專利名稱：蜂窩因特網(wǎng)協(xié)議調(diào)制解調(diào)網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩無線數(shù)據(jù)通信，特別是，涉及使用稱之為蜂窩IP的專門的協(xié)議的蜂窩通信，以及它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
相關(guān)技術(shù)描述

圖1給出了一個現(xiàn)有的蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)50。英特網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)55或一般服務(wù)提供商提供了各用戶站50、57和58英特網(wǎng)業(yè)務(wù)之間的連接?；?5創(chuàng)建小區(qū)49和蜂窩服務(wù)，即，用戶站50、57和58在小區(qū)49內(nèi)并由基站55提供服務(wù)?；?5通過無線鏈路連接用戶站50、58和ISP 55。
然而，用戶站66或許在基站55的范圍之外，或許在范圍內(nèi)但卻由于建筑物的遮擋，正如站57被建筑物56遮擋一樣而沒有直線視距，因此，用戶站57和66不能連接到ISP 55。
傳統(tǒng)的解決方法是建立另一個基站，或中繼對用戶站57和66的服務(wù)。然而，這種方法需要成本和設(shè)備的巨大開支，有必要尋求一種給用戶站57和66提供服務(wù)的更經(jīng)濟的方法。
發(fā)明概要本發(fā)明針對這些及先有技術(shù)的其它問題，提出一種蜂窩英特網(wǎng)協(xié)議(CIP)系統(tǒng)。
根據(jù)一種實施方案，依本發(fā)明的裝置是一種蜂窩IP調(diào)制解調(diào)器，包括一個基帶-中頻單元和一個射頻單元?；鶐?中頻單元配置為具有基于蜂窩英特網(wǎng)協(xié)議的路由引擎。
根據(jù)另一種實施方案，依本發(fā)明的方法包括步驟發(fā)送包含路由信息的數(shù)據(jù)分組(該路由信息表示的是中間接收者，而不是基站)；由中間接收者接收分組；以及按路由信息從中間接收者發(fā)送分組到基站。
根據(jù)另一種實施方案，描繪了一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它支持蜂窩IP網(wǎng)絡(luò)和其成員的創(chuàng)建。
附圖簡述圖1是現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的框圖。
圖2是依本發(fā)明的蜂窩IP分組的框圖。
圖MM-1是新的蜂窩IP網(wǎng)絡(luò)及其成員的框圖。
圖MM-2是依本發(fā)明的由于遮擋而沒有直線視距的用戶站的框圖。
圖MM-3是表示終端用戶的安排的框圖。
圖MM-4是表示基站及其成員的安排的框圖。
圖MM-5描述了相對于時間，頻率是如何規(guī)劃的。
圖3是用于產(chǎn)生碼譜的頻率表實施方案。
圖4是依本發(fā)明的比特流調(diào)制實施方案。
圖5是依本發(fā)明的RF部分實施方案。
圖6是依本發(fā)明的解調(diào)實施方案。
優(yōu)選實施方案詳述圖2給出了一個蜂窩IP分組的幀格式。分組是可變長度分組，有最大長度512個字節(jié)。分組包括一個7字節(jié)的前同步碼、一個1字節(jié)的初始幀分界符(SFD)、一個9字節(jié)目標(biāo)地址(DA)、一個9字節(jié)源地址(SA)、一個110字節(jié)路由信息塊(RIB)、一個6字節(jié)類型域、一個6字節(jié)狀態(tài)域、一個360字節(jié)數(shù)據(jù)域和一個4字節(jié)循環(huán)冗余校驗(CRC)域。
前同步碼包括交替的1和0以確定沖突，以及建立同步。
SFD包含數(shù)值<A5>h，表示一幀的開始。
DA包含表示諸如接收用戶站的國家內(nèi)的位置的地區(qū)的1個字節(jié)，8個比特給出256(28)個地區(qū)。2個字節(jié)用于表示地區(qū)內(nèi)小區(qū)標(biāo)識符。16個比特給出65,536(216)個小區(qū)；6個字節(jié)表示小區(qū)內(nèi)接收用戶站的蜂窩IP地址。
SA和DA有類似的域，只要用發(fā)送用戶站代替接收用戶站即可。
RIB表示分組從終端用戶站到基站所應(yīng)采用的路徑。由于最多含110個字節(jié)，RIB能在選定路由時詳細(xì)列出多達(dá)10個從發(fā)送用戶站到基站的鏈路。
幀類型域表示分組是控制分組還是業(yè)務(wù)分組。特別是，它們的開始的2個字節(jié)表示協(xié)議，接下來的2個字節(jié)表示子協(xié)議，最后的2個字節(jié)表示業(yè)務(wù)。例如，如果開始的2個字節(jié)是<7777>h，接下來的2個字節(jié)是<0707>h，這就表示一個“固件升級”命令，第三個2字節(jié)設(shè)置各種標(biāo)志。另一個例子，如果開始的2個字節(jié)是<0800>h，這就預(yù)示接下來的2個字節(jié)將表示“tcp/udp”以及第三個2字節(jié)將表示“業(yè)務(wù)端口號”(例如，電子郵件端口是25,http端口是80以及ftp端口是20)。蜂窩IP的其它子協(xié)議包括路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議、回送協(xié)議和遠(yuǎn)程配置協(xié)議。
狀態(tài)域表示這些信息，例如分組是ACK分組還是NACK分組、處于等待狀態(tài)的數(shù)據(jù)分組的數(shù)目、擴頻同步信息、或分組是本地分組還是被路由的分組。數(shù)據(jù)域包含多達(dá)360個字節(jié)的數(shù)據(jù)。CRC包括檢錯和糾錯信息。
路由特征圖MM-2說明了蜂窩IP網(wǎng)100的路由特征。ISP 102為各用戶站104和106提供英特網(wǎng)業(yè)務(wù)的交換。其它基站分別定義了蜂窩服務(wù)的小區(qū)112和114，即，用戶站104是小區(qū)100的，且由基站102提供服務(wù)等。小區(qū)內(nèi)104和106的調(diào)制解調(diào)器連接到ISP 102。
標(biāo)記為房子A的用戶站在小區(qū)100的外面，這或是因為它在范圍之外，或是因為它雖在范圍內(nèi)但卻被如107的建筑物或其它建筑物所遮擋。在這種情況下，用戶站房子A使用路由表來建立RIB，表示適宜的通信鏈路。
路由表可以是靜態(tài)的或動態(tài)的。在靜態(tài)路由時，在蜂窩IP調(diào)制解調(diào)器開始一安裝，路由表就確定了。用戶站116有一個路由表，它除了包含其它一切路由信息外，還包含表示用戶站房子A連接到被基站102覆蓋的房子B的調(diào)制解調(diào)器的信息。如果房子B不在服務(wù)范圍內(nèi)，可能還會有許多附加路由作為附加冗余。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用時隙的帶有載波偵聽的沖突檢測多址結(jié)構(gòu)(CSMA/CD)，其中所有的用戶共享整個帶寬。蜂窩IP可以在跳頻擴頻中實現(xiàn)。例如，每個小區(qū)可以配置為在100個時隙內(nèi)廣播(或等同的，100個跳頻頻率)，即，傳輸每秒跳變100次。小區(qū)內(nèi)的每一個用戶站和基站各配置一個初始跳變數(shù)。初始跳變數(shù)是任何一個用戶調(diào)制解調(diào)器開始發(fā)送分組直到結(jié)束的跳變數(shù)值，當(dāng)任何一個用戶在發(fā)送分組時，其它用戶等待直到它傳送結(jié)束，即使其它用戶使用的是另外的跳變時隙。這種方式的優(yōu)點是它進(jìn)一步減少了調(diào)制解調(diào)器之間的沖突，因為只要沒有其它的調(diào)制解調(diào)器在傳送分組，每個調(diào)制解調(diào)器就以自己的跳變數(shù)開始傳送。例如，如果在一個其中調(diào)制解調(diào)器可在任何隨機的時刻開始傳送分組的CSMA/CD網(wǎng)中沖突的概率為x，并且如果這種指定時間基準(zhǔn)的方案在100次跳變“這種情況下跳”，則這將進(jìn)一步按照x/100的因數(shù)減少沖突。跳變數(shù)要么在安裝時設(shè)置，要么通過ISP基站為每個站配置。
這種方法使沖突最小化，因為每個站通過監(jiān)聽當(dāng)前的傳輸來確定它的初始跳變數(shù)是否可用。如果可用，然后該站按它的初始跳變數(shù)開始發(fā)送；如果不可用，然后該站等待。這種方法減少沖突是因為沖突只在滿足兩個條件的情況下發(fā)生(1)兩個站有相同的初始跳變數(shù)，以及(2)它們都想發(fā)送。
用戶站部分圖MM-3給出了用戶調(diào)制解調(diào)器150和計算機160部分。在發(fā)送模式下，計算機160產(chǎn)生任何協(xié)議的分組，調(diào)制解調(diào)器將其插入蜂窩IP分組中，以及調(diào)制解調(diào)器150發(fā)送該分組。在接收模式下，調(diào)制解調(diào)器150接收蜂窩IP分組，從中去掉蜂窩IP信息，以及將其送到進(jìn)行分組處理的計算機160。
調(diào)制解調(diào)器150包括一個射頻(RF)單元154、“室內(nèi)或室外”天線155和一個基帶-中頻(BIF)單元153。RF單元154是模塊化的，廉價地配置在預(yù)先設(shè)定的工作頻率上。預(yù)定的頻率包括2.6GHz的MMDS；28GHz和29GHz兩個頻段的LMDS；902-928GHz、2.4GHz和5.7GHz三個頻段的ISM；ITFS；MDS；以及其它專用頻率。
BIF單元158將來自計算機160的基帶信息轉(zhuǎn)換為適合RF單元154處理的中頻信息。調(diào)制解調(diào)器150和計算機160之間的鏈路可以是串行電纜、并行電纜、SCSI電纜、以太網(wǎng)或通用串行總線電纜。
雖然本發(fā)明是根據(jù)“調(diào)制解調(diào)器”和“計算機”進(jìn)行描述的，隨著小型化的趨勢，預(yù)計相似的原理可應(yīng)用在類似于當(dāng)今現(xiàn)有的蜂窩電話和個人數(shù)字助理的集成裝置上。此外，預(yù)計本發(fā)明除了應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳送外，也可應(yīng)用于模擬數(shù)據(jù)(如，語音)。
ISP站裝置圖MM-4給出了基站的配置?；?09包含一個GPS天線113、一個GPS單元112、一個RF單元111和一個計算機主板110?；綠PS“全球定位衛(wèi)星接收器”112和113用來使基站有一個通用定時基準(zhǔn)。
圖MM-1給出了三個小區(qū)(小區(qū)＃1，小區(qū)#2和小區(qū)#3)的配置，它們都使用GPS“全球定位衛(wèi)星”100來建立三個基站之間的通用基準(zhǔn)，所以在衛(wèi)星時刻t1，小區(qū)#1使用頻率F1，小區(qū)#2使用頻率F2，以及小區(qū)#3使用頻率F3，在衛(wèi)星時刻t2，頻率將按圖MM-1中表#1所示重新分配，等等。
圖MM-5給出了三個基站的衛(wèi)星時間頻率規(guī)劃。這一特點允許我們的基站在相鄰小區(qū)里重新使用頻率，進(jìn)一步提高了頻譜利用率。
在一個給定的小區(qū)(如圖MM-1中的小區(qū)#1)內(nèi)，調(diào)制解調(diào)器保持與基本傳輸站101同步，因為基本傳輸站101周期地發(fā)送同步突發(fā)。這個同步突發(fā)幫助小區(qū)#1內(nèi)的調(diào)制解調(diào)器跟隨小區(qū)#1內(nèi)的基本傳輸站101的載波跳變，因為調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)根據(jù)它們的編程固件確定了基本傳輸站101將跳變到哪一些載波頻率，這是通過從基本傳輸站101的同步突發(fā)中提取這些載波頻率而實現(xiàn)的。
編碼的頻譜在如上所述的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，擴頻的應(yīng)用使得許多小區(qū)可共存于同一地域內(nèi)。
依本發(fā)明，根據(jù)一個預(yù)定義的如圖3所示的用于聯(lián)系字節(jié)和頻譜的碼表，將一個字節(jié)流作為碼字送到頻率組控制器以便產(chǎn)生與該字節(jié)有關(guān)的唯一頻譜。
然后把頻率組的輸出送到一個求和節(jié)點，以便產(chǎn)生頻譜。例如，如果有3比特字節(jié)到來它將激勵比特0、比特1和比特2，并且啟用或禁用緩沖區(qū)以便在頻譜中產(chǎn)生正弦函數(shù)或不產(chǎn)生正弦函數(shù)。
在如圖4所示的優(yōu)選的實施方案中，比特0到比特7是從計算機輸入的字節(jié)流。I輸出是激勵同相載波的頻譜輸出，Q輸出是激勵正交載波的Q輸出的頻譜輸出。
在擴頻系統(tǒng)中使用編碼頻譜調(diào)制建立的任何發(fā)射機，無論是用于建立蜂窩英特網(wǎng)的無線計算機通信的直接序列跳頻、無論是基于或不是基于蜂窩英特網(wǎng)協(xié)議的寬域網(wǎng)、以及無論是擴頻還是未擴頻的用于有線計算機通信中的編碼頻譜調(diào)制，都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
通常，編碼頻譜調(diào)制接收機的射頻部分的實施方案如圖5所示。天線接收信號并放大信號。然后，將任何頻帶之外的信號經(jīng)過濾波器濾除，再與由合成器確定的跳頻擴頻頻率進(jìn)行混頻，這完全匹配發(fā)射機的相同順序，以便產(chǎn)生IF輸出。
解調(diào)器如圖6所示。需要使用附加增益級來補償損耗。I/Q解調(diào)器將IF解調(diào)為兩個頻譜，即分別為I編碼頻譜調(diào)制譜和Q編碼頻率調(diào)制譜。語音解碼鎖相環(huán)路將編碼頻譜調(diào)制譜的語音部分解碼成原始比特，以形成初始產(chǎn)生語音的字節(jié)；然后再將其傳送到計算機。
權(quán)利要求
1．蜂窩數(shù)據(jù)分組，包括一個用于沖突測定和同步的前同步碼；一個幀起始分界符(SFD)；一個目標(biāo)地址(DA)；一個源地址(SA)；一個路由信息塊(RIB)；以及一個信息域。
2．權(quán)利要求1的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的信息域包括一個類型域，表示該分組是控制分組還是業(yè)務(wù)分組；一個狀態(tài)域；一個數(shù)據(jù)域；以及一個循環(huán)冗余校驗(CRC)域，包括檢錯和糾錯信息。
3．權(quán)利要求2的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的類型域包括一個2字節(jié)的協(xié)議標(biāo)識；一個2字節(jié)的子協(xié)議標(biāo)識；以及一個2字節(jié)的業(yè)務(wù)標(biāo)識。
4．權(quán)利要求2的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的狀態(tài)域配置為可以表示該分組是ACK分組還是NAGK分組、處于等待狀態(tài)的數(shù)據(jù)分組的數(shù)目、擴頻同步信息、或該分組是本地分組還是被路由的分組。
5．權(quán)利要求1的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的目標(biāo)地址包括一個表示接收用戶站地區(qū)位置的地區(qū)指示符；一個表示該地區(qū)內(nèi)小區(qū)的小區(qū)標(biāo)識符；以及該小區(qū)內(nèi)接收用戶站的蜂窩IP地址。
6．權(quán)利要求1的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的源地址包括一個表示發(fā)送用戶站地區(qū)位置的地區(qū)指示符；一個表示該地區(qū)內(nèi)小區(qū)的小區(qū)標(biāo)識符；以及該小區(qū)內(nèi)發(fā)送用戶站的蜂窩IP地址。
7．權(quán)利要求1的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的路由信息塊表示分組從發(fā)送/接收用戶站到基站的路由路徑。
8．權(quán)利要求7的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的路由信息塊配置為表示多達(dá)10個處于發(fā)送用戶站與基站之間的路由鏈路。
9．權(quán)利要求1的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中的分組是可變長度數(shù)據(jù)分組。
10．權(quán)利要求9的蜂窩數(shù)據(jù)分組，其中該分組有最大字節(jié)長度512個字節(jié)。
11．一種在智能蜂窩IP網(wǎng)內(nèi)選擇數(shù)據(jù)分組路由的方法，其中發(fā)送/接收站處在原始發(fā)送小區(qū)或目標(biāo)接收小區(qū)之外，或相對于該原始發(fā)送小區(qū)或目標(biāo)接收小區(qū)受到了屏蔽，該方法包括步驟發(fā)送包含路由信息的數(shù)據(jù)分組，該路由信息至少表示一個不是基站的中間接收者；通過所說的至少一個中間接收者接收該分組；以及按所說的路由信息從至少一個中間接收者發(fā)送該分組到接收基站；其中，在一個小區(qū)內(nèi)所述至少一個中間接收者是一個不同的發(fā)送/接收站。
12．權(quán)利要求11的方法，其中的路由信息是根據(jù)對每一個發(fā)送/接收站特定的路由表確定的。
13．權(quán)利要求12的方法，其中的路由表可以是靜態(tài)的或動態(tài)的。
14．一種減少沖突以用于發(fā)送/接收蜂窩IP數(shù)據(jù)分組的蜂窩網(wǎng)，包括分布在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個小區(qū)，每個小區(qū)在給定的時刻與某一確定的頻率關(guān)聯(lián)；位于每個所述小區(qū)內(nèi)的基站，配置為按通用定時基準(zhǔn)重新分配相鄰小區(qū)的頻率，并周期地發(fā)送同步突發(fā)到這多個小區(qū)中的每一個小區(qū)；以及位于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個小區(qū)的每一個小區(qū)內(nèi)的多個用戶發(fā)送/接收站，每一個用戶發(fā)送/接收站與各自的頻率跳變數(shù)關(guān)聯(lián)，如果與之關(guān)聯(lián)的頻率跳變數(shù)確定是可用的，則其中的發(fā)送/接收站配置為主動地發(fā)送/接收數(shù)據(jù)分組，其中多個小區(qū)中的一個相應(yīng)小區(qū)內(nèi)的每一個用戶發(fā)送/接收站根據(jù)周期發(fā)送的同步突發(fā)保持與所說的基站同步。
15．權(quán)利要求14的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中的通用定時基準(zhǔn)是根據(jù)全球定位衛(wèi)星確定的。
16．蜂窩調(diào)制解調(diào)器，包括一個用于發(fā)送/接收數(shù)據(jù)分組的射頻單元；以及一個基帶-中頻轉(zhuǎn)換單元，它包括一個基于蜂窩IP的蜂窩網(wǎng)絡(luò)路由引擎，并且被配置為將來自計算機的基帶信息轉(zhuǎn)換為適合射頻單元處理的中頻信息；其中調(diào)制解調(diào)器被配置為蜂窩網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由器。
17．權(quán)利要求16的蜂窩調(diào)制解調(diào)器，其中的射頻單元配置為工作在MMDS、LMDS、ISM、ITFS和MDS頻譜。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一種裝置(100)是一個蜂窩IP調(diào)制解調(diào)器(150),它包括一個基帶－中頻單元(153)和一個射頻單元(154)?；鶐В蓄l單元(153)配置為含有一個基于蜂窩英特網(wǎng)協(xié)議的路由引擎。一個依本發(fā)明的方法包括以下步驟:發(fā)送包含路由信息的數(shù)據(jù)分組,該路由信息表示一個不是基站的中間接收者;由中間接收者接收分組;以及按路由信息從中間接收者發(fā)送分組到基站。另外,描繪了一種支持蜂窩IP網(wǎng)絡(luò)和其成員的創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04L29/06GK1323473SQ9981194
公開日2001年11月21日 申請日期1999年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者伊拉布·H·埃辛德 申請人:伊拉布·H·埃辛德