專利名稱：分布式電路交換電信網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式電路交換電信網(wǎng)，更具體但非唯一地，是關(guān)于上述網(wǎng)絡(luò)中采用的發(fā)送和接收站，該網(wǎng)絡(luò)中有多個位于隨機分布的站點的這種站，且在這些站之中提供了交換電路以在網(wǎng)絡(luò)的站之間為呼叫選路，必要時利用網(wǎng)絡(luò)中的其他站以便對這些呼叫進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
在許多國家，雖然城鎮(zhèn)和主要鄉(xiāng)村都有電話業(yè)務(wù)，但人口的大多數(shù)仍不能方便地使用電話。在這樣的國家需要一種其分布密度能使所有人口都生活在距公用電話幾公里之內(nèi)的電話網(wǎng)。但這需要安裝有大量分散的電話的網(wǎng)絡(luò)，而這如果采用傳統(tǒng)的有線電話系統(tǒng)將十分昂貴。論文“發(fā)展中國家的分布式鄉(xiāng)村無線系統(tǒng)”(S.A.G.Chandler，S.J.Braithwait，H.R.Mgombelo等，第四次IEE電信會議，IEE會議出版物號NO 371，1993年4月)介紹了一種鄉(xiāng)村無線電話系統(tǒng)，因其無交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)，故很適合于向分布很廣的地點提供基本電話業(yè)務(wù)。
這種無線電話系統(tǒng)采用一種由無需集中交換或互連基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的合作無線節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點都包括一個包含兩個單信道數(shù)字收發(fā)器的發(fā)送和接收站、至少一個電話接口、和包含實現(xiàn)施加所需通信控制的協(xié)議的軟件的控制器。節(jié)點間的鏈路是電話業(yè)務(wù)中雙工通話所需的固定容量鏈路(與分組交換或統(tǒng)計復(fù)用鏈路相反)。每個發(fā)送和接收站包括一個連接了一部或多部電話的太陽能數(shù)字無線單元。合理范圍(在有利地形下的50公里左右)之內(nèi)的呼叫通過站與站之間的直接通信進(jìn)行。而超出此范圍，呼叫就要通過網(wǎng)絡(luò)暫時未被用于接續(xù)的其它站來轉(zhuǎn)接。超出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)地區(qū)的呼叫或需要太多轉(zhuǎn)接段數(shù)的呼叫，可通過關(guān)口節(jié)點選路至公眾業(yè)務(wù)電話網(wǎng)。
目前已使用的最相似的系統(tǒng)是分組無線系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)一般使用一條單獨的統(tǒng)計復(fù)用的無線信道，通常導(dǎo)致很低的信息速率，并有雙工通話所不能接受的延遲變化。
本發(fā)明的一個目的是為分布式電路交換電信網(wǎng)提供一種改進(jìn)的發(fā)送和接收站。
本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
為使本發(fā)明能被透徹理解，下面舉例描述本發(fā)明的實施方案，引用附圖如下附

圖1是一分布式電路交換電信網(wǎng)的示例圖。
附圖2是上述網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送和接收站的方框圖。
附圖3和4是解釋根據(jù)本發(fā)明上述網(wǎng)絡(luò)的呼叫選路方法的示例圖。
附圖5，6，7是解釋根據(jù)本發(fā)明上述網(wǎng)絡(luò)的呼叫中斷方法的示例圖。
附圖9，10，10a，11和12是解釋根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送和接收站中采用的優(yōu)選電路特性的示例圖。
附圖1中顯示了一假想的由一系列含發(fā)送和接收站的位于隨機地點的固定節(jié)點1組成的分布式電路交換無線電信網(wǎng)中其各節(jié)點的位置。除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點外，還有幾個關(guān)口節(jié)點2提供到公眾業(yè)務(wù)電話網(wǎng)的呼叫接入，在公眾業(yè)務(wù)電話網(wǎng)中電話通信是通過集中交換控制下的有線鏈路這樣的傳統(tǒng)方式來進(jìn)行的，如圖斷線4所示，呼叫可在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1之間或一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1與關(guān)口節(jié)點2之間進(jìn)行，如果這些節(jié)點間足夠近，可直接進(jìn)行，或者，通過其它節(jié)點1來轉(zhuǎn)接呼叫。
附圖2是發(fā)送和接收站6的方框圖，它由兩個收發(fā)天線7，8、兩個單信道數(shù)字收發(fā)器9.10、至少一個的電話接口11，12和一個用于實施網(wǎng)絡(luò)中站與站之間通信控制的控制單元16組成。每個站6都能被用于終接最多2個呼叫，即使用電話13和14同時進(jìn)行呼叫，或同時用兩個收發(fā)器9和10在兩個方向接收和重發(fā)呼叫信息來轉(zhuǎn)接單個呼叫。雖然在足夠小的區(qū)域內(nèi)時間漂移不成為問題，也可使用時分復(fù)用，但收發(fā)器9和10一般使用獨立的頻率信道。兩個信道從200個可用信道的集合中選出，但在某些情況下可采用大量的信道。
網(wǎng)絡(luò)中呼叫的選路取決于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的地理位置，而不是靠提供存儲在站中的路由表，因為這在沒有集中交換時提供了更好的性能。利用了一專用呼叫信道來實現(xiàn)選路和始發(fā)呼叫的建立，在該信道上用異步分組傳送信息。根據(jù)系統(tǒng)協(xié)議和用戶需求，用于接收和發(fā)送話音信息的分開的業(yè)務(wù)載送信道也可被用于異步分組或固定幀電路交換傳送格式。
呼叫選路從呼叫發(fā)出源站S到呼叫發(fā)送目的站D的呼叫的選路，由源站和目的站以及用于轉(zhuǎn)接呼叫的任何其它站的各控制單元之間的配合所實現(xiàn)的合適路由算法來控制。路由算法利用交互過程建立了起于源站F止于目的站D的一系列通信鏈路。如果目的站D不在源站S的一跳范圍內(nèi)，最簡單的選路方法如圖3所示，包括在迭代的每一階段判斷在前一站的無線范圍內(nèi)的站哪一個距目的站D最近。如果該最近的站不比迭路中所使用的前一站更近，則該路由被閉塞。圖3顯示了用此方法通過站20和21來轉(zhuǎn)接一個呼叫，源站S，站20和21的無線范圍如圓22，23和24所示。
下面介紹各站的控制單元實現(xiàn)路由算法的方式。前一站的控制單元將以一條CQL消息廣播一個詢問信號，它被區(qū)域內(nèi)所有可用于轉(zhuǎn)接的站接收。如果此詢問信號被目的站D接收，目的站的控制單元就返回一立即確認(rèn)信號來指示呼叫能從前一站直接轉(zhuǎn)接到目的站。其它接收到詢問信號的站經(jīng)過一段延時后提供一個確認(rèn)信號，延時隨著該站距目的站D的距離而增加，延時量根據(jù)各站在該站與目的站之間的距離計算得出，而該距離又從該站存儲的其它站的位置或使用指示站的格坐標(biāo)的站號而得出。如果各站運用CSMA協(xié)議，當(dāng)信道已被占用時不提供確認(rèn)信號就可避免大多數(shù)的碰撞。只要前一站從另一站接收到一確認(rèn)信號，它就向選定的站送一證實信號。其它在區(qū)域內(nèi)(但距目的站很遠(yuǎn)，意味著在確認(rèn)前有很大的延時)的站也將收到確認(rèn)信號，因此被禁止應(yīng)答詢問信號，從而防止在呼叫信道上不必要的擁塞。
這種路由算法的缺點是它不會尋找所有可能的路由，因此使呼叫可能被不必要地阻塞。例如，參照圖4，呼叫可能由于障礙26的存在(例如一座山或僅僅是一沒有可轉(zhuǎn)接呼叫的站的區(qū)域)而被阻塞在站21。一個改進(jìn)這種情況的辦法是將路由算法稍微一般化。不在每一階段選擇距目的站最近的轉(zhuǎn)接呼叫的站點，而是在每一階段都選擇能最大可能地完成選路到目的站的站作為下一轉(zhuǎn)接站。在不知路由被閉塞的情況下，從任一站完成選路的概率與離該站的距離相反。但如果已判定路由在圖4的站21被閉塞，使得根據(jù)原算法在合適的位置上沒有站作為轉(zhuǎn)接，這時可使用修改后的算法來回朔一步至站20并根據(jù)站21被閉塞的信息來修改概率分布。這將導(dǎo)致站21或靠近站21的站較少可能被選擇，從而使一較遠(yuǎn)站25被選來轉(zhuǎn)接呼叫以跨越障礙26實現(xiàn)到目的站的路由。
如果站21的位置被可能會參與轉(zhuǎn)接呼叫的更遠(yuǎn)的站(如25)所得知，比如這些更遠(yuǎn)的站從站21偷聽到證實回朔的信號時，從任一站完成選路的概率(或至少是距該站的近似值)，就能被各站在此基礎(chǔ)上計算得出，從而判定一近似的延時來響應(yīng)前一站的詢問信號以便和與從前一樣的方式實現(xiàn)選路。
呼叫中斷當(dāng)一個站正在網(wǎng)絡(luò)的其它站之間轉(zhuǎn)接呼叫時，該站的兩個收發(fā)器都被占用，因此該站在上述轉(zhuǎn)接過程中將不能發(fā)送或接收新的呼叫(終接于該站)，除非有特別的呼叫中斷設(shè)施來允許為已有呼叫重新選路使能進(jìn)行新的呼叫。
圖5圖示了一個正在其它兩站之間轉(zhuǎn)接呼叫的站的兩條業(yè)務(wù)信道27，28載送的信息以及呼叫信道29。在正常的電話通話中，雖然在兩電話之間提供了全雙工傳送通路，但一般同一時刻只有一方在講話，并且在一部分傳送時間中兩個方向上均為沉默，例如在單字和音節(jié)之間的間隙。在此沉默期間無需傳送信息，除了關(guān)于沉默在繼續(xù)的信息之外。在所描述的系統(tǒng)中，話音信息被分成10ms的幀(實際上以大約4ms長的分組傳送)，使信息在兩個方向上被交替?zhèn)魉汀?br> 當(dāng)一站在轉(zhuǎn)接一個呼叫(或正同時終接兩個呼叫時)時，兩個收發(fā)器均被用來用不同的頻率與其它兩個站通信。如圖5所示，兩個收發(fā)器的發(fā)送機被同步以同時發(fā)送，使得與話音信息在一個方向上經(jīng)第一業(yè)務(wù)信道被發(fā)送給另一站一樣，話音信息在相反方向上經(jīng)第二業(yè)務(wù)信道被發(fā)送給另一站。兩個收發(fā)器均可用于在連續(xù)發(fā)送期間31的中間段30接收信息，在發(fā)送期和接收期之間提供了保護(hù)間隔32以防止這些時期重疊。如果兩個收發(fā)器在接收期間均被一個或另一方向的接收信號所占據(jù)，轉(zhuǎn)接站就不能接收發(fā)送給它的呼叫。但在每一期間30每個收發(fā)器實際上接收話音信息時只占據(jù)了時間的一部分33，還具有的是沉默期。在這些沉默期可接收到一些指示接收器可供接收從想呼叫它的站來的中斷信號的短無話音分組，從而使該站能中斷轉(zhuǎn)接已有的呼叫而去接收新的呼叫。以前轉(zhuǎn)接的呼叫的重選路可自動起作用，從而使在該呼叫的傳送中沒有明顯的間斷。
下面參照圖6介紹一種可中斷被轉(zhuǎn)接呼叫的方法，圖6顯示一個正被用于轉(zhuǎn)接呼叫的站被在呼叫信道上發(fā)送中斷分組34的另一站呼叫。在發(fā)送期31和接收話音信息期間33沒有一個收發(fā)器可用于接收中斷分組34。但在一個業(yè)務(wù)信道上收到一個指示有一段沉默期的無話音分組35，可使得收發(fā)器快速切換到在呼叫信道上接收信息，這樣，使得呼叫信道上中斷分組34的存在能被檢測到并通過在呼叫信道上發(fā)送一確認(rèn)信號36而加以確認(rèn)。由于到任一站的呼叫都較該站正在轉(zhuǎn)接的呼叫優(yōu)先，確認(rèn)信號36將指示被叫站的電話振鈴，并且如果由于電話摘機而使呼叫被接通，則主叫方即可使用一業(yè)務(wù)信道來初始化話音傳輸。這將打斷已有的轉(zhuǎn)接鏈，并實施已有呼叫的替代選路。如果電話摘機而呼叫另一個站，轉(zhuǎn)接的呼叫可類似地被中斷。盡管在此方法中已有呼叫傳送中的短暫間斷可能不嚴(yán)重，但已有呼叫可能被斷開。
在這一方法中，到正在轉(zhuǎn)接呼叫的站的新呼叫根據(jù)已介紹的路由算法一直進(jìn)行至倒數(shù)第二站。至于其它站，該倒數(shù)第二站包括了一鄰居表，用以表示根據(jù)它們的地理距離以及檢測來自它們的信號而判斷出處在有效無線范圍內(nèi)的那些站，倒數(shù)第二站的鄰居表中應(yīng)包括目的站。倒數(shù)第二站將通過在呼叫信道上反復(fù)呼叫以實現(xiàn)到達(dá)目的站的通信，并且，如果呼叫被目的站接收，將返回一個確認(rèn)信號表明目的站開始振鈴。否則目的站返回一信號表明它正被占用。
該方法的難點在于需要非?？斓厍袚Q信道，這將導(dǎo)致為提供所需的頻率切換需增加電路的復(fù)雜性，并會因解調(diào)器電平的穩(wěn)定時間而遇到困難。
圖7說明了一種替代的中斷方法，它通過以一些在為已有呼叫建立路由時在各站之間傳送的信道分配信號的記錄表來代替由各站保存的上述鄰居表，克服了快速信道切換的需要。這樣，在對正在其業(yè)務(wù)信道轉(zhuǎn)接呼叫的目的站選路呼叫時，倒數(shù)第二站將查看其它站監(jiān)聽到的、以及為該監(jiān)聽的站的收發(fā)器分配的信道的頻率的記錄，這些記錄在它們的頻率建立命令被其它站監(jiān)聽到時被輸入，并在以后試圖在該信道上呼叫相應(yīng)站失敗時或該相應(yīng)站被監(jiān)聽到正在呼叫信道上呼叫另一站時被刪除。倒數(shù)第二站將根據(jù)以前記錄的信道通過分配信息通過在目的站的一個或每個業(yè)務(wù)信道上反復(fù)呼叫來嘗試達(dá)到與目的站的通信。在使用呼叫信道去發(fā)送或接收話音信息時，根據(jù)CSMA協(xié)議，呼入信號的接收將被阻止。但是一旦收到一個無話音分組35指示在被叫信道上有一段沉默期時，信道就可供從主叫站接收中斷分組37，而這又將允許在被呼信道上傳送確認(rèn)信號38指示被叫站開始振鈴，并用已介紹的方式建立呼叫。在此方法中，倒數(shù)第二信道的頻率穩(wěn)定時間的需要將不被要求。但正在轉(zhuǎn)接的呼叫被中斷的可能性仍然存在。
下面參照圖8介紹上述中斷方法的改進(jìn)，它基本上避免了正轉(zhuǎn)接呼叫在中斷中被破壞的可能性。圖8圖示了一個從源站S到目的站D的呼叫正被包括站R在內(nèi)的一些其他站轉(zhuǎn)接，又有一新呼叫正從站41通過包括倒數(shù)第二站1在內(nèi)的各轉(zhuǎn)接站而送給站R。如前所述沉默期或數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g斷被終端站識別，一些比用于傳送普通信號的正常話音分組短的特定無話音分組被傳送。無話音分組包括可使偷聽站識別是哪個站發(fā)送了無話音分組并使之與無話音分組同步的信息，同時也使正常接收站在時隙的空余監(jiān)聽中斷。由于倒數(shù)第二站1只能肯定從R監(jiān)聽到信號而無需在反方向上從與R站相鄰的站A或站B監(jiān)聽信號，從站I發(fā)出的中斷分組的定時必定能僅由站R來的信號進(jìn)行判斷。
實現(xiàn)上述目的的較好的辦法是使用站R發(fā)出的無話音分組來同步站I，但直至站R停止發(fā)送無話音分組之前站I不發(fā)送中斷分組。這意味著一端的用戶已開始發(fā)話可能造成其它用戶停止發(fā)話。站I將一直試探直至連接建立為止。如果監(jiān)聽到站A的空脈沖串，上述問題將不會發(fā)生，中斷分組可立即發(fā)出。
當(dāng)站R從倒數(shù)第二站I收到一個呼叫請求、或當(dāng)站R的電話摘機而發(fā)出呼叫時，一條指示為該呼叫再選路的消息即按從源站S到目的站D之間的呼叫路由而傳送給鄰站A。這將導(dǎo)致站A的一個收發(fā)器臨時中斷到站R的傳輸，以便為呼叫建立一替代路由而發(fā)送一CQL消息。站A再使用上述正常選路程序等待來自可能的替代轉(zhuǎn)接站的答復(fù)，除非站A的收發(fā)器在發(fā)出CQL消息后使返回到在業(yè)務(wù)信道上向站R發(fā)送，從而使與可能的替代轉(zhuǎn)接站的進(jìn)一步的通信是在業(yè)務(wù)信道上而不是象正常情況一樣在呼出信道上進(jìn)行。選路程序即可按正常方式繼續(xù)直至與目的站D建立連接，或在目的站D的兩個收發(fā)器都被占用時與倒數(shù)第二站45連接。只有當(dāng)站R收到關(guān)于已建立這種連接的證實，才通過被中斷的站R轉(zhuǎn)接呼叫并在被影響的站R開始振鈴(或者在站R發(fā)出呼叫時即開始呼叫選路)。
雖然這種方法能阻止丟失已轉(zhuǎn)接呼叫，該方法對正在轉(zhuǎn)接呼叫的同樣的站的可呼叫性也稍有一點負(fù)面的影響，因為如果這種站是僅有的能夠為已有呼叫進(jìn)行轉(zhuǎn)接的站，就不能發(fā)出或接收呼叫。通過這種方法，正被轉(zhuǎn)接的呼叫將在一個方向經(jīng)受一次相當(dāng)于兩個頻率穩(wěn)定時間加上發(fā)送CQL消息和接收到它的響應(yīng)的時間的傳輸間斷。即使這樣，它仍比上述其它方法中呼叫中斷的傳輸間斷少。
移動站如果要在網(wǎng)絡(luò)中使用移動發(fā)送和接收站，每個移動站都與一個有普通的固定發(fā)送和接收站的歸屬基地節(jié)點相連。電源接通后，移動站按有規(guī)律的時間間隔例如說每10分鐘一次向基站發(fā)送登記分組，這些登記分組在必要時經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中普通的固定站來轉(zhuǎn)接。如果由其它站轉(zhuǎn)接，發(fā)送的登記分組中就要包含標(biāo)識第一個進(jìn)行這種轉(zhuǎn)接的站的信息。這樣就能向歸屬站指示移動站的大概位置，也就是一個在第一轉(zhuǎn)接站的范圍內(nèi)的位置。這種移動站的位置登記將由歸屬站收到登記信號從而周期性地進(jìn)行更新。
所有發(fā)到移動站的呼叫請求將首先接到歸屬站，它再按普通的分組無線模式將這些呼叫請求轉(zhuǎn)接至移動站，必要時使用第一轉(zhuǎn)接站(如登記信息所示，它與移動站較靠近)以及其它可能的站將呼叫請求轉(zhuǎn)接至移動站。移動站收到這種方式轉(zhuǎn)接來的呼叫請求后振鈴，并且如果移動站的手機摘機接收電話，呼叫即按上述路由算法選路返回主叫站。如果主叫站距移動站比歸屬站更近，這樣的選路將會經(jīng)常導(dǎo)致呼叫不經(jīng)由歸屬站轉(zhuǎn)接。
應(yīng)注意到，這種根據(jù)電話摘機接受呼叫而進(jìn)行選路從總體上說是網(wǎng)絡(luò)中使用的優(yōu)選特性，如果在呼叫發(fā)出時為了在各站給轉(zhuǎn)接呼叫保留容量而開始呼叫選路，將會造成網(wǎng)絡(luò)不必要的擁塞，因為該站被保留備用而被叫站的電話卻在振鈴并一直無應(yīng)答。
發(fā)送/接收切換在上述系統(tǒng)中每個收發(fā)器用同一頻率發(fā)送和接收，因此必須大幅度抑制發(fā)送信號以保證它不干擾收發(fā)器的信號接收。發(fā)射機輸出因此必須衰減成遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無線傳輸路徑損失，也就是說約為140dB。由于從發(fā)射轉(zhuǎn)換到接收模式必須快速，即應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1毫秒，但即使不是不可能，也很難象操縱對講機那樣開關(guān)振蕩器或變換振蕩器頻率。因此對收發(fā)器中用于在發(fā)射和接收方式之間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換電路提出了很嚴(yán)格的要求。
相應(yīng)地，如圖9的方框圖所示，用于通過混頻來產(chǎn)生發(fā)射載波頻率信號的某個頻率信號或載波頻率信號本身(在FM發(fā)射器情況下)，都是從一個由數(shù)字雙穩(wěn)態(tài)電路(觸發(fā)器)組成的分頻器50產(chǎn)生的。這種數(shù)字雙穩(wěn)態(tài)電路可利用一邏輯門瞬間關(guān)斷。在發(fā)射模式下來自頻率源51的頻率信號被分頻器50二分頻并提供給調(diào)制器52，后者再用傳輸基帶信號去調(diào)制分頻器50輸出的載波信號，以產(chǎn)生一調(diào)制后的信號供給放大器53放大并經(jīng)發(fā)/收開關(guān)54和天線55發(fā)射。
當(dāng)收發(fā)器用于接收模式時，通過使用一適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，發(fā)/收開關(guān)54被切換至接收檔，如圖9所示，同時該控制信號被送給分頻器50內(nèi)與一邏輯門相連的一禁止輸入端以禁止發(fā)射載波頻率信號。載波頻率未出現(xiàn)在電路的任一輸入信號中而只由觸發(fā)器裝置的非線性雙穩(wěn)態(tài)操作產(chǎn)生的這一事實，表明載波信號被此操作完全斷開。這并不排除關(guān)閉發(fā)射放大器53的必要性，因為否則它仍放大所有噪聲信號，但關(guān)閉放大器53的需求遠(yuǎn)不象其它情況那么嚴(yán)格。同一頻率的接收信號經(jīng)開關(guān)54被送給接收放大器54從而送至收發(fā)器的接收部分。
發(fā)射機調(diào)制的斜坡修整技術(shù)(ramping)由于信息是在這樣一個系統(tǒng)中以短脈沖形式傳送的，必須采取措施來避免每個短脈沖開始部分的瞬時包絡(luò)變化引起譜擴散，這種譜擴散會干擾相鄰信道的用戶。因此，為了提供最適合的帶寬效率，系統(tǒng)采用了載波頻率線性調(diào)制，并為了減小譜擴散，在發(fā)送短脈沖串的開始和結(jié)束部分以非常短的斜坡上升和下降時間來達(dá)到斜坡的上下修整。
與較多的已有的恒定包絡(luò)方案不同，已知的線性調(diào)制系統(tǒng)能使正交調(diào)制(在該正交調(diào)制中，每個符號(symbol)波形的接收與所有其他信號波形無關(guān))達(dá)到帶寬效率的理論極限值。然而在這種系統(tǒng)中采用頻率調(diào)制類型包絡(luò)整形已經(jīng)被證實會導(dǎo)致線性調(diào)制的短脈沖模式信號出現(xiàn)顯著的譜擴散。雖然與斜坡上升和下降相關(guān)的線性調(diào)制信號的總體幅度調(diào)制必然會引起一些譜擴散，但是必須承認(rèn)，如果過于依賴于該必須采用恒定包絡(luò)方案的方法，在這個問題上該已知系統(tǒng)采用的是不正確的方法。
根據(jù)本發(fā)明，調(diào)制系統(tǒng)采用的是一種原則上根本沒有譜擴散、能產(chǎn)生較短的斜坡上升和斜坡下降時間的方法。與借助于線性調(diào)制信號的總體幅度調(diào)制來實現(xiàn)斜坡上升和下降的已知系統(tǒng)不同的是，本系統(tǒng)為每個將被發(fā)送的數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生一個具有有限持續(xù)時間的斜坡上升和斜坡下降部分的符號波形。如圖10a所示，一系列這種在時間上重疊的信號波形，如數(shù)字波形串1101的代表波形61、62、63和64，在圖10a的橫向濾波器70中組合到一起，目的是為了產(chǎn)生具有有限持續(xù)時間的斜坡上升部分65和斜坡下降部分66的組合波形。通過對表示數(shù)據(jù)串的脈沖流和單個符號波形的卷積而產(chǎn)生的組合波形可以利用預(yù)先計算的存儲波形或者采用后面隨有抗混疊濾波器的數(shù)字信號處理器進(jìn)行實時計算來獲得。然后橫向濾波器70的輸出將輸入到調(diào)制器71上，目的是對頻率fc的載波信號進(jìn)行調(diào)制以產(chǎn)生發(fā)送所需的線性調(diào)制信號。理論上符號波形是具有無限持續(xù)期的，這樣才能通過截短每個波形形成近似值，以產(chǎn)生具有有限持續(xù)時間的斜坡上升和斜坡下降部分。但是由于截短的長度只是很少的符號周期，斜坡上升和斜坡下降部分的功率非常小，由于波形一般是對稱的，因此根據(jù)以上原因采用了截短。
由非相關(guān)的數(shù)據(jù)串產(chǎn)生的信號的功率譜與單個符號脈沖的能量譜相同。數(shù)據(jù)串相關(guān)可能會導(dǎo)致某些頻率上稍有衰減，但不會引起信號的譜擴散。如果按照本發(fā)明中的系統(tǒng)的每個發(fā)射的短脈沖都通過把有限長度的數(shù)據(jù)串和符號波形進(jìn)行卷積來產(chǎn)生，那么短脈沖的譜將與連續(xù)信號的譜相同。雖然符號波形的長度可能會導(dǎo)致功率比第一個實際的符號時刻(脈沖中心)提前幾個符號發(fā)射出去，但這是所有斜坡修整技術(shù)所必需的。實際上這只需要提前兩個或三個符號，比常規(guī)方案需要的要少得多。
接收機同步所有數(shù)字接收機的性能都必然與用來確定經(jīng)過濾波的接收的信號進(jìn)行抽樣定時的時鐘信號的同步有關(guān)。用于控制時鐘信號的傳統(tǒng)技術(shù)是采用接收波形的過零點來對本地定時振蕩器同步，該振蕩器使用了相位鎖定環(huán)電路。在這種情況下，帶寬是過零點的隨機定時偏差的平滑和使相位鎖定環(huán)可能得到鎖定的速率之間的折衷。隨機定時偏差不僅是由噪聲效果所造成，也是由于過零點時間取決于所發(fā)射的數(shù)據(jù)串所造成的。因此即使沒有噪聲，在這樣的系統(tǒng)中性能的提高也是有限的。
所發(fā)射的信號采用正交調(diào)制意味著從濾波后接收到的信號中提取的符號波形是這樣的，即每個符號波形的信號值是在一串規(guī)則的抽樣點中的一個(且只有一個)抽樣點上確定的。雖然信號波形有重疊，但是在每個抽樣點上都會有一個符號波形為零。所用的調(diào)制制式的例子有QAM，QPSK和pi/4 DQSK。也可以包括在FM或PM信道之上發(fā)送的適當(dāng)?shù)幕鶐V波信號。
如果采用限幅器鑒別器積分器技術(shù)來接收任何形式的正交PSK信號或接收使用QAM調(diào)制的修正幅度定標(biāo)(AGC)信號，在無噪聲情況下信號x將在從一組有限的值(1，1)，(1，0)，(0，1)和(0，0)中選擇的每個抽樣點上獲得一個值(x0，x1)，這個具體值(x0，x1)決定了接收到的符號。如圖11所示(這是信號x對時間t的圖)，表示x值在兩個抽樣點之間的變化情況，如果相對于正確的抽樣時間tc(其誤差值為dt)，實際的抽樣時間ta發(fā)生誤差，那么信號x將發(fā)生誤差，誤差值為dv。如果計算誤差v和其時間的導(dǎo)數(shù)dv/dt(它與信號的導(dǎo)數(shù)dx/dt相同)，可以估算定時誤差為dv/(dv/dt)并且該量可用來調(diào)整定時時鐘信號的相位。但在有噪聲的情況下如果dv/dt較小，將會出現(xiàn)噪聲不均衡誤差。因此最好按因數(shù)dv/dt來定標(biāo)調(diào)整量，即信號的斜率大小，這將導(dǎo)致產(chǎn)生一個為k.dv/sgn(dv/dt)值的調(diào)整量，其中k是加權(quán)因數(shù)，斜率越小它的值越大，sgn(dv/dt)表示dv/dt的符號函數(shù)(sign)值，所以調(diào)整量也可以寫作k.dv.sgn(dv/dt)?；谶@樣的相位調(diào)整的時鐘信號的定時優(yōu)于傳統(tǒng)的零點交叉技術(shù)，這是因為即使加上噪聲后調(diào)整作用有所減退，但并不受接收信號中的數(shù)據(jù)串的影響，而且更主要的原因是由此消除了定時抖動。
圖12是采用這樣的用于控制抽樣時序的相位調(diào)整的pi/4DQPSK接收機的方框圖。在該接收機中接收信號x是由接收部分提供的，接收部分由天線80、含有本地振蕩器的調(diào)諧電路81、匹配濾波器82、限幅器83、鑒別器84和符號積分器85組成。信號x既輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器86上也輸入到微分器87上，微分器87后面連接著比較器88。轉(zhuǎn)換器86的輸出是數(shù)字字，倘若定標(biāo)是正確的，那么最高有效比特(x0，x1)表示接收符號的值并作為接收的數(shù)據(jù)(x0，x1)從電路輸出，而轉(zhuǎn)換器87的輸出的最低有效比特組成了誤差量dv的2的補碼。微分器87的輸出是信號誤差的時間導(dǎo)數(shù)dv/dt，等于信號的時間導(dǎo)數(shù)dx/dt，比較器88的輸出是表示sgn(dv/dt)的數(shù)字信號。信號誤差dv乘以sgn(dv/dt)的過程相當(dāng)于在dv/dt為負(fù)值時取dv的2的補碼。因此dv與sgn(dv/dt)的乘積的近似值可通過將轉(zhuǎn)換器86輸出的最低有效比特以及比較器88的輸出一起輸入到一組異或門89上從而提供相當(dāng)于dv的1的補碼的輸出，它近似地等于2的補碼(僅在最低有效比特中有誤差)。異或門89的輸出被輸入到計數(shù)器90上，該計數(shù)器91由振蕩器91提供晶體頻率參考，計數(shù)器90又通過對振蕩器91提供的高頻參考進(jìn)行遞減計數(shù)以便向模數(shù)轉(zhuǎn)換器86提供時鐘信號輸入。計數(shù)器通過復(fù)位信號的作用來清零，該復(fù)位信號由反向器92提供，它接收與用于控制時鐘信號的轉(zhuǎn)換器86的最低有效比特輸出的最高有效比特有關(guān)的異或門89的輸入。
信號x中的增益和偏移誤差也是采用限幅器鑒別器接收pi/4DQPSK以及用于多電平QAM設(shè)計時的較大問題，接收機中進(jìn)一步提供的一些部分用來補償這些誤差。偏移誤差可近似等于模數(shù)轉(zhuǎn)換器86的輸出的最低有效比特，也就是數(shù)據(jù)比特之外的那些比特，因此通過利用這些比特遞歸地調(diào)整偏移電平來補償偏移誤差?？梢赃@樣來加以實現(xiàn)通過將最低有效比特輸入到累加器或遞增/遞減計數(shù)器93上，當(dāng)偏移估算值降低時計數(shù)器93遞增計數(shù)，當(dāng)偏移估算值高時計數(shù)器93遞減計數(shù)，并將結(jié)果信號輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器94和電位器95上，電位器95控制了信號x的偏移量。更復(fù)雜的系統(tǒng)將是利用所有的誤差比特并通過以與誤差成比例的量來調(diào)整偏移量。
為了實現(xiàn)增益補償，我們利用了一個這樣的事實增益誤差約等于模數(shù)轉(zhuǎn)換器86的輸出的最低有效比特除以相當(dāng)于被討論的符號的電壓得到的誤差，以及利用如果只使用符號電壓的正負(fù)號函數(shù)值(sign)來代替時則性能幾乎沒有變化這一事實。這個近似值很容易實現(xiàn)，因為被符號的正負(fù)號函數(shù)值相除，可以通過將轉(zhuǎn)換器86的輸出的最高有效比特以及最低有效比特一起輸入到一組異或門96來實現(xiàn)，如圖所示。異或門96的輸出v.sgnx＝V.Xo被輸入到累加器或遞增/遞減計數(shù)器97上，計數(shù)器97與電位器98相連接來完成所需的增益誤差補償。然而，可根據(jù)這樣的事實來確定允許量，即當(dāng)參數(shù)的允許范圍太大時，系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)假的空指針。
同樣的原則(即減少在抽樣時刻的誤差)也被用于基于數(shù)字信號處理的解調(diào)器上，不同的是，數(shù)字信號處理微分解調(diào)器的輸出是在笛卡爾坐標(biāo)上而不是在極坐標(biāo)上。需要某種形式的近似來避免不必要的冗長計算。但是我們發(fā)現(xiàn)采用恒定調(diào)整量的甚至最簡單的近似實際上是足以能夠?qū)崿F(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.電信網(wǎng)絡(luò)中的一種發(fā)送和接收站，在此網(wǎng)絡(luò)中按位置隨機分布有多個這樣的站，這些站本身帶有為了在網(wǎng)絡(luò)中的各站之間進(jìn)行呼叫選路而在必要時利用網(wǎng)絡(luò)中的其他站來轉(zhuǎn)接該呼叫的交換電路，這些站包含為了轉(zhuǎn)接呼叫而選擇將要發(fā)送的下一站的呼叫路由控制裝置，并包括(a)詢問裝置，用來向在發(fā)射站范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的其它站發(fā)射詢問信號，(b)確認(rèn)裝置，用來當(dāng)一個站在響應(yīng)收到其它站發(fā)來的詢問信號時如果可以轉(zhuǎn)接呼叫即發(fā)射確認(rèn)信號，該確認(rèn)信號經(jīng)過一段延時后發(fā)出，表明該站適合于轉(zhuǎn)接發(fā)往所要目的站的呼叫，(c)選站裝置，用來根據(jù)在最小時延后從其它站收到的確認(rèn)信號來選擇用于轉(zhuǎn)接呼叫的站。
2.按照權(quán)利要求1的站，其中提供了站位置裝置以指示該站距網(wǎng)絡(luò)其它站的距離，還提供了延時裝置以延時發(fā)射確認(rèn)信號，延時量與由站位置裝置判定的該站與所要呼叫目的地的站之間的距離有關(guān)。
3.按照權(quán)利要求2的站，其中提供了障礙位置裝置以表示該站不能轉(zhuǎn)接呼叫可能被阻擋的呼叫路由，以及適合性判斷裝置，用以根據(jù)來自障礙位置裝置和站位置裝置提供的數(shù)據(jù)判斷該站是否適合轉(zhuǎn)接呼叫，并根據(jù)上述適合性來判斷延時裝置提出的延時量。
4.電信網(wǎng)絡(luò)中的一種發(fā)送和接收站，在此網(wǎng)絡(luò)中按位置隨機分布有多個這樣的站，這些站本身帶有為了在網(wǎng)絡(luò)中的各站之間進(jìn)行呼叫選路而在必要時利用網(wǎng)絡(luò)中的其他站來轉(zhuǎn)接該呼叫的交換電路，這種站包括用于因收到網(wǎng)絡(luò)其它站對該站的新呼叫而中斷該站正在轉(zhuǎn)接的呼叫的呼叫中斷裝置，并包括(a)呼叫監(jiān)視裝置，用于在轉(zhuǎn)接當(dāng)前呼叫的話音或數(shù)據(jù)信號的間隙接收其它站發(fā)來的表示到該站的呼叫請求的中斷信號；(b)呼叫接收裝置，用于響應(yīng)中斷信號中斷該站轉(zhuǎn)接的當(dāng)前呼叫，使能接收其它站的新呼叫。
5.按照權(quán)利要求2的站，其中呼叫中斷裝置包括路由重選裝置，它在收到中斷信號后為轉(zhuǎn)接已有呼叫選擇一個替代路由，并在替代路由可用時為已有呼叫重新選路，從而使能接收其它站的新呼叫。
6.按照權(quán)利要求4或5的站，其中呼叫中斷裝置包括用來發(fā)射指示發(fā)射當(dāng)前呼叫的話音或數(shù)據(jù)信號的間隙的空分組，該呼叫監(jiān)視裝置適合于在發(fā)射這些空分組時接收上述中斷信號。
7.按照權(quán)利要求6的站，其中呼叫監(jiān)視裝置適合于僅在發(fā)射一串空分組后接收上述中斷信號。
8.一種與移動站相關(guān)連的移動發(fā)射和接收站，它在必要時利用網(wǎng)絡(luò)的其它固定站轉(zhuǎn)接登記信號，使得基站能收到移動站距登記信號轉(zhuǎn)接所用的第一固定站位置的大致位置的指示，以及(b)呼叫接收裝置，用來接收從網(wǎng)絡(luò)的其它站來的經(jīng)基站轉(zhuǎn)接的呼叫，并將其由基站根據(jù)登記信號指示的移動站的大致位置選路至移動站，并在接收呼叫后開始將呼叫選路返回其它站。
9.電信網(wǎng)中使用的一種發(fā)射和接收站，包括用來在同一頻率發(fā)射和接收信號的信令裝置、用來通過信令裝置發(fā)射信號的發(fā)射裝置、用來通過信令裝置接收信號的接收裝置、根據(jù)控制信號在發(fā)射裝置和接收裝置之間切換信令裝置的切換裝置，其中發(fā)射裝置包括一個提供頻率信號的頻率源、用于通過分頻頻率信號來為要發(fā)射的信號產(chǎn)生載頻的雙穩(wěn)態(tài)電路裝置、和用于依照控制信號關(guān)閉雙穩(wěn)態(tài)電路裝置以阻止載頻的禁止裝置。
10.一種以短脈沖形式發(fā)射數(shù)字調(diào)制信號的數(shù)字發(fā)射機，包括用來為要發(fā)射的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的每一符號產(chǎn)生一個有限持續(xù)時間的符號波形的符號波形發(fā)生裝置、用來組合一系列上述符號波形以使每個波形相對于前一波形延時且重疊以產(chǎn)生一代表要發(fā)射的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一串符號的混合波形的波形卷積裝置、以及用于用上述組合波形線性調(diào)制載波波形以不使用單獨的斜波上和斜波下波形即可為用短脈沖發(fā)射提供上述已調(diào)制信號且不產(chǎn)生基本頻譜擴展的信號調(diào)制裝置。
11.一種用來接收數(shù)字調(diào)制信號的數(shù)字接收機，包括用來接收數(shù)字調(diào)制信號和由此產(chǎn)生指示被發(fā)射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)符號的符號信號的接收裝置、用來在時鐘信號確定的采樣點對符號信號進(jìn)行采樣以提供對應(yīng)于被發(fā)射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和差錯輸出信號的接收數(shù)據(jù)輸出信號的采樣裝置、以及用來通過調(diào)整時鐘信號的定時來同步采樣裝置對符號信號的采樣以便最小化差錯輸出信號的采樣同步裝置。
全文摘要
在電信網(wǎng)中設(shè)置有多個按位置隨機分布的多個發(fā)送和接收站,并且在各站中自身帶有為了在網(wǎng)絡(luò)中的各站之間進(jìn)行呼叫選路而在必要時利用網(wǎng)絡(luò)中的其他站來轉(zhuǎn)接該呼叫的交換電路。為此,每個站(20)包含一個用于選擇另一個站(21)的呼叫路由單元,從源S發(fā)向目的地D的呼叫被發(fā)送到站另一個站(21)以便進(jìn)行轉(zhuǎn)接。呼叫路由控制單元發(fā)送一個供位于該發(fā)送站(20)范圍之內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中的其他站接收的詢問信號,每一個其他站(21)的呼叫路由控制單元當(dāng)該其他站(21)響應(yīng)于從該站(20)接收到的詢問信號而可以轉(zhuǎn)接該呼叫時,則發(fā)送一個確認(rèn)信號,該確認(rèn)信號經(jīng)過一定的延時后發(fā)送,該延時是該站(21)將該呼叫向著它所希望的目的地轉(zhuǎn)接的合適性的指示。該站(20)的呼叫路由控制單元于是根據(jù)在最小延時后接收到的、來自該另一個站的確認(rèn)而選擇該另一個站(21)來轉(zhuǎn)接該呼叫。
文檔編號H04B7/26GK1202284SQ9619841
公開日1998年12月16日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月30日
發(fā)明者S·A·G·查德勒爾, S·J·布賴思懷特 申請人:魯拉爾無線電系統(tǒng)有限公司