專利名稱：無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于汽車、火車等高速運(yùn)行的交通工具上，使車廂內(nèi)的移動(dòng)終端組成無線車域網(wǎng)，屬于天線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)末以來，信息產(chǎn)業(yè)保持著迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，特別是通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，已滲透到各行各業(yè)和人們生活的各個(gè)角落。人們期望能夠隨時(shí)隨地的進(jìn)行話音與數(shù)據(jù)通信。這就需要使用無線通信技術(shù)。具體的說就是要使用廣泛覆蓋的GSM系統(tǒng)或CDMA系統(tǒng)。這些系統(tǒng)應(yīng)用在靜止或準(zhǔn)靜止的場(chǎng)合非常的理想，但是當(dāng)移動(dòng)終端處于高速運(yùn)動(dòng)的汽車或火車等的車廂里面時(shí)，由于金屬車廂的屏蔽效應(yīng)以及多普勒頻移等影響電磁波傳播的因素存在，通信將遇到下列問題1、由于信號(hào)減弱，移動(dòng)終端將不得不提高自己的發(fā)射功率，以維持與基站之間的通信，這一方面加大了移動(dòng)終端的功耗，使得電池的使用時(shí)間減短，另一方面過大(1瓦特左右)的輻射將對(duì)人的身體造成傷害，這是用戶所不想的。2、當(dāng)信號(hào)弱到一定程度，即使移動(dòng)終端以最大的功率發(fā)射，通信還是不能正常進(jìn)行，這時(shí)就造成了通信的不可靠甚至中斷。這更是用戶所不希望的。歸結(jié)起來就是，要提高通信的有效性、可靠性就必須提高發(fā)射功率，而由于移動(dòng)終端的結(jié)構(gòu)以及使用特性的限制不能將功率抬的太高。現(xiàn)在已經(jīng)有兩種方法解決這一矛盾1、直接在移動(dòng)終端上接外置天線。一般移動(dòng)終端上都會(huì)預(yù)留一個(gè)天線接口，使用該接口把天線引到車廂外即可。這種方式有三個(gè)局限其一限制了移動(dòng)終端的移動(dòng)性，其二性能提高的幅度有限，其三仍舊使用移動(dòng)終端的電池供電。2、使用直接功率放大器。該方法把GSM或CDMA系統(tǒng)的所有頻段進(jìn)行雙向的放大，即把車內(nèi)移動(dòng)終端發(fā)出的信號(hào)放大后發(fā)送到車外，把車外信號(hào)放大后發(fā)射到車內(nèi)。這樣做需要克服一些諸如微波功率自反饋之類的難點(diǎn)，需用到一些昂貴的微波器件，因而設(shè)備的成本很高，而在功能上僅實(shí)現(xiàn)了功率放大，總體講應(yīng)用成本太高。
近年來，以藍(lán)牙(Blue Tooth)為代表的WPAN發(fā)展迅猛。WPAN以低功耗、低輻射、近距離、低成本為特點(diǎn)，必將成為個(gè)人移動(dòng)通信的一種通用設(shè)備。把WPAN應(yīng)用于車內(nèi)就構(gòu)成了無線車域網(wǎng)，簡(jiǎn)稱車域網(wǎng)。通過使用車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，讓移動(dòng)終端在車內(nèi)組網(wǎng)并通過網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)接連接到車外的蜂窩網(wǎng)。通過這種方式就可以很好的解決發(fā)射功率與通信質(zhì)量之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的優(yōu)化，而且由于形成了WPAN，還能提供很多新的功能，比如同時(shí)為幾個(gè)移動(dòng)終端提供數(shù)據(jù)、語音通信服務(wù)；在不同移動(dòng)終端之間交換電子名片；甚至可以在車內(nèi)玩聯(lián)網(wǎng)游戲。

發(fā)明內(nèi)容
(1)發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種在汽車、火車等運(yùn)動(dòng)的車廂內(nèi)構(gòu)架由各種支持WPAN的移動(dòng)終端，如手機(jī)、筆記本電腦、PDA等，組成的無線車域網(wǎng)的無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
(2)技術(shù)方案本發(fā)明是一種無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)由WPAN模塊與車內(nèi)天線、微處理器、PCM編解碼器、蜂窩網(wǎng)模塊、D/A變換器、可控增益射頻功放車外1/4波長天線所組成，微處理器和PCM編解碼器分別與WPAN模塊與車內(nèi)無線和蜂窩網(wǎng)模塊相連接，D/A變換器的輸入端接微處理器，D/A變換器和蜂窩網(wǎng)模塊的輸出端接可控增益射頻功放，可控增益射頻功放的輸出端接車外1/4波長天線，車外1/4波長天線的射頻輸入端接蜂窩網(wǎng)模塊；微處理器通過“R232”接口分別與WPAN模塊和蜂窩網(wǎng)模塊相接，微處理器通過4位并行數(shù)據(jù)線與D/A變換器相接；PCM編解碼器通過模擬語音接口與蜂窩網(wǎng)模塊相接，通過PCM碼流接口與WPAN模塊與車內(nèi)天線中的單片藍(lán)牙模塊相接。
WPAN模塊為微功率、低成本的WPAN射頻及基帶電路。該部分電路一般都有現(xiàn)成的模塊出售。它在微處理器的控制下負(fù)責(zé)與車內(nèi)移動(dòng)終端交換信息，包括驗(yàn)證身份、建立數(shù)據(jù)鏈路、建立語音鏈路以及在鏈路上傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)等。蜂窩網(wǎng)模塊為通用的GSM、CDMA等移動(dòng)終端電路。該電路一般也有現(xiàn)成的模塊出售。它在微處理器的控制下成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩網(wǎng)用戶，負(fù)責(zé)與蜂窩網(wǎng)基站之間的一切通信。WPAN模塊、蜂窩網(wǎng)模塊都通過RS232接口與微處理器相連。微處理器不光控制兩模塊，它還是兩模塊之間數(shù)據(jù)流的通路，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化。兩模塊之間的語音通路為PCM編解碼器。因?yàn)閃PAN模塊一般只提供PCM數(shù)據(jù)接口，而蜂窩網(wǎng)模塊一般都直接給出模擬語音信號(hào)，所以兩者之間需加一級(jí)A/D、D/A轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換器即為PCM編解碼器。在工作時(shí)，微處理器還將根據(jù)蜂窩網(wǎng)模塊提供的信號(hào)強(qiáng)度信息，計(jì)算出射頻功放所需的增益，通過4位并行數(shù)據(jù)口告知D/A變換器，由D/A變換器產(chǎn)生一個(gè)16級(jí)模擬電平直接控制射頻功放的輸出功率，送到位于車體之外的1/4波長天線。射頻功放的輸入源直接由蜂窩網(wǎng)模塊提供。而蜂窩網(wǎng)模塊的射頻輸入由天線提供。因?yàn)樵谲囍惺褂茫娫措妷旱牟▌?dòng)范圍較大，所以增加一電源管理模塊為網(wǎng)關(guān)的各部分提供合乎要求的電源。
在尚未使用車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)時(shí)，網(wǎng)關(guān)處于待機(jī)狀態(tài)。一旦有WPAN移動(dòng)終端進(jìn)入車體并申請(qǐng)使用某項(xiàng)服務(wù)，網(wǎng)關(guān)首先要求申請(qǐng)?jiān)O(shè)備提供身份驗(yàn)證信息。通過身份驗(yàn)證后該WPAN移動(dòng)終端就成為該WPAN的一員。它可以通過相應(yīng)的WPAN協(xié)議使用網(wǎng)關(guān)所能提供的服務(wù)。微處理器將通過WPAN模塊接收移動(dòng)終端的服務(wù)要求并把它映射為相應(yīng)的蜂窩網(wǎng)所提供的服務(wù)，并通過撥號(hào)等一系列操作完成與蜂窩網(wǎng)的聯(lián)接。在數(shù)據(jù)通信過程中，微處理器將根據(jù)WPAN與蜂窩網(wǎng)的通信協(xié)議把從蜂窩網(wǎng)模塊來的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成WPAN模塊認(rèn)識(shí)的數(shù)據(jù)包，同樣再把WPAN模塊的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成蜂窩網(wǎng)的數(shù)據(jù)包。而在語音通信過程中，蜂窩網(wǎng)模塊將直接給出模擬語音信號(hào)，該模擬信號(hào)通過PCM編碼器后，發(fā)送給WPAN模塊。反向通路與其類似。
通過車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的接入，車內(nèi)各個(gè)移動(dòng)終端間構(gòu)成WPAN，并使得它們能和車外的蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和話音通信。它是一種車內(nèi)微功率、車外大功率的系統(tǒng)。在目前，車內(nèi)可以使用藍(lán)牙或類似的系統(tǒng)，車外就是普通的GSM；在將來，車內(nèi)將使用帶寬更寬的WPAN系統(tǒng)，車外是3G或更新的公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)。
(3)技術(shù)效果該發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、把天線安裝在車體之外，避免了金屬車體對(duì)電磁波的屏蔽，使得天線與基站之間的通信更為通暢，而且防止天線輻射對(duì)人體造成傷害；2、網(wǎng)關(guān)及天線由汽車或火車等交通工具供電，可以加大其發(fā)射功率，以提供更高的通信質(zhì)量；3、車體內(nèi)的移動(dòng)終端以微功率發(fā)射，可以有效地延長電池的使用時(shí)間，并降低電磁輻射，減小對(duì)人體的傷害；4、車體內(nèi)的移動(dòng)終端組成無線車域網(wǎng)，可以方便地交換數(shù)據(jù)。如，交換電子名片，聯(lián)網(wǎng)小游戲等。
5、該方案可以用于其它類似的場(chǎng)合，比如具有屏蔽效應(yīng)的建筑物內(nèi)。
四

圖1是車域網(wǎng)系統(tǒng)示意圖。其中有MOBILE1_1～MOBILE1_n是支持WPAN的任何移動(dòng)終端、車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)GATE WAY2、蜂窩網(wǎng)基站BS3。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。其中有WPAN模塊與車內(nèi)天線2.1、微處理器2.2.1、PCM編解碼器2.2.2、蜂窩網(wǎng)模塊2.3、D/A變換器2.4.1、可控增益射頻功放2.4.2、車外1/4波長天線2.4.3。
圖3是本發(fā)明網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
在車廂里安裝一個(gè)車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)一方面起車域網(wǎng)和GSM網(wǎng)之間的橋梁作用，另一方面把車內(nèi)各藍(lán)牙移動(dòng)終端(藍(lán)牙筆記本電腦、藍(lán)牙手機(jī)、藍(lán)牙PDA)組織成車域網(wǎng)。對(duì)于GSM網(wǎng)來說該網(wǎng)關(guān)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)用戶，因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)里面裝有SIM(Subscriber Identifier Module)卡；而對(duì)于用戶帶進(jìn)車廂的藍(lán)牙移動(dòng)終端來講，該網(wǎng)關(guān)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)兼服務(wù)器。
相應(yīng)與圖2的車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的具體實(shí)現(xiàn)如圖3所示。
微處理器使用MOTOROLA公司的MC68302。該芯片為16位微處理器，5V供電，工作頻率為20MHz，可提供兩個(gè)115.2kbps的RS232串口，以及一個(gè)4位的并行口。WPAN模塊使用CSR公司的BC02單片藍(lán)牙芯片。該芯片集成了射頻電路、基帶處理DSP以及一個(gè)微處理器，因此藍(lán)牙協(xié)議棧都運(yùn)行在該芯片內(nèi)部。它通過RS232口與微處理器MC68302聯(lián)接，通過4根數(shù)據(jù)線與PCM編解碼器MSM7540L聯(lián)接。蜂窩網(wǎng)模塊使用SIEMENS公司的MC35，該模塊支持EGSM900/GSM1800、GPRS multi-slot class 8等所有GSM網(wǎng)特性。它通過另一個(gè)RS232口與微處理器相連，并直接與PCM編解碼器交換模擬語音信號(hào)。該模塊可提供的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為85.6kbps。AD7524為8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，我們只用其第1、3、5、7共4位，其余的第0、2、4、6位置高。高低參考電平分別置為1V、2.6V。該A/D轉(zhuǎn)換器為射頻模塊提供16級(jí)功率控制。RF2173為可控增益射頻功率放大器。該放大器最高可提供4瓦特的發(fā)射功率。這對(duì)于車載通信來講已經(jīng)很大了。功放的輸出由50Ω同軸線饋至車外天線，并由天線發(fā)射出去。
當(dāng)車內(nèi)沒有藍(lán)牙移動(dòng)終端時(shí)，網(wǎng)關(guān)處于PARK(休眠)狀態(tài)。此時(shí)GSM模塊、PCM編解碼器都不工作，微處理器進(jìn)入微功耗狀態(tài)，而藍(lán)牙模塊也進(jìn)入微功耗的可發(fā)現(xiàn)狀態(tài)。當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)入車廂并激活自身藍(lán)牙功能時(shí)，終端將主動(dòng)查詢周圍的藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)并通過身份驗(yàn)證、服務(wù)發(fā)現(xiàn)等一系列操作組成WPAN。組網(wǎng)以后，移動(dòng)終端就能使用網(wǎng)關(guān)提供的所有服務(wù)了。例如進(jìn)入車廂的是一臺(tái)藍(lán)牙筆記本電腦。組網(wǎng)成功后，筆記本要求使用“撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”。網(wǎng)關(guān)將控制GSM模塊撥號(hào)上網(wǎng)，并啟動(dòng)GPRS功能?，F(xiàn)在這臺(tái)筆記本就已經(jīng)聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)上，可以享受最快85.6kbps的速率上網(wǎng)的樂趣了。又如藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)入車廂時(shí)，手機(jī)中的藍(lán)牙模塊與網(wǎng)關(guān)之間也將進(jìn)行一系列的建鏈、身份驗(yàn)證、服務(wù)發(fā)現(xiàn)等操作，并最終通過網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)接來使用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通信或發(fā)送短消息。與上述數(shù)據(jù)通信唯一不同的是，在進(jìn)行語音通信時(shí)，語音信號(hào)的通路是藍(lán)牙模塊——PCM編解碼器——GSM模塊，沒有經(jīng)過微處理器。這樣做可以降低微處理器的使用率，以便在語音通信進(jìn)行的同時(shí)還能提供高速的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。上述所有的語音、數(shù)據(jù)通信過程中移動(dòng)終端的發(fā)射功率是極低的(1mW左右)，是GSM手機(jī)的千分之一左右。因此消耗的電池能量以及對(duì)人體的傷害也是極低的。而處于車廂外面的天線可以以比較大的功率發(fā)射信號(hào)。這一方面因?yàn)檐圀w有屏蔽作用，不用擔(dān)心車外的較大功率的發(fā)射會(huì)對(duì)車內(nèi)的人體造成傷害；另一方面車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由車供電，不用考慮功耗問題；再有，車外天線可以使用智能天線系統(tǒng)，提高天線增益，進(jìn)一步改善接收性能，降低輻射。
權(quán)利要求
1.一種無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于該網(wǎng)關(guān)由WPAN模塊與車內(nèi)天線(2.1)、微處理器(2.2.1)、PCM編解碼器(2.2.2)、蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)、D/A變換器(2.4.1)、可控增益射頻功放(2.4.2)車外1/4波長天線(2.4.3)所組成，微處理器(2.2.1)和PCM編解碼器(2.2.2)分別與WPAN模塊與車內(nèi)無線(2.1)和蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)相連接，D/A變換器(2.4.1)的輸入端接微處理器(2.2.1)，D/A變換器(2.4.1)和蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)的輸出端接可控增益射頻功放(2.4.2)，可控增益射頻功放(2.4.2)的輸出端接車外1/4波長天線(2.4.3)，車外1/4波長天線(2.4.3)的射頻輸入端接蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于微處理器(2.2.1)通過“R232”接口分別與WPAN模塊和蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)相接，微處理器(2.2.1)通過4位并行數(shù)據(jù)線與D/A變換器(2.4.1)相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，其特征在于PCM編解碼器(2.2.2)通過模擬語音接口與蜂窩網(wǎng)模塊(2.3)相接，通過PCM碼流接口與WPAN模塊與車內(nèi)天線(2.1)中的單片藍(lán)牙模塊相接。
全文摘要
無線車域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是用于汽車、火車等高速運(yùn)行的交通工具上,使車廂內(nèi)的移動(dòng)終端組成無線車域網(wǎng),該網(wǎng)關(guān)由WPAN模塊與車內(nèi)天線、微處理器、PCM編解碼器、蜂窩網(wǎng)模塊、D/A變換器、可控增益射頻功放車外1/4波長天線所組成,微處理器和PCM編解碼器分別與WPAN模塊與車內(nèi)無線和蜂窩網(wǎng)模塊相連接,D/A變換器的輸入端接微處理器,D/A變換器和蜂窩網(wǎng)模塊的輸出端接可控增益射頻功放,可控增益射頻功放的輸出端接車外1/4波長天線,車外1/4波長天線的射頻輸入端接蜂窩網(wǎng)模塊。
文檔編號(hào)H04L12/66GK1388687SQ0213784
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者沈連豐, 宋鐵成, 劉彤, 張宏澤, 肖婕, 錢小勇 申請(qǐng)人:南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司, 東南大學(xué)