[发明专利]数字蜂窝覆盖网络

说明书

本发明涉及移动蜂窝电话系统，特别涉及用一种共存的透明数字网络来覆盖已有的先进移动式电话系统（AMPS）的方法及装置。该数字网络可用于高速无干扰数据通信，即不降低原有系统处理语音传送的容量及（质量上的）潜在能力的数据通信。

目前，在世界各地的许多大城市都有移动蜂窝无线电话服务。这种服务通常是借助蜂窝系统，即具有分成采用低功率发送器和接收器的相邻小覆盖“网孔”的覆盖区的系统。有限的网孔面积，使得可以把一个网孔的信道频率，按一定的计划用于地理上相分隔的另一网孔。这样，在主要城市区域都可以提供大量的信道，且服务与标准电话服务没有什么差别。

蜂窝系统通常在每一网孔中利用一个信道（称作“控制信道”）接收用户单元呼叫其他用户单元的服务请求，并指示用户单元（在此也称为“移动电话单元”）调谐到选定的“语音信道”频率对上，在该信道中可进行双向通话。控制信道连续地接收及发送数据，而且是移动电话单元不在电话通话状态时自动调谐到的信道。

在先有技术的蜂窝电话系统中，双方的电话呼叫持续到他们的通话结束。由于双方都在连续地收听，每一方都可确定通话何时结束并挂机。但当在蜂窝电话系统中进行数据呼叫时，用户并不持续地收听，其结果，会有一段没有数据活动的长时间，其间发射时间仍被占用。因为用户收费是按实际占用的发射时间计算的，用户要为这段没有活动的较长时间支付较高的费用。

在许多应用（如电子信箱）中，利用先进移动电话系统（AMPS）进行数据通信可能是有利的;但这些应用也许无法支付长时间的电话语音呼叫。另外，如果数据终端（可能有几千个终端耦合到一给定网络）有使用已有系统波段的一般电话用户，则会产生系统容量问题。

如果能够由蜂窝电话公司来识别、利用和可获得地出售“片断”发射时间，那么一个与标准发射时间率相对的较低“比特率”（对于用户和蜂窝电话公司双方而言）都将是理想和可行的。“片断”发射时间的存在（这时定义为未用或否则为不可用的发射时间）可根据当前蜂窝电话网络的已知的阻断和交换要求而容易地得以证实。

美国联邦通信委员会（FCC）要求蜂窝电话公司在2%的阻断基础上向用户提供电话服务。这意味着保证用户在98%时间里第一次就能完成呼叫。为达到这一阻断率，蜂窝电话网孔站在可用的信道及时间上都有多余的容量。例如，已知目前的网孔站有处理57个通话信道的容量。另外，已知通常的蜂窝电话呼叫通常大约持续2分钟，且网孔站设备从一个呼叫转接到另一个呼叫需用15秒。

这种因为阻断因素及转接时间引起的附加容量占了可用总电话网孔站时间的相当大部分，而这部分是无法用于一般语音通信的。因此，很希望有能在不干扰正常通话的情况下利用这些数据通信时间的方法和装置。以下将利用这种多余且在其他情况下无法利用的时间的技术称作“蜂窝数据联网”技术（CDN）。

另外，希望提供一种适于覆盖现有先进移动电话系统（AMPS）的数字网络，其中该数字网络（1）与先进移动电话系统（AMPS）共存并对其透明;（2）不降低该电话系统的语音能力或处理语音通话的容量;（3）利用多余的且在其他情况下不能用的发射时间（前述的“片断”发射时间），即实施蜂窝数据联网（CDN）;（4）在任何可能的时候利用已有先进移动电话系统（AMPS）设备以尽量降低覆盖系统的成本。

已知有多种试图在蜂窝移动电话系统中提供用于支持数据通信的装置的先有技术系统，但这些系统未能提供前述的所希望办法及装置。

例如，Hess在美国专利第4，831，373号中公布了一种用于在中继无线系统上动态地分配数据信道的方法。更具体地，Hess的方法监测在预定时隙内的数据活动，且若活动高于预定的最大量值时，会为数据保留附加的信道。

显然，采用Hess方法的蜂窝电话系统的电话容量将随留给数据通信的电话信道数目的增加而下降。此外，Hess未试图利用多余且在其他情况下无法用的发射时间来支持CDN。

Freeburg等人在美国专利第4，837，800中公开了一种蜂窝数据电话系统，以解决数据呼叫因长时间无活动而被收费并解脱分配给不活动数据呼叫的蜂窝信道的问题。特别地，Freeburg等人公布了一种改进的蜂窝数据电话系统及蜂窝数据电话，它们在没有数据活动时（在预定时间间隔之后）切断蜂窝电话呼叫并同时维持到达数据主人的有线电话呼叫。Freeburg等人的系统还通过设置另一蜂窝电话呼叫并将有线电话呼叫重新连到其上而响应于随后发生的数据活动。