蜂窝因特网协议调制解调网络

发明的技术领域

本发明涉及蜂窝无线数据通信，特别是，涉及使用称之为蜂窝IP 的专门的协议的蜂窝通信，以及它的网络结构。

相关技术描述

图1给出了一个现有的蜂窝数据网络50。英特网服务提供商(ISP) 55或一般服务提供商提供了各用户站50、57和58英特网业务之间的 连接。基站55创建小区49和蜂窝服务，即，用户站50、57和58在 小区49内并由基站55提供服务。基站55通过无线链路连接用户站50、 58和ISP 55。

然而，用户站66或许在基站55的范围之外，或许在范围内但却 由于建筑物的遮挡，正如站57被建筑物56遮挡一样而没有直线视距， 因此，用户站57和66不能连接到ISP 55。

传统的解决方法是建立另一个基站，或中继对用户站57和66的 服务。然而，这种方法需要成本和设备的巨大开支，有必要寻求一种 给用户站57和66提供服务的更经济的方法。

发明概要

本发明针对这些及先有技术的其它问题，提出一种蜂窝英特网协 议(CIP)系统。

根据一种实施方案，依本发明的装置是一种蜂窝IP调制解调器， 包括一个基带-中频单元和一个射频单元。基带-中频单元配置为具 有基于蜂窝英特网协议的路由引擎。

根据另一种实施方案，依本发明的方法包括步骤：发送包含路由 信息的数据分组(该路由信息表示的是中间接收者，而不是基站)；由 中间接收者接收分组；以及按路由信息从中间接收者发送分组到基站。

根据另一种实施方案，描绘了一种网络结构，它支持蜂窝IP网络 和其成员的创建。

附图简述

图1是现有蜂窝网络的框图。

图2是依本发明的蜂窝IP分组的框图。

图MM-1是新的蜂窝IP网络及其成员的框图。

图MM-2是依本发明的由于遮挡而没有直线视距的用户站的框图。

图MM-3是表示终端用户的安排的框图。

图MM-4是表示基站及其成员的安排的框图。

图MM-5描述了相对于时间，频率是如何规划的。

图3是用于产生码谱的频率表实施方案。

图4是依本发明的比特流调制实施方案。

图5是依本发明的RF部分实施方案。

图6是依本发明的解调实施方案。

优选实施方案详述

图2给出了一个蜂窝IP分组的帧格式。分组是可变长度分组，有 最大长度512个字节。分组包括一个7字节的前同步码、一个1字节 的初始帧分界符(SFD)、一个9字节目标地址(DA)、一个9字节源地 址(SA)、一个110字节路由信息块(RIB)、一个6字节类型域、一个 6字节状态域、一个360字节数据域和一个4字节循环冗余校验(CRC) 域。

前同步码包括交替的1和0以确定冲突，以及建立同步。

SFD包含数值h，表示一帧的开始。

DA包含表示诸如接收用户站的国家内的位置的地区的1个字节，8 个比特给出256(28)个地区。2个字节用于表示地区内小区标识符。16 个比特给出65,536(216)个小区；6个字节表示小区内接收用户站的 蜂窝IP地址。

SA和DA有类似的域，只要用发送用户站代替接收用户站即可。

RIB表示分组从终端用户站到基站所应采用的路径。由于最多含110 个字节，RIB能在选定路由时详细列出多达10个从发送用户站到基站 的链路。

帧类型域表示分组是控制分组还是业务分组。特别是，它们的开 始的2个字节表示协议，接下来的2个字节表示子协议，最后的2个 字节表示业务。例如，如果开始的2个字节是<7777>h，接下来的2个 字节是<0707>h，这就表示一个“固件升级”命令，第三个2字节设置 各种标志。另一个例子，如果开始的2个字节是<0800>h，这就预示接 下来的2个字节将表示“tcp/udp”以及第三个2字节将表示“业务端 口号”(例如，电子邮件端口是25,http端口是80以及ftp端口是20)。 蜂窝IP的其它子协议包括路由发现协议、回送协议和远程配置协议。

状态域表示这些信息，例如：分组是ACK分组还是NACK分组、处 于等待状态的数据分组的数目、扩频同步信息、或分组是本地分组还 是被路由的分组。数据域包含多达360个字节的数据。CRC包括检错和 纠错信息。

路由特征

图MM-2说明了蜂窝IP网100的路由特征。ISP 102为各用户站104 和106提供英特网业务的交换。其它基站分别定义了蜂窝服务的小区112 和114，即，用户站104是小区100的，且由基站102提供服务等。小 区内104和106的调制解调器连接到ISP 102。

标记为房子A的用户站在小区100的外面，这或是因为它在范围 之外，或是因为它虽在范围内但却被如107的建筑物或其它建筑物所 遮挡。在这种情况下，用户站房子A使用路由表来建立RIB，表示适宜 的通信链路。

路由表可以是静态的或动态的。在静态路由时，在蜂窝IP调制解 调器开始一安装，路由表就确定了。用户站116有一个路由表，它除 了包含其它一切路由信息外，还包含表示用户站房子A连接到被基站102 覆盖的房子B的调制解调器的信息。如果房子B不在服务范围内，可 能还会有许多附加路由作为附加冗余。

网络结构特征

该网络结构采用时隙的带有载波侦听的冲突检测多址结构 (CSMA/CD)，其中所有的用户共享整个带宽。蜂窝IP可以在跳频扩频 中实现。例如，每个小区可以配置为在100个时隙内广播(或等同的， 100个跳频频率)，即，传输每秒跳变100次。小区内的每一个用户站 和基站各配置一个初始跳变数。初始跳变数是任何一个用户调制解调 器开始发送分组直到结束的跳变数值，当任何一个用户在发送分组时， 其它用户等待直到它传送结束，即使其它用户使用的是另外的跳变时 隙。这种方式的优点是它进一步减少了调制解调器之间的冲突，因为 只要没有其它的调制解调器在传送分组，每个调制解调器就以自己的 跳变数开始传送。例如，如果在一个其中调制解调器可在任何随机的 时刻开始传送分组的CSMA/CD网中冲突的概率为x，并且如果这种指定 时间基准的方案在100次跳变“这种情况下跳”，则这将进一步按照 x/100的因数减少冲突。跳变数要么在安装时设置，要么通过ISP基站 为每个站配置。

这种方法使冲突最小化，因为每个站通过监听当前的传输来确定 它的初始跳变数是否可用。如果可用，然后该站按它的初始跳变数开 始发送；如果不可用，然后该站等待。这种方法减少冲突是因为冲突 只在满足两个条件的情况下发生：(1)两个站有相同的初始跳变数， 以及(2)它们都想发送。

用户站部分

图MM-3给出了用户调制解调器150和计算机160部分。在发送模 式下，计算机160产生任何协议的分组，调制解调器将其插入蜂窝IP 分组中，以及调制解调器150发送该分组。在接收模式下，调制解调 器150接收蜂窝IP分组，从中去掉蜂窝IP信息，以及将其送到进行 分组处理的计算机160。

调制解调器150包括一个射频(RF)单元154、“室内或室外”天线 155和一个基带-中频(BIF)单元153。RF单元154是模块化的，廉价 地配置在预先设定的工作频率上。预定的频率包括2.6GHz的MMDS； 28GHz和29GHz两个频段的LMDS；902-928GHz、2.4GHz和5.7GHz三 个频段的ISM；ITFS；MDS；以及其它专用频率。

BIF单元158将来自计算机160的基带信息转换为适合RF单元154 处理的中频信息。调制解调器150和计算机160之间的链路可以是串 行电缆、并行电缆、SCSI电缆、以太网或通用串行总线电缆。

虽然本发明是根据“调制解调器”和“计算机”进行描述的，随 着小型化的趋势，预计相似的原理可应用在类似于当今现有的蜂窝电 话和个人数字助理的集成装置上。此外，预计本发明除了应用于数字 数据的转换和传送外，也可应用于模拟数据(如，语音)。

ISP站装置

图MM-4给出了基站的配置。基站109包含一个GPS天线113、一 个GPS单元112、一个RF单元111和一个计算机主板110。基本GPS“全 球定位卫星接收器”112和113用来使基站有一个通用定时基准。

图MM-1给出了三个小区(小区＃1，小区#2和小区#3)的配置， 它们都使用GPS“全球定位卫星”100来建立三个基站之间的通用基准， 所以在卫星时刻t1，小区#1使用频率F1，小区#2使用频率F2，以及 小区#3使用频率F3，在卫星时刻t2，频率将按图MM-1中表#1所示 重新分配，等等。

图MM-5给出了三个基站的卫星时间频率规划。这一特点允许我们 的基站在相邻小区里重新使用频率，进一步提高了频谱利用率。

在一个给定的小区(如图MM-1中的小区#1)内，调制解调器保 持与基本传输站101同步，因为基本传输站101周期地发送同步突发。 这个同步突发帮助小区#1内的调制解调器跟随小区#1内的基本传输 站101的载波跳变，因为调制解调器已经根据它们的编程固件确定了 基本传输站101将跳变到哪一些载波频率，这是通过从基本传输站101 的同步突发中提取这些载波频率而实现的。

编码的频谱

在如上所述的网络结构中，扩频的应用使得许多小区可共存于同 一地域内。

依本发明，根据一个预定义的如图3所示的用于联系字节和频谱 的码表，将一个字节流作为码字送到频率组控制器以便产生与该字节 有关的唯一频谱。

然后把频率组的输出送到一个求和节点，以便产生频谱。例如， 如果有3比特字节到来它将激励比特0、比特1和比特2，并且启用或 禁用缓冲区以便在频谱中产生正弦函数或不产生正弦函数。

在如图4所示的优选的实施方案中，比特0到比特7是从计算机 输入的字节流。I输出是激励同相载波的频谱输出，Q输出是激励正交 载波的Q输出的频谱输出。

在扩频系统中使用编码频谱调制建立的任何发射机，无论是用于 建立蜂窝英特网的无线计算机通信的直接序列跳频、无论是基于或不 是基于蜂窝英特网协议的宽域网、以及无论是扩频还是未扩频的用于 有线计算机通信中的编码频谱调制，都在本发明的范围之内。

通常，编码频谱调制接收机的射频部分的实施方案如图5所示。 天线接收信号并放大信号。然后，将任何频带之外的信号经过滤波器 滤除，再与由合成器确定的跳频扩频频率进行混频，这完全匹配发射 机的相同顺序，以便产生IF输出。

解调器如图6所示。需要使用附加增益级来补偿损耗。I/Q解调器 将IF解调为两个频谱，即分别为I编码频谱调制谱和Q编码频率调制 谱。语音解码锁相环路将编码频谱调制谱的语音部分解码成原始比特， 以形成初始产生语音的字节；然后再将其传送到计算机。

发明背景