专利名称：使用无线链路的数字通信网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多个基站和远程终端之间使用无线链路的数字通信网络中的改进。
本发明被设计成对称为ADRIS型的市场上可买到的数字无线网络的改进。这样的现有技术网络包括复盖预定的地理区域的天线阵列，在该区域中许多用户可以通过多个基站和一个或多个通信控制器与主计算机通信，每个用户具有一个手持的或远程终端(RT)。这些天线安排用于提供重叠复盖，而且至少包括提供较大复盖的主区域的一个主天线，和具有在主区域内各个辅助复盖区域的多个辅助天线。在基站和RT之间的所有无线传输都在相同的载波频率进行的，以致该系统是频率限制的，以便在任何给定时间传输的数目可以有效地达到。
这样的现有技术的系统在高成功时，还有本发明对它改进的几个方面。第一，当RT发送报文时，该报文最可能由一个以上的基站接收。然后每个基站把该报文发送到通信控制器和主计算机。这样主计算机接收复份的报文，即，一份报文来自每个基站接收的发送报文。当该网络非常忙并工作在高峰负荷时，复份报文产生一个瓶颈，因而限制系统的通过量。所以，本发明的一个目的是消除被发送到主计算机的复份报文。这个目的实现的一般方法是操作通信控制器，以便当一个以上的基站收到复份报文时，只有一个报文从控制器发送到主计算机。一个报文或者是无差错报文，它是由指定为与特定RT通信的主站的一个基站接收的，或者在到指定基站的报文的情况下包括差错或被丢失，或是来自一个未指定基站的无差错报文。
第二，在现有技术系统中，当基站收到开始命令报文时，接收的传输信号强度由基站测量。然后该基站构成和发送一报文到通信控制器，该报文包括信号强度和发送开始命令信号的RT的ID。由于开始命令信号可能由一个以上的BS接收，CC接收复份的开始命令报文。然后CC指定接收最高强度信号的BS给请求开始的或连接的RT。CC产生一个指配表和发送这样的信息到主计算机，以便主机知道哪个BS连接到哪个RT。因此，本发明的另一个目的是避免发送复份开始命令报文到CC。这是通过分配开始命令和连接作决定过程到BS和RT。
第三，根据信号强度作出连接决定不允许“负荷调整”。负荷调整是本发明的一个新颖的特性，利用这一特性连接决定不仅是根据RT从不同BS接收的信号强度，而且还根据每个BS的区域和目前连接到每个BS的用户数目。因此，RT连接到具有有限范围和较少用户的BS，而且允许多个BS使用一个可用的工作频率并同时与多个RT通信而没有干扰。
本发明的另一个目的是在每个RT监视报文差错率并根据差错率请求重新评定RT连接到哪个RT。
简言之，根据本发明，一个数字通信系统具有多个RT，这些RT通过工作在单个频率的无线链路与多个BS致。每个RT监视界外报文的信号强度并保持一个顺序表或表示哪个BS产生最高强度信号的清单。在开始时，RT发送一个报文到在该清单顶上的BS。报文包括在该清单顶上的第一预定的入口数。每个BS监视它可听到的RT的数目和连接到每个BS的用户数。然后开始命令报文所发送到的BS根据信号强度决定所接的用户数，和BS复盖范围，哪个BS应连接到该特定的RT，然后通知通信控制器。
本发明的其它目的和优点从结合附图的下面叙述中将会清楚，其中
图1说明应用本发明的数字无线通信系统的示意图;
图2是一般地说明示于图1中的各种表的详图;
图3是理解用用的图并说明根据本发明的系统负荷调整。
现在参看附图，首先看图1，使用无线链路的数字通信系统10包括利用总线14连接到多个通信控制器9CC)16和18的主计算机12。CC16利用总线22连接到多个基站(BS)23-25。多个远程终端27-30利用无线链路连接到基站。
每个CC可能是一样的，所以只需叙述一个CC。CC16包括计算机32和存贮器34，该存贮器存贮各种程序36，当计算机32在执行该程序时控制CC16的工作。存贮器34还存贮通信控制器用户表(CCUT)38和通信控制器报文队列(CCM2)40。
每个BS也类似于其他的BS，所以只需详细叙述一个BS。BS25包括计算机42和存贮器44。这种存贮器存贮基站复盖表(BSCT)46，基站加权表(BSWT)48，和在计算机42的控制下致BS25的各种程序。这个计算机通过总线52连接到总线22和发射机(T)54及接收机(R)56，它们又连接到天线(A)58。发射机54，接收机56和天线58构成通过无线链路与RT通信的收发信机59。收发信机在计算机42的控制下工作，因此待发送的数字报文通过总线25发送到发射机54，然后该报文数字地调制载波频率和通过空间发送数字地调制的无线或电磁信息包。当该基站从RT接收类似的发送的信息包时，则接收机56解调接收的信息包并通过总线25发送数字信息到计算机42和存贮器44。
每个RT也是相似的，因此只需详细叙述一个RT。RT30包括具有连接到发射机62和接收机64的天线60的收发信机63，发射机和接收机通过总线65都连接到计算机66。收发信机63在计算机66的控制下工作，因此待发送的数字报文通过总线65发送到发射机62，然后它数字字地调制载波频率并通过空间发送数字调制的无线或电磁信息包。当该RT从BS接收类似的发送信息包时，则接收机64解调接收的信息包并通过总线65发送该数字信息到计算机62和存贮器68。存贮器68存贮远程终端基站表(RTBST)70，差错计数器(EC)72，和在计算机66的控制下制RT30的各种程序74。RT30还包括一个测量表76，用于测量由RT30接收的每个报文的场强和产生被存贮在RTBST70中的这种信号强度的值指示，正如在下面更详细描述的。差错计数器72存贮从RT所连接到的基站来的报文中碰到的差错数目的计数。接收机64包括差错检测和校正电路。每当检测到进来的报文中的差错时，这个电路产生一个中断，它使EC72中的计数被更新。
在基站中的发射机和接收机以及远程终端工作在预定的载波频率，正如在现有技术中那样，而且产生互连BS和RT的无线链路。每个基站被指定一个唯一的ID，每个远程终端被指定一个唯一的ID。发送的报文被成帧为信息包，每个信息包包括发送单元的ID和接收单元的ID，该报文是想要的。远程终端发送三类报文;开始命令报文，证实报文和数据报文。当RT初始接通电源和当差错率超过预定值时发送开始命令报文，因而开始命令报文用于请求重新评定RT应连接到哪个BS。证实报文是响应试图找到一个给定的RT的搜索请求而发送。数据报文通过连接的基站和通信控制器被发送以传送数据到主计算机。基站发送开始命令接受报文，它告诉RT连接到哪个BS，发送数据报文到RS，和确认从RT来的信息包的接收的证实报文。
在BS和RT之间的无线链路是不同类型的链路，正如在所说明链路上的数目和箭头方向所表示的。链路82具有两个箭头，表示RT30是“连接”到BS25用于它们之间的双向通信。链路86表示RT29连接到BS25并说明一个基站可连接到多个RT。但是，一个RT每次只连接到一个BS，应承认这样的连接可以转接到另一个BS。链路84是一个界外报文，即，由天线58发送的未连接的报文，而链路85是一个界内报文，即，天线58从信源而不是从BS25所连接的RT接收的报文，诸如通过链路82和83。RT30还通过链路86连接到BS而不是连接到它所连接的那个，以致于当报文由RT30发送到BS25时，同样的报文也发送到BS24，万一到BS25的该报文丢失或差错时提供差错恢复。当这些BS而不是BS25发送报文时，被接收的这样的报文也可能由RT30接收，链路87代表由BS24发送和由RT30接收的这样的报文。
图2说明上面概述的各种表中进行的入口。表的内容是由产生这些表的各个存贮器中存贮的程序控制的。应该懂得，为简化说明，每个表只示出六行，而实际的行数和相应的入口将根据每个网络的结构设定。每个RTBST70，两列入口，每个入口包含一个BSID字段和一个强度字段。每个RT，当它接通电源时，监视RT可“听见”的从BS接收的所有报文。对于每个报文，BS的ID与报文信号的信号强度一起被记录。表70是根据作为新报文被接收的强度入口被存贮的，以便产生最高强度信号由特定的RT接收的基站放在表70的顶部。当一个RT开始该网络时，它开始发送开始命令报给位于表70顶部的BS，和包括与报文一起的表中的第一预定的(例如4)入口数，以提供一个选择表用于决定RT应连接到哪个BS。强度值代表RT接收的信号强度，它们也代表从基站界外来的报文的强度，因此区别于上面讨论的现有技术，现有技术使用到基站的界内报文强度作为作出连接决定的基础。
在BS中，BSWT48包含相应于连接到相同通信控制器的基站数的加权入口数。表48中的每个加权入口的位置识别特定的基站。加权是测量每个BS用于通信的需要性。大的加权意味着该BS不如一个具有较低加权的BS那样希望被使用。加权是根据BS的复盖范围和连接到BS的用户数进行计算的。每个入口包含根据下列公式计算的代表特定基站的加权的值加权〔n〕＝(S×CT〔n〕+(t×用户〔n〕(公式1)在该公式中，加权〔n〕是BS〔n〕的加权值，CT〔n〕是通过在表46中加上入口数得到的复盖值，这个值代表基站BS〔n〕可听见的RT的总数，用户〔n〕是连接到BS〔n〕的用户数，这个数目是从表38得到的，而“s”和“t”是选择的常数以优化系统的通过量。
当每个BS计算它自己的加权时，它通过通信控制器传送这个加权到其它的BS。在开始过程期间使用这个消息来确定RT应连接到哪个BS。
BSCT46包含BS可听见的每个RT的用户ID入口。即，每个基站连续地监视它接收的全部RT报文并在识别每个RT的表46中放置一个入口。其ID存贮在表46中的RT的总数表示特定的基站的复盖范围和BS可以与多少个RT或用户通信。由于多个BS必须共用相同的频率，所以可能的话，希望使用具有最小复盖范围的BS与RT通信。
CCUT38是具有两列入口的表，每个入口包含识别开始到该网络的特定RT的第一字段和识别它所连接的特定基站的第二字段。这样的入口作为每个RT开始和BS决定该RT应连接到哪个BS的开始命令。这个决定由BS传送到CC并放置在表38中。如果根据正做出的新决定，RT以后又连接到不同的BS，表38适当地被更新。这个表用于通过所接的BS把报文从主计算机导向特定的RT。CCMQ是一个表，报文的队列保持在该表中，连接到控制器的每个基站有一个队列。除了报文的数据内容也识别特定的RT外，表40中的每个入口是一个报文。主计算机例如在先进先出的基础上，根据它自由的工作负荷从表40取去报文。由于报文被发送到主计算机，相应的入口被删去，而在相关的队列中的剩余报文被移位。
当RT发送报文到特定BS时，该报文由其它的BS接收。其它的这些报文是复份报文。由于复份报文增加良好报文接收的概率，所以它们是希望的。但是，CC识别这些复份报文而且只传送一个报文到主计算机。在其中进行的方法是简单的。BS只传送好的报文到CC。由于CC从BS单元接收报文，它把报文放在CCMQ40适当的队列中。当CC看见适当队列中的报文时，它发送该报文到主计算机。当CC看见与一个不同队列相关的BS的一个队列中的报文时，它首先在不同的队列中寻找原始的报文，而如果找到了原始报文，则废除该复份。如果没有找到原始报文，则CC认为原始报文丢失或不完善，把复份报文移入适当的队列，应进入第一位置。对整个表40重复该过程直到其中的全部报文都传送到主计算机为止。
“范围”是一个基站可以有效地连接到一个远程终端的区域或空间。范围的大小主要取决于BS接收机的灵敏度，BS发射机的功率和BS天线的传输与接收特性。BS比RT功率更大和更灵敏，在给定的网络中被用于提供重叠的范围。开始和连接的过程用于连接RT单元到BS单元，BS单元具有有限的范围和很少用户。这产生多个BS可以同时使用相同的工作频率而没有干扰和优化系统通过量的地区。
图3说明根据上面叙述的方法作出连接决定的负荷调节效果。假定基站23-25在不同的地理位置23A，24A有它们的天线，以及BS具有复盖不同的预定重叠区域的范围23D，24D和25D。范围23D可提供城市大的复盖，而其它两个范围复盖较小的区域或范围，范围25D复盖最小的区域。BS23被接到位于以符号“x”表示的位置的范围23D内的十二个RT。BS24被接到位于以符号“Y”表示的位置的范围24D内的六个RT。BS25被接到位于以符号“Z”表示的位置的范围25D中的六个RT。BS25听见二十个RT，BS24听见十一个RT，而BS25听见七个RT。
在前一段落的例子中，假定用户在位于范围23D，24D和25D之间的重叠区域中有一个RT80。当RT80接通并加上电源，它首先监视从每个BS天线发送的报文和测量该报文的信号强度，然后使入口进入根据信号强度分类的它的RTBST中。然后RT80发送开始命令报文到位于该顶部BS。在该例子中，RT80接近于具有较大范围的位置23A，因此在RT80产生最强的信号，使得BS23应该在该表的顶部。开始命令报文被发送，表明BS23作为预定的接收器而且包括在表70中的顶部的入口，以便BS23可以选择所列的BS中的一个BS连接到RT80。这样，根据RT在RT所在的范围内的BS接收的报文信号强度部分地作出连接决定。
使用上述的公式1，则BS23按照下面的过程作出连接决定。首先，即使BS23产生最强的信号强度，由于它被连接到比其它两个BS(各六个)更多的(十二个)RT和具有更大的复盖区，因此也不选择它。BS23具有最高的加权值。在BS24和BS25之间，所接的单元数的忙期限每个是相等的，但是BS25具有较小的复盖区，因此具有最小的加权。所以BS25将被选择用于连接。在RT25连接之后，当BS25来的报文的信号强度产生高的差错率时，则可作出再连接的决定以决定在那时最适当连接到哪个BS。
对于本领域的技术人员应该是很清楚的对于细节和步骤与部件的安排方面可以进行很多改变而不脱离在所附的权利要求书中确定的本发明的范围。
权利要求
1.一种数字通信网络，它具有一个主计算机；连接到所述的主计算机的通信控制器(CC)；连接到所述的通信控制器的多个基站(BS)；分别连接到所述基站并包括在所述基站中的一样多个的天线，每个BS具有一个预定的范围，在该范围内远程终端可以通过工作在预定频率的无线链路连接到BS，所述的BS被定位以便提供重叠的范围；以及通过所述的无线链路与所述BS进行通信的多个远程终端(RT)，其特征在于每个BS包括一个无线BS收发信机，用于发送报文到和接收报文来自位于所述的BS的预定范围内的RT；连接到所述的BS收发信机用于控制其操作的数字BS处理器；和连接到所述BS处理器的数字BS存贮器，用于存贮BS表和所述BS处理器执行的BS程序；每个RT包括一个无线RT收发信机；连接到所述RT收发信机的场强测量表，用于测量所述RT收发信机从在所述RT所在范围内的BS接收的报文场强；连接到所述收发信机用于控制其操作的数字RT处理器；和连接到所述RT处理器的RT数字存贮器，用于存贮RT表和所述RT处理器执行的RT程序；每个RT工作以监视从BS接收的报文，在所述RT表内存贮一个BS表和接收的报文的信号强度，并给在所述的RT表中具有最强的信号强度的一个所述的BS发送一个开始命令报文；每个BS包括作决定的装置，它响应引入的开始命令报文而决定哪个BS应连接到发送所述的开始命令报文的所述的RT。
2.根据权利要求1的数字通信网络，其特征在于每个RT处理器是工作的以对在所述RT表中的入口根据信号强度以下降的顺序分类，所述的开始命令报文被送到在所述表中表示具有最强信号强度的BS。
3.根据权利要求2的数字通信网络，其特征在于所述的开始命令报文包括在所述表中具有最强信号强度的BS的清单，开始命令报文发送到的所述BS从这个清单中选择哪个BS应连接到发送所述开始命令报文的RT，
4.根据权利要求1的数字通信网络，其特征于每个所述的收发信机包括一个发射机，一个接收机，和连接到所述发射机及所述接收机的天线，用于发送报文到和接收报文来自所述的BS。
5.根据权利要求1的数字通信网络，其特征在于每个BS包括用于监视这个BS复盖多少RT的装置，这个BS的所述的作决定的装置连接到所述的监视装置，以便至少部分地根据这个BS复盖多少RT作出连接的决定。
6.根据权利要求5的数字通信网络，其特征在于所述网络包括存贮装置，用于存贮哪些RT连接到哪些BS的指示;所述作决定的装置还工作以便从所述的指示确定多少RT被接到每个开始命令报文识别的所述的BS清单中的每个BS，并至少部分地根据这个确定作出连接的决定。
7.根据权利要求6瓣数字通信网络，其特征在于所述的存贮装置是在所述CC中;和响应作连接的决定每个BS是工作，连接决定发送到并存贮在表明哪些BS连接到哪些RT的所述存贮装置中。
8.根据权利要求7的数字通信网络，其特征在于所述的主计算机通过所述的CC传送每个报文来发送报文到RT，和标明在每个报文中该报文被发送到的RT响应这个报文的接收，所述的CC工作以便在所述存贮装置中查找哪个BS连接到该报文标明的RT，然后传送这报文到这个BS以便传输到这个RT。
9.根据权利要求7的数字通信网络，其特征在于连接的决定是通过选择具有最小加权值的BS作出的，加权值是根据下式公式确定的加权〔n〕＝(S×CT〔n〕+(t×用户〔n〕)式中加权〔n〕是给定的BS〔n〕的加权值，CT〔n〕是基站BS〔n〕可听见的RT的总数，用户〔n〕是连接到BS〔n〕的用户数，“s”和“t”是最佳常数。
10.根据权利要求9的数字通信网络，其特征在于每个BC存贮器包括为连接到所述CC的每一个BS存贮加权值的一个表。
11.根据权利要求9的数字通信网络，其特征在于值用户〔n〕是从所述CC中的所述存贮装置得到的。
12.根据权利要求1的数字通信网络，其特征在于所述CC包括多个报文队列，用于存贮从所述CC发送到所述主计算机的报文，有一个报文队列是给连接到所述CC的每个BS用的;每个BS2作给所述的CC传送从任何RT接收的全部报文，因而所述报文队列可以包含从相同RT来的复份报文。
13.根据权利要求12的数字通信网络，其特征在于所述CC工作以识别复份报文，并只发送所述复份报文的一份到所述的主计算机。
14.根据权利要求13的数字通信网络，其特征在于存贮在所述队列中的所述报文包括哪个RT发送这报文的指示，根据分析队列中的报文和确定这报文是来自连接到相应于这个队列的所述BS的RT，所述CC工作以发送这报文到所述主计算机并废除基它队列中的任何复份报文。
15.根据权利要求13的数字通信网络，其特征在于所述CC响应分板给定队列中的报文而工作，以便确定这报文是供相应于不同队列的BS用的，并响应这个确定通过所述的不同队列检索相同的报文。
16.根据权利要求15的数字通信网络，其特征在于所述的CC还响应所述的检索而工作，当这个检索没有找到这报文时，把所述报文从所述给定队列移入所述不同的队列，当在所述的不同队列找到这报文时废除上述给定队列中的所述报文。
17.根据权利要求1的数字通信网络，其特征在于每个RT包括差错监视装置，它工作以检测从所连接的BS发送的报文中的差错，当检测的差错数超过一预定值时请求一个新的开始命令。
全文摘要
一个数字通信网络具有多个远程终端(RT)，它们通过工作在单个频率的无线链路与多个基站(BS)通信。每个RT监视界外报文的信号强度并保持指示哪些BS产生最大强度的信号的一个顺序表。在开始，RT发送报文给在该表的顶部的BS。该报文包括在该表顶部的第一预定的入口数目。每个BS监视它可听见的RT数和连接每个BS的用户数。然后开始命令报文发送到的BS根据信号的强度、连接的用户数和BS覆盖区，哪个BS应连接到特定的RT作出决定，然后通知通信控制器。因而这个决定调整工作负荷。
文档编号H04B7/26GK1069607SQ9210917
公开日1993年3月3日 申请日期1992年8月4日 优先权日1991年8月5日
发明者理查德·诺曼·埃姆斯, 托马斯·沃伦·克卢德特, 维克托·斯图尔特·穆尔 申请人:国际商业机器公司