专利名称：数字无线通信中的非对称数据速率和功率的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信。具体地说，本发明涉及利用低功率移动终端的无线通信。
在“双向寻呼”网络中，除发消息应用以外，还给用户提供方便的访问信息服务，诸如天气预报，交通状况，股票行情以及甚至接入广域数据网，如因特网。在一个这样的无线通信网络100中，如
图1所示，网络控制单元104的发射机102向在其服务区内的移动终端(如移动单元101a-101c)广播消息。由识别码唯一地识别的有一个移动单元包括一个接收机，一个低功率发射机，一个显示面板(如4线液晶显示器)，和一个简易键盘。在无线通信网络100中，许多接收机(如103a-103c)分布在服务区中，用于接收来自附近移动终端的发送信号，使得这些移动终端的功率需求最小化。接收机103a-103c向网络控制单元中继传送移动单元所接收的发送。在必须更换电池或充电以前，为了获得合理的电池使用寿命，节省移动终端中的电力是重要的。这种系统的一个缺点在于，在任一个给定时间，只有一个消息可以从网络控制中心发送。由于网络控制中心的消息排队可能出现的等待时间使得该无线通信网络不适合于提供事务处理(如银行帐户之间的资金划拨)方面的应用。
通过提供能与附近移动终端进行本地通信的双向基站，而不是接收机103a-103c，获得了对以上通信网络的改进。支持与本地基站双向通信的无线通信网络的例子在一件待审的美国专利申请中描述，该申请由王维嘉于1995年10月13日提交，系列号为08/542,860，代理人文件号M-3456-US，名称为“无线网络接入方案”。作为整体援引在此供参考，以提供有关这种双向寻呼网络的背景信息。在该系统中，由于移动终端主要地与它最接近的基站通信，所以系统容量比图1所示的系统容量大得多，这归因于不在彼此范围内的移动终端和基站同时和无干扰地使用频谱。
一般地，发射机覆盖范围随其功率的增加而增加，随其数据速率的提高而减小。例如，如果一个半瓦特发射机以800波特发射可以覆盖给定范围的话，为了允许以9600波特在同样范围内发射，则对发射机的功率要求可提高到5.5瓦特。由于低功率要求以及需要保持合理的服务范围，现有技术中的移动终端以约1200-2400波特通信。为了增加信道容量，即为了提供更高的数据速率，则移动终端的范围必须减小或者必须给移动终端提供更高功率的发射机。如果移动终端的范围减小，那么服务于在一给定服务区内的移动终端所需要的基站数目必须增加。为了获得更高的数据速率，则系统硬件成本迅速增加。
根据本发明，无线通信网络包括(a)网络控制中心；(b)多个移动终端，每个移动终端以第一数据速率从网络控制中心接收消息并以第二数据速率向网络控制中心发射消息，该第一数据速率高于第二数据速率；以及(c)耦合到网络控制中心的多个基站，用于接收来自移动终端的消息并将这些消息转送到网络控制中心。这些基站还用于将从网络控制中心来的消息转送到移动终端。在这个无线通信网络中，网络的容量可以增加，而不要求移动终端中有更短的范围，或者更高的功率发射能力。
在无线通信网络的一个实施例中，移动终端以分开的时隙发射和接收消息，使得在移动终端中不需要提供全双工电路。在无线通信网络的另一实施例中，在基站中提供全双工电路以允许同时发射和接收消息。在该无线通信网络的实施例中，移动台中使用分开的频率来发射和接收消息。在一实施例中，发射和接收频率都近似为一个预定的载频，但由用于调制基带信号的中频来分开。
以下结合附图对本发明作详细的描述，可以更好地理解本发明。
图1显示现有技术中的无线通信网络100。
图2显示本发明一个实施例中的无线通信网络200。
图3a显示无线通信网络200在“半双工”方案下的定时图。
图3b显示无线通信网络200在“全双工”方案下的定时图。
本发明提供一种无线通信网络，其中从网络控制中心发往移动终端(“下行链路”)的消息用比从移动终端发往网络控制中心(“上行链路”)的消息更高的速率来发射。本发明不要求无线通信网络的移动终端具有更短范围或更高功率的发射机就增加了网络容量。本申请的发明人观察到来自移动终端的上行链路消息常比来自网络控制中心的下行链路传输短得多。例如，股票行情请求可能具有几十个字节的消息长度，仅包括如用户识别信息和交易代码列表这样的数据。反过来，响应请求的信息业务可能发送具有几百个字节数据的消息，报告每种交易代码，交易数量，目前的报价和询价，当日或过去的高和低价，开盘价和收盘价。这样，在本发明中，由于从网络控制中心到移动终端的下行链路消息以更高的数据速率发送，而从低功率移动终端到网络控制中心所发射的上行链路消息以较低数据速率发送，因而系统容量比具有相等的上行链路和下行链路数据速率的现有技术系统容量增大了许多倍，而并不显著地增加系统硬件成本。
图2显示本发明一个实施例中的无线通信网络200。在图2中，无线通信网络200包括若干移动终端，即移动终端201a-201f，以及若干基站，如在服务区内的基站202a-202i。另外，高功率发射机203用于发送要给服务区内的移动终端的信息，这些移动终端距基站的距离不知道或还不知道。根据本发明，从移动终端到基站所发射的上行链路消息的数据速率仍为较低的数据速率，例如2400波特，而由发射机203或基站201a-201i发往移动终端的下行链路消息以高得多的数据速率发送，例如9600波特。在一个实施例中，来自基站的一个初始控制消息可以以第一数据速率发往移动终端。该初始控制消息可以向移动终端规定用于接收的第二数据速率和用于发射的第三数据速率。第二数据速率和第三数据速率既不必彼此相等也不必和第一数据速率相等。
在无线通信网络200中可使用几个协议，以允许有序地和有效的利用可用频谱。例如，在“半双工”方案，即移动终端可以发送和接收消息，但不能同时既发射又接收。在这种方案下，移动终端以略微不同的频率发射和接收，这两个频率是如此的接近以至于同时进行发射和接收时会引起干扰。图3a显示了无线通信网络在“半双工”方案下的定时图。如图3a所示，在“半双工”方案中，时隙301和302被分配以高数据速率发射到移动终端，而时隙303和304被分配从移动终端以低数据速率发射出来。发射机203可以周期性地向服务区内的所有移动终端广播定时信号，以使移动终端和基站同步。显然，通过增加在时隙301和302期间的数据速率，在这种情况下系统容量可以增加。这样的修改既不需要增加移动终端中的发射机功率又不减少移动终端的工作范围。
或者是，可以使用用于该基站的改进的“全双工”协议。在该改进的“全双工”协议中，移动终端可以仍为“半双工”以保持低成本的优点，而基站可以在同一时间接收和发射。在该协议中，可使用分开的无干扰频率来发射和接收消息，使得发向基站的消息和由基站发送的消息之间的冲突可以消除。在该协议下，基站可以在第一频率向移动终端发射消息而在第二频率从另一个移动终端接收消息。图3b说明这种改进的“全双工”协议。如图3b所示，在时隙321和323中，移动终端“A”基站发射，而在时隙322和324，移动终端“A”从基站接收。在同一时间，在时隙322和324，移动终端“B”向基站发射，而在时隙321和323，终端“B”从基站接收。这样，移动终端“A”和“B”都可仍为“半双工”，而基站为“全双工”。还是在该改进的“全双工”协议下，系统容量增加了，但不改变移动终端的范围和数据速率。
最后，为了允许移动终端以不同的数据速率发射和接收，在移动终端中提供了不同的发射和接收时钟信号。这种不同的发射和接收时钟信号例如可以通过振荡器产生高频时钟信号(即具有高于或等于接收时钟信号的规定频率的时钟信号)并把这高频时钟信号下分频至规定的发射和接收的时钟信号来提供。
为了允许移动终端以如在修改的“全双工”协议中所要求的不同频率来接收和发射，移动终端可以被修改为以相对其规定的发射载频的微小偏移(如用于调制移动终端的基带信号的中频)来接收。通过在发射和接收电路之间共享同一个振荡器，这样的安排把移动终端的成本减至最小。以上讨论的用于在移动终端中获得不同的发射和接收数据速率以及不同的发射和接收载频的改进可由本领域技术人员容易地实现。
以上具体的描述用来说明本发明的特定实施例，但并不限于此。在所附的权利要求中限定的本发明范围内，各种变化和修改是可能的。
权利要求
1.一种无线通信网络，包括一个网络控制中心；多个移动终端，所述移动终端以第一数据速率接收消息并以第二数据速率发射消息，所述第一数据速率大于所述第二数据速率；以及耦合到所述网络控制中心的多个基站，用于从所述移动终端接收消息并向所述网络控制中心转送所述消息。
2.如权利要求1的无线通信网络，其中控制消息以第三数据速率从基站发送至移动终端，对所述移动终端规定用于向所述基站发射消息的所述第二数据速率，和用于从所述基站接收消息的所述第一数据速率。
3.如权利要求1的无线通信网络，其中每一个所述移动终端以不同的时隙发射和接收信息。
4.如权利要求1的无线通信网络，其中每一个所述基站同时发射和接收信息。
5.如权利要求1的无线通信网络，其中所述移动终端以第一频率发射消息并以不干扰所述第一频率的第二频率接收消息。
6.如权利要求1的无线通信网络，其中所述基站转送来自所述网络控制中心的要在所述移动终端接收的消息。
全文摘要
一种无线通信网络,包括多个移动终端和多个收发信机(“基站”)。在该无线通信网络中,从基站发往移动终端的消息以比从移动终端发往基站的消息的速率更高的速率来发射。在一个实施例中,“半双工”协议为基站和移动终端的传输分配不同时隙。在另一实施例中,改进的“全双工”协议在移动终端中提供“半双工”操作,并且在基站提供“全双工”操作。
文档编号H04L12/28GK1190854SQ9810374
公开日1998年8月19日 申请日期1998年1月15日 优先权日1997年1月15日
发明者陈健文, 王维嘉, 阿伦·陶伯特 申请人:格维康姆公司