據(jù)與控制消息。給這些無線終端分配發(fā)送數(shù)據(jù)消息的時隙，能給這些終端分配用于發(fā)送的特定周期性的時隙。接入點與無線終端交換請求和分配消息，以便分配未來的時隙給WT。
除了分配時隙給特定傳輸之外，接入點必須分配優(yōu)先級給不同的數(shù)據(jù)類型并且必須據(jù)此管理時隙的分配。諸如話音數(shù)據(jù)的一些數(shù)據(jù)類型要求高優(yōu)先級，以保證在通過無線電鏈路發(fā)送的實時傳輸中沒有中斷。管理這樣的一個方案在無線電通信方案中帶來各種問題。
在這樣的系統(tǒng)中還有一個問題，即很困難預測上行業(yè)務(WT至AP)與下行業(yè)務(AP至WT)之間的分隔(split)，這將取決于在任何一個時間上用戶的要求。利用固定的幀結構，特別是在此AP的范圍內(nèi)具有少量的WT時，這阻止全部使用可利用的帶寬。
利用取決于業(yè)務總量的可變幀長度和上行與下行數(shù)據(jù)業(yè)務之間可變的分隔能克服此問題。然而，由于相鄰AP具有重疊的覆蓋區(qū)域，所以這將導致系統(tǒng)中單元之間的串話問題。
由于一些WT比其他WT更遠離AP，所以出現(xiàn)另一同步問題。這意味著鄰近WT首先從此AP接收數(shù)據(jù)。如果假定在AP至WT與WT至AP傳輸之間的延遲對遠程WT來說是相同的，這將導致WT至AP傳輸中的不同步。
優(yōu)選實施例提供用于根據(jù)分配給從AP傳輸至WT和從WT傳輸至AP的數(shù)據(jù)類型的優(yōu)先級分配時隙給這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方案。此方案能利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)與存儲器來實施，此方案逐個WT分配時隙并將每個WT的傳輸按優(yōu)先順序進行排列。
還一實施例提供用于使相鄰接入點使用的幀結構同步的方案，即給定每個AP相同的幀長度和上行與下行業(yè)務之間的分隔并使傳輸同步。然而，在用戶對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟾淖儠r，能改變幀結構(長度與分隔)，從而獲得可利用帶寬的最優(yōu)使用。
優(yōu)選地，靠近AP的WT在發(fā)送數(shù)據(jù)給此AP之前插入可變延遲，以使那個發(fā)送與更遠離此AP的WT所發(fā)送的數(shù)據(jù)同步。
本發(fā)明的各個方面更準確地定義在現(xiàn)在應參閱的附加權利要求書中。
現(xiàn)在將結合附圖利用示例來具體描述本發(fā)明，其中圖1是在本發(fā)明的實施例中使用的并如上所述的網(wǎng)絡接入點與無線終端的示意圖；圖2表示由圖1方案的WT與AP所接收與發(fā)送的一系列幀的定時圖；圖3表示存儲在存儲器中用于按優(yōu)先順序排列發(fā)送的表；圖4表示與圖3的表一起用于安排發(fā)送的寄存器組；和圖5表示相鄰皮網(wǎng)孔中發(fā)送的一組同步幀。
結合圖2最佳地理解接入點4與無線終端8之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?。這些傳輸包括一系列幀，每個幀具有下行部分，在此下行部分中上行接入點4廣播給其皮網(wǎng)孔中的WT，此下行部分之后是無線終端能發(fā)送給此接入點的時間周期。提供接入點與無線終端在接收與發(fā)送模式之間轉換的空時間周期。在圖2中，左手列表示在WT上所發(fā)生的，而右手列表示在AP上所發(fā)生的。較淡陰影部分是AP至WT的傳輸，而較深陰影部分是WT至AP的傳輸。
在圖3的示例中所使用的識別符如下TTOWT至AP的往返時間PRE接入點報頭(未示出)FD幀描述符映射RG預約同意DACK下行確認DCELL下行數(shù)據(jù)單元傳輸TT1 AP至WT的往返時間RR 上行預約請求UACK上行確認UCELL上行數(shù)據(jù)單元(脈沖串的開始)在此示例中，幀的第一部分包括報頭(PRE-未示出)，之后是廣播給特定接入點4控制的皮網(wǎng)孔6內(nèi)的所有移動單元的字段描述符，此幀描述符將幀的后續(xù)格式與時長通知所有無線終端8。
在此幀描述符之后，具有預約同意時隙(RG)，此RG用于將幀中的未來發(fā)送時隙通知已爭奪的并已同意的WT以便發(fā)送數(shù)據(jù)給此接入點，這是預約請求的確認并將當前己分配的數(shù)據(jù)單元發(fā)送機會的數(shù)量通知此WT，這是包含在從接入點至無線終端的每個傳輸中的基本信息。這之后可以是自移動站的上行數(shù)據(jù)單元傳輸?shù)南滦写_認(DACK)和下行數(shù)據(jù)單元傳輸(DCELL)。
隨后是空周期(TT1)，在此空周期期間此接入點從發(fā)送模式轉換為接收模式，無線終端從接收模式轉換為發(fā)送模式。無線終端8隨后能在此幀的下一時隙中發(fā)送上行預約請求(RR)。如果多于一個的終端同時發(fā)送上行預約請求，將具有爭用并且可能丟失這些預約請求。這之后則有可能是下行數(shù)據(jù)單元的上行確認，并且再之后是要發(fā)送的任何上行數(shù)據(jù)單元(UCELL)。
再開始下一幀之前，在此接入點轉換回到發(fā)送模式并且無線終端轉換回到接收模式的同時，則還有另一空周期。上面是基本幀結構。
如所示的，最小幀是TT0 PRE FD RG TT1 TT0預約請求看來象這TT0 PRE FD RG TT1 RR TT0 PRE FD RG TT1來自一個移動站的4數(shù)據(jù)單元的脈沖串看來象這RG TT1 rr UCELL(*4) TT0 PRE FD RG DACK TT1此處理無限地繼續(xù)。
緊接在此字段描述符之前的是報頭部分(未示出)。這包括諸如同步數(shù)據(jù)的一些基本內(nèi)務信息。接入點和無線終端利用此報頭來同步接收和調(diào)節(jié)接收的自動增益控制。
在AP接收到預約請求時，它如上所述利用預約同意傳輸進行響應，這表示己分配時隙給此移動站。隨后在允許發(fā)送包括在后續(xù)幀的FD中的消息時將此通知WT，而此WT隨后在那個幀中發(fā)送預定數(shù)量的數(shù)據(jù)單元。如果此WT具有比那個特定幀中所能容納的數(shù)據(jù)單元更多的數(shù)據(jù)單元，將在后續(xù)幀中包括另一允許來發(fā)送消息。這將繼續(xù)，直至此WT己發(fā)送其所有數(shù)據(jù)。
將發(fā)送按優(yōu)先順序排列結合圖3與4說明AP處理具有不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)發(fā)送的方式。
此AP在其本地存儲器中存儲圖3所示的類型表，這包括從WT至AP和從AP至WT的能發(fā)送的數(shù)據(jù)類型的傳輸記錄(DTN)。標志F表示特定WT是否已請求或要求上行或下行傳輸中每種數(shù)據(jù)類型的發(fā)送，并且N是那個特定發(fā)送所要求的數(shù)據(jù)單元的數(shù)量。
數(shù)據(jù)類型具有不同的優(yōu)先級。此示例僅表示3種數(shù)據(jù)類型，但能使用更多種數(shù)據(jù)類型。DT1具有最高優(yōu)先級，而DT3具有最低優(yōu)先級。在此存儲表中為每個即將進行的發(fā)送指定一個入口項，此表中的入口項對應預約并可以對應任意數(shù)量的發(fā)送。此預約保持并繼續(xù)生成發(fā)送機會，直至由WT除去此預約。
每當在圖3的表中指定新的入口項時，在圖4所示的寄存器組中指定相應的入口項，這包括用于上行與下行傳輸?shù)拿糠N數(shù)據(jù)類型的移位寄存器。因而，代表圖4中的移位寄存器的列對應圖3的表的列。這些寄存器用于以請求其的順序形成即將進行的發(fā)送的隊列。
給寄存器組提供計數(shù)器來指向用于每種數(shù)據(jù)類型的寄存器中入口項的開始與結束點，這將保證在正確的地方輸入新的入口項。此寄存器作為先入先出(FIFO)寄存器進行操作。
在幀中分配數(shù)據(jù)單元時，接入點將首先分配來自WT的最早請求的最高優(yōu)先級傳輸。在給出的示例中，這是來自WT4的上行傳輸請求并在下行傳輸上分配給WT。將在下一幀的字段描述符中分配數(shù)據(jù)單元并發(fā)送數(shù)據(jù)。在隨后的一幀上，最高優(yōu)先級DT1請求是由WT3發(fā)出的并且將相應地分配數(shù)據(jù)單元。從存儲在存儲器中的圖3的表中取出數(shù)據(jù)單元的數(shù)量。不在上行或下行傳輸上分配數(shù)據(jù)單元給DT2與DT3類型數(shù)據(jù)，直至已分別處理所有的DT1分配。在處理這些DT1分配之后，則發(fā)送DT2數(shù)據(jù)。在沒有未處理的DT2數(shù)據(jù)時，將發(fā)送DT3類型數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)按優(yōu)先順序進行排列和安排，以保證最佳發(fā)送。
如果特定WT要求的數(shù)據(jù)單元數(shù)量超過單個幀中可利用的數(shù)量時，將保存多余的數(shù)據(jù)單元，直至下一幀。如果在上行或下行上具有重復的DT1發(fā)送請求以致到了將再不發(fā)送DT2與DT3的程度，能修改此系統(tǒng)，以保證將具有DT2與DT3類型數(shù)據(jù)的周期性發(fā)送來保證這些數(shù)據(jù)最終得到處理。
此方案能利用隨機存取存儲器、寄存器組和FPGA與合適的控制電路以直通方式來實施或能利用軟件控制來實施。
圖3的表中所示的附加入口項是用于在AP與每個WT之間傳輸上使用的天線的。優(yōu)選地，此AP具有至少兩個天線并周期性地測試其特定皮網(wǎng)孔中至每個WT的傳輸質量。隨后存儲代表給出與每個WT的最佳通信的天線的一個值，此信息隨之用于此AP與每個WT之間的上行與下行傳輸。
如果任一個WT移動，則能改變此入口項。
一些WT將以固定速率生成數(shù)據(jù)，例如音頻數(shù)據(jù)。為了容納這樣的數(shù)據(jù)，能修改此方案，以使此AP預分配時隙用于那種類型的數(shù)據(jù)傳輸，并且除了圖4所示的數(shù)據(jù)類型的隊列之外，此AP還使用此數(shù)據(jù)。圖3的表能擴展為包括要求上行或下行側上恒定比特率傳輸?shù)腤T的入口項。隨后在每幀中能指定用于這樣的傳輸?shù)娜肟陧?，以保證不丟失數(shù)據(jù)。
可變幀結構如上所述，特別是在使用可變幀長度并且相鄰皮網(wǎng)孔中的傳輸不同步時，在相鄰皮網(wǎng)孔的傳輸之間能出現(xiàn)干擾問題。甚至在相鄰皮網(wǎng)孔中使用的頻率不同并且限制信道之間的隔離時，也能出現(xiàn)此問題。
我們已認識到通過提供同步的幀結構用于相鄰皮網(wǎng)孔能克服此問題，即，同時開始與結束的每個皮網(wǎng)孔中的傳輸以及上行與下行業(yè)務的分隔在每個相鄰皮網(wǎng)孔中是相同的。此想法示意地表示在圖5中，此圖表示名字為PC1與PC2的兩個相鄰皮網(wǎng)孔的一系列傳輸。利用A表示從AP至WT的下行傳輸，并利用B表示從WT至AP的上行傳輸。因而，每幀包括部分A加部分B。
如從此圖中能看出的，每幀的部分A與部分B在PC1與PC2中在完全相同的時間上開始與結束。因此，將消除這兩個幀之間的干擾。
然而，將發(fā)現(xiàn)總的幀長度隨時間而改變，并且分配給上行與下行傳輸?shù)膸谋壤搽S時間而改變。通過在連到此接入點的中央控制器上監(jiān)視預定時間周期上的相鄰皮網(wǎng)孔的上行與下行業(yè)務要求來獲得此幀長度的變化，并利用此變化來確定最佳幀長度和上行與下行傳輸之間的分隔。
延遲補償如上所述，遠離其正與之通信的AP的WT將在比靠近此AP的WT更晚的時間上接收到下行數(shù)據(jù)。因而，這些WT將在較晚的時間上開始計算往返時間(圖2中的TT1)并因而將在較晚的時間上發(fā)送其上行傳輸，這將在AP上引起與來自其他WT的傳輸?shù)臓幱谩?br> 為了克服此問題，每個WT具有可變延遲以便插入在下行傳輸接收與此AP之間。此系統(tǒng)構造為設置延遲，以使靠近此AP的WT將具有插入的延遲來模擬最大可能遠離此AP的那個WT的效果。
初始地，所有移動站沒有延遲信息。移動站能進行的第一傳輸是在預約請求時隙中，并且默認的傳輸延遲是0。這表示預約請求可以及早顯示給此AP，但只能以正常方式與來自其他移動站的其他預約請求爭用。此AP對預約請求與數(shù)據(jù)單元的確認包括延遲校正信息，以使此移動站隨后能同步到正確的延遲。
權利要求
1.用于將具有至少一個基站與至少一個遠程站的無線電通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸按優(yōu)先順序排列的一種方法，其中此基站能在此遠程站處于預定區(qū)域中的同時發(fā)送信號給此遠程站并從此遠程站中接收信號，此方法包括以下步驟給將要發(fā)送的每種數(shù)據(jù)類型分配優(yōu)先級；確定每個即將進行的發(fā)送的類型與優(yōu)先級；存儲涉及每種數(shù)據(jù)類型的即將進行的發(fā)送的數(shù)據(jù)；和在具有較低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)類型之前發(fā)送具有最高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)類型。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中此基站與此遠程站之間的傳輸包括一系列時間周期，每個時間周期具有第一部分和第二部分，在此第一部分期間此基站廣播信號，而在第二部分期間遠程站在每個時間周期中預先分配的時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)給此基站，并且其中根據(jù)分配給將要發(fā)送給每個遠程站的或將要從遠程站發(fā)送的數(shù)據(jù)類型的優(yōu)先級將每個時間周期中的時隙分配給這些數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中此基站發(fā)送信號給多個遠程站并從這多個遠程站中接收信號，并根據(jù)分配給將要發(fā)送的數(shù)據(jù)類型的優(yōu)先級和請求此基站與各個遠程站之間傳輸?shù)臅r間將每個時間周期中的時隙分配給那個傳輸。
4.根據(jù)權利要求2或3的方法，包括步驟在基站與至少一個遠程站之間發(fā)送恒定比特率數(shù)據(jù)并分配每個時間周期中至少一些時隙給此恒定比特率數(shù)據(jù)的傳輸。
5.用于與多個重疊通信網(wǎng)孔一起使用的一種無線電通信方法，每個網(wǎng)孔包括一個基站與至少一個遠程站，和其中此基站在第一時間周期中廣播信號，而遠程站在第二時間周期中發(fā)送信號給此基站，并且其中每個網(wǎng)孔中的基站耦合到中央控制器，此方法包括以下步驟使相鄰網(wǎng)孔中的基站所使用的第一與第二時間周期同步；監(jiān)視每個網(wǎng)孔中的傳輸；和調(diào)節(jié)第一與第二時間周期之中每一個時間周期的時長，以便在保持相鄰網(wǎng)孔之間的第一與第二時間周期同步的同時改善可利用傳輸帶寬的使用。
6.用于基站與多個遠程站之間的一種無線電通信方法，其中此基站能發(fā)送信號給這多個遠程站并能從這多個遠程站中接收信號，此方法包括以下步驟在第一時間周期期間從此基站廣播信號給遠程站；在預定延遲之后，從遠程站發(fā)送信號給此基站；和根據(jù)遠程站離開此基站的距離改變此延遲。
全文摘要
在無線電通信系統(tǒng)中在至少一個基站與至少一個遠程站之間進行數(shù)據(jù)傳輸。此基站在遠程站處于預定區(qū)域中的同時能發(fā)送信號給此遠程站并能從此遠程站中接收信號。給將要發(fā)送的每一種數(shù)據(jù)類型分配優(yōu)先級并確定和存儲每個即將進行的發(fā)送的類型與優(yōu)先級,隨后在具有較低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)類型之前,發(fā)送最高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)類型。如果具有多于一個的基站,則將具有多個重疊的通信網(wǎng)孔?；驹诘谝粫r間周期中廣播信號,而遠程站在第二時間周期中發(fā)送信號?；抉詈系绞瓜噜従W(wǎng)孔中的基站所使用的第一與第二時間周期同步的中央控制器。監(jiān)視每個網(wǎng)孔中的傳輸數(shù)量并調(diào)節(jié)第一與第二時間周期之中每一個時間周期的時長,以改善可利用傳輸帶寬的使用。在根據(jù)遠程站離開基站的距離而變化的預定延遲之后,可以從遠程站發(fā)送這些傳輸給基站。
文檔編號H04J3/16GK1283376SQ9880837
公開日2001年2月7日 申請日期1998年8月24日 優(yōu)先權日1997年8月22日
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