双模式便携式电话单元 【发明背景】
发明的技术领域
本发明涉及蜂窝无线电话系统，更具体而言，涉及一种具有双模式TDMA标准的便携式电话单元，能够与长距离或正常距离的基站工作。
相关技术的描述
时间双工便携式电话单元被配置实现TDMA功能，通常在大约75Km的一个特定的范围内。然而，在所谓的“大蜂窝(megacells)”(离基站的距离大于75km)内使用便携式电话单元，当便携式电话试图利用与应用在正常距离上的站相同的标准工作时，可能引起与基站的时间同步问题。时间同步问题是由在长距离上与一个基站联系中固有的较大时间延时引起的。
现有的TDMA系统必须具有它们的在一个特定的时间周期内由基站接收到的发送信号。在大蜂窝中基站与便携式电话单元之间长距离传输妨碍基站在正确的时间内接收发送的信号。因此，能够既在正常距离又在长距离上工作的便携式电话单元，例如当机载平台或卫星被使用时，将大大有益于蜂窝电话系统的用户和提供者。
发明概述
本发明应用能够双模式工作的TDMA便携式电话单元克服了以上地和其它的问题。该便携式电话单元包括用于在第一和第二工作模式之间切换的装置。使得能在便携式单元和基站之间进行正常的和扩展距离的传输。当第一或正常距离工作模式被选取时，便携式电话单元按照第一TDMA工作序列操作。第一序列包括许多时隙，能够在大约75km的距离内进行通信。同时在基站上从多个便携式电话单元接收到的信号之间保持正确的定时关系。当选择第二或扩展工作模式时，便携式电话单元按照第二TDMA帧结构或工作序列操作，第二帧结构或序列包括许多时隙，能够在第二扩展距离内与基站同步通信，第二扩展距离大于正常距离工作模式的距离，例如，希望对位于机载平台上的基站或通过卫星工作的情况。
便携式电话单元实现在较大距离内同步通信的能力是通过利用一种帧结构或工作序列达到的，这种帧结构或工作序列在相对于接收时隙的帧内具有的传输时隙要比利用第一帧结构或序列额定发生的时隙要晚。这就使传输时隙领先于额定位置，以便补偿由于便携式电话单元和基站之间较大的距离引起的较大的回路传播延时。
附图简述
通过参考以下随同附图的详述可以获得对本发明的方法和设备更充分的理解，其中：
图1示出利用双模式便携式电话单元可能的双覆盖区；
图2是一个双模式便携式电话单元的一般性方框图；
图3a，3b和3c示出由一个双模式便携式电话单元使用的正常的和扩展距离的帧结构；和
图4是具有两个定时发生器的一种短/长距离便携式电话单元的方框图。
附图详述
现在参考附图，更具体而言是图1，在此示出了一种具有双模式便携式电话单元12和基站10的系统。便携式单元12能够在两种模式之一中工作，能够在距通常用14示出的基站75公里的范围内工作，或者在距离通常用16示出的基站10，160公里的范围内工作，虽然图1示出使用有一个无定向的天线的基站10，本系统同样可应用使用扇形天线的基站，而且，第一和第二工作范围可以是任何距离。
当使用标准时间双工便携式电话时，包含大蜂窝基站或卫星通信的长距离(大于75km)引起同步问题。这些问题的引起是在于有限的窗，在其中一个发送(T)时隙可被提前以便与基站10达到正确的同步，在正常距离内工作的便携式电话能够将数据发送到基站，由于数据是在预先规定的时隙内接收到的。然而，当距离试图大于75公里时，便携式单元的发送与基站接收的同步是不可能的，因为这需要发送时隙领先接收时隙，在时间双工设备中这是不允许的，因为设备不可能在重迭的周期内发送和接收。
对这个问题的一种解决办法，如图2中所示，利用一种便携式电话单元12，它将在正常规模蜂窝内供TDMA传输的一种正常距离工作模式和使用大蜂窝，在基站和便携式单元之间距离高达至少160km的一种扩展距离工作模式混合。开关23能够在这两种模式之间变换，第二或长距离模式甚至能够包括使用更长的TDMA帧周期。
在正常工作模式20中，电话是按照，例如，已公布的全球移动通信(GSM)系统的标准工作的，它的帧周期大约是4.6ms，如图3a中所示，在一个GSM帧中指定八个时隙，R(接收)，I(空间)、T(发送)、和S(扫描)。在扩展距离模式中，便携式电话单元12在一个TDMA时间帧26的接收时隙24a中接收信号。跟随在接收时隙24a后的下一个或两个时隙24b在便携式单元12从接收状态改变到发送状态时是空闲的。便携式单元12在发送时隙24c内将一个信号发送到基站10。
在发送以后，大约四个其余的时隙内，便携式电话单元12改变频率，扫描在许多邻近的基站频率中的一个频率上的信号强度。然后，电话单元12变回到它自己的接收频率以便从下一个时间帧接收下一个传送信号的脉冲群。这个步骤提供了一种形式为RIITISIIRIITISII…的重复时间帧结构用于蜂窝信号。
GSM技术要求使一个基站10能够命令便携式电话单元12有限量地提前它的定时，以便考虑在传输期间的回路传输延时，使得传输信号在正确的时隙期间由基站接收到，而不与邻近时隙中的其它传输信号重迭，然而，传输距离是有限的，因为便携式电话单元12不能提前它的发送时间，以便与接收时隙24a同时或者在接收时隙24a以后立即产生。因此，最多，发送时隙可被提前大约一个时隙或一个休闲周期或大约500微秒。结果就是例如，序列RITIISII……。这使传输能超出大约75km的距离。
通过切换到扩展距离的工作模式22(图2)，便携式电话单元12切换到一个如图3b或3c中所示的被改变的帧结构或工作序列。在此被改变的帧结构中，切换到扫描(S)以便测量邻近基站的信号强度的工作并不像正常帧结构中那样始终在发送以后和接收以前进行，扫描(S)被替换成在接收(R)以后和发送(T)以前进行或者根本就不进行，这样的步骤产生一种重复的工作序列，其形式为RISIITIIRISIITII(当扫描被执行时)，或者RIIIITIIRIIIITII(当扫描不执行时)。
因此，发送时隙24c可以位于比标准GSM帧格式晚两或三个时隙，在帧结构内通过将发送时隙名义上的滞后，发送时隙(T)可被从它的额定位置提前最多两个时隙或1.1毫秒以便补偿较大的回路延时，这样提供最多1.1毫秒的时间提前能力，使得能与基站保持同步达160公里的距离。当时间提前使发送时隙靠近前面的接收时隙比后继的接近时隙更近时，扫描操作的位置被改变为在发送时隙以后，在此处有较多的空闲时间可用。因而，本发明的设备能够以动态方式改变它的工作序列，从(接收，发送，扫描)到(接收，扫描，发送)，这取决于发送时隙所需要的时间提前。
当希望在远大于以上提到的示范性的160km的距离上通信时，通过轨道卫星通信时可能出现这样的情况，增强在长距离模式中调节定时提前范围的进一步的措施可以包括使TDMA帧周期拉长。例如，当保持GSM同样的时隙格式，在卫星模式中帧周期可以适当地拉长到16时隙或甚至32时隙，因而是多于两倍或四倍的发送时隙提前范围。
当成功的卫星通信所需要的提前的范围并不与到卫星的总距离有关，这个距离可能多到40000km，代表回路延时270ms，而是与当便携式单元在给定的服务区内漫游时在此距离上的变化有关。服务区可通过利用多个定向天线波束被划分成蜂窝，卫星系统可分别为每个蜂窝的中心调节它的额定接收定时；便携式单元只需要依据在蜂窝直径上的移动调节它的发送定时提前，当然，这个距离是远小于从蜂窝中心到卫星的距离，如果必要的话，与卫星通信的帧周期可被增加到，例如，40ms。
图4示出一种短/长距离便携式电话单元，它具有两个定时发生器，用以支持不同长度的帧周期，不同类型的双模式电话单元以前已经描述过，例如，美国专利申请No.07/967,027；美国专利申请No.08/135,542；美国专利申请No.08/305,780；和美国专利申请No.08/501,575。这些共同转让的申请引入于此作为对双模式电话其它技术设计方面的背景支持、共同转让的美国专利申请No.08/354,904公开了通过轨道卫星用于TDMA工作的定时分配，并也引入于此作为一个整体供参考，以上引入的参考材料并没有专门阐述需要使用两个TDMA定时发生器，如图4中所示，这两个定时发生器可被分别请求用于长距离或短距离工作模式。
图4示出短距离定时发生器34，它可以，例如，控制一个分开的短距离发射机30，接收机31和在4.6ms帧周期上循环工作的天线30组合，和一个长距离定时发生器35，它可以控制分开的长距离发射机32，接收机33和在较长帧周期上循环工作的天线39组合，较长的帧周期可以是短距离帧周期4.6ms的两或四倍的倍数，或另一种方案，如由IS1363/6-时隙TDMA标准所使用的20ms或40ms帧周期。短距离或长距离模式的选择是由选择逻辑电路36在一个控制器的指挥下实现的，控制器可以是用于所有模式的公共电路37的一部分，公共电路37可以包括数字信号处理，对发送的信息信号编码或对接收到的信号解码。在短距离和长距离模式之间的切换的决定甚至可以依据从接收机30或32接收到的信号并通过一对开关40，41的控制下自动地完成。
虽然对本发明的方法和设备的一种实施方案已经在附图中作了说明并在以上的详述中作了描述，应该理解，本发明并不限于所公开的实施方案，而且可能有许多的重新安排，修改和替换，而并不偏离由以下的权利要求所提出和规定的本发明的精神。