专利名称：双种方式工作的蜂窝调制解调器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通信，具体涉及移动数据通信。
北美现在的蜂窝系统是模拟系统，有时称为“AMPS”(先进的移动电话服务)。AMPS已按许多电信工业协会(TIA)标准如TR—45.1标准化并已模拟调频(FM)技术为基础。每个蜂窝无线信道都是用一个话音信号来调制频率的蜂窝载波，其带宽为30KHz。
然而，因AMPS系统限制每个蜂窝无线信道只能载带一路话音信号，故蜂窝话音通信的迅速增长使现在的AMPS系统日益紧张，因此，电信业正在寻求各种途径使当前分配给蜂窝系统的有限的无线频谱(RF谱)效率更高。虽然现在有一种临时性的、基于模拟的、建议性的窄带AMPS(NAMPS)，但本领域的人们普遍认为只有根据数字传输概念才能获得长时期的解决方案。
现有一种数字系统基于时分多址(TDMA)技术，它被定义为“TIA临时标准(IS)—54”。一般而言，采用TDMA技术能使每个蜂窝无线信道载带三路数字话音信道，每路话音信道占用30KHz射频信道中的一个独立时隙以处理不同的通话。每个时隙的原始速率为13Kbps。代表话音信号的数据比特流经过压缩编码、交错，采用正交相移键控(DQPSK)的数字调制方式向空中发射出去。由于结合了数字调制、纠错编码、时隙交错等技术，就减少了最常见的无线传播受损的影响。而且，在不需要附加无线射频频谱的条件下，使话音信道容量提高三倍，从而扩大了用户容量，使当前分配给蜂窝系统的有限射频频谱的效率更高。
另一种数字方案是码分多址(CDMA)方案，被定义为“TIA标准IS—95”，它采用了扩频技术。然而，不管采用哪种数字方案，新一代的蜂窝系统(如TIA标准IS—54所定义的)将是“双种方式”系统既支持现有的AMPS移动电话，又支持新的数字蜂窝接入设备。这种双方式工作为现在的移动电话用户和蜂窝业务提供者提供了向新的数字蜂窝技术过渡的途径。鉴此，新的移动电话将被设计得既能支持模拟的AMPS技术，又能支持如TDMA的数字技术。另外，双方式移动电话在通话过程中，不管在模拟方式与数字方式之间是否转换，都将从蜂窝网络接收信号，这样就能使蜂窝用户从AMPS网孔移动到以数字为基础的网孔，而不中断当前的话音通话。
尽管蜂窝通信的初期市场是话音通信，但由于越来越多的用户希望通过蜂窝系统来传送数据而使蜂窝市场的日益增长。虽然现有几种在模拟蜂窝系统上传送数据的方法，但目前所用的基本方法是将如调制解调器的数据通信设备(DCE)，利用RJ11适配器将例如便携式个人计算机的数据终端设备(DTE)连接到移动电话上。调制解调器便携式膝上计算机输出的数据信号调制成正交调幅(QAM)信号，RJ11适配器将调制解调器的QAM信号是通过移动电话上的本地信令接口耦合到移动电话上，该本地信令接口一般是专有的。移动电话再将调制解调器的QAM信号调制到蜂窝载波上，从而发射给网孔站收发信机。该收发信机对蜂窝载波进行解调并将所收到的QAM信号的型式(version)送到蜂窝网络的移动电信交换局(MTSO)，再传输到公共电话交换网(PSTN)和远端数据端点上。这在蜂窝数据端点与远端数据端点之间建立了一条“端对端”的数据通信链路。每个端点的调制解调器通常采用特殊的通信协议以便在诸如ETCTM(增强的吞吐量蜂窝)不良的蜂窝链路上能更好地工作。
在数字蜂窝技术的发展进程中，蜂窝上的数据传送方式不同于上述的以模拟为基础的方式。特别是，移动电话通过标准的DTE/DCE接口(如电子工业协会(EIA)的RS—232)直接与任何DTE相连。这个DTE/DCE接口直接将数字式的数据传给移动电话。鉴此，在数字蜂窝系统上传送数据不需要像模拟方法中的RJ11适配器那样相应的接口适配器。
然而，尽管前面提到的下一代蜂窝系统的双种方式操作使移动电话在话音呼叫过程中能在模拟和数字两种方式间转换，但在数据呼叫过程中，这种转换将导致数据中断。特别是，双方式移动电话希望数据是数字比特流，并且例如从DTE耦合到移动电话的RS—232端口。例如，当从模拟方式转换为数字方式时，移动电话必须压缩模拟信号。该模拟信号代表数据(如QAM调制的信号)时，这种话音压缩算法将使模拟数据信号产生畸变，使数据连接严重破坏，以致数据传送连接中断。为此，在数据呼叫期间蜂窝数据连接必须保持在模拟方式或数字方式。
本文公开一种方法和设备，可允许蜂窝数据用户在模拟方式与数字方式间转换而基本不会对现有数据连接造成明显的干扰。例如，蜂窝调制解调器动态地在模拟方式与数字方式工作状态之间转换。
在本发明的实施例中，移动电话包括一个调制解调器，称为“蜂窝无线调制解调器”。该蜂窝无线调制解调器支持两种工作方式工作，亦即模拟方式，蜂窝无线调制解调器提供模拟信号以供传输；数字方式蜂窝无线调制解调器提供数字比特流以供传输。在工作期间，亦即现有数据连接到远端调制解调器时，蜂窝无线调制解调器根据蜂窝网络的不同而转换到相应的方式—模拟或数字。这样蜂窝无线调制解调器就可以按合适的方式转换并开始传送数据。在本实施例中，远端的调制解调器是位于MTSO内的调制解调器池(modempool)的一部分，调制解调器池的调制解调器自动检测蜂窝无线调制解调器的转换并随之转换到相应的方式。这就使移动数据用户能在模拟方式与数字方式之间透明地转移而不会造成现有的数据连接的中断。
图1示出现有技术中模拟式移动数据通信系统的方框图。
图2示出现有技术中数字式移动数据通信系统的方框图。
图3示出含有体现本发明原理的蜂窝无线调制解调器的移动数据通信系统的方框图。
图4示出用于图3所示移动数据通信系统工作方式转换方法的流程图。
图5示出图3中蜂窝无线调制解调器的方框图。
图6示出图5中蜂窝无线调制解调器从模拟方式转换为数字方式的转换方法的流程图。
图7示出用于调制解调器池中的调制解调器从数字方式转换为模拟方式的转换方法的流程图。
图8示出用于图5的蜂窝无线调制解调器从数字方式转换为模拟方式的转换方法的流程图。
图9示出用于调制解调器池的调制解调器从模拟方式转换为数字方式的转换方法的流程图。
图1示出现有技术的模拟的移动数据通信系统的方框图。如图所示，DTE10通过线路11向调制解调器100提供数据并从调制解调器100接收数据，它符合像EIA RS—232之类的DTE/DCE接口标准。线路11在信令、电子设备、接线方面都符合EIARS—232标准。如前所述，调制解调器100将来自DTE10的数据信号通常调制成正交调幅(QAM)信号，它作为信号经线133提供给RJ11适配器135。适配器135再通过由线136表示的移动电话的本地信令接口将调制解调器的QAM信号耦合到移动电话140。移动电话140的蜂窝收发信机(图上未标明)再将调制解调器的QAM信号调制到蜂窝载波上，以发送到网孔站的收发信机255。网孔站的收发信机255将收到的蜂窝信号解调，以向MTS0250提供接收的QAM信号型式。蜂窝通信信道由有损信道200表示。MTSO将收到的QAM信号通过PSTN的设备341提供给PSTN340，以传送给由PSTN调制解调器300和DTE30表示的远端数据端点。这就在蜂窝数据端点(DTE10和调制解调器100)与远端数据端点之间建立了一条“端对端”的数据通信链路。各端点的调制解调器通常都具有特殊的协议，以在不良的蜂窝链路(如ETC)上提供更好地工作。
与此相对照，图2是现有技术的数字式移动数据通信系统的方框图。图中，移动电话150通过与上述的EIA RS—232接口相符的线路11直接与DTE10相连。据此，来自DTE10的数据信号就以数字形式由数字式移动电话150使用，这就要求移动电话150对数据通信提供直接支持，如履行无线链路协议(RLP)。无线链路协议(RLP)是在数字式蜂窝系统上提供数据的一种协议的工业名称。另外，正如上述TIA标准所定义的，数字蜂窝上的数据要求在MTSO内配置调制解调器池与PSTN互相配合工作，据此，MTSO260内含有“调制解调器池”230。调制解调器池提供两个端点，一个端点用于数据连接的蜂窝部分，另一个端点用于数据连接的PSTN部分。
如上所述，新一代的蜂窝系统要求“双种方式”移动电话，这种移动电话在话音转换过程中能在模拟方式与数字方式间转换。然而，这种转换在数据呼叫过程中会使数据连接中断。因此，按照本发明，找到了一种方法和设备能使蜂窝数据用户在模拟方式与数字方式之间转换，而基本不干扰现有的数据连接。具体地说，就是蜂窝调制解调器在模拟和数字两种工作方式之间动态转换。
图3示出体现本发明原理的移动数据通信系统。在图3中，移动电话包括一个调制解调器，下文称为“蜂窝无线调制解调器400”，在话音转换时，它符合上述的标准IS—54，亦即调制解调器400是一个双方式电话。DTE10通过与上述EIA RS—232接口相符的线路11与蜂窝无线调制解调器400相耦合。为了传送DTE10的数据，蜂窝无线调制解调器400提供诸如QAM信号模拟信号或数字比特流，以及送给蜂窝网络50。蜂窝网络50包括天线251、网孔站收发信机275以及含有调制解调器池280的MTSO270。调制解调器池允许将诸如ETC蜂窝特定协议用于蜂窝链路(即蜂窝无线调制解调器400与调制解调器285之间)。而将诸如国际电话电报咨询委员会(CCITT)的V.32bis的标准协议用于调制解调器290和PSTN调制解调器300之间的数据连接PSTN部分。这样，只有移动调制解调器需要进行蜂窝特定调制，而远端PSTN的调制解调器只需进行标准的调制。这样，移动数据用户能呼叫任意的PSTN的调制解调器并能满意地工作。为了便于下面的描述，假定蜂窝无线调制解调器400和调制解调器池中的调制解调器285在设计上是相似的，亦即它们都体现了后面将要描述的本发明的构思。然而除了本发明的构思之外还应该注意到，正如在现有技术中已知的，调制解调器池的调制解调器285接收线276上的数字比特流，这个数字比特流可以是数字化模拟信号(如PCM或ADDCM)也可以是数据。
图4示出用于图3的移动数据通信系统中在存在蜂窝数据连接期间提供双方式数据功能的一种示例性的方法。假定在数据连接开始建立过程中网孔站收发信机275就能在话音呼叫与数据呼叫之间辨别。例如，如果是话音呼叫正在进行，则能够采用任意的压缩/去压缩算法，如果是数据呼叫正在进行，则这些算法在网孔站收发信机275中无效。在步骤505中，蜂窝网络50发信令通知蜂窝无线调制解调器400进入数字或模拟方式。在数字方式下，这个信令是数据比特流的一部分，例如，若利用上述的TDMA方案，则每个时隙中都有附加的信令比特，在模拟方式下，这种信令是利用空号与脉冲串(blank and burst)操作实现。在空号与脉冲串情况下，一个短的时段在信令信息蜂窝收发信机和移动单元之间通过期间。蜂窝网络50是否给蜂窝无线调制解调器400发信号通知转换到特定方式取决于许多因素。例如，蜂窝无线调制解调器400所在的网孔可能具有有限个数的模拟和数字蜂窝无线信道，如果一个只有模拟的移动电话请求一个信道，而蜂窝无线调制解调器400初始也使用模拟蜂窝无线信道，则蜂窝网络50就可以将蜂窝无线调制解调器400转换到数字蜂窝信道，以释放模拟信道，由只有模拟的移动电话使用。或者，蜂窝无线调制解调器400简单地移动到一个请求蜂窝无线调制解调器400在两种方式间转换的一个新的网孔中，那么，在收到方式转换通知后，蜂窝无线调制解调器400将在步骤510中转换方式。其结果是，调制解调器池中的调制解调器在步骤515中通过自动检测到该转换按照蜂窝无线调制解调器400的方式变化来转换方式，这将在下文描述。
图5示出蜂窝无线调制解调器400的方框图。除了本发明的构思以外，调制解调器400的部件均是公知的，不再赘述。蜂窝无线调制解调器400包括控制处理器405、数字信号处理器(DSP)410、数/模和模/数转换器(D/A、A/D)420、以及无线电单元160。无线电单元160是一个在控制处理器405控制下的普通蜂窝收发信机。图中未标明蜂窝无线调制解调器400的话音部分。控制处理器405通过与有EIA RS—232相一致的线路11从DTE10接收数据并向DTE10提供数据。它根据移动数据连接的两种方式中的任一种，控制从DTE10接收到的数据信号的格式化，在模拟方式下，模拟信号在线421上传输而控制处理器405执行如CCITT V.42bis的协议；在数字方式下，数字比特流在线424上传输，而控制处理器405执行上述的RLP协议。DSP410在模拟方式时仅作为一个模拟的调制解调器，而在数字方式时还需执行RLP协议的其它部分，如正向纠错(FEC)等，在接收传输到DTE10的数据时，执行互补功能(Complementary functions)。
如图5所示，无线电单元160经线401与控制处理器405、DSP处理器410、D/A、A/D转换器420相耦联。这里线401代表了多个数据和控制通路，可将其简单分为三个信令组。发送和接收模拟信令(如上述的QAM信号)的线421称为“模拟总线”。发送和接收数字信令(如数字比特流)的线424下文称为“数字总线”。如图5所示，数字总线上至少有三种信号TXD(发送数据)、RXD(接收数据)和CLK(时钟)信号。最后，控制信号由线423传送，下文称线423为“控制总线”。控制处理器405通过控制总线423指挥无线电单元160选择模拟总线还是数字总线来传输和接收。
对于这一点，请参照图6，图6示出一种示例性的方法，用以提供蜂窝无线调制解调器400的双方式功能。假设在步骤605中按照模拟方式建立了一条初始的移动数据连接，这样就允许在DTE10的移动数据用户把数据传送到远端数据端点DTE30，和从远端数据端点DTE30接收数据，DTE30位于一个模拟网孔内，例如在要求进行模拟移动通信的网孔内，这种数据连接包括调制解调器池中的调制解调器285和290。当移动数据用户从模拟网孔移入数字网孔时，通知蜂窝无线调制解调器400根据上述的IS—54标准转换到数字方式。在步骤610在接收到转换至数字方式的命令后，在步骤615控制处理器405转换为数字方式并立即以数字方式开始发送随后的帧。在从模拟方式向数字方式转换的过程中，第二层协议处理任何丢失的或出错的帧。
图9示出一种用于调制解调器池中的调制解调器285从模拟方式转换为数字方式的示例性方法。如上所述，蜂窝无线调制解调器400一收到蜂窝网络的通知转换方式时就转换方式。其结果是，调制解调器池中的调制解调器285需要以某种方式确定何时蜂窝无线调制解调器400转换方式。鉴此，按照本发明，调制解调器池中的调制解调器285将同时监测线276上用于模拟方式和数字方式的数据信号。特别地是，在步骤810中，调制解调器池中的调制解调器285模拟方式处理由数据信号所表示的数据。然而，调制解调器池的调制解调器285不同时监视由该数据信号所表示的用于有效的数字数据帧的比特流。若没有有效的数字数据，则调制解调器池中的调制解调器285继续按步骤810处理接收的模拟数据信号。可是，如果有有效的数字数据，则调制解调器池中的调制解调器转到步骤825。在步骤825中使调制解调器285确认蜂窝无线调制解调器400已经从模拟方式转换到数据方式。调制解调器285按模拟的观点估计接收到的数据信号，以确定该模拟信号是否实际上是差的，换言之，按模拟方式数据信号恢复数据时在差的信号中存在不可纠正的差错，而在好的信号中无差错或有差错但可纠正。如果调制解调器285估计该数据信号是一个好的模拟信号，则调制解调器池中的调制解调器285继续按模拟方式处理该数据信号，但是，若调制解调器中的调制解调器285确定该模拟信号已变坏，则调制解调器285在步骤830转换到数字方式，并在步骤835把该数据信号按数字数据帧处理。
一旦在数字方式下，移动数据用户可以从数字网孔移到模拟网孔。从数字方式转模为模拟方式的方法如图8所示。再假设在步骤705按数字方式初始地建立了一条移动数据连接。当移动数据用户从数字网孔移动到模拟网孔时，通知蜂窝无线调制解调器400被要根据前述的标准IS—54，根据上述的标准IS—54转换为模拟方式。在步骤710一收到转换为模拟方式的命令，控制处理器405就指示处理器410转换到模拟方式并在步骤715向调制解调器285发送一个标准的训练序列(trainingsequence)例如可用CCITT V.32bis的信号AA或AC。若蜂窝无线调制解调器是应答的调制解调器400，则发送信号AA；若蜂窝无线调制解调器400是始发的调制解调器，则发送信号AC。在步骤720蜂窝无线调制解调器400继续发送这种训练序列，直到接收到来自调制解调器285的确认训练序列时为止。换句话说，蜂窝无线调制解调器400在发送任何数据前必须执行一个调制解调器“握手”(handshaking)序列。
图7示出用于调制解调器池中的调制解调器285从数字方式转换为模拟方式的相应方法。在步骤750调制解调器285按数字方式处理数据信号。如前所述，调制解调器285在步骤755中同时按数字方式和模拟监视数据信号。请注意，调制解调器285从线276上接收64K PCM(脉冲编码调制)信号。这个PCM信号可以表示数字数据，或模拟数据。从本质上说，双方式调制解调器的模拟调制解调器部分一直监视用于训练序列的PCM信号流。如果未检测到标准训练序列，则调制解调器285在步骤750继续按数字方式处理数据信号。然而，一检测到标准的训练序列，调制解调器285就转到步骤765，步骤765使调制解调器285确认蜂窝无线调制解调器存在400从数字方式到模拟方式的转换。调制解调器285从数据的观点估计接收的数据信号，以确定该数字数据信号是否实际上是差的。如果调制解调器285估计该数字数据信号是好的数字数据信号，亦即无差错或有可纠正的差错，则调制解调器池中的调制解调器继续按数字方式处理该数据信号。然而，如果调制解调器池中的调制解调器确定数字数据信号变坏，则调制解调器285转为模拟方式，并在步骤775中以其训练信号AC或AA应答。来自调制解调器池中的调制解调器的训练信号仍取决于调制解调器285分别是应答的调制解调器还是始发的调制解调器。只要有来自调制解调器池中的调制解调器的肯定确认，蜂窝无线调制解调器400就继续发送训练序列。从图3可以看出，因数据连接的蜂窝部分在调制解调器285与蜂窝无线调制解调器400之间端接(terminate)，故不必使用标准训练序列。例如，可以规定一个修改的V.32bis训练序列，如利用CCITT V.33训练序列，它不对回波抵消器进行训练。这就导致比标准的V.32bis训练序列更快地进行再训练。第二层协议(差错控制程序)处理模拟方式和数字方式转换过程中的任何丢失出错的数据。
从上面的描述可以看出，本发明允许蜂窝调制解调器在模拟方式与数字方式间转换而不会中断数据连接。这可使调制解调器的接收数据信号按不同操作方式进行处理。另用蜂窝调制解调器的控制处理器能按模拟和数字两种方式执行压缩和差错控制，故在模拟和数字方式操作之间转换时仍能顺利地继续进行压缩和差错控制。
上面仅说明了本发明的原理，本领域普通技术人员可以理解，还能设计出与之相似的很多可以替换的安排，这些虽然没有在本文中详尽地描述，但它们体现了本发明的原理，在本发明的构思和范围中。
例如，虽然上述的蜂窝无线调制解调器的实施例在模拟方式与数字方式之间自动转换，但这种转换也可按其它方式实现。例如由蜂窝无线调制解调器有先向调制解调器池中的调制解调器发出一个命令来转换方式。这个命令可以是类似于标准TR30.4规定的一个逃出序列，以逃入或逃出“数据方式”或在CCITT V.54规定的远端环回序列可用以作为独特的码字，或CCITTV.13规定的仿真控制载波LSD关断序列。再者，蜂窝无线调制解调器可能在其转换方式前请求从调制解调器池中的调制解调器来的一个确认。还有，通知远端调制解调器可由蜂窝网络执行。
再有，虽然蜂窝无线调制解调器和移动电话是作为一个实在的单元示出的，但它们也可以是在物理上分离的。这就导致移动电话通过相应的线401与蜂窝调制解调器相连。然而，移动电话接收到来自蜂窝网络的方式转换指令时还须通过控制总线另行通知蜂窝调制解调器。
权利要求
1.一种用于螺窝通信设备的方法，该方法其特征在于包括以下步骤建立蜂窝数据连接；响应从蜂窝网络接收的信号，将调制解调器接通或断开蜂窝数据连接，当信号表示模拟工作方式时，调制解调器接通，而当信号表示数学工作方式时，调制解调器断开。
2.一种蜂窝通信设备，其特征在于包括建立蜂窝数据连接的装置；及在不中断蜂窝数据连接的前提下，在存在蜂窝数据连接期间，在模拟工作方式和数学方式之间进行转换的装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该转换装置检测来自蜂窝网络的一个预定的信号，然后响应于该信号，转换到两种工作方式的任一种。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该转换装置在检测到来自蜂窝网络的预定信号后，向远端调制解调器池中的调制解调器提供一个训练序列，该预定信号代表模拟方式。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该转换装置在蜂窝数据连接中收到来自远端调制解调器池中的调制解调器的训练序列。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，上述建立蜂窝数据连接的装置还包括对蜂窝数据连接上传输的数据进行调制的无线装置，该数据由转换装置提供，如果蜂窝通信设备为模拟工作方式时，该数据为模拟信号，而蜂窝调制解调器为数字工作方式时，该数据为数字比特流。
全文摘要
移动电话包括支持两种工作方式的蜂窝无线调制解调器。蜂窝无线调制解调器与远端的调制解调器数据通信时受蜂窝网络控制转换到相应的模拟或数字方式并继续通信。远端调制解调器是位于蜂窝网络的移动电信交换局内的调制解调器池的一部分，能自动检测蜂窝无线调制解调器的方式转换并自行转换到相应的方式。这就允许移动数据用户在模拟和数字蜂窝间透明漫游而不会造成已有数据连接的中断。
文档编号H04L29/08GK1122076SQ94113499
公开日1996年5月8日 申请日期1994年12月28日 优先权日1993年12月30日
发明者罗伯特·E·斯科特 申请人:美国电报电话公司