专利名称：基地台仿真装置的制作方法
通常现今电话系统正增加使用无线技术以用于长距离电话联系，在某些情况，已开始使用数字技术，然而，在一般使用中还没有系统能提供有效的无线数字技术用于与各用户的本地电话联系。这样的技术已公开在最近的各专利中，它们由本申请的受让人所拥有，如1987年2月17日的美国专利，专利号为4644561，1987年6月23日的美国专利，专利号为4675863。这些专利所公开的技术提供的是基地台利用数字无线时分电路来进行中央电话局与多个用户之间的通讯，该电路在发送通道位流中有可重复序列时隙与特定用户相结合。
使用上述时分系统的基地台是较复杂和昂贵的，但在用于大系统服务于大量用户时在经济上是合算的。然而，对于服务少量用户的小系统来说，经济上可能不太合算。另外，这样的系统使用一对频率，一个用于发送，另一个用于接收，从限制频谱可用信道的观点来考虑，如果单一频率能有效地使用则有较高的优越性。
因此，本发明的目的在于提供可称之为仿真基地台，在一定情况下它可有效地替代实际的基地台。
另一目的在于提供一个系统，它可用于多个用户，但仅用一个频率工作。
另外的目的将从以下的描述和权利要求中看出。
在本质上，本发明的系统实际上使用一个改进的用户台来充当仿真或模拟基地台(基地站)，籍此大大降低系统的总费用和复杂性。这个仿真基地台不同于用户台仅在于它可触发同步过程，而用户单元仅扫描由仿真基地台发出的RF(无线电频率)信号，直到发现指定给它的频率和时隙。在RF信号发送的间隔，仿真基地台被用于接收来自用户台的RF信号，以此方式，用户单元既可以与充当另一用户站的仿真基地台进行通话，也可以与已由仿真基地台将其同步了的另一用户站通话。
图1为示出体现本发明整体系统的框图。
图2为用于标准基地台的无线控制信道(RCC)波形示意图。
图3为用于本发明的RCC波形示意图。
图4为用于本发明过程同步的被接收信号正跳沿幅值的示意图。
图5为在发明中用于取得过程同步的电路框图。
图6为用于本发明的所接收AGC电路框图。
图7为用于本发明的示出频率捕获电路的框图。
图8为体现本发明的无线电话系统结构的示意图。
图9为类似图8但示出双路用户系统的示意图。
图10为图9的双路用户系统的帧结构的示意图。
图11为多个双路用户系统的帧结构的示意图。
图12为体现本发明的用于监视一个或多个功能的系统的示意图。
图13为体现本发明的中继站系统的示意图。
图14为体现本发明的使用多个中继站系统的示意图。
图15为用单一中继站驱动多个中继站及用户单元的系统的示意图。
图1与框图的形式示出了该系统的整体内部工作，它被指定为10。该系统在通话时，人对话机12讲话，语音信号被送至本地电话接口单元14。该信号由编码解码器(CODEC)16数字化，所得到的数字数据流被送至语音处理器18，它将语音数据压缩为较低速率的数据。被压缩数据接着被通过导线22和双通开关24送至调制解调器(MODEM)，调制解调器用于将数据流转化为频谱化模拟信号。该模拟信号通过导线28被送至无线电装置26，无线电装置将信号向上转化为射频(RF)信号，然后通过天线30发送该RF信号。
在RF信号发送的间隔，该单元被用于接收一个用户单元的RF信号，无线电装置26向下转化每个RF信号为中频(IF)信号，并将此IF信号通过导线32送至MODEM20。MODEM20解调IF信号以形成数字信号，然后该信号通过开关24及导线36被送至语音处理器。该语音处理器将信号扩展为数字化语音信号，然后该语音信号被送至CODEC16，它通过电话接口14给话机12输入模拟语音信号。
数据发送模式与上述方式相类似，但话机由数据终端或计算机38所替代，并且，话机，CODEC和语音处理器由开关24的换向装置所旁路，该开关通过导线40和42来耦合。
MODEM20和无线电装置26均馈至控制单元44。控制单元44最初将MODEM设置在预定的时隙，调制和对准模式，并将无线电装置设置在预定的RF频率和功率电平上。然而，当它们不能够在用户站充分地提供满意的接收时，这些参数可由用户站来调整。
在应用真正的基地台的系统中，例如上述编号4675863的专利所述的系统，发送波形被分为多重(即45毫秒)帧。每帧依次地分为四个11.25毫秒时隙，基地台在四个时隙上发送以产生100%的工作周期调制波形，此外的寂静区为无线控制信道(RCC)。RCC时隙比11.25毫秒稍短，这在每帧开始，在调制上引起一个小间隙，这个小间隙被称为调幅无信号区(AM hole)。实际上基地台形式的RCC信道的波形图示于图2中。然而在本发明的系统中，不发送100%的工作周期波形，而仅在每帧发送一个时隙(25%工作周期波形)，如图3所示。这个修改的帧格式必然导致近似同步，自动增益控制(AGC)和频率捕获的变化。这些变化在下面的叙述中说明。
近似同步由于本发明的系统仅使用25%的工作周期波形，因而它监视所接收信号的幅度并搜索幅度信号的正跳沿。这些正跳沿在图4中示出。用户单元调整自身的帧定时，以根据正跳沿的出现来定位。
用于获得以上近似同步的电路以框图的形式示于图5中。这里，示出的接收信号被送至幅值运算器件50，它产生计算机幅值信号，该信号接着被送入比较器52，在这里信号与预定的阈值信号相比较，籍此形成数字信号(1＝有信号，0＝无信号)。该数字信号被馈至边沿检测器54，它输出一个触发信号来表明一个正跳沿的检出。
AGC25%的工作周期调制需要特殊类型的接收AGC电路，它在无信号存在时避免跟踪。因此，要使用慢提升快衰落的AGC，它示于图6中，这里，接收信号馈至幅值比较器件56，它可采用预编程ROM的结构，从中得到的幅值信号被馈至比较器58，在其内该信号与预定阈值相减而得到差值信号。差值信号通过两个比例倍增器60和62之一被馈至一个低通滤波器，它包括一个加法器64和一个接有环路68的滞后装置66，根据差值信号的符号来使用两个倍增器中的某一个。如果差值信号为正，在AGC控制信号中完成慢衰落。如果差值信号为负，在AGC控制信号中完成快提升。滤波器的输出是馈至增益控制单元44(示于图1中)的增益信号。
近似频率捕获由于在25%的工作周期帧格式不需要在关闭时间(75%的无信号时间(nulltime))进行频率捕获，并且由于在执行频率捕获的时刻，帧定时是未知的，就要使用一个改进形式的频率捕获电路，如图7所示，在该电路中，接收信号馈至离散富里埃变换(DFT)运算器件70，它输出高频带能量(高于中心频率的能量)和低频带能量(低于中心频率的能量)。高频带能量输出与低频带能量输出在加法器72上相减，其输入馈至一个混合器或乘法器74。接收的RF信号也通过一个分离装置74，它将信号的符号(负或正)分离出来，籍此来确定符号的幅值。分离信号接着被馈至滤波器78，它将信号进行平均处理使其平滑。从滤波器78的输出通过放大器80馈至倍增器74。
电路76，78和80的首要目的是防止噪音对输出信号的作用，而加重信号本身。在这方面，由于噪音具有较小幅值，在平滑过程中，它可有效地被滤除。另一方面，由于有效信号通常幅值较大，因此将平滑或滤波信号加入混合器74可使信号增强。
离开混合器74的被调节信号在高和低能量频率上被均衡，该均衡信号与接收信号的短期平均值成正比，它被馈至低通滤波器，低通滤波器由加法器82，延迟装置84组成，并由线86所闭环。该延迟装置84使输出信号88至压控晶体振荡器(VCXO)的控制呈现出比实际馈至低通滤波器稍提前一点的输出。VCXO控制是用来调节系统内主振荡器的频率。
在触发或进行同步已经奏效以后，系统进入闲置话音模式，但可随时起始话音工作。如果任意端的话机摘机，另一端的话机将振铃，直到振铃的电话答复或原起始电话挂机。
通过每个语音时隙的开始由声码字(VCW)来建立呼叫。该码字表明起始站的摘机状态，在此发生时，充当仿真基地台的该站将其摘机通知中央电话局(CO)，以构成与中央电话局的联接。起始用户站拨所需号码来完成呼叫。当起始站单元挂机时，仿真基地台通过VCM被告之，它给出挂机指示至中央电话局。
当仿真基地台从中央电话局检查出振铃信号，通过来自仿真基地台的相应VCW使用户单元振铃，当该用户单元摘机后，仿真基地台被通过相应的VCW而告之，然后，它给出摘机指示至中央电话局。
上述类型的无线电话系统配置在图8中举例地说明，在图中，所示的用户单元90通过天线92和94与仿真基地台96进行无线通讯。基地台96通过线路98和接口100与中央电话局进行有线通讯。
双路用户系统上述系统可配备双路用户来使用，如图9所示。在该系统中，每个信道可提供两个全通话，而不需要双向切换器。在这一点，双路用户单元102通过线104和106与一对用户话机108和110相连。用户单元102通过天线112和114与仿真双路基地台116进行无线通讯。单元116通过线路118和120与中央电话局相连接。
两个不同用户108和110利用时隙来安排，如上述编号为4675863专利所公开的那样，其中给每个用户指定各自的时隙。这种安排的帧结构示于图10中，在图上示出编号为1，2，3和4的四个时隙。前两个时隙用于仿真基地台，后两个用于两个用户。
通过对所有仿真基地台发送的同步，多个双向用户系统可工作在不同信道上。说明此种方式的帧结构示于图11中，图中信道1表示在上，信道n(n表示其中信道的任意需要数)表示在下。每个信道中，前两个时隙用于发送，后两个用于接收。
呼叫远程服务一个仿真基地台可以在同一时刻服务于多个不同用户，在此安排中，用户站为了接收要不断地监视无线控制信道(RCC)的发送(其详细介绍见前述专利，编号为4675863)，直到仿真基地台通过用户标识号(SID)呼叫某个特定的用户。收到呼叫之后，用户利用上述同步过程开始向仿真基地台返向发送。为起动呼叫，用户仅用前述的同步过程在RCC上进行发送。
监视功能本系统可用于监视一个或多个功能，在此方面，使用计算机作为控制或数据记录设备，多个用户可周期性地被探询，以对一些项目进行报告，例如，温度，气候条件，安全性，水或洪水告警，低燃料告警，远距离气体，电表或水表读数，等等。这示于图12中，仿真基地台122与分别标为124，126和128的多个用户进行无线通讯。单元122均用线路与用于语音通讯的话机130和用于数据输入的计算机或数据终端132相连。类似地，每个用户单元与各自的话机134，136或138相连，以用于语音通讯，并与各自的数据设备相连。
中继站系统本发明的一个重要用途是作为中继站以扩展系统的范围。在这种安排下，仿真基地台可用于克服阻挡干扰，例如山峰或类似物体，图13说明此种功能，它示出一个用户单元146与位于山峰顶部的仿真基地台148的无线通讯。单元148也与和中央电话局连接的标准基地台150进行无线通讯。
比较简单且低廉的仿真基地台用作中继站单元是非常合算的。不管有无障碍物，它都可以被用作中继站来扩展系统的长距离范围。通过利用时隙的安排，不使用任何双向切换器就可使中继站单元恰当地进入整个系统，并保持标准基地台和用户的透明性。当然，也可在用户与另一仿真基地台之间安插仿真基地台而不是标准基地台。以不昂贵的方式来大大扩展系统的范围，可使用从一个仿真基地台到另一个仿真基地台的多级方式。这示于图14中，图中，一系列中继站单元152被安插在用户154与基地台156之间。
除了扩展系统的范围，中继站单元还用于在重新向用户发送之前，通过均衡来清除实际基地台信号。
一个中继站也可以用于称之为中继站星状系统中，以驱动中继站和/或用户。这示于图15中，在图中，单个中继站单元158与从属中继站160和162以及一个或多个用户，例如164，进行通讯。从属中继站自身又与用户，如166，168，170，172，174，以及其它从属中继站，如176，进行通讯。任意一个从属中继站，例如中继站162，可以被用作与标明为178的基地台进行直接通讯的最后的中继站。
多个中继站被安置在一个地点，它们的信道不同，但被同步。因此可同时发送和接收，籍此避免使用双工器。在这样的结构中，一个主中继站被用来监视基地台的RCC信道，并通过仿真基地台的RCC来延迟给各用户的被监视的信息，在这种结构中，在呼叫建立上，各用户被指定一个中继站信道。
权利要求
1.一种无线数字电话系统，包括用射频信号进行相互通讯的一个仿真基地台和至少一个用户站，所述各台站均可以相同频率来发送和接收，仿真基地台和用户站均可以互相进行时间帧同步，与所述台站相类似，除了仿真基地台提供同步信号而所述用户站含有捕获装置以按照所述同步信号来调整时间帧。
2.如权利要求1的系统，其中所述基地台与中央电话局进行通讯。
3.如权利要求1的系统，其中至少有两个用户站，每个用户站在时间帧上有各自的时隙。
4.如权利要求1的系统，其中所述仿真基地台与一系列类似的仿真基地台相通讯，一系列仿真基地台的最后一个与一个用户站进行无线通讯。
5.如权利要求1的无线数字通讯系统，其中用户站的同步装置包含一个频率捕获电路，所述电路包括将所述仿真基地台的接收信号分离为高频带和低频带能量的频率的装置;将低频带能量输出减去高频带能量输出以得到结果信号的装置;将结果信号的符号分离以便仅确定其幅值的装置;增强被分离信号而真正滤除噪音的装置;将被分离信号馈至对所述其它站提供定时的压控晶体振荡器(VCXO)的装置。
6.如权利要求1的无线数字通讯系统，其中所述射频信号包括分为多个时间帧的波形，每帧包括一单个时隙;在每个站的控制装置;在每个站的由所述控制装置来控制，通过另一站的每个信号的幅值与预定阈值信号相比较，以监视来自另一站的信号幅值并确定这样的信号波形中的正跳沿位置的幅值监视装置;在每个站的由所述控制装置来控制，以调整其内的帧定时，使帧校准在正跳沿产生位置的帧调整装置;所述仿真基地台具有帧同步触发装置，并且所述用户站具有将收自所述仿真基地台的信号定时并与该触发定时同步的频率捕获装置;所述仿真基地台与用户站的不同仅在于所述仿真基地台的同步触发装置;所述系统还包含一个避免在无信号时进行搜索的慢上升快衰落的自动增益控制(AGC)电路，所述AGC电路包括一个接收信号被馈至其内并输出一个幅值信号的幅值运算装置;一个接收所述幅值信号并将该信号与预定阈值相减从而得到差值信号的比较器;用于确定所述差值信号符号为正或者为负从而在AGC信号中选择地完成慢衰落或快上升的装置;用于将处理完成的信号馈至所述控制装置的装置。
全文摘要
一种无线数字电话系统，它至少包括一个仿真基地台，以及一个或多个用户站，仿真基地台含有类似于用户站的台站，但它具有触发同步过程的功能，借此它可以在幅值信号的帧格式内给用户站指定时隙，这通过监视信号中的正跳沿来实现。
文档编号H04J3/02GK1054159SQ9010066
公开日1991年8月28日 申请日期1990年2月13日 优先权日1990年2月13日
发明者小约翰·戴维·考威尔, 斯科特·戴维·库尔茨 申请人:国际运动机公司