CN1154195A - 蜂窝通信网 - Google Patents

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Abstract

诸如地下矿井的一区域通信网。多个级联基站(13)串行地联成环状结构(11)以组成一网络主干。在网络主干一端的一个基站(13)组成控制网络的网络控制器。多个手机(17)适于通过一公用空中接口与任意基站通信。为网络控制器(15)与所有基站(13)间通信以及沿网络主干的各基站间通信提供一主干网络协议(19)。为一手机(17)与一基站(13)间通信提供一公用空中接口协议(21)。其他各基站(13)相对网络控制器(15)起从站作用。每一从基站(13)定义一独立小区，在该小区内可经公用空中接口实现置于小区内的手机(17)与产生该小区的基站(13)间的通信。文中还说明了利用一启动过程进行通信的方法，该过程为各小区的公用空中接口对每一基站安排不同的工作载频。

Description

蜂窝通信网
本发明涉及一蜂窝通信网和方法，它在地下矿井中具有特别效用，但也可用于工业及局域的露天环境。
地下采矿工业早已认识到无线电通信对提高产量和安全的重要性。地下矿井中无线电传输的实验可上溯到20年代。大部分早期的实验主要针对地面和地下矿之间的穿过岩石的无线电通信。然而，过去的实验表明穿过岩石的无线电可靠传输对岩石的组成成分过于敏感。
从60年代末到70年代开始，在欧洲和美国大量开展了地下隧道中电磁波传播的理论和实验研究。这些研究导致对地下矿井、公路和铁路隧道中无线电波传播的复杂机理有良好的了解，同时也开发出改进沿隧道传播的缝隙馈电器和模式转换器。采用缝隙同轴电缆的无线电***仍大量在地下矿井中应用。然而，这些***通常局限于只提供一或二个话音信道并且在正常的矿区应用中对随着矿井延伸要求连续增加通信距离来说还是太贵。
近年来，用于现代地下矿井的机械设备完善程度随先进技术飞速地发展，但地下通信的发展几乎停滞不动。现代地下矿井除了话音通信外，还需要有为机械设备的远距离监测和控制的数据通信。在这些场合，数据通信通常是用一分开的有线***来得到的，该有线***的工作与话音通信的无线电***无关。
在大多数地下矿井中，话音通信是通过基于低频感应环或高频缝隙馈电器技术的有线电话或无线电***来达到的。为了试图改进通信质量，近年来集中在VHF和UHF缝隙同轴电缆***。然而，这些***的缺点是在这些高频处有较大的电缆损耗，这意味着需要大约每500m到1500m由中间转发器放大信号。另外为了得到所需***性能，需要对缝隙同轴电缆的复杂工作机理有很好的了解。此外随着矿井的有效工作面的推进这些缝隙***需要重新布线。
为了远距离监测和控制通常使用一分开的数传***，该***是建立在如双绞线和同轴线的金属电缆或者最近的光缆上的。在较小的矿井中为获取数据有时应用人工操作的数据记录仪。
这些现有***在通信容量、移动性、话音质量以及***的重组和扩充的灵活性方面都是非常局限的。尽管安装、维护和操作互不相容***的阵列需要大量投资，其性能还远不能满足。因此可以相信采用一能处理话音和数据的集成***可以得到极大的好处。
注意到地面通信网，最近时期以来无线电覆盖的蜂窝概念已在广域蜂窝电话领域内建立。此外，为办公室、工厂和居民等局域服务的较小的小区规模的应用也开始引入。先进的欧洲数字无绳通信***(Digital EaropeanCordless Telecommunication System(DECT))是一个例子，在此***中适当设置一些固定的无线电基站以提供服务范围内各特定区域的无线电覆盖。通常每一基站由电缆以星状结构联到一中央控制中心。对大多数的这些地面应用，各基站与中心的联接是短的。这样，星状网是合适的。然而，在地下矿井中的情况是完全不同的因此不能采用常规的地面蜂窝通信网。
此外，在地下采矿场合，地下矿井的典型结构布局是一系列严重限制无线电传输的隧道和交叉口。这样沿隧道和拐角及交叉口有严重的无线电传播损耗。
据此，本发明的一个目标是提供一区域内的蜂窝通信网和方法及其部件和辅件，能处理话音和数据通信以提供改善的工作效率和灵活性并能降低成本，否则在所述区域内维护分开的各通信***需要更多的费用。
本发明的一优选目标是在通信网中提供多信道的双向话音、监测数据、控制信号和压缩数字视频信号的可靠通信。
本发明的一进一步优选目标是提供一能对所述区域内诸如人员和设备等物体自动跟踪和定位的通信网。
依照本发明的第一方面，提供一区域通信网，它包括有：
以环状结构串行互联组成网络主干的多个级联的基站；
在该网络主干一端包括控制该网络的网络控制器的该基站之一；
适合以公用空中接口与任何该基站通信的多个便携机；
为在该网络控制器与该各基站之间通信或者沿该网络主干的各该基站之间通信的网络协议；以及
为在一该手机与一该基站之间通信的公用空中接口协议；
其中其他基站的作用是作为该网络控制器的从站；以及
其中每一从站定义一分离的小区，在该小区内可以经该公用空中接口实现小区内一该手机与该基站间的通信。
这种网络在地下矿井中具有特别效用，该网络不仅加强了矿工间的话音通信还能应用人员和设备的分布监测和控制。另外，该通信网可随着矿井的延伸连续地扩充以提供全矿的通信并从而对工人提供危险状况及位置的及时警告，于是改善了地下矿井的总体安全水平。
依照本发明的第二方面，为本发明前一方面所定义形式的通信网提供一基站，它包括用于与网络主干联系的一个或更多的主干控制器装置；与该基站的小区内任意手机联系的一公用空中接口控制器装置；以及控制该主干控制器装置、该公用空中接口控制器装置和该网络主干互联的一底板装置。
依照本发明的第三方面，为本发明第一方面所定义形式的通信网提供一网络控制器，它包括有一通信微控制器，它与一串行通信信道一起提供该网络控制器工作和与网络主干的通信；将该通信微控制器与一微电脑连接的一微电脑总线通信接口；以及将该通信微控制器与网络主干联接的一主干通信接口。
依照本发明的第四方面，为本发明第一方面所定义形式的通信网提供一手机，包括有：一通信微控制器，它与多个串行通信信道(SCC)一起提供该手机工作并产生各定时信号用于能经公用空中接口与一基站通信；一突发模式的射频收发信机用于在该通信微控制器控制下经公用空中接口从一基站接收数据及向一基站发送数据；一自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)装置，它将输入到ADPCM装置用于发送给手机的模拟信号编码成由该通信微控制器经公用空中接口发送的一数字化的位流，反之，将从公用空中接口接收到的、输入该通信微控制器的数字化位流解码成模拟信号从ADPCM装置输出；外部设备；辅助控制电路；以及允许该通信微控制和该外部设备的该辅助控制电路之间通信与控制的一I2C串行总线和总线控制器。
依照本发明的第五个方面，提供一沿本发明第一方面定义的通信网通信的方法，包括：
将网络控制器和网络中所有基站初始化；
顺序地为每一从基站分配规定的工作频率；以及
将每一从基站联到网络主干中以开始基站内及基站间的通信。附图的简要说明
以下一具体实施例的说明可更好地理解本发明，该说明参照附图描述，其中：
图1是表示配置于地下矿井中网络的环状结构的示意草图；
图2是图1环结构的各基站所用频率的示意图；
图3是表明组成网络主干帧结构的网络协议的构成图；
图4是表明用于公用空中接口网络的基本帧的构成图；
图5是表明具有图4所示基本帧的一超帧的构成图；
图6表明在一采矿井内转发基站的物理位置的侧剖面图；
图7是说明网络控制器构成的方框图；
图8是说明基站一般构成的方框图；
图9是说明一基站的底板的构成方框图；
图10是说明一基站的主干控制器构成的方框图；
图11是说明一基站的公用空中接口控制器构成的方框图；
图12是说明一手机的一般构成的方框图；
图13是说明一手机的构成的更详细方框图。
实现本发明的最佳模式
本实施例针对一专为地下矿井的地下通信用的宽带无线电通信网和方法，该通信网可以处理并监测多信道的双工话音、数据、控制及视频信号。
如图1所示，该通信网一般组成为：由许多串行互联的级联基站13组成的一可分段环状结构11，当作网络控制器15的一个基站；多个手机17，为各基站间通信用的网络协议19，以及为基站与手机间通信用的公用空中接口协议21。
矿井覆盖范围被分成很多单独的区域或小区，由此每一从基站确定一独立的小区，一个或多个从基站13沿网络11将信号接力传送以及为小区内移动的或静止的手机17服务。
根据所需的主干端口22数目，基站13可以有各种各样形式。例如基站可以是一多端口基站23(有三个或更多端口)，一双端口基站(转发器)25，或者一单端口基站27(例如网络控制器)。
该环状结构11与配置在该网络主干一端组成主基站的网络控制器15以及工作在正常模式下组成从站的其它基站13一起构成一网络主干。于是将这些基站联成级联结构而维护其环状可以简便而灵活地扩充该通信网以应付矿井范围的延伸或扩大。
联接各基站13与网络控制器15间的用于通信的网络协议19允许在相邻各主干端口22之间使用可互换的通信介质。通常在整个网络主干内使用双绞线电缆28形式的普通通信介质。然而也可用其他通信介质如同轴电缆、光缆、无线通道或者这些通信介质的组合。这只要适当设计每一基站的主干端口22即能达到而不影响该基站的其他设计。因而，基站13是高度灵活的，当将一基站中的一主干端口旁路或者将一基站旁路时就能控制该网络以提供这种***的可靠性和改进程度。
每一从站13有一与该手机17通信的空中链路端口47，该手机17安排在由该空中链路端口因而也由该基站提供的空中链路通信的小区内，因而，该环状结构11可使各基站沿网络主干以规定间隔布置保证全部小区覆盖矿区。
为每一从基站的公用空中接口(CAI)选用的频段是处于UHF频段，例如902到980MHz，在北美是作为工业，科学和医学应用的频段。每一基站的CAI使用900MHz频段相隔1MHz的5个不同频率F1-F5之中的一个或多个频率。为了使CAI通信的邻近干扰最小，两相邻基站设定的载波频率相隔2MHz。如图2所示，为了使同信道干扰保持可容忍程度每三个基站可重新使用同一载频Fn。因而覆盖一直通隧道只需要三个频率。
选择UHF，例如900MHz，是根据技术和经济的考虑。该通信网的宽带性质暗示沿通信网的通信要用诸如UHF的较高频率。这些频率上在直通隧道内的自然传播衰减是小的，这样可允许较大的基站间间隔。然而在拐角处的信号衰减相当大。曾经报导过地下煤矿中在1000MHz处每一拐角约有28dB的信号衰减。另外，信号衰减是隧道截面积的函数。因此，采用100MW或略小的标称发射功率，根据传播环境基站间距离需要100m到超过500m。据此，本实施例采用标称间距为200m，它对整个矿区内人员和设备所带手机的运动的定位是合适的。
选择UHF的更进一步的理由是该UHF工作环境几乎不受矿井机械的电气干扰。对于低功率工作时，UHF电波很好地包含在地下而不会对地面上的其它无线电***造成干扰。这个要求是为有关管理当局批准所必需的。
在如地下矿井这样的封闭环境下工作时，尺寸是十分重要的，因此希望有小的可移动收发信机。在900MHz工作时可以将一小的成型天线密封在矿工头盔内的收发信机中以增加天线的防护和操作的方便。另外，工作在900MHz的经济上的好处是有大量的已为UHF无绳和蜂窝电话市场所开发的电子元件可供选择。
与目前在大多数采矿应用中所用的模拟调制不同，该通信网对话音和视频通信以及数据通信采用数字调制。相应地，语音的数字化是采用符合CCITT推荐的G712的32kb/s自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)。采用数字调制，几个话音和数字信道可以时分复用并在一个载频上发射。相应地，采用时分多址(TDMA)技术，***中所有用户可灵活分享一组话音和数据信道。另外，可以将两个或多个话音信道组合在一起以增加容量以便传输一适当压缩的数字视频信号。对于CAI，所采用的数字调制技术是基带预滤波的二进制移频键控(BFSK)。
现在详细说明网络协议和CAI协议，沿网络主干的通信是利用时分多址(TDMA)技术来实现综合全双工话音和数据通信的。这个技术可用于基站间的有线或无线通信，因此适合于本实施例的网络协议和CAI协议。基站的自动性能监测和手机的跟踪是网络协议能支持的某些重要特点。
关于CAI协议，为了简化基站的硬件实现，采用TDMA和时分双工(TDD)的组合来实现CAI多用户动态信道分配。该技术在一CAI上提供全双工、多信道的话音和数据综合传输。采用TDD技术，一收发信机利用同一载频对一规定时间间隔顺序地发射和接收。对于实时的话音传输，要求采用32kb/sADPCM的数字调制话音信号在时间上压缩并以高速率的短突发脉冲发射。在接收时，完成时间扩张以恢复原有的话音信号。
在两个协议中，利用组成超帧的各基本帧的对应时隙的一种框架结构被控制来组成各个信道，这些信道可选择用来传递视频、话音或数据信号。重要的是，各具体信道并不单纯固定为话音、数据或视频通信而根据为一预期通信的信道可用性在不同的通信方式间互换。
在更详细地说明网络协议采用的TDMA技术和CAI协议采用的TDMA-TDD技术时参照附图的图3，4，5。
在网络主干协议19场合，如图3所示，该TDMA框架技术规格包括产生一系列基本帧BF，相继8个基本帧组合在一起组成一超帧SF。在本实施例中每一基本帧BF由总数为60的许多时隙组成，每一时隙的持续时间为1msec，它包含2048位数据，这要求网络主干具有2.048Mb/s的传输速率。一个超帧由8个基本帧组成，每一基本帧为60msec，这样，超帧的总长度为480msec。
第一个时隙组成信令时隙STC，它有一128位的导引字和59个连线的信号消息字SMW1到SMW59，每一消息字包含32位，每一导引字分成14个字节的位同步/保护带信号和2个字节的帧同步信号。重要的是信令时隙STS是在组成超帧SF的每一帧的第一时隙内传递的。每一基本帧前端放置一导引字的好处是它作为一保护带以调节接收和发送时钟的定时容差以及允许更可靠的同步和在失同步时快速地重新同步，这意味着该协议可用于不同类型的传输链路包括无线电链路。
每一信令消息字SMW与一特定基站相关联。这样，按照本实施例的基本框架规格，多至60个基站可以每超帧发“8”个信令消息(每基本帧一个)，或者多至240个基站可以每超帧发二个信令消息。该网络控制器根据建立网络时的基站数目，分配信令消息的频率。另外，每一基站只用其本身的SMW发送信令消息给网络控制器15，反之亦然。一SMW包括三个字段，即8位长的消息识别字段。16位长的地址字段和8位长的信息字段。消息识别字段用作对被发的真实消息进行编码，这样该地址字段和信息字段可被正确理解。地址字段一般包括有有关手机的地址，而信息字段包括特殊信息如状态值等。消息识别字段进一步还分成：一1位的确认标志，用以通知该信道消息是否是一确认消息；一1位的广播标志，用以表示该信道消息应由网络中所有基站接收还是只应由它所寻址的基站接收；以及一6位的消息码，它指定该消息的特定性质。例如，消息码可规为零消息，通话起始消息，通话终了消息，基站重置消息，基站地址表消息，基站I/O配置消息，基站用户群初始化消息，基站其他初始化消息，主干通话数据消息，基站测试消息，手机站表消息，主干通话登记消息。
持续时间60msec的基本帧的余下的59个时隙TS是正常时隙NTS，每一NTS由128位的控制字段和1920位的数据字段组成。这样，每个由8个对应基本帧时隙组成的信道的最高数据率为32kb/s，而每个由单个基本帧时隙组成的信道的最低数据率为4kb/s。
该正常时隙规定为传输压缩的视频信号、话音信号或数据信号。对于话音和数据，该网络具有容量为59×32kb/s的双工话音信道或472×4kb/s的双工数据信道，或者数据率达到1.888kb/s的话音和数据组合信道。
一正常时隙NTS由16字节的控制字段和240字节的数据字段组成。该控制字段传递诸如消息码，基站和手机地址以及与待传递的主干网消息有关的重要控制信息。在网络启动过程期间当大量信息需要从网络控制器传到每一从基站时，以及小区内通话期间在传递语音或数据信息时用到数据字段。该数据字段比CAI信道内的数据字段正好大5倍。它使网络主干与CAI信道间传递通话信息比不大5倍时方便得多。
一正常时隙的控制字段分成：1字节的消息识别字段，它包含识别信道内消息型式的码值；1字节的基站地址字段，它包含该消息被送往的基站的地址；2字节的手机地址字段，它包含与该消息有关的手机站的地址；2字节的通话识别字段，它使该基站能将进入和外出信道与特定的通话相关联；1字节的状态字段，它包含通话启动期间的状态信息，如主干数据率，当前通话状态以及指示通话已被拒绝或接通的忙音位；1字节的通话型式字段，它说明该信道的通话型式是语音通话还是数据通话；1字节的基站通话源字节和2字节的手机站通话源字节，它们分别在通话启动期间用来识别启动通话的基站和手机；1字节的信息字段，它包含与通信优先，用户优先等每一消息有关的一般信息；以及4字节字段保留作以后用。
消息识别字段包括1位的确认标志，用来指示该信道是否是一确认消息；1位广播标志，用来指示该信道消息打算让所有网络中基站接收还是只让其具体寻址的该基站接收；6位的消息码，它指定该消息的特定性质，这和上面说过的信令消息字SMW的消息识别字段一样。
状态字段的结构是：4位的当前通话状态字段，它在通话启动和通话终了时指示通话状态；3位的数据率字段，它只在通话启动时用以指示规定给该通话的每超帧的主干信道数，以及1位的忙音标志，只在通话启动时用以表示该通话是否能接通还是必须拒绝。
通话类型字段的结构包括：1位幻象控制消息标志，表示在所有信道被用作语音和/或数据通话时，当前被用作全32kb/s信道语音通话的单个4kb/s时隙能否被用作一通断的数据通话；1位的急救通话标志；1位的正常语音通话标志；1位的一般数据通话标志；1位的正常控制消息标志；以及2位的保留位。
信息字段的结构是一个3位的优选级字段，它提供8个优先等级，以及5位保留为将来用。
在CAI协议场合，如图4和5所示，TDMA-TDD被用来再次提供一系列的基本帧BF，8个基本帧合成一超帧SF。然而，在此场合下，该基本帧由12个1msec的时隙组成，得到最长长度为12msec。前6个时隙被用作从基站13到其小区内各手机的传送，余下的6个时隙被用作以反方向从手机到基站的传送。在此场合，该超帧由8个12mesc的帧组成，形成总的超帧长度为96msec。
一基本帧的每一时隙TS由512位组成，其中有32位的导引字，64位的信令和控制字，16位的循环冗余校验，384位的数据字以及16位的保护带。结果，该CAI的传输比特率为512kb/s，而超帧的每一基本帧中的一时隙对应4kb/s的总信息容量，它组成基本的数据率。数据率和此基本率的倍数(最高达每载频192kb/s)可由用户规定。例如，12kb/s的数据传输将要求在超帧的八个基本帧的三个中设定时隙。类似地、一32kb/s的ADPCM话音信道将占据超帧的所有八个相继帧的同一时隙位置。利用这样的设置，具有一个载频的基站能有6个全双向话音信道的容量，或者有4kb/s倍数的等效数目的数据信道，或者有组合的话音和数据信道。
为了简化该CAI的实现，一话音信道将使用超帧中所有八个基本帧的同一时隙。同样，具有总容量小于32kb/s的几个数据信道可组合在一起并占据超帧中连续几个帧的同一时隙位置。这样的措施可造成保留更多组的时隙为传输话音用。
更详细地说明每一时隙的组成，导引字段包括有位和帧的同步信息，控制字段包含地址、信令和控制信息，数据和CRC字段不言而喻，而保护带为基站和手机的时钟频率的容差提供保护。
假设使用中一手机已被授予一信道，它在应答前将等候接收来自基站的消息。因此，例如，如基站在时隙1中发一消息给手机，则该手机将接收此消息并在应答该基站前等候6×512位，即半帧的长度。
位同步字包含为时钟恢复用的位结构1010101010101010。帧同步字被手机站用作识别由基站发送的每一信道的起始，反之亦然。所有基站使用一特定的帧同步字而所有手机为防止混淆使用不同的帧同步字。
一空间链路信道的控制字段包含几个子字段，即：一个8位的消息识别码字段，它含有识别信道中消息型式的码值；一个8位的通话识别字段，它使基站和手机站将进入和外出的信道与特定通话关联；一个16位的地址字段，它含有该信道数据的源手机站或目的地手机站的地址；一个16位的信息字段，它含有为每一空间链路消息特有的信息；一个8位的通话类型字段，它说明该信道是一语音通话或是一数据通话的通话类型；以及一8位的信道分配字段，它含有一手机站为确定是否有足够的信道和连续的帧以便申请这些信道所需要的信息。
消息识别字段和网络协议中的说明类似，有一确认标志，一广播标志以及一消息码。同样，通话识别字段和网络协议类似，包含有一幻象控制消息标志，一急救通话标志，一正常语音通话标志，一一般数据通话标志以及一正常控制消息标志。然而，CAI协议的通话类型字段并不包括三个保留位而是包括有一3位的帧计数，它鉴别正在被发送的超帧中的帧的数目。
CRC字段包括一16位的循环冗余码，它只对控制字段计算并用来保护控制字段。数据字段是48字节长并在语音和数据通话期间用以携带信息。因此它只与控制字段的通话数据消息和移动群地址消息一起使用，该移动群地址消息需要通过数据字段发送用户群信息。
保护带是每一空间链路信道末端的一2字节的字段，它不是一携带信息的字段。它在两个相继信道间作缓冲用使重要的空中链路数据不会冲突。该保护带还具有辅助手机和基站的射频收发信机中时钟恢复电路的附带好处。
必须了解需要更大通信容量来应付特定小区内大量手机的通信的这种应用可以由添加另外的载频来建立。如图2所示，在该特定区域内添加彼此靠近的附加站F3，F4从而在不同的载频提供重叠的小区以应付该重叠小区内增加的手机本地通信量。
采用TDMA无线电通信可导致在基站内用较少的无线电收发信机。另外，某些苛刻元部件例如振荡器、选择滤波器和频率综合器的技术指标可以大大放松而使收发信机有较小尺寸和较低成本。
每一载频的最大容量为6×32kb/s全双工话音信道，然而用户可选择数据率以4kb/s的倍数一直到最高为每载频192kb/s。数字视频最高以每载频192kb/s的速率进行编码。
现在更详细地说明各基站，如图8所示基站13的基本构造有一底板装置31，一CAI控制器装置33以及一个或多个主干控制器装置35，它取决于组成该基站的主干端口22的数目。另外，有多少主干端口22就有多少主干控制器装置35。例如在单端口基站27的场合，只有一个主干控制器装置35。在转发器25场合有两个主干控制器装置35。在多端口基站23场合，基站有多于两个的主干端口，则有相应数目的主干控制器装置35。
如图9所示，底板装置31主要有大量联接底板总线与缝隙37和39的底板连接器以及构成主底板模块41一部分的一系列总线驱动器(未示出)。该缝隙37是CAI控制器所联接的一空间链路缝隙而缝隙39a到39d为基站内的各主干控制器装置35组成主干缝隙。如图所示，所提供的四个主干缝隙使基站可构成一单端口基站27、一转发器25或者一有三或四个端口的多端口基站23。
一基站地址识别装置43被联到主模块41的底板总线并有许多DIP开关可以设定鉴别该基站的唯一地址，并可通过底板总线读出。
该底板装置31还包括有一循环总线仲裁排序装置49，它顺序地允许与禁止该CAI控制器装置33与各主干控制器装置35之间分别通过缝隙37和39的底板联接器和底板总线联系。相应地，每次只有一个连接器可以和底板总线联通以避免数据流之间沿总线发生冲突。在底板装置中还包括有一时钟驱动器51以产生该基站内部主时钟24.48MHz，它用作该基站所有模块的内部主时钟源，这些模块如底板装置31，CAI控制器装置33和主干控制器装置35。一基站重置装置53也构成该底装置31的一部分并有电源接通电路和硬件重置电路从而使在加电期间初始化该基站以及使该基站能本地重置和初始化。最后，该底板装置31包括一电池形式的备份电源和一隔离电路，该底板装置通常是通过网络主干供电的，当联接各基站的公用通信介质中的电源有故障时，该隔离电路由一自动开关控制切换到该底板装置31的电源电路。
图10所示的一端口路由器或分配器是供给各缝隙的主干控制器装置35所公有的。它安装在底板上，虽然它不直接联到底板装置31的底板总线或底板装置31的其他部件上。该端口路由器有很多通道，为各主干控制器装置和该网络主干间的信息选择路径，每一通道将对应的主干控制器装置35和一主干端口22互联。主干端口22以主干端口接口电路形式也安装在底板上，一分开的主干端口接口电路联到该端口路由器45的每一通道，每一主干端口接口电路依次直接联到一对应的双绞线47，它是网络主干的公用通信介质。为防止混淆，路由器45和主干端口22示于图10而没有示于图9，虽然它们物理上是在底板上而不是在主干控制器卡上。
主干控制器装置35主要有一Motorola MC 68302 IMP集成电路形式的通信微控制器57，它工作在20.48MHz由时钟驱协器51以及包括同步电路在内的其他支持电路和软件提供。微控制器57实现该基站沿网络主干通信的所有的主要处理。因而，该微控制器57参与处理该基站接收来自前一基站的通信数据以及发关通信数据沿网络主干到下一基站。微控制器和软件的重要作用将在以后详细说明。主干控制器装置35还包括一RAM形式的伪双口动态存储器装置59以及一底板总线接口装置61，该接口装置通过对应的主干缝隙39联到底板装置的底板总线以允许底板通信。
如图10所示，为了向网络主干发送数据和/或从网络主干接收数据，该微控制器模块57还联到端口路由器45，具体说，联到与该特定主干控制器装置35的该底板端口22所对应的路由器的该通道。
如图11所示，该CAI控制器装置33一般有一通信微控制器和其支持电路软件65，一RAM形式的伪双口动态存储器装置67，一底板总线接口装置69，一集成电路间(I2C)总线和一I2C总线控制器与同步电路71，一射频接口装置73以及一发射接收天线75，它们组成基站的空中链路端口76。
通信微控制器65是工作在20.48MHz的MC 68302 IMP微控制器。和主干控制器场合一样，该通信微控制器和软件65控制该CAI控制器装置33的所有处理功能，其重要作用将在以后详细说明。伪双口RAM 63作底板通信用，其中该RAM安装在该微控制器65和该底板总线接口装置69之间用以暂时储存由该微控制器65通过底板总线发往主干控制器装置35的数据或者接收来自该主干控制器装置的数据通过底权总线送往微控制器65以调节该联接器的排序使底板总线和CAI控制器装置间的通信进行。因而，底板总线接口装置64通过空间链路缝隙37将CAI控制器装置33与底板装置31联接。
I2C总线和总线控制器71允许微控制器65和射频接口装置73之间通信和控制。射频接口装置73主要有一通过天线75全双工地发送和接收射频信号的收发信机，并从而组成基站的前端以便与安在基站小区内并和它建立CAI的任何手机进行通信。
网络控制器15只是一复杂的前面的基站，在本实施例中，如图7所示，由一通信微控制器配以相应软件及支持电路77，一个人电脑79的优先通信接口以及一主干通信接口装置81组成。
微控制器模块77类似于主干控制器装置35，在本实施例中该微控制器也是具有一串行通信通道(SCC)并工作于20.48MHz的一Motorola MC 68302IMP通信微控制器。该模块实现网络主干的主要控制和处理功能，在通信控制方面，其功能和各从站的功能相似。主干通信接口装置81有一单主干接口直接联到双绞线47形式的公用通信介质。相应地，主干通信接口81的功能类似于用以接收和发送沿网络主干通信的主干控制装置35的主干通信接口63的功能。
网络控制器15和正常的从基站13不同之处是备有优先通信接口79，它可使网络控制器15与一个人电脑(PC)相联，在本实施例中是一IBM PC或其兼容机。相应地，在本实施例中通信接口79有一IBM-PC ISA/PC1/VL总线接口，它具有接插一运行能力使它可直接联到IBM PC。
微电脑PC有以C语言编写的应用软件并在微软窗口(TM)或微软窗口NT(TM)下工作。本软件让网络控制器15含有***控制和性能测试手段从而连续监测遍及网络的各从基站和手机以提供原始维护信息和各手机相对基站的位置。网络控制器15在通信接口79中还包括有与外部***(如正常的电话通信网)通信和接口的能力，可使任何手机通过基站直接联到网络主干和网络控制器。
如图12和13所示的一手机17实质上包括5个模块，即一微控制器模块83；一突发模式的射频收发信机模块88；一ADPCM模块87；一I2C串行总线模块89；外部设备和辅助控制电路(以后将进一步讨论)。外部设备包括一键盘91，一数字显示93，一话筒95以及一扬声器97。辅助控制电路包括电源重置装置，帧同步和字检测电路99，一RS 232接口形式的外部数据通信接口101，模拟数字转换器(ADC)103形式的检测接收电场强度的检测装置，以及数字模拟转换器(DAC)105形式的输出功率控制装置。
微控制器模块83实质包括以Motorola MC 68302 IMP微控制器形式的通信微控制器107，它有多个全双工串行通信通道(SCC)以及相关的支持电路。微控制器107的工作频率足以能对付高至512kb/s的数据流，而SCC具有总的最大数据传递率2Mb/s。
一个SCC用作512kb/s的空中链路通信而另一SCC用作数据传输。微控制器107有一灵活缓冲结构使得按CAI协议21发送和接收的数据包容易包装和卸装。帧同步字检测电路和微控制器107一起根据检测到一正确的同步字产生一控制脉冲给微控制器以启动对缓冲器109和111的填充，该同步字由收发信机85的接收机电路117输入给微控制器模块83的恢复后数据线113和恢复后的时钟线115确定。微控制器107还要求利用本身内部定时器通过发送/接收定时线119产生每12msec一个1msec的定时信号以实现该收发信机85中的发送和接收模式。因而，微控制器107产生数据信号和时钟信号分别通过数据线123和时钟线125加到收发信机85由发射机121发射以便和基站通信。微控制器还提供四个可编程的芯片选择，它们用于通过I2C总线89访问外部ROM127和RAM129，手机标识锁存器(未示出)以及辅助的外部控制电路。当手机首次加电时这些片选择由微控制器的初始化码所处理。加载微控制器不同功能所需的软件通过RS232接口101进入外部的非挥发快闪RAM129。
突发模式射频收发信机模块85按照CAI协议利用收发开关135和天线通过接收线131从基站接收数据而通过发送线133发送数据到基站。每隔12msec接收1mesc的512kb/s突发数据。该接收数据分别通过恢复后数据线113和恢复后时钟线115送往微控制器模块83按照CAI协议作解码和处理。对于话音传输。包含在CAI协议21的数据字段中的512kb/s的信息位由微控制器107在时间上扩展成一32kb/s的位流送往ADPCM模块87重新产生模拟信号并输出到扬声器97。
对于发送模式，输入的模拟话音通过话筒95输入ADPCM模块87编码成32kb/s的位流。随后该32kb/s位流由微控制器107在时间上压缩成512kb/s的位流，微控制器107将这些信息位与其它控制和信令信号一起处理成CAI基帧结构的适当字段。产生的512kb/s的1msec突发信号作为收发信机85的发射机121中的滤波FSK调制器的输入以便每12msec一次发往与之建立CAI的基站。突发模式射频收发信机的接收和发送定时信号是由微控制器模块83内根据本身品控主时钟的内部定时器所产生。
ADPCM模块87用于将输入模拟信号编码成一32kb/s的位流并将32kb/sec ADPCM的已编码数字化话音信号解码成模拟输出信号。在用作话音通信时它也用来产生指示手机“振铃”，“占线”和“拔号”状态的各种声调。这些状态指示的控制信号由微控制器107通过I2C串行总线89送出。32kb/sADPCM编码(解码)数据流通过全双工串行通信通道之一送往(来自)微控制器107。扬声器97所需的响度和话筒的灵敏度可分别通过I2C总线89和信号线139和141由键盘91单独控制。
I2C串行总线89是控制手机外部设备的必备部分。该I2C总线可使微控制器83与各集成电路以及如键盘91数字显示93等外设之间进行通信与控制。在手机17中I2C总线89通过控制线143控制射频收发信机85的发送与接收频率综合器的频率。该总线还通过ADC103向微控制器107报告天线137收到的信号强度以及让微控制器107通过DAC105控制发射机电路121的发射功率。该总线还对键盘91进行读取并对数字显示93传送显示信息。
I2C总线89还包括一I2C总线控制器145，它通过一8位并行数据总线与该微控制器模块83相联。该总线可由微控制器利用中断和查询方法进行控制。中断用于通常发生在规则的可预见空隙的时间临界任务中而查询则用于通常随机发生的较少时间临界任务中。
辅助控制电路包括微控制器107的各外部电路，一般包括在微控制器模块83内。以通过电路99，用于数据传输的RS232接口101和连接，以及如前所述的检测接收场强和控制输出功率的ADC和DAC以执行诸如电源装置，帧同步和字检测的各种辅助功能。
必须注意本实施例给出的手机17具有话音(通过ADPCM模块87)和数据(通过RS232接口101)的输入接口。相应地，该手机可改成话音专用和数据专用。并且，在话音专用时该手机不包含RS232接口而在数据专用时不包含ADPCM模块87。
现在讨论主干控制器装置35的通信微控制器和软件57所完成的一些重要功能。这些功能采取在主干控制器装置运行期间调用的子程序形式，它们提供为初始化和启动该网络和基站所需的初始化和启动手段，其中当该基站为网络控制器15或者担任伪网络控制器或主站时。在基站为网络控制器或主站场合下，一调用的初始化子程序包括：·将该基站加电·该基站将基本身的子***初始化·借助主站供电联于主站的每一从基站将基本身的子***初始化·主站顺序地对其余站写底板缝隙号·在此期间各从站同时进入一空闲状态，并等待主站访问，各从站利用基本身的缝隙号帮助识别数据流方向。·主站写适当的底板缝隙号以访问网络中第一个从基站，随后读下一缝隙，等待该从站的确认，该确认使主站记录下该板缝隙号并且对下一更高的缝隙号重复上述步骤以便写下一从基站。
任何的确认失败导致该步骤失效而该基站进入启动阶段。
完成该初始化阶段后，一启动子程序被网络中每一基站调用，该子程序按照下列步骤：·该基站开始使用其内部时钟为所有同步操作和传输用·CAI控制器装置33的通信微控制器和软件65被调用以检测基站空中链路端口76从一手机接收的最弱信号。随后该最弱接收信号的频率作为该基站的工作频率，然而，在无接收信号或者接收信号低于某一阈值的情况下，则缺省频率用作该基站的工作频率，·通信微控制器57起始假设不存在网络控制器并开始发送交替的“0”“1”的位图案以建立时钟同步。它同时检测最靠近网络控制器的主干端口的接收信号，如果检测出信号，是假定不是一伪网络控制器或主站而用恢复后时钟作它的同步，·如该特定基站在最靠近网络控制器的主干端口上没有收到任何信号，则假定该基站成为一伪网络控制器，但负起网络控制器的责任，并从时钟同步序列开始传送起连续送1msec的“01”信号，·在1msec周期结束后，该主站用组成01位图案的数据包的留下部分开始发送同步帧的起始。一旦该帧序列起始已开始，则所联接的各从站开始收听消息。
启动步骤以后，调用如下的连接子程序：·一旦确定一基站不是主站，它将进入一空闲状态，将通过最靠近网络控制或主站的端口收到的信号发送出去。它还等待来自主站的重置信号。·一旦主站已开始发送帧起始，它将发送一重置信号到下一从基站，询间该基站的配置，即主干端口的数目，基站地址等。·当收到重置信号后，从基站在它的数据空间内设一基站重置标志，并从发往该特定基站的当前信息包中去掉该重置信息，而只将帧起始和时钟同步序列重新发往下一从基站。它将在确认阶段被询间的配置信息发送给主站接收。一旦该基站已成功地将本身重置，它将忽略后续传输的重置标志并且将重置信号原样地沿线传下去。·一旦主站已收到询问信息，它在其网络数据库内作一注解并储存该信息，随后它再次发送重置信号，直到该信号通过网络最终回到主站表示网络中所有从站都已被连接。在吸收该重置信号及它终止数据库登记步骤并开始所需的其他功能，在它是一伪网络控制器的场合，这些功能要比主网络控制器简化。
第一从基站在它们的启动步骤内包括有检测手段以检测该基站是否已和网络主干中的前一基站隔离。它们还包括有分配切换手段，在检测手段检测到与前一基站和原先控制该从基站的主网络控制器或主站相隔离时用来切换该从基站使之成为一伪网络控制器，它承担网络控制器的某些或全部功能以控制网络主干中后续各从基站。于是该基站在担任伪网络控制器角色时将环状结构分割，并形成它自己的子环状结构来控制连接于它的各从站的工作。
还必须注意，当该基站检测到它与网络主干中下一基站相隔离但仍与网络控制器或伪网络控制器相联时该检测手段和分配切换手段实现不同的功能。相应地，根据检测到在其任一端口不存在通信信息量或者检测到主干端口间的主干网络时钟同步有丢失该检测手段认为检测到了隔离。在此情况下，该子程序将该基站和后后续基站间的网络环关掉，将该网络环在该隔离点的控制器一边割开并将有关信息传给该基站所联接的该网络控制器或伪网络控制器。这样，该基站维护基正常工作作为网络控制器的从站，并维持一环状结构，虽然此时只是原环状结构的一个分段。
必须注意，各基站的构成是十分灵活的，当联在主干端口的双绞线形式的公用通信介质损坏时，相邻基站间的联系可以通过另一诸如空中链路的通信介质重新建立，只要简单地将该端口的主干接口电路或该端口本身以一适合空中链路的端口替代。因而各基站可以有适合其它通信介质的端口装置来接通通信介质有损坏的那部分作为临时措施以形成完整的网络主干，直到损坏重新修复。
上述情况的一个推论是还可配备临时的从站基，将该临时站运到损坏地点或者故障基站的安放处，并利用另外的端口装置在损坏点或故障基站两边的相邻基站间建立一空中链路以重建网络主干直到损坏或故障基站得到修复。
还应注意各基站的构造是以一标称载频发送通信信息量只沿该网络的一方向传送，这就简化了沿网络发送的信号的同步，其代价是降低了速度。然而依靠基站本身的设计在全网中具有的分布或的通信控制，该网络的速度因素不成为主要的考虑问题。
另外，应该注意每一基站利用其内部时钟置于该网络的标称频率沿着网络一个方向发送或重发收到的通信信息量。这样设计的原因是减少了定时抖动的积累，否则随网络的延长该积累要增加。
考虑手机17的通信微控制器和软件83的重要作用。所提供的子程序包含有切换手段，当该手机从一小区到另一小区在整个范围内漫游时该切换手面可自动地从与一基站的CAI切换到与另一邻近基站的CAI，而不会中断该手机与网中另一手机的收发信机间的通信联系或进行中的通话。据此，该子程序包含有检测手段，它用来检测该手机接收到的来自一特定基站以规定频率通过CAI发射的相对信号场强何时降到低于一规定的阈值。另外，该子程序包含有交换手段，该交换手段在传感装置确定出该手机收到的当前所联系的基站的信号场强低于规定阈值时用来搜索另一以不同频率发射另一CAI信号的另一基站的更强的接收场强。这一交换手段还激活该切换手段将该手机切换到不同的载频并与该其他基站建立一CAI。涉及此子程的特殊方法将在以后详细讨论。
在详细说明了该网络的各部件组成后，现在来讨论关于CAI的用户登录和信道分配方法。
一开始一手机17与网络控制器登记有它本身的标识，首先将该手机通电，随后将它置于接收模式同时对网中各基站所用的所有载频每次一个地进行搜索，并将频率置在给出最大接收场强的载频。随后，由收听该基站所发消息来试图登录入该***。当该手机找到一空时隙时，它在该特定时隙结束后等待5msec给该基站发一“用户登录”空中链路消息。该基站收到此消息后在下一帧中利用下行链路的同一时隙位置回答一确认消息给该手机，随后该基站将此手机的标识和基站本身的标识一起通过网张主干传给网络控制器。这样，一特定手机在网中的位置被登记于网络控制器。这一信息由网络控制器用来建立通话以及用来为地下矿井管理部门提供该特定手机下落的重要信息。
当一手机需要启动一通话时，首先必须在与当前登录基站的空中链路上搜索到一足够容量的空时隙，当存在此空时隙时，该手机在分配的时间上对该基站发一“通话建立”消息和本身的标识以及被呼伙伴的标识。该基站在收到此消息后将此“通话建立”请求通过网络主干转发给网络控制器。接着，网络控制器返回此请求给该被呼伙伴登录的基站。如果空中链路上有足够容量，该基站通知该被呼伙伴。当收到被呼伙伴的确认后，该基站将通过网络控制器发回一“通话继续”消息给呼叫者原先的基站。一旦这些信息完成该通话就成功地建立了。如果被呼伙伴的空中链路上没有足够的容量，则通话被拒绝。
作为对***干扰最小的一种预防措施，一手机的通信微控制器83编程为不检测到空时隙就不发射。即使那样，该手机首先与网络取得同步并在安排该特定空时隙的精确时段上发射。
上述网络协议和CAI协议的另一特点是能够让手机用户在网络服务范围内漫游而不失去与网络的联系。这意味着要求一手机能自动从基站到基站切换或交换而不干扰用户。另外，这一切换过程要尽可能快地完成以防止中断进行中的通话。重要的是在本实施例中这一切换过程是手机启动的而不是由基站启动的。
当一手机移到基站小区的最远处，手机收到的场强变弱了，当此场强降到低于预置的阈值时该手机以下列次序试图启动该切换过程。该手机首先搜索一来自邻近基站的较强场强的载频，随后切换到此新的载频，并接着搜索新基站中的空余的空中链路容量。如果这一切都成功了，则该手机发一切换消息给新基站。
切换过程是复杂的并与实现切换的该手机的状态有关。该手机可以是卦机(onhook)，即不工作；摘机(offhook)即工作而通话未启动；或者摘机(工作)而通话在进行。这三种状况要求稍微不同的切换方法。
最直截了当的情况是当该手机的状态是不工作时。这种情况下，该新基站将发一信令消息给网络控制器，并将该手机的标识加到它的本地用户表上。该手机也将收到一切换成功的确认消息。当网络控制器收到来自新基站的消息时它判明已发生切换并更新该手机的位置。将此新的位置广播到所有基站，当原先的基站收到此新位置消息的，从基本地用户表中删去该特定手机。
该手机在摘机状态但还未启动通话的这种情况稍微复杂一点。在此情况下，该基站将为该手机建立一新的空中链路通话入口并试图安排所需的空中链路信道。随后该新基站产生一信令消息通过主干送给网络控制器并将该手机站的标识加入本地用户表并标明基工作状态。该新基站收到的原切换消息也往确认后发回给该手机。网络控制采取类似的动作，在收到来自新基站的该信令消息时，它判明已发生切换并将手机位置更新到该新基站。此新的位置再一次由网络控制器广播到所有基站。在收到来自网络控制器的此新位置消息后，新基站并不采取行动只是继续保持该手机所需的空中链路信道。另一方面，当旧基站收到来自网络控制器的确认消息时，它将检查过去为该手机安排的空中链路通话入口，在找到后将该入口去消并将该空中链路信道从已分配状态改为重样分配状态，使它可为其它通信用。当该手机站收到来自网络控制器本身的确认消息时，切换过程完成。
在该手机状态是摘机并且通话正在进行的这种情况最为复杂。在此情况下，该手机涉及到与另一手机站的通话并可能发生三种不同的状态。第一，两手机站间的通话在切换前可以是一小区内通话而切换后仍保留是小区内通话。第二，两手机站间的通话在切换前是一小区内通话而在切换后成为小区间通话。最后，两手机站间的通话在切换前为一小区间通话而切换后成为小区内通话。
这几种状况的过程基本上是一样的，其主要差别在网络控制器与新旧基站间的切换消息。然而，当新基站中没有(或者不充分)时隙作切换用时，该手机将尽可能长地保留在旧基站。如果在预定时段内几次尝试后不能达到切换，则由于信号强度太弱而只能终止通话。
当切换成功时，该手机将由新基站分配所需时隙(或信道)，并将该手机加到本地用户表上，其状态保持“忙”状态。随后这一新的信息作为一信号消息字通过网络主干发回到网络控制器。
此时，该网络控制器按照上述三种状况将有不同的反应。
当网络控制器收到来自新基站的切换消息时，它判明已发生一切换。随后它保持与该切换手机关联的主干通话入口。当该网络控制器确定出该新基站地址和目的基站(即与被通话手机关联的基站)的地址不是同一个，则该通话状态保留为一小区内通话。随后该网络控制器发一切换通话消息给新基站提供目的基站和手机站的标识。然后将该特定手机站的切换消息广播给所有基站。当旧基站收到此消息将与该切换手机站关联的主干通话入口去掉，将对应的通话缓冲器卸空，将该切换手机站关联的空中链路通话入口去掉以及将对应的空中链路信道重新分配。当此广播消息到达该目的手机站时，该主干通话入口被更新反映从老基站到新基站的地址变更。
当新基站收到该切换控制消息时，新基站接着产生一新的主干通话入口随后与该切换手机关联的空中链路通话入口接通。该新基站发一确认消息给网络控制器。在收到来自新基站的确认消息后，网络控制器发一类似的切换消息给目的基站，该目的基站只是确认接收，因为与该目的手机关联的主干通话入口早已存在。当网络控制器收到此确认消息时它将状态窗中的适当网络统计量进行更新。如果网络控制器经过预定次数的重复试探后不能得到新基站或目的基站的确认，则网络控制器将启动通话终止过程。
在切换前为小区内通话而切换一后为小区间通话的情况中，该新基站和目的基站是同一基站。新基站的切换功能是将与切换手机和目的手机关联的两个空中链路通话入口联在一起。将与目的手机关联的主干通道入口从主干登记队列中变列，将对应的通话缓冲器卸空以及将主干通话移去。
随后新基站发一切换信令消息给网络控制器，网络控制器判明已发生一切换。网络控制器将主干通话入口去掉，并重新分配与切换手机关联的主干信道。然后将确认消息广播给所有基站。
当新基站收到该广播确认消息后，它不再采取行动而该切换被认为已完成。当旧基站收到该广播时，它将与切换手机关联的空中链路和主干通话入口去掉。这些信道被重新分配同时将切换手机从旧基站的用户表上去掉。
切换前为小区间通话而切换后为小区内通话的最后一种情况中，网络控制器收到来自新基站的切换信令消息，它判明已发生一切换。于是网络控制器发一控制消息给新基站通知它目的基站和手机的标识。还广播一确认信令消息给所有基站。当该消息到达旧基站(在此情况下旧基站也是目的基站)时，它将与切换手机关联的空中链路通话入口去掉并重新分配相应的空中链路信道。
当新基站收到此确认消息时，它接着产生一新的主干通话入口。随后将此通话入口和与切换手机关联的空中链路通话入口连接起来。随后发一通话状态消息给网络控制器通知它是一小区内通话。当网络控制器收到该状态消息时，它将其网络统计量和状态窗重新更新。
如果经过预定次数的试探后新基站或旧基不能确认，则网络控制器将启动通话终止过程。
必须注意本实施例所说明的通信网比常规通信网有很多好处。并且，在常规通信网中，可靠性通常是由提供信号改道的几条传输路径来保证的，然而这种改道政策对很多地下矿井铺设是不实际的。本实施例中为了改善可靠性各基站可由工作于空间分集模式的两个分开的收发信机来提供服务，这种空间分集模式在多模传输中改善了误码率性能。在此场合，如一基站中的一收发信机出错，虽然传输质量有所下降但网络仍继续维持。在远距离基站中广泛应用自诊断以进一步改善可靠性并极大地简化网络的维护。
必须懂得本网络是充分灵活的，它可有很多功能，例如选择呼叫、消息广播、优选设定、无线电页面调度、遥测和根据需要在网络控制器处通过软件编程修改它们以及添加其它功能。地下矿井通信***可由网络控制器与包括公用电话网在内的其它网络接口。
重要的是必须懂得本网络依靠建立一适当的全矿通信网设施克服了隧道中的传播损耗(由现有技术采用开缝同轴电缆及其同类实验得到)。另外，与蜂窝电话概念类似所述本实施例依靠将矿井的无线电覆盖范围分成小的区域或小区克服了地下矿井中沿传输路径和绕拐角和交叉路口的传播损耗。这样，每一小区由一固定基站提供服务，该固定基站在网络的和手机站之间有双工的UHF无线电通信。
此外，与其他地面应用的无线网不同，本实施例的各基站联在一起组成一可分段和可扩展的环状结构以根据用户要求适合典型地下矿井的结构布置，该结构可允许继续扩殿矿区同时可简化网络主干的定时同步，如前所述该主干可采用各种传输介质的混合来实现的。
另外，在每一基站中应用分配切换因而在通信端口出现故障或网络主干断开时在每一网络分段内通信仍能继续，由连续监测各基站可进一步改善网络的可靠性。例如，在网络主干有断开时，该***能自动重新组合自己成为两个分开的网络段工作。故障点前的网络部分继续与网络控制器正常工作，而紧接该故障点后的基站为余下的网络段担任伪网络控制器或主站的角色。
利用为TDMA提供的最新数字技术并采用数字调制可使几个话音和数据信道时分复用并用单一载频发射。此外，很多用户可灵活分享一组数据和话音信道。任何信道可指定为话音或数据信道。
如前所述，公用空中接口(CAI)可支持6×32kb/s，全双工话音信道或者48×4kb/s全双工数据信道或数据和话音信道的组合。为了适应不同的应用和数据传输，数据率可由用户专门要求以4kb/s的倍数直到最高为192kb/s。还如前所述，该网络主干协议可支持话音和数据信道的组合其数据率可达1888kb/s。
应该了解本发明的范围并不限于这里所述的特定实施例，根据标准工程和设计实际可以对该通信网作某些改动或修正而并不背离本发明的精神。重要的是，该通信网不限于矿井或其他地下工作环境的应用，它可有效地用于任何局域的露天环境，譬如百货公司或大楼或露天矿。

Claims (48)

1、一区域通信网包括：
串行地联接成环状结构以组成一网络主干的多个级联基站；
在所述网络主干一端组成一网络控制器以控制网络的所述基站之一；
适合以一公用空中接口与任何所述基站通信的很多手机；
为所述网络控制器与各所述基站之间通信或为沿该网络主干的各所述基站之间通信的一网络协议；以及
为一所述基站与一所述手机之间通信的一公用空中接口协议；
其中其他各基站的作用是作为所述网络控制器的从站；及
其中每一从基站规定一独立的小区，配置在所述小区内的所述手机与所述基站之间在所述小区内通信可经所述公用空中接口实现。
2、如权利要求1所述的一通信网，其中各所述基站是最佳地分开和/或一起配置以保证由各所述小区恰当地覆盖该区域。
3、如权利要求1或2所述的一通信网，其中所述网络控制器包含有初始化和启动手段以初始化和启动所述网络和其中的各所述基站，还包含有监测手段连续地监测各所述基站和各手机以提供各所述手机的原始维护信息和位置。
4、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中某些或全体从基站包含有检测手段和分配切换手段，检测手段用以检测所述基站何时与网络主干中前一基站变成隔离而分配切换手段用以在所述检测手段检测出与所述前一基站及所述网络控制器隔离时使所述基站成为一伪网络控制器从而担任所述网络控制器的某些或全部功能以控制所述网络主干中的各后续从基站。
5、如权利要求4所述的一通信网，其中所述检测手段还适合于检测所述基站何时与该网络主干中的一后续基站变成隔离而仍与所述网络控制器联接，以及所述分配切换手段适合于根据所述检测手段检测到与后续基站隔离时将所述基站与所述后续基站间的网络环关掉而将所述环状结构分段，并且维持与所述网络控制器的正常工作。
6、如权利要求4或5所述的一通信网，其中所述检测手段根据检测到所述基站的一通信端口不存在通信信息量或丢失了主干网络中的时钟同步认为检测到所述隔离。
7、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述各基站由一公用通信介质串行地联结以形成该网络主干。
8、如权利要求7所述的一通信网，其中某些或全部所述基站在所述公用通信介质于一对相邻基站间断开或者所述基站与一相邻基站成为隔离的情况下备有适于以另一通信介质联接的其他端口装置，用来接通所述网络主干。
9、如权利要求8所述的一通信网，包括有一适于以所述公用通信介质或其他通信介质联接的临时从基站，所述临时从基站安置在所述一对相邻基站间或者靠近所述邻近基站，为了临时接通所述网络主干以所述公用通信介质或其他通信介质与两相邻基站连接。
10、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述网络工作于UHF波段并且各所述基站在其小区内以低功率发射。
11、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中一所述基站作为设在所述基站的所述小区内任何手机的通信基地，并且按照所述网络协议和所述公用空中接口协议沿所述网络主干传送通信信号至其他基站。
12、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中各所述基站构成以一标称频率发射且只沿网络一个方向传送通信信息量以便简化被发射信号沿网络的同步。
13、如权利要求12所述的一通信网，其中每一基站利用一设置在网络标称频率的内部时钟以所述一个方向发射或转发所收到的通信信息量以便减轻定时抖动的积累。
14、如上述任一权利要求所述的通信网，其中多个基站设置得互相靠近以提供重叠的诸小区从而增加网络的通信信息量以适应诸所述重叠小区内高密度的多个所述手机。
15、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中规定基站的小区内所用的所述公用空中接口被设置在一载频下工作，该载频与邻近一小区的公用空中接口的载频不同。
16、如权利要求15所述的一通信网，其中该各基站的公用空中接口中的工作频率是分开间隔配置的以便减轻该各基站间的干扰。
17、如权利要求16所述的一通信网，其中该各工作频率的间隔在UHF波段内为1MHz。
18、如权利要求15或16所述的一通信网，其中该启动手段适于对每一所述基站为所述基站对应的公用空中接口设置一规定的工作频率，该启动手段每当初始化或重新启动该网络时被调用。
19、如权利要求18所述的一通信网，其中该启动手段适于对相邻两基站设置至少相隔2MHz的两个工作频率以便减少该两相邻基站间的干扰。
20、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中各所述基站的供电是通过联接各基站的该公用通信介质得到的，而且某些或全部所述基站供有其本身的各份电源，在该公用通信介质中的供电有故障时维持其工作。
21、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述网络协议采用时分多址(TDMA)框架约定来实现的，所述框架约定有组合形成一超帧的多个基本帧，每一基本帧有多个时隙，所述时隙之一组成一信令时隙而余下的各时隙组成正常时隙，其中所述超帧的各对应时隙被控制组成各独立信道，有选择地挑选各信道，让所述信令时隙传递控制信号而所述正常时隙传递视频、话音或数据信号。
22、如权利要求21所述的一通信网，其中所述信令时隙是所述基本帧的第一个时隙且有一导引字和大量信令消息字；所述导引字提供位和帧同步并作为保护频带提供收发时钟间的定时容差；以及为每一所述基站分配一所述信令消息字从而将信令消息发往所述网络控制器或反之。
23、如权利要求21或22所述的一通信网，其中一所述正常时隙有一控制字段和一数据字段；所述控制字段被用作传输信息，例如消息码、基站和手机地址以及取决于待传递的主干网络消息的其他重要控制信息；所述数据字段被所述启动手段在启动期间用作从所述网络控制器发送信息到每一该基站而在小区内通话期间在各所述手机间传送信息。
24、如上述21到23的任一权利要求所述的一通信网，其中一所述时隙的持续时间为1msec，并有2048位为所述网络主干提供20.48Mb/s的传输率。
25、如权利要求24所述的一通信网，其中每一所述基本帧有60个时隙而一所述超帧有8个基本帧，给出4kb/s的基本数据传输率及直到1.888Mb/s数据传输率的组合话音和数据传输或者一等效的59个32kb/s全双工话音信道。
26、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述公用空中接口协议是利用一时分多址-时分多工(TDMA-TDD)框架约定来实现的，该约定有组合形成一超帧的多个基本帧，每一基本帧有多个时隙，所述时隙的一半用作从一所述基站到小区内各所述手机的信息传输而所述时隙另一半用作从所述小区内一所述手机到所述基站的信息传输，其中所述超帧的各对应时隙被控制组成各独立信道，各信道被选择地挑选来传输控制信号和任何视频、话音或数据信号。
27、如权利要求26所述的一通信网，其中每一所述时隙有一导引字、一控制字段、一循环冗余检验(CRC)字段、一数据字段和一保护带，所述导引字提供位和帧同步；所述控制字段提供消息型式识别，专用通话关联的信道，手机站地址，消息的信息，通话形式和信道分配；所述CRC字段提供对控制字段作一CRC的计算以保护所述控制字段；所述数据字段被用作在语音或数据通话期间携带信息；而所述保护带为相继信道间提供一缓冲使空中链路数据不冲突并满足所述基站和与其通信的所述手机间的定时容差。
28、如权利要求26或27所述的一通信网，其中一所述时隙的持续时间为1msec并有512位，为所述公用空中接口提供512kb/s的传输率。
29、如权利要求28所述的一通信网，其中每一所述基本帧有12个时隙，6个为下行传输而6个为上行传输，一所述超帧由8个基本帧组成从而使用一单个载频实现6个全双工通信信道，提供4kb/s的基本数据率和所述基本数据率的倍数直到最高为192kb/s的位传输率。
30、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述网络为沿所述网络并遍及所述网络的通信采用数字调制，语音数字化采用自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)而为所述基站与所述手机间的无线通信的数字调制采用预滤波的二进制移频键制(BFSK)。
31、如上述任一权利要求所述的通信网，其中所述手机和所述基站包括有切换手段，当所述手机从一小区漫游到另一小区时自动地将所述手机从一所述基站的公用空中接口切换到一所述邻近基站的另一公用空中接口而不中断所述手机与所述网中另一收发信机间正在进行的通话或通信联系。
32、如权利要求31所述的一通信网，其中所述手机包括有检测手段和切换手段，该检测手段检测从所述手机所接口的一所述基站在规定载频通过公用空中接口发射信号的相对接收场强何时低于一规定阈值，而切换手段根据所述传感装置确定出所述接收场强低于所述规定阈值搜索出由另一基站以不同载频发射的另一公用空中接口信号的更强的接收场强，并启动所述切换手段将所述手机切换到所述不同的载频以及与所述另外的基站建立公用空中接口。
33、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中一所述从基站具有37到42任一权利要求所述的形式。
34、如上述任一权利要求所述的一通信网，其中所述网络控制器具有权利要求43或44所述的形式。
35、如以上任一权利要求所述的一通信网，其中一所述手机具有45到47的任一权利要求所述的形式。
36、一通信网按本文并参照适当插图充分说明。
37、如上述1到36任一权利要求所述的通信网的基站包括有与网络主干通信的一个或多个主干控制器装置，一与所述基站小区内任意手机通信的公用
空中接口控制器装置以及一将所述主干控制器装置、所述公用空中接口控制装置和所述网络主干受控互联在一起的底板装置。
38、如权利要求37所述的一基站，其中所述底板装置包括：将所述主干控制器装置与所述公用空中接口控制器装置互联在一起的底板连接器和总线驱动器；一为网络设置所述基站地址的基站地址识别装置；一作为所述基站内部时钟激励源的时钟驱动器；以及由所述网络主干加电时重置所述基站或在所述基站手动重置所述基站的基站重置装置。
39、如权利要求37或38所述的一基站，其中一所述主干控制器装置包括：一控制所述主干控制器装置工作的通信微控制器和软件及其相应的支持和同步电路；一与所述底板装置联系的底板总线接口装置和伪双口动态存储装置；一为了将数据引向适当主干端口以沿网络主干传输的端口路由器或端口分配器；以及为每一主干端口联接到提供给所述基站的网络主干通信介质的主干通信接口装置。
40、如上述37到39任一权利要求所述的一基站，其中所述公用空中接口控制器装置有一控制所述公用空中接口控制器装置工作的通信微控制器和软件，一与所述底板装置联系用的底板总线接口装置和伪双口动态存储装置，一与手机通信并为所述基站设立独立的小区的射频接口装置和天线，以及将该通信微控制器与该射频接口装置接口的一集成电路间(I2C)总线、I2C总线控制器和同步电路。
41、如上述1到36任一权利要求所述的通信网的基站按本文参照适当附图充分说明。
42、如上述1到36任一权利要求所述的一通信网的网络控制器，包括有与一串行通信信道一起为使该网络控制器工作并与网络主干通信的通信微控制器，一将该通信微控制器与一微电脑联接的微电脑总线通信接口，以及一将该通信微控制器与该网络主干连接的主干通信接口。
43、如1到36任一权利要求所述的通信网的网络控制器按本文参照适当附图充分说明。
44、如1到36任一权利要求所述的通信网的手机包括有：与许多串行通信信道(SCC)一起使手机工作并产生能使经公用空中接口与一基站通信的定时信号的一通信微控制器；在该通信微控制器控制下经CAI接收来自基站的数据并发送数据至基站的一突发模式的射频收发信机；一ADPCM装置，该装置将输入ADPCM的发送给手机的模拟信号编码成数字化位流由通信微控制器经公用空中接口发射，而反过来将由公用空中接口接收的数字化位流解码成模拟信号由ADPCM装置输出并输入到该通信微控制器；外部设备；辅助控制电路；以及允许所述通信微控制器和所述外部设备和所述辅助控制电路间通信和控制的I2C串行总线和总线控制器。
45、如权利要求44所述的一手机，其中所述外部设备包括有一键盘、显示器、话筒和喇叭；而所述辅助控制电路包括有加电重置装置，帧同步字检测、为数据传输用的外部接口以及利用模数转换器和数模转换器检测接收场强和输出功率控制的检测装置。
46、如1到36任一权利要求所述的通信网的手机按照本文参照适当附图充分说明。
47、如1到36任一权利要求所述的沿通信网通信的方法，该方法包括有：
将网络控制器及网中所有基站初始化；
顺序地为每一基站设置规定的工作频率；以及
将每一从基站联接入网络主干以开始基站内和基站间的通信。
48、一种基本上如这里所述的通信方法。
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