專利名稱：數字無線通信中的非對稱數據速率和功率的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信。具體地說，本發明涉及利用低功率移動終端的無線通信。
在“雙向尋呼”網絡中，除發消息應用以外，還給用戶提供方便的訪問信息服務，諸如天氣預報，交通狀況，股票行情以及甚至接入廣域數據網，如因特網。在一個這樣的無線通信網絡100中，如
圖1所示，網絡控制單元104的發射機102向在其服務區內的移動終端(如移動單元101a-101c)廣播消息。由識別碼唯一地識別的有一個移動單元包括一個接收機，一個低功率發射機，一個顯示面板(如4線液晶顯示器)，和一個簡易鍵盤。在無線通信網絡100中，許多接收機(如103a-103c)分布在服務區中，用于接收來自附近移動終端的發送信號，使得這些移動終端的功率需求最小化。接收機103a-103c向網絡控制單元中繼傳送移動單元所接收的發送。在必須更換電池或充電以前，為了獲得合理的電池使用壽命，節省移動終端中的電力是重要的。這種系統的一個缺點在于，在任一個給定時間，只有一個消息可以從網絡控制中心發送。由于網絡控制中心的消息排隊可能出現的等待時間使得該無線通信網絡不適合于提供事務處理(如銀行帳戶之間的資金劃撥)方面的應用。
通過提供能與附近移動終端進行本地通信的雙向基站，而不是接收機103a-103c，獲得了對以上通信網絡的改進。支持與本地基站雙向通信的無線通信網絡的例子在一件待審的美國專利申請中描述，該申請由王維嘉于1995年10月13日提交，系列號為08/542,860，代理人文件號M-3456-US，名稱為“無線網絡接入方案”。作為整體援引在此供參考，以提供有關這種雙向尋呼網絡的背景信息。在該系統中，由于移動終端主要地與它最接近的基站通信，所以系統容量比圖1所示的系統容量大得多，這歸因于不在彼此范圍內的移動終端和基站同時和無干擾地使用頻譜。
一般地，發射機覆蓋范圍隨其功率的增加而增加，隨其數據速率的提高而減小。例如，如果一個半瓦特發射機以800波特發射可以覆蓋給定范圍的話，為了允許以9600波特在同樣范圍內發射，則對發射機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務范圍，現有技術中的移動終端以約1200-2400波特通信。為了增加信道容量，即為了提供更高的數據速率，則移動終端的范圍必須減小或者必須給移動終端提供更高功率的發射機。如果移動終端的范圍減小，那么服務于在一給定服務區內的移動終端所需要的基站數目必須增加。為了獲得更高的數據速率，則系統硬件成本迅速增加。
根據本發明，無線通信網絡包括(a)網絡控制中心；(b)多個移動終端，每個移動終端以第一數據速率從網絡控制中心接收消息并以第二數據速率向網絡控制中心發射消息，該第一數據速率高于第二數據速率；以及(c)耦合到網絡控制中心的多個基站，用于接收來自移動終端的消息并將這些消息轉送到網絡控制中心。這些基站還用于將從網絡控制中心來的消息轉送到移動終端。在這個無線通信網絡中，網絡的容量可以增加，而不要求移動終端中有更短的范圍，或者更高的功率發射能力。
在無線通信網絡的一個實施例中，移動終端以分開的時隙發射和接收消息，使得在移動終端中不需要提供全雙工電路。在無線通信網絡的另一實施例中，在基站中提供全雙工電路以允許同時發射和接收消息。在該無線通信網絡的實施例中，移動臺中使用分開的頻率來發射和接收消息。在一實施例中，發射和接收頻率都近似為一個預定的載頻，但由用于調制基帶信號的中頻來分開。
以下結合附圖對本發明作詳細的描述，可以更好地理解本發明。
圖1顯示現有技術中的無線通信網絡100。
圖2顯示本發明一個實施例中的無線通信網絡200。
圖3a顯示無線通信網絡200在“半雙工”方案下的定時圖。
圖3b顯示無線通信網絡200在“全雙工”方案下的定時圖。
本發明提供一種無線通信網絡，其中從網絡控制中心發往移動終端(“下行鏈路”)的消息用比從移動終端發往網絡控制中心(“上行鏈路”)的消息更高的速率來發射。本發明不要求無線通信網絡的移動終端具有更短范圍或更高功率的發射機就增加了網絡容量。本申請的發明人觀察到來自移動終端的上行鏈路消息常比來自網絡控制中心的下行鏈路傳輸短得多。例如，股票行情請求可能具有幾十個字節的消息長度，僅包括如用戶識別信息和交易代碼列表這樣的數據。反過來，響應請求的信息業務可能發送具有幾百個字節數據的消息，報告每種交易代碼，交易數量，目前的報價和詢價，當日或過去的高和低價，開盤價和收盤價。這樣，在本發明中，由于從網絡控制中心到移動終端的下行鏈路消息以更高的數據速率發送，而從低功率移動終端到網絡控制中心所發射的上行鏈路消息以較低數據速率發送，因而系統容量比具有相等的上行鏈路和下行鏈路數據速率的現有技術系統容量增大了許多倍，而并不顯著地增加系統硬件成本。
圖2顯示本發明一個實施例中的無線通信網絡200。在圖2中，無線通信網絡200包括若干移動終端，即移動終端201a-201f，以及若干基站，如在服務區內的基站202a-202i。另外，高功率發射機203用于發送要給服務區內的移動終端的信息，這些移動終端距基站的距離不知道或還不知道。根據本發明，從移動終端到基站所發射的上行鏈路消息的數據速率仍為較低的數據速率，例如2400波特，而由發射機203或基站201a-201i發往移動終端的下行鏈路消息以高得多的數據速率發送，例如9600波特。在一個實施例中，來自基站的一個初始控制消息可以以第一數據速率發往移動終端。該初始控制消息可以向移動終端規定用于接收的第二數據速率和用于發射的第三數據速率。第二數據速率和第三數據速率既不必彼此相等也不必和第一數據速率相等。
在無線通信網絡200中可使用幾個協議，以允許有序地和有效的利用可用頻譜。例如，在“半雙工”方案，即移動終端可以發送和接收消息，但不能同時既發射又接收。在這種方案下，移動終端以略微不同的頻率發射和接收，這兩個頻率是如此的接近以至于同時進行發射和接收時會引起干擾。圖3a顯示了無線通信網絡在“半雙工”方案下的定時圖。如圖3a所示，在“半雙工”方案中，時隙301和302被分配以高數據速率發射到移動終端，而時隙303和304被分配從移動終端以低數據速率發射出來。發射機203可以周期性地向服務區內的所有移動終端廣播定時信號，以使移動終端和基站同步。顯然，通過增加在時隙301和302期間的數據速率，在這種情況下系統容量可以增加。這樣的修改既不需要增加移動終端中的發射機功率又不減少移動終端的工作范圍。
或者是，可以使用用于該基站的改進的“全雙工”協議。在該改進的“全雙工”協議中，移動終端可以仍為“半雙工”以保持低成本的優點，而基站可以在同一時間接收和發射。在該協議中，可使用分開的無干擾頻率來發射和接收消息，使得發向基站的消息和由基站發送的消息之間的沖突可以消除。在該協議下，基站可以在第一頻率向移動終端發射消息而在第二頻率從另一個移動終端接收消息。圖3b說明這種改進的“全雙工”協議。如圖3b所示，在時隙321和323中，移動終端“A”基站發射，而在時隙322和324，移動終端“A”從基站接收。在同一時間，在時隙322和324，移動終端“B”向基站發射，而在時隙321和323，終端“B”從基站接收。這樣，移動終端“A”和“B”都可仍為“半雙工”，而基站為“全雙工”。還是在該改進的“全雙工”協議下，系統容量增加了，但不改變移動終端的范圍和數據速率。
最后，為了允許移動終端以不同的數據速率發射和接收，在移動終端中提供了不同的發射和接收時鐘信號。這種不同的發射和接收時鐘信號例如可以通過振蕩器產生高頻時鐘信號(即具有高于或等于接收時鐘信號的規定頻率的時鐘信號)并把這高頻時鐘信號下分頻至規定的發射和接收的時鐘信號來提供。
為了允許移動終端以如在修改的“全雙工”協議中所要求的不同頻率來接收和發射，移動終端可以被修改為以相對其規定的發射載頻的微小偏移(如用于調制移動終端的基帶信號的中頻)來接收。通過在發射和接收電路之間共享同一個振蕩器，這樣的安排把移動終端的成本減至最小。以上討論的用于在移動終端中獲得不同的發射和接收數據速率以及不同的發射和接收載頻的改進可由本領域技術人員容易地實現。
以上具體的描述用來說明本發明的特定實施例，但并不限于此。在所附的權利要求中限定的本發明范圍內，各種變化和修改是可能的。
權利要求
1.一種無線通信網絡，包括一個網絡控制中心；多個移動終端，所述移動終端以第一數據速率接收消息并以第二數據速率發射消息，所述第一數據速率大于所述第二數據速率；以及耦合到所述網絡控制中心的多個基站，用于從所述移動終端接收消息并向所述網絡控制中心轉送所述消息。
2.如權利要求1的無線通信網絡，其中控制消息以第三數據速率從基站發送至移動終端，對所述移動終端規定用于向所述基站發射消息的所述第二數據速率，和用于從所述基站接收消息的所述第一數據速率。
3.如權利要求1的無線通信網絡，其中每一個所述移動終端以不同的時隙發射和接收信息。
4.如權利要求1的無線通信網絡，其中每一個所述基站同時發射和接收信息。
5.如權利要求1的無線通信網絡，其中所述移動終端以第一頻率發射消息并以不干擾所述第一頻率的第二頻率接收消息。
6.如權利要求1的無線通信網絡，其中所述基站轉送來自所述網絡控制中心的要在所述移動終端接收的消息。
全文摘要
一種無線通信網絡,包括多個移動終端和多個收發信機(“基站”)。在該無線通信網絡中,從基站發往移動終端的消息以比從移動終端發往基站的消息的速率更高的速率來發射。在一個實施例中,“半雙工”協議為基站和移動終端的傳輸分配不同時隙。在另一實施例中,改進的“全雙工”協議在移動終端中提供“半雙工”操作,并且在基站提供“全雙工”操作。
文檔編號H04L12/28GK1190854SQ9810374
公開日1998年8月19日 申請日期1998年1月15日 優先權日1997年1月15日
發明者陳健文, 王維嘉, 阿倫·陶伯特 申請人:格維康姆公司