使用载波反向散射的移动通信的方法与装置 【技术领域】
本发明涉及一种移动通信的装置与方法，通过这一装置与方法，移动台使用一个从基地站提供的载波生成一个调制的信号，用于在基地站和移动台之间的通信。背景技术
在传统的从一个移动台到一个基地站的传输中，把二进位相移键控调制施用于低速数据(最多几百Kbps)。此处，当以高速(至少1Mbps)传输数据时，在数据被解调时，因相位的变化出现数据错误的可能性是非常高的。在建造一个移动通信系统(例如一个电子收费系统)的过程中，需要基地站和移动台之间的高速数据传输。然而，当从一个快速移动的车辆到一个基地站传输的高速数据已被解调时，因所解调的数字数据的相位被改变而导致错误地可能性是非常高的。因此，当使用一个传统的电子收费系统时，存在着在收费口上安装一个交叉门或有意地使车辆迂回以降低车辆的速度的缺点。发明内容
为了解决上述的这些问题。本发明的第一个目的是提供一个移动台，用于使用差分相移键控主调制的高速数据；基于一个从基地站提供的载波，在主调制的数据上执行振幅偏移键控调制；把一个调制的上行线路信号传输给基地站；接收来自基地站的振幅偏移键控调制的下行线路信号；以及重新构造和处理原始数据；并提供一个用于同样目的通信方法。
本发明的第二个目的是，提供一个基地站，用于把振幅偏移键控调制的数据传输到移动台；当不存在数据时，仅把一载波传输到移动台一段预确定的时间；以及通过执行混频和滤波，解调从移动台接收的调制的上行线路信号，以重新构造原始数据；并提供一个用于同样目的的方法。
本发明的第三个目的是提供一个由基地站和移动台构成的电子收费系统，其中可把包括通行费在内的各种数据在基地站和移动台之间传输，而无需使车辆在一条收费的公路(例如一条高速公路)上的收费口停下来或减速，并提供实现这一目的的一个方法。
因此，为了实现本发明的第一目的，提供了一移动台，这一移动台包括一移动台通信控制器，该移动台通信控制器用于处理包括控制数据在内的数据，以输出一个预确定的数据帧；一个移动台源解码器，用于接收数据帧，并根据预确定的编码方法在数据帧上执行源编码，以输出编码的数据；一个第一调制器，用于接收一个拥有一个预确定频率的第一载波，并使用第一载波调制来自移动源编码器的编码的信号，以生成一个第一调制的信号；一个第二调制器，用于接收一个拥有一个预确定频率的第二载波，并使用第二载波在第一调制的信号上执行调制，以生成一个调制的上行线路信号；一个移动台接口，用于把调制的上行线路信号传输到基地站，并接收来自基地站的一个调制的下行线路信号；一个第一解调器，用于接收和解调通过移动台接口从基地站接收的调制的下行线路信号；以及一个移动台源解码器，用于在来自第一解调器的解调的数据上执行源解码，以把解调的数据转换成一个基带信号。
还提供了一个由移动台执行的通信方法。这一通信方法包括一系列处理包括控制数据在内的数据的步骤，以形成一个预确定的移动台信息数据帧；根据一个预确定的源编码方法编码移动台信息数据帧；并根据一个第一预确定的调制/解调方法，使用一个预确定的第一载波，在编码的数据帧上执行主解调；根据一个预确定的调制/解调方法，使用一个预确定的第二载波，在主调制信号上执行辅助调制，并把辅助调制的信号传输到基地站；根据第二预确定的调制/解调方法，解调一个从基地站传输来的调制的下行线路信号，并生成作为一个源编码的信号的解调的信号；以及根据一个预确定的源解码方法，解码源编码的信号，以重新构造原始数据。
为了实现本发明的第二个目的，提供了一个基地站，这一基地站包括一个基地站通信控制器，用于处理包括控制数据在内的数据，以输出一个预确定的数据帧；一个基地站接口，用于接收来自移动台的一个调制的上行线路信号，并把一个调制的下行线路信号传输到移动台；一个混频器，用于把调制的上行线路信号与一个预确定的中间频率混频，并滤波混频的信号，以把调制的上行线路信号转换成一个拥有预确定中间频率的信号；一个振荡器，用于生成预确定的中间频率；一个基地站解调器，用于根据一个预确定的解调方法，解调混频器的输出信号，以生成一个基带信号；一个基地站源解码器，用于接收来自基地站解调器的基带信号，并根据一个预确定的方法执行源解码；一个基地站源编码器，用于对从自基地站通信控制器输出的数据帧执行源编码；以及一个基地站调制器，用于根据一个预确定的方法，调制基地站源编码器的输出数据，并把调制的数据输出到基地站接口。
还提供了一个由一个基地站执行的通信方法。这一通信方法包括如下一系列步骤：接收一个从移动台传输到基地站的调制的上行线路信号；把调制的上行线路信号与一个预确定的中间频率混频，并滤波混频的信号，以生成一个拥有预确定中间频率的信号；根据一个预确定的解调方法，解调中间信号，以生成一个基带信号；根据一个预确定的方法源解码基带信号；以重新构造从移动台接收的原始数据；处理包括控制数据在内的数据，以形成一个数据帧，并源编码这一数据帧；以及根据一个预确定的方法，调制源编码的数据帧，并把调制的信号传输到移动台。
为了实现本发明的第三个目的，提供了一个包括一个移动台和一个基地站的电子收费系统。移动台包括一个移动台通信控制器，用于处理控制数据和包括开始地点信息和结算在内的信息，以形成并输出一个移动台信息数据帧；接收来自基地站的包括目的地信息和清单信息在内的基地站信息数据，并重新计算和修改结算；一个移动台源编码器，用于接收移动台信息数据帧，并根据一个预确定的编码方法在移动台信息数据帧上执行源编码，以输出编码的数据；一个第一调制器，用于接收一个拥有一个预确定频率的第一载波，并使用第一载波调制来自移动源编码器的编码的信号，以生成一个第一调制的信号；一个第二调制器，用于接收一个拥有一个预确定频率的第二载波，并使用第二载波在第一调制的信号上执行调制，以生成一个调制的上行线路信号；一个移动台接口，用于把调制的上行线路信号传输到基地站，并接收来自基地站的一个调制的下行线路信号；一个第一解调器，用于接收和解调通过移动台接口从基地站接收的调制的下行线路信号，并输出解调的数据；以及一个移动台源解码器，用于在来自第一解调器的解调的数据上执行源解码，以生成一个基带信号，并把基带信号传输给一个基地站通信控制器。基地站包括一个基地站接口，用于接收来自移动台的一个调制的上行线路信号，并把一个调制的下行线路信号传输到移动台；一个混频器，用于把调制的上行线路信号与一个预确定的中间频率混频，并滤波混频的信号，以生成一个预确定的中间频率；一个振荡器，用于生成预确定的中间频率；一个基地站解调器，用于解调混频器的输出信号，以生成一个基带信号；一个基地站源解码器，用于接收来自基地站解调器的基带信号，并根据一个预确定的方法执行源解码；一个基地站通信控制器，用于分析由基地站源解码器解码和输出的移动台的信息数据，以计算一个通行费并处理数据链路层控制数据和包括目的地信息和清单数据在内的基地站信息数据，以形成并输出一个预确定的基地站信息数据帧；一个基地站源编码器，用于对基地站信息数据帧执行源编码；以及一个基地站调制器，用于根据一个预确定的方法，调制基地站源编码器的输出数据，并把调制的数据输出到基地站接口。附图说明
参照附图，并通过对本发明优选实施例的详细描述，本发明以上的目的和优点将会变得更加明显。在这些附图中：
图1A是一个结构图，说明了一个符合本发明的移动台；
图1B是一个结构图，说明了一个符合本发明的基地站；
图2是一个详细的结构图，说明了图1B的基地站解调器；
图3是一个流程图，说明的是一个从移动台到基地站的上行线路通信的方法；
图4是一个流程图，说明的是一个从基地站到移动台的下行线路通信的方法；
图5A是一个示意图，说明的是一个下行线路信号的数据格式；以及
图5B是一个示意图，说明的是一个上行线路信号的数据格式。具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的实施例详细地加以描述。为了便于描述，把一个从移动台向基地站传输的调制的信号称作调制的上行线路信号。把一个从基地站向移动台传输的调制的信号称作调制的下行线路信号。将根据一个信号的流动过程对本发明加以描述。
图1A是一个结构图，说明了一个符合本发明的移动台。图1B是一个结构图，说明了一个符合本发明的基地站。图2是一个详细的结构图，说明了图1B的基地站解调器。图3是一个流程图，说明的是从移动台到基地站的上行线路通信的方法。图4是一个流程图，说明的是一个从图1B的基地站到图1A的移动台的下行线路通信的方法。图5A是一个示意图，说明的是一个下行线路信号的数据格式。图5B是一个示意图，说明的是一个上行线路信号的数据格式。
在步骤301中，一个移动台通信控制器101处理包括控制数据在内的各种信息数据，并形成一个预确定的数据帧，这一预确定的数据帧拥有一个预确定的速度(例如，1Mbps)。此处，信息数据包括诸如具有一个移动台的车辆的开始地点的信息和收取通行费所必需的结算信息。在步骤303中，把数据帧输入到一个移动台源编码器103，并根据Manchester编码对其进行编码，然后输出。由于Manchester编码允许信号的自我同步化，所以一个独立的始标和尾标是不必要的。在步骤305中，根据基于移动台中内部地生成的一个第一载波(例如10Mbps)的差分相位移键(DPSK)调制，一个第一调制器105数字地调制数据，这些数据已经根据Manchester编码进行了编码。更具体地说，在把编码的信号与第一载波同步化之后，通过比较编码的信号的相位和第一载波的相位，第一调制器105生成一个DPSK调制的信号。为了允许在基地站中很容易地解调调制的数据，执行这一第一调制。在步骤307中，把DPSK调制的信号输入到一个第二调制器107，并根据一个第二载波对其进行振幅偏移键控(ASK)调制，以致于把它作为一个调制的上行线路信号加以输出。此处，不在移动台中生成第二载波，而是从基地站加以接收。当根据这样的一个配置生成一个调制的上行线路信号时，移动台以手工的方式与基地站进行通信，其中一个特殊的振荡器是不必要的，因此可以简化硬件配置。
将参照图5A描述一个方法，通过这一方法基地站可把第二载波提供给一个移动台。图5A显示了一个调制的下行线路信号的波形。如图5A中所示，在对数据传输了一段预确定的时间之后，基地站仅把一个未加调制的载波传输给一个移动台，同时等待来自移动台的一个响应。把这一载波信号用作移动台中的第二载波，并把这叫做反向散射。此处，当准备使用载波信号的移动台处于基地站的通信区域中时，移动台识别一个下行线路信号，并立即响应。
在步骤309中，通过一个移动台接口109，以无线或有线的方式，把调制的上行线路信号传输到基地站。一个基地站接口115接收调制的上行线路信号、使用一个相应的方法(例如，当基地站以无线方式与移动台进行通信时，基地站接口115把一个所接收的无线信号转换成一个电子信号)处理这一信号、并把得到的信号输出到一个混频器117。混频器117把基地站接口115的输出信号与一个由一个振荡器129生成的并拥有一个预确定频率的正弦波信号加以混频，并滤波所得到的信号，以去除一个载波。被去除的载波信号是一个拥有一个模拟形式的一个中间频率(IF)的信号(以下将其称为一个IF信号)，这一信号类似于移动台中的DPSK调制的信号。基地站解调器119接收IF信号，并在数据于移动台中被DPSK调制的之前，重新构造数据。
图2中说明了基地站解调器119的一个详细的结构图。将参照图2对基地站解调器119的功能加以描述。把IF信号输入到一个限幅放大器201。限幅放大器201去除在基地站和移动台之间的传输路径上所生成的噪音，并输出一个具有统一振幅的校正的稳定的信号。把限幅放大器201的输出信号输入到一个积分检波接收器205和一个移相器203。移相器203把信号位移一个预确定的相位(例如90度)，并把所得到的信号输出到积分检波接收器205。积分检波接收器205中的一个积分鉴相器放大两个输入信号，并输出这两个信号之间的相位差。低通滤波器滤波一个指示相位差的信号，以致于能够输出电压的变化。一个振幅比较器接收电压的变化和一个预确定的拥有一个原始信号的直流成分的参照值，并比较它们的振幅。换句话说，当电压的变化超过参照值时，生成一个逻辑值1，当电压的变化小于参照值时，生成一个逻辑0。因此，在步骤311中，振幅比较器207的输出信号拥有与从移动台所接收的Manchester编码相同的数据波形。此处，尽管可以使用通常的频移键控(FSK)解调，但基地站解调器119可拥有简单的硬件配置，而且在有外部噪音出现的情况下是可靠的，因为在本发明中Manchester编码的数据是根据拥有预确定的频率的第一载波DPSK调制的。具体地说，可以最小化在基地站和移动台之间的传输路径上生成的外部噪音或振幅变化的影响。本发明的DPSK调制由方程(1)加以表示，并使用一个单一的频率，以致于它可很容易地以一个数字方式加以实现，并适合于重新使用频率的通信装置。
s(t)＝Acos2π(f1+T) …(1)此处，f1是第一载波的频率，以及T为0°或180°。
另外，通常的ASK调制很容易受到干扰信号或类似事物的影响，但符合本发明的一个积分检波接收方法(它检测一个原始信号和一个其相位从原始信号的相位位移的信号之间的相位差)是可靠的，即使因干扰信号产生了振幅变化或频率变化。因此，本发明以一个手工的方式(其中重新使用了从基地站传输的一个载波)最小化了外部影响，并实现了高速通信(例如，至少1Mbps)。
由基地站解调器119解调的数据是已经根据Manchester编码方法进行了编码的数据，因此在步骤313中，一个基站源解码器121解码解调的数据，以在数据被源编码之前，重新构造数据。作为解码一个结果，已从移动台通信控制器101输出的数据帧在步骤315重新得以构造。一个基地站通信控制器123接收解码的数据帧、读取信息(例如移动台的开始地点信息和结算信息)、计算一个通行费、以及抽取数据链路层控制数据，以判断是否出现一个错误。至此，已经对从移动台到基地站的一个调制的上行线路信号的流动情况进行了描述。图5B中显示了调制的上行线路信号的格式。在调制的上行线路信号中，仅当存在数据时才传输调制的数据。
以下的描述涉及从基地站到移动台的一个调制的下行线路信号的流动。在步骤401中，基地站通信控制器123包化包含诸如目的地信息、清单信息、以及数据链路层控制数据等信息的数据，以形成一个预确定格式的数据帧。在步骤403中，一个基地站源编码器125接收数据帧，并根据Manchester编码方法执行源编码。把基地站源编码器125的输出信号输入到一个基地站调制器127。在步骤405中，基地站调制器127使用从振荡器129提供的一个载波，在从基地站源编码器125输出的信号上执行ASK调制。此处，把ASK调制的信号与载波混频，然后按以上所描述的图5A的格式输出到基地站接口115中。在步骤407中，基地站接口115把一个调制的下行线路信号(其中，把ASK调制的信号与载波混频)以无线或有线的方式传输到移动台。按图5A的格式，通过基地站和移动台之间的传输路径，把调制的下行线路信号传输到移动台。移动台接口109接收调制的下行线路信号，并把它转换成一个拥有一个适合于处理的格式的信号(例如，当来自基地站的调制的下行线路信号是一个无线信号时，把调制的下行线路信号转换成一个电子信号)。在步骤409中，移动台中的一个第一解调器113从所接收的信号中抽取的载波，并解调被去除载波的信号，以在对数据进行ASK调制之前，重新构造数据。如以上所描述的，把所抽取的载波用作第二调制器107中的第二载波，以致于一个独立的振荡器是不必要的。与此同时，由于已经根据Manchester编码方法对解调的数据进行了源编码，所以一个移动台源解码器111在步骤411中解码解调的数据，并在步骤413中重新构造一个原始数字数据帧(一个基带信号)。把所重新构造的数据帧输入到移动台通信控制器101。移动台通信控制器101读取所接收的数据帧，以分析发自基地站的信息，并根据所分析的结果修改其自己的数据库。
在以上所描述的实施例中，把基地站和移动台加以组合，以方便地描述一个基地站和一个移动台的装置，以及它们之间的通信方法。
作为基地站和移动台的组合的另一个实施例，以下将描述一个电子收费系统。如先前所述，为了在一条收费公路(例如高速公路)上自动收费，提供了一个电子收费系统。为了实现电子收费系统，应该把一个移动台安装在车辆上，把一个基地站安装在一个收费口，高速数据通信应该在移动台和基地站之间执行。另外，在安装在高速移动的车辆上的移动台和基地站之间的数据通信中出现错误的可能性应该是很低的。因此，以上所描述的符合本发明的通信装置与方法适合于这样的一个电子收费系统。此处，移动台通信控制器101和基地站通信控制器115还拥有附加的功能，但是其余的部件和功能能够以以上所描述的相同的方式加以应用。因此，在对符合本发明的一个电子收费系统的配置的描述中，将去掉冗余的描述。
为了自动进行电子收费，必须把开始地点信息输入到一个安装在开始地点的一个车辆的移动台中。这一输入操作通过在开始地点的一个移动台和基地站之间的信息的通信加以执行。移动台通信控制器101包化包括开始地点信息、可用于支付通行费的关于结算的信息、以及数据链路层控制数据在内的信息，以形成一个数据帧。在此，例如把结算信息以智能卡的形式存储在一个安装在移动台中的记录设备中。一旦拥有移动台的车辆到达一个目的地，移动台就识别一个从目的地处的基地站那里传输来的信号。移动台首先在数据帧上执行DPSK调制，然后执行ASK调制，把所得到的信号作为一个调制的上行线路信号传输到目的地处的基地站。
目的地处的基地站接收调制的上行线路信号，并在调制的上行线路信号上执行解调和源解码，以重新构造一个原始数据帧。把重新构造的数据帧输入到基地站通信控制器123。基地站通信控制器123从重新构造的数据帧读取通路信息(这一通路信息是从安装在移动之中的车辆上的移动台加以传输的)，并根据所读取的信息计算通行费。然后，基地站通信控制器123包化所计算的通行费信息、其它信息、以及数据链路层控制数据，以形成一个数据帧；在数据帧上执行ASK调制，并把所得到的信号作为一个调制的下行线路信号传输到安装在通过一个收费口的车辆上的移动台。此处，一个把一个载波传输到移动台的方法与以上所描述的相同。车辆上的移动台接收调制的下行线路信号，并在其上执行解调和源解码、分析来自基地站的信息，以及修改其自己的数据库，例如在从当前的结算中减去通行费之后，存储最终得出的结算。
以上所描述的一个移动台的配置和通信方法，可施用于与任意类型固定装置的通信。相类似，以上所描述的基地站的配置与通信方法，可施用于与任何一个移动物体的通信。
如以上所描述的，根据使用载波反向散射的移动通信装置和方法，可使用自我同步化类型的Manchester编码/解码，因而可实现高速数据通信，并可去除对于帧同步化来说必需的一个特殊的数据模式的要求。由于本发明在DPSK调制之后使用了从基地站接收的一个载波执行ASK调制，所以移动台不要求一个独立的振荡器，因而可使硬件的配置得以简化。因此，一个移动台可以很经济地加以制造。另外，当使用一个基地站和一个移动台建造一个符合本发明的电子收费系统时，在施加于一个高速移动的车辆上的自动收费的操作过程中，清单所需的大量信息可以在安装于车辆上的移动台和安装在收费口的基地站之间，以很高的速度、较低的出错率，可靠地得以传输。