一般地说本发明涉及中继通信系统，更具体地讲，是涉及收发话音和数据的通信系统。 在一个基本的射频中继系统中，在分配不同群之间的话音通话方面具有高度的灵活性，因此，没有一组用户明确地知道另外一群用户在什么时候使用该系统。一般来说，这些群被再分成若干子群，因此，通话可以在一个群、子群之中或者单个话路中进行，这取决于起始用户要求的通信类型。
为了在中继通信系统中工作的一个群的各单元之间建立话音通信，一个用户单元应在为了上述目的而保持的一个控制信道中发送一组被称为“输入信号字”（ISW）的数据组。该ISW至少包含该请求单元的独特识别ID码，该ID码可以含有或者用于得到该请求用户的现行通话群。该请求被传送到一个中央控制器，该中央控制器对该请求进行解码，并且在控制信道中发送一组被称为“输出信号字”（OSW）的数据到所有的用户单元去，在不参加话音通话的时候，所有的用户单元都连续地监视控制信道。OSW是一个通道批准信号，它包含了请求单元的通话群码和为了通话被指定的话音信道的编号。OSW请求单元改变到话音信道上，并且开始发送，而同时使同一通话群中地所有其它用户单元转移话音信道上作为收听单元。用这种方法，就建立起来一个群呼叫。然而，当有一用户单元发出ISW时，而如果所有的话音信道又都被占用，中央控制器一般给请求单元发送一个“忙OSW”。
除了话音消息外，还希望通过中继无线信道传送数据信息。在一些数据系统中，一个用户单元通过用来得到话音信道的同样的方法得到一个中继数据通信信道。然而，这种实践的效率是低的，并且，由于请求用户发出ISW和从信道收到信道批准信号OSW和在一条话音信道上建立与清除呼叫都需要花费时间，因此这也是纯粹的浪费。以现代的数据传输速率而言，可以预期传送一个完整的典型的数据消息所需要的时间要小于建立一条信道所需要的时间（约为0.5秒）。按照分配一条话音信道同样的方法分配一条数据信道是一种频谱的浪费，并且消耗了宝贵的能够更好地传送数据信息的系统时间。
其他中继通信系统想要接纳数据业务要有一条或数条永久的专用信道来处理数据业务。而本发明避免了前面提到的时间问题，该技术与中继通信系统的基本原理相反，中继通信的基本原理是当有请求时，力求为多个用户分配信道资源。因此，具有专用数据信道的作法，即永久性地从频率“资源库”中拿走，是频谱资源的浪费，并且导致系统工作的低效率。此外，专用数据信道系统还缺乏在各现有的数据通道中动态地重新分配或配置数据通信负荷的能力。一般这种系统永久地指定用户单元接到一条数据信道上，因此，当在特定的信道上数据用户的数量增加时，还会产生新的问题。
因此，需要一种能够适应话音和数据两种信号的中继通信系统，并且工作在真正的中继方式，有效地利用频谱资源。
因此，本发明的目的是提供一种改进的中继通信系统。
本发明的再一个目的是提供一种可以适应话音和数据两种业务的中继通信系统。
本发明的另一个目的是接纳数据业务的时候，不需要永久性地从中继信道资源中去掉一条或者更多条信道。
本发明还有另外的一个目的就是提供一种能在本发明的中继通信系统中工作的话音/数据用户单元。
本发明还有一个目的是提供一种可以在多种数据模式中工作的话音/数据用户单元。
本发明另外还有一个目的是提供一种适应原先的单一话音的和单一数据的用户的中继话音/数据通信系统。
本发明还有一个目的是提供一种允许原先的单一数据用户尽管在没有被指定的数据信道的时候，也能够通信的话音/数据中继通信系统。
本发明还有一个目的是提供一种中继通信系统，当提供数据通信时该中继通信系统能使接入时间上的频谱浪费减至最小。
简要地说，根据本发明，提供了一种话音/数据中继通信系统，在这种系统中，采用多个中继话音转发器以适应话音和数据两种通信业务。此后，以一种动态变化的周期来分派数据信道，这一周期的时间取决于，比如说通信负荷的大小或者是一天中的某一时刻。一旦该系统建立一条数据信道以后，任何数据用户单元不用再要求一条数据信道就可以传送。这样，长时间的请求和许可所耽误的时间就可以避免了。一段时间间隔以后，或者有更高优先权的话音通信，该数据信道可以被重新确定为话音通信业务。此后，另一数据信道请求能够导致对在另一，或者同一信道的另一时间间隔类似的数据信道的许可。
被认为是新颖的本发明的特点后面附的权利要求中会详细地提出。对于本发明以及它的众多的目的和优点，给合附图是不难理解的，参考下面的叙述，在各个附图中同样的标号表示同一部件，在这些图中：
图1是本发明的中继通信系统的方块图;
图2a-2c是流程图，该流程图说明由图1的固定端的设备所执行的步骤;
图3a-3e是说明由图1中的话音/数据用户所执行的步骤的流程图;
图4是状态图，说明图1中的话音/数据用户的工作。
现在，参照各附图，特别是图1，图中表示本发明的中继话音/数据通信系统（100）的方块图。集中的或者固定端的设备包括一个中央控制器，它是负责在众多用户单元中分配信道资源的，（这里由中继器104a-104N表示）。在可用的各通信信道中，一个信道（中继器104a）被选择为话音控制信道，它将与任何可以传送话音通信的中继用户进行通信。一般，一种控制方法，被选为控制信道（104a）的特定的中继器，是周期性地改变的。
最好是每一个中继器104a-N都能作为话音信道，控制信道、或者数据信道进行工作。这些中继器配备有数字接口122以适应数据通信。数据接口122负责对输出数据编码、对输入数据解码和差错校正、中继器控制以及在中继器和纲络控制器108之间提供接口。另一方面，可以配备全部中继器的预先确定的用户电话机，用于数据或作为一个控制信道。
数据纲络至少包含一个主计算机106，该主计算机与网络控制器108相连（即有线相连的主计算机）。纲络控制器108负责数据通信业务纲络和与中央控制器102通信，请求分配一个数据信道。本技术领域的专业人员知道如果主计算机106、纲络控制器108和中央控制器102是在同一地方的，则内部连接（124-128）可以是直接的。但是，若要求远距离安装的，这种通信可以通过本技术领域已公知的数据调制解调器来维持。另外一种方案是，中继话音/数据通信系统100可以使用一个或者几个射频（RF）与主计算机118连接。射频主计算机118作为中继控制站通过任何适合的数据收发机120通信。有主计算机106和射频主计算机118的主要不同是各数据用户与射频主计算机直接通信（也就是通过配备的数字中继器的输入频率和输出频率），而有线主计算机106通过配备的数字中继器的输入频率或者输出频率来收发所有的信息。因此，本发明的数据纲络可以利用几个计算机或者是集中的或者是分散的来处理。
一般，固定端设备还包括一个系统管理员控制台110，该控制台能够使该通信业务的管理员规定一组工作参数，由这一组工作参数控制了中继通信系统的工作。这些参数的典型例子包括能够分配的数据信道的最大值（如果有的话），是话音还是数据将是优先的业务和各种各样的门限值，这些门限值控制什么时候数据信道可以加入或者重新安排到话音通信业务上。因此，在任何特定的时间上，本发明的中继通信系统不需要为数据通信业务分配任何信道。相反，如果话音业务少，或者，如果数据业务亨受优先状态或者特别繁重，可以将一条或者更多条信道分配作为数据通信。
按照本发明，普通一条预定的信道包括为数据配置第一信道。最好指派为数据信道的第一信道（在下文中称为“主数字信道”）与单一频率的数据用户（116）有相同的频率，以便提供与现存的数据设备的最大兼容性。另一方面一条随机信道可以是被指定的第一数据信道，然而，多信道单一数据用户必须扫描可用的信道以便发现它。因此，本发明提出首先指定一条选定的信道，此后指定任何其他的装备数据的信道（122），作为附加的数据信道。
本发明分配给各数据信道一段时间间隔，这段时间间隔是由系统的管理员或故障参数确定的。这段时间间隔的长度是随着一天中的时刻、系统的负荷或者其他参数而改变的。备用数据信道使用越过一段时间，数据信道请求被减至最小，由于数字用户不需要为每一个别的数据发送请求一条数据信道，因而频谱效率提高到最大。
作为一般原则，任何中继通信系统的目的是有效地在许多用户单元之间分配有限的信道资源。本发明考虑三类用户单元：单一话音用户112、话音/数据用户114和单一数据用户116。单一话音用户112被设想为具有兼容信令通信规程的任何现有的中继用户单元，以便允许与系统（100）相衔接。单一数据用户（116）被设想为任何多路的或者单信道的数据收发机，例如莫特罗拉公司生产的KDT800TM，或者其它功能相当的设备。当然，数据单收设备，例如任何莫特罗拉系列的显示播叫寻呼器，也可以通过一个指定的数据信道，接收播叫数据。
另外，本系统设想了话音/数据用户114能够在中继系统100中工作。这样，本发明的中继系统适应了现存的设备，同时增强了通信的能力。一般用户单元包括移动通信设备，便携信道设备或控制台。一般地说，移动单元可以理解为设计在车辆上工作的收发信机。便携单元一般被理解为设计成主要由人携带的收发信装置或者单收装置。控制站通常是在建筑物内或其他固定地点的永久的或半永久的装置。这些全部称为用户单元，它们通过固定端设备相互通信。
现在参照图2a-2c，图中介绍了由固定端设备执行的步骤。在步骤200，中央控制器102从纲络控制器108接收数据信道请求或从话音/数据用户114接收数据信道请求。当用户有数据发送的时候，话音/数据用户114可以通过控制信道104a传送数据信道请求。纲络控制器108通过连线126传送类似的请求到中央控制器，有些情况以后还将叙述。
对于单信道单一数据用户116请求一条信道，因为单一数据用户不能在话音控制信道收发信，可以通过主数据信道进行上述请求。按照本发明，单一数据用户可以与纲络控制器通信，不管现在设有指定的数据信道这个事实。原因是去键控的中继器作为单收装置继续地工作。这样，纲络控制器108能够“听到”从单一数据用户116来的数据信道请求，并且将这一请求转发到中央控制器102。如果一条数据信道是可用的，则中央控制器将通过控制信道104a向话音/数据用户114传送和返回一个数据信道批准信号，还通过连接线126向纲络控制器108传送和返回一个数据信道批准信号。
因此，判定程序202进行测试以确定数据信道是否已经被中央控制器批准。如果设有批准，程序进行到204，在那里纲络控制器（或者数据用户）等待一个预定的时间间隔后，返回参考点A重新请求一条数据信道。如果中央控制器102许可一条数据信道，程序进行到206，在那里中央控制器通过控制信道104a发出数据信道已指定信号到纲络控制器108。此后，单一数据用户116和话音/数据用户114就工作在数据模式，可以通过任何指定的数据信道进行通信。
在已分配的时间间隔中设有别的数据信道请求的话，数据传送可以继续，该时间间隔可以由系统管理员110确定。当分配的时间间隔已经终了的时候，或者存在更高优先级的话音业务，中央控制器102发送一个指令给网络控制器108撤消该数据信道。因此，判决程序208进行测试，以看看中央控制器是否已有这种指令。如果有，程序进行到判决程序210，进行测试，看看是否需要一条附加的数据信道。
如果在现有的任何数据信道上的数据信道业务超过预定的门限，则网络控制器108可以从中央控制器102请求一条附加的数据信道。为了实现上述操作，网络控制器进行到参考字母A，以便发送另一个数据信道请求到中央控制器。如果另一条数据信道对于数据业务是可用的，中央控制器可以指定一条附加的数据信道。
当然，当另一条数据信道被指定时，每条数据信道的数据通信业务量是不平均的。因此，本发明考虑使可利用的数据信道之间的数据通信业务量调整到最大数据通信业务的程度。分配各数据信道和调整通信业务量的优选方法，在与本发明同一日期申请的两件共同未决专利申请文件中有所描述。第一件是Grarry.Hess的（代理人登录号CM-00248H），第二件是Ken ZduneR的（代理人登录号CM-00262H），两件申请的标题为“在中继通信系统中动态分配数据信道的方法”，每件发明都授让给与本发明相同的受让人。
再参考图2，如果审定程序210决定不需要另一条数据信道，程序进行到参考字母D，这就形成了包括判定程序208和201的固定端工作环路。一条数据信道被要求撤消或者请求另一条数据信道以前，固定端一直保持这个环路。
现在参看图2b，表示了撤消一条数据信道所执行的步骤。
假设中央控制器102已经要求网络控制器108放弃一条数据信道，网络控制器通过被撤消的数据信道发送一个“返回控制信道”命令212，收到这个命令的所有数据兼容的用户返回到控制信道104a。当然，单信道单一数据用户继续监视它们的特有的单一频率。在步骤214，网络控制器交付数据信道给中央控制器。在步骤216，中央控制器现在可以分配这条信道作话音呼叫用。此后，判定程序218确定是否还保留数据信道。如果网络控制器仅仅释放了几条数据信道中的一条，程序进行到参考图2a的字母D，继续数据操作。然而，如果唯一的数据信道被撤消，程序进行到参考图2c的字母C。
现在参考图2c，撤消唯一的数据信道以后网络控制器108启动在步骤220中的请求定时器。判定程序222确定该定时器是否已经终止。如果是程序回到参考字母A以请求一条数据信道。如果定时器还没有终止，网络控制器108确定主计算机106是否有数据要发送。如果判定程序224确定主计算机有数据要发送，程序进行到参考字母A去请求一条数据信道。否则，网络控制器确定在判定程序226中是否已经收到从单一数据用户或者从RF主计算机来的数据信息。如果判定程序226确定收到了这样的数据信息，网络控制器108就“知道”传送数据的信道处于空闲状态，还“知道”单一数据用户想要通信。因此，程序转到字母A，在那里网络控制器请求一条允许它与单一数据用户通信的数据信道。然而，如果网络控制器108没有收到这样的数据信息，程序继续回到参考字母C，形成一个等待环路直到请求定时器终止，或发生某些数据操作。
现在参考图3a-3e，表示了由数据/话音用户114执行的步骤。图3a的步骤300中，用户单元电源接通。在电源接通期间，用户单元可以执行任何自检程序并且始化各种操作标志和各种变量。在此期间，用户单元在判定程序302中确定是否主要工作在话音模式。如果是，判定程序302转换控制去参考字母E，使工作在话音模式。如果不是，判定程序304测试是否用户主要工作在数据模式。假如判定程序304确定用户正常地工作在数据模式，则程序进行到参考字母F，作为数据模式工作。
另一方面，用户单元可以使用它的上一次的工作模式。因此，如果上一次通信是话音呼叫，则该用户单元就工作在话音模式。相反，如果上一次的通信是数据传送，用户就工作在数据模式。判定程序306确定是否选择了上一次的工作模式。如果没有，程序进行到步骤308，表示已出现单元故障，从而停止确定三个可用模式中的件何一种模式。然而，如果判定程序306的确定是选择了上一次的工作模式，判定程序310确定上一次的操作是否是一次话音呼叫，如果是，程序就进行到参考字母E作为话音模式工作。如果判定程序310确定上一次的工作模式是传送数据，则程序进行到参考字母F作为数据模式工作。
现在参照图3b，它表示了由话音/数据用户114在话音模式中执行的步骤。在步骤312中，用户单元监视控制信道。按照本发明，话音模式用户单元在全部时间内，必须监视控制信道，在各可用的话音信道之一中参与话音一个呼叫。因此，话音模式用户不断地监视控制信道直到收到一个命令或者操作人员开始发送。于是，判定程序314确定用户操作员是否已经按了“按键讲话”（PTT）开关。如果按了，步骤316通过控制信道发送一个话音通话请求到中央控制器102。随后，用户返回到步骤E监视控制信道。如果没有再按PPT开关，程序就进行到判定程序318，确定通过控制信道是否已经收到信道分配信号了。
如果判定程序318的确定信道分配信号已经收到，程序进行到步骤320，在那里用户接到指定的话音信道参加通话。通话完成以后，程序返回到参考字母E，再次监视控制信道。
如果用户操作员已经输入为了发送的数据，判定程序322改变用户的工作模式，变为数据模式而程序进行到参考数字F。判定程序324确定话音模式用户是否已经通过控制信道收到一个命令转到数据模式上，去接收一个来自主计算机106的消息。最好，中央控制器102记录工作在话音模式的用户。从而网络控制器108不用监视已指定的各个数据信道的每一个信道，就不传送数据消息到某个已知的用户，从而节约了时间。因此，网络控制器能够请求中央控制器向一个话音模式用户发出命令，指定一条数据信道去接收数据信息。当收到这样一条命令时，判定程序324使程序进行到参考字母G参加数据传输。
当在话音模式工作时，任何监视控制信道的用户单元可以收到通过控制信道从中央控制器102发送的分配数据信道的消息。因此，判定程序326通过测试以确定这种数据信道分配信息是否已经收到。如果已收到，程序进行到步骤328，在那里信息被贮存起来为了以后使用。如果没有收到，判定程序326转至参考字母E的程序，在那里用户继续在图3b的环路中工作。
现在参照图3C，它表示了当工作在数据模式时话音/数据用户114执行的步骤。按照本发明，话音/数据用户可以用三种方法中的任一方法工作在数据模式中：数据监视模式，话音监听模式以及上一次信道模式。在数据监听模式中，用户单元监视被指定的各数据信道中的一条，直到被命令回到控制信道或者回到话音模式。在话音监视数据模式中，用户单元可以工作在数据模式而同时监视控制模式，因此使得能够快速参与任何话音信息。在话音监视模式中，用户可以瞬息间地转到数据信道去收发数据，此后，当完成收或发又能立即回到控制信道。另一方面，顾名思义，取决于上一次通信的类型的上一次信道模式包括监视数据信道或监视控制信道的用户。
因此，判定程序330确定用户是否应当监视数据信道。肯定的判定结果对于数据监视模式的用户或者上一次模式的用户来说是它们已经预先在数据信道上发送或者接收。在所有其他情况中，判定程序330的确定引起用户监视控制信道（步骤332）。一旦进行监视控制信道，则该用户连续地着手对命令和信道分配解码。因此，判定程序334确定话音模式命令是否已经收到，一个话音模式命令引起用户回到如图3b说明话音模式。如果没收到这一命令，判定程序336确定从中央控制器102来的数据信道分配信号是否已经收到。
如前所述，中央控制器102记录工作在话音模式的用户。网络控制器108不再对已分配的数据信道的每一个信道进行监视，也就不传送数据消息到一个已知的用户，从而节约了时间。因此，网络控制器能够请求中央控制器向一个话音模式用户发出，指定一条数据信道去接收数据信息。因此，如果判定程序336确定数据信道命令已经收到，控制信道回到参考字母F，其中，该用户转移到监视数据信道。如果没有指定一条数据信道，程序就进行到判定程序338，它确定新的数据信道分配信息是否已经收到。如果已经收到，该信息很方便地被贮存在步骤340中而程序转到参考字母H再对控制信道进行监视。
判定程序342确定操作员是否已经触发“按键讲话”开关，开始一次话音通话。如果判定程序342的确定是“按键讲话”开关已经压下，该程序就进行到图3b的参考字母E，因此转到话音工作模式参加话音通话。由于允许用户单元在监视控制信道的同时，工作在数据模式，本发明提供了高度的灵活性。因此，在判定程序344中用户确定是否在控制信道中收到了话音信道批准信号。如果已经收到，用户单元工作（步骤346）以处理通话，然后回到数据工作模式去监视控制信道（参考字母H）。
如果还没有收到话音信道批准信号，判定程序348确定用户是否有数据要传送。若有，程序就进行到参考字母F，在那里用户转到数据信道等待数据传输。如果用户没有数据要传送，程序转到参考字母H继续监视控制信道，同时在用户单元的操作环路中对各种命令和分配信号进行检查。
假设判定程序330的确定是肯定的，用户单元就监听一条指定的数据信道（步骤350）。步骤352启动停止的定时器，对于预定的时间器定时时间间隔内，如果没有任何用户数据活动，则使该用户返回控制信道。因此，判定程序354确定在数据信道中是否有现行的活动。如果有，该程序进行到参考字母I，在那里用户单元接收数据并且予以处理。如果没有活动，则该程序进行到判定程序356它确定用户是否有数据要发送到主计算机106（或者118）去。如果有，程序进行到参考字母J作为用户数据模式传送程序。如果用户没有数据要发送，判定程序358确定用户的操作员是否已经使PPPT开关动作。如果已经使PPT开关动作了，程序进行到参考字母E，于是转到话音模式。如果PPT开关没有动作，判定程序359确定定时器是否已经终止。如果判定程序359的确定是定时器还没有终止，程序进行到参考字母K，形成对数据信道活动检查的环路。然而，如果对于定时器的定时期间已经没有数据活动，判定程序359转到参考字母H的程序，用户单元开始监视控制信道（步骤332），同时保持在数据模式中。
现在参照图3E，该图说明了数据模式接收的顺序。步骤360中，从数据信道中提取数据并且被用户接收。判定程序362确定收到的数据是否有与用户的ID对应的ID部分。如果没有，或者收到的数据有错，或者该数据不是传送给此用户的。因此，步骤364重新起动在用的定时器并且回到参考字母K，在数据信道中重新监视。
如果判定程序362的确定ID是有效的，用户单元处理该信息，从主计算机106接收数据和命令。判定程序366确定话音模式命令是否已经收到。如果已收到，程序进行到参考图3b的字母E，在那里用户单元转换为话音模式工作。如果判定程序366的确定没有收到话音模式命令，判定程序368确定“转控制信道”的命令是否收到。如果已收到，用户单元保持在数据模式，但要附带监视控制信道。因此，程序控制转到参考字母H。
如果收到的数据中不包含话音模式命令或者转到控制信道的命令，程序进行到370，它确定用户操作员是按下了“按键讲话”开关，开始话音通话。如果用户已经开始话音通话，程序进行到步骤371，它为以后处理贮存所收到的数据，并且返回控制到参考图3b的字母E处理话音通话。
如果操作员还没有启动话音通话，步骤372根据以前收到的指令或者根据包含在收到的数据中的指令处理所收到的数据。步骤374在收到最近的数据以后复位数据活动定时器。
判定程序376确定用户单元是否工作在话音监视模式。若是，程序进行到参考字母H监视控制信道。然而，如果用户是数据监视用户，或者是上一次模式用户，判定程序376返回控制到参考字母F，并且监视数据信道（步骤350）。
现在参照图3F，图中表示数据模式的数据发送顺序。在步骤378中，用户单元利用适当的数据调制形式将数据发送到数据信道上。判定程序380确定用户的发送是否与别的用户的发送相冲突。这种冲突检测电路在本技术领域中为大家所熟知，而且对于本发明的了解来说一个特殊的电路的选择也不是主要的。假设判定程序380的决定是冲突已经存在，程序进行到步骤382，它在返回到参考发送数据的字母J以前等待一段任意的间隔。然而，如果没有检测到冲突，程序进行到步骤384，它在用户刚在数据信道中发送以后复位活动定时器。在步骤386中，用户确定它是否工作在话音监视模式或者它是否应该继续监视数据信道（也就是说，或者是上一次使用的模式或者是数据监视模式）。如果判定程序386的决定是用户应该监视控制信道，程序进行到参考字母H。否则，程序进行到参考字母F监视数据信道。
现在参照图4，图中表示了用户单元工作的状态图400。按照本发明，用户单元必须接在控制信道或接在指定的话音信道或者接在指定的数据信道上。
在状态402中，用户正工作在控制信道中的话音模式。用户单元利用接收一个信道批准信号可以参加状态404中的话音通话，以及根据收到一个断开信号或者通话终了时的超时信号返回控制信道状态402。另外，用户在参加通话的同时可以接收优先级信号。因此，如果用户接收一个优先级数据模式命令，用户可以放弃话音通话并进入状态406。
在状态406中，用户工作在数据模式，同时监视控制信号。通过主计算机经网络控制器和中央控制器发出的命令使用户可以进入或者离开这个状态。这些命令能够使用户回到状态402中的话音模式或者使它保留在监视状态408中的数据信道的数据模式中。在两种数据模式状态（406或者408）中，“按键讲话”命令都可以使用户回到状态402。另外，收到信道许可信号可以使用户快速地从状态406直接转到状态404参加话音通话。因此，话音/数据用户可以沿着状态图400的任何一条确定的路径从一种状态转到另一种状态。
当描述并展示了一个特殊的具体实例时，就可以了解本发明并不限于此，因为可以做许多改进。因此可以预料本申请包括属于在此披露和要求的基本原理的精神和范围内的任何一点和全部这样的改进。