專利名稱：在時(shí)分多址點(diǎn)到多點(diǎn)無線通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制接收信號(hào)水平的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制物理層，尤其是控制無線系統(tǒng)的信號(hào)水平的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及包括網(wǎng)絡(luò)無線節(jié)點(diǎn)和一組用戶接入終端的點(diǎn)到多點(diǎn)微波時(shí)分多址無線通信系統(tǒng)，以及在這些系統(tǒng)中控制從終端到節(jié)點(diǎn)方向的信號(hào)水平。
已知目前有一種在接入網(wǎng)中引入點(diǎn)到多點(diǎn)(PmP)無線通信系統(tǒng)的趨勢(shì)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)具有提供不需安裝電纜的網(wǎng)絡(luò)的能力。
PmP系統(tǒng)典型工作在微波頻率，并且為了工作正常其終端與節(jié)點(diǎn)應(yīng)視距安裝。在這些系統(tǒng)中，傳輸在一條能讓無線節(jié)點(diǎn)(RN)(在網(wǎng)絡(luò)側(cè))和一些安裝于用戶所在地的無線終端通信的無線頻率鏈路上進(jìn)行。時(shí)分多址(TDMA)作為接入技術(shù)，節(jié)點(diǎn)接收由安裝在距節(jié)點(diǎn)不同距離的不同發(fā)送機(jī)/終端發(fā)送的突發(fā)序列。即，在這些系統(tǒng)中建立的雙向無線通信被圖解地表示在附圖的

圖1中，其眾所周知包括從終端到節(jié)點(diǎn)的上行鏈路信號(hào)及從節(jié)點(diǎn)到終端的下行鏈路信號(hào)。
在采用圖1的PmP-TDMA體系的系統(tǒng)中，需要在無線節(jié)點(diǎn)的解調(diào)器中控制每個(gè)終端接收的功率水平，以保證對(duì)每一可能的傳播條件(每個(gè)終端的距離、傳播信道的狀態(tài)等)優(yōu)化解調(diào)。特別要關(guān)注雨衰減現(xiàn)象，眾所周知，它會(huì)惡化無線連接上的傳輸，降低信號(hào)功率水平甚至幾十dB，降低的水平取決于降雨區(qū)、無線鏈路的長度和被請(qǐng)求系統(tǒng)可用性。
在接收機(jī)側(cè)，在模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換之前的瞬時(shí)，在數(shù)字解調(diào)器的輸入的信號(hào)水平應(yīng)相應(yīng)于可用比特的有效數(shù)目保持在合適的動(dòng)態(tài)窗口之內(nèi)，以避免在無線頻率上期望的整個(gè)功率動(dòng)態(tài)范圍中接收機(jī)判決性能的損害。
因此，在TDMA系統(tǒng)中需要控制每個(gè)傳輸突發(fā)的信號(hào)水平。
該問題到目前為止由兩種不同技術(shù)解決，但兩者都有缺點(diǎn)。
按照第一種技術(shù)，采用對(duì)每個(gè)終端的功率的遠(yuǎn)程控制。節(jié)點(diǎn)解調(diào)器測(cè)出每一突發(fā)的接收信號(hào)水平，發(fā)送控制每一終端的發(fā)射功率的控制環(huán)路消息。
第二種技術(shù)，提供對(duì)接收機(jī)中頻增益的控制。節(jié)點(diǎn)解調(diào)器測(cè)出每一突發(fā)的信號(hào)水平并基于中頻的自動(dòng)增益控制電路工作，以補(bǔ)償每一個(gè)變化。
由于控制速度與交換的控制消息數(shù)量進(jìn)而與要傳輸業(yè)務(wù)的占用帶寬成正比，遠(yuǎn)程控制環(huán)路自身反而具有有限控制帶寬。
相反地，在接收側(cè)單獨(dú)采用自動(dòng)增益控制(AGC)電路的缺點(diǎn)是迫使終端即使在沒有雨衰減的情況下也要以最高功率水平發(fā)射，終端的功率水平在安裝時(shí)調(diào)整，僅取決于到節(jié)點(diǎn)的距離。
本發(fā)明的目的是提供解決上述關(guān)于信號(hào)水平控制問題的新技術(shù)。
本發(fā)明旨在在點(diǎn)到多點(diǎn)微波TDMA無線通信系統(tǒng)中，通過由特定AGC啟動(dòng)在節(jié)點(diǎn)接收機(jī)中的本地控制并同時(shí)啟動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率水平的從節(jié)點(diǎn)到每一終端的無線控制環(huán)路，執(zhí)行信號(hào)水平控制。
用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的快速AGC最好能快速再組配，并且同時(shí)在工作時(shí)精確、穩(wěn)定。它優(yōu)選地包括高頻固定增益放大器和具有高精確度和相應(yīng)于衰減中的變化的可靠穩(wěn)定性的可變衰減器。
現(xiàn)在參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中圖1是現(xiàn)有的PmP-TDMA體系的簡圖，其中采用了按照本發(fā)明的控制方法；圖2顯示了如何運(yùn)用在如圖1那樣的無線通信系統(tǒng)中建議的新技術(shù)；圖3顯示了在圖2的系統(tǒng)無線節(jié)點(diǎn)中，能夠快速再組配同時(shí)在工作時(shí)精確、穩(wěn)定的AGC的實(shí)現(xiàn)；圖4顯示了按照本發(fā)明的PmP-TDMA系統(tǒng)中的信號(hào)水平的曲線圖。
圖5顯示了節(jié)點(diǎn)的接收鏈中增益控制算法的實(shí)現(xiàn)。
帶有天線1A的無線節(jié)點(diǎn)(RN)1和一些接入終端(AT)2，3和4如圖2所示。眾所周知節(jié)點(diǎn)1包括模擬解調(diào)器6和數(shù)字解調(diào)器7。如前所述，本發(fā)明的目的是在節(jié)點(diǎn)1數(shù)字解調(diào)器7的輸入的信號(hào)帶寬對(duì)于每一終端和在通信中的任何傳播條件下相等。
由于TDMA傳輸，由節(jié)點(diǎn)接收機(jī)檢測(cè)出的連續(xù)突發(fā)的信號(hào)水平，取決于特定終端的鏈路條件且變化范圍很大。AGC5應(yīng)該足夠快速，以使在兩相鄰?fù)话l(fā)間隔的保護(hù)時(shí)間中能夠轉(zhuǎn)換增益。
保護(hù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡可能地短(如200-400ns)，以使傳輸效率最大化。
關(guān)于增益水平(AGC)的信息對(duì)每一特定終端基于每一傳輸幀更新，當(dāng)接收到相關(guān)突發(fā)時(shí)復(fù)原。
本發(fā)明建議利用對(duì)于每一終端的AGC的水平值給出的指示，以通過發(fā)送控制消息遠(yuǎn)程控制終端的功率水平。實(shí)際上，現(xiàn)有AGC水平是功率變化的間接測(cè)量，終端必須進(jìn)行該測(cè)量以保持優(yōu)化傳輸性能。
本地AGC在建議的算法中用作動(dòng)態(tài)緩沖器，以減少控制消息的數(shù)量。實(shí)際上，精確的水平控制和適當(dāng)?shù)男Ｕ捎杀镜谹GC的快速瞬變過程保證，而不需發(fā)送控制消息，以節(jié)省頻帶容量用于用戶。該特性當(dāng)要控制很多終端時(shí)在TDMA傳輸中對(duì)于減小頻譜資源浪費(fèi)是重要的。實(shí)際上，TDMA系統(tǒng)通過劃分成時(shí)隙并將時(shí)隙組按照用戶自身當(dāng)前頻帶需要分配給每個(gè)用戶以共享頻譜資源。
在動(dòng)態(tài)分配頻帶的PmP-TDMA體系的情況下，利用共享信道的時(shí)間范圍取決于特定無線節(jié)點(diǎn)服務(wù)的當(dāng)前通話用戶數(shù)量和單一用戶的通話范圍。因此，在一時(shí)間段中當(dāng)前通話時(shí)隙數(shù)量(與同一時(shí)間段中的平均功率成正比)是不可預(yù)測(cè)的。
已知節(jié)點(diǎn)接收機(jī)的體系通常包括室外部分和室內(nèi)部分。所述兩個(gè)子單元由一個(gè)或更多互連電纜連接。
典型在PmP-TDMA系統(tǒng)中接收到的信號(hào)水平的曲線圖如圖4所示，其中左面的曲線圖顯示了功率室外，即在天線1A的輸入的曲線圖，右面的曲線顯示了室內(nèi)功能，即在解調(diào)器6的輸入側(cè)的曲線圖。這些曲線圖幅度的峰值可以用于通過將在室外單元測(cè)量到的信息的峰值與在室內(nèi)單元測(cè)量到的信息的峰值進(jìn)行比較來控制在節(jié)點(diǎn)接收機(jī)鏈的增益，下面將進(jìn)行解釋。
由于室外部分應(yīng)在例如(-40℃+60℃)的很寬溫度范圍內(nèi)和很高的載波頻率上工作，本質(zhì)上要比室內(nèi)部分價(jià)格高。因此應(yīng)盡可能地限制其復(fù)雜性以使該裝置保持低價(jià)而不防礙其大規(guī)模生產(chǎn)，即使可能會(huì)損害室內(nèi)部分。
即，為實(shí)現(xiàn)既強(qiáng)大、價(jià)格水平又能接受的室外部分，建議避免用快速且精確的AGC。因此，室外部分的放大器的增益通常為恒定標(biāo)稱的。
因此室內(nèi)部分的可變AGC應(yīng)能夠確定傳播條件(雨衰減)中的變化和關(guān)于接收機(jī)的前置放大器和連接室內(nèi)和室外的電纜(后者具有可變長度和特性)的增益/衰減的變化。
該過程按圖5的實(shí)現(xiàn)來進(jìn)行，圖5顯示了按照本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)接收機(jī)的整個(gè)AGC包括三個(gè)不同的子塊。
第一子塊是具有高精確度和固定增益的固定增益放大器10(室外部分)。
第二子塊是快速AGC5，包括固定增益放大器5A和可變衰減器5B(見圖3)，具有高精確度和關(guān)于衰減的變化的可靠穩(wěn)定性(室內(nèi)部分)。放大器5A具有固定增益，例如在30-40dB范圍內(nèi)的經(jīng)過一段時(shí)間的變化小于如6dB。衰減器5B的動(dòng)態(tài)范圍例如30dB，響應(yīng)時(shí)間例如200ns，即衰減器5B達(dá)到規(guī)定的衰減可能會(huì)需要200ms。衰減器5B達(dá)到規(guī)定的例如經(jīng)過一段時(shí)間1dB變化的衰減。
第三子塊是慢速AGC8，其動(dòng)態(tài)范圍小于第一子塊且速度受限，其任務(wù)是平衡節(jié)點(diǎn)接收鏈增益的變化(室內(nèi)部分)。慢速AGC8的動(dòng)態(tài)范圍例如20dB，其響應(yīng)時(shí)間例如大于50ms，即AGC達(dá)到規(guī)定的數(shù)值可能會(huì)需要超過50ms。
該慢速AGC在保護(hù)時(shí)間內(nèi)不需要再組配，只需要考慮到普通模式增益的變化。利用該子塊可減少關(guān)于快速AGC子塊(其應(yīng)能鑒別單一終端)的動(dòng)態(tài)要求。
通過利用關(guān)于接收功率的峰值的信息在按照PmP-TDMA模式運(yùn)行的無線節(jié)點(diǎn)中控制增益的問題被本創(chuàng)新方法解決了。
在控制算法中既用到關(guān)于室內(nèi)部分的信號(hào)峰值信息，又用到室外部分的信號(hào)峰值信息。
實(shí)際上，所述部分的兩個(gè)計(jì)算出的峰值之間的差異僅取決于接收機(jī)內(nèi)部的增益變化，而不取決于信道條件的變化。
在建議方法中，如圖5所示的合適控制單元9，用來保持接收信號(hào)的兩個(gè)峰值之間的差異在系統(tǒng)的不同點(diǎn)恒定。
因此，三種不同控制環(huán)路在上行鏈路信道同時(shí)存在并工作A、發(fā)射終端(室外)的功率控制；B、在接入終端基礎(chǔ)上無線節(jié)點(diǎn)(室內(nèi))接收機(jī)中快速AGC的控制；C、慢速AGC的控制，在PmP-TDMA接收的情況下，該控制通用于無線節(jié)點(diǎn)(室內(nèi))接收機(jī)中所有終端以為接收鏈內(nèi)的增益/衰減變化作準(zhǔn)備。
每一控制環(huán)路的頻帶是精確選出的，以使雖然上行鏈路信道中存在的所有環(huán)路以并行方式工作，這些環(huán)路仍保持穩(wěn)定。
整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是通過給三個(gè)環(huán)路中的每一個(gè)使用差異足夠大的頻帶獲得的。
實(shí)際上，如果想要利用最小的發(fā)射功率在接收機(jī)輸入確保良好的信噪(S/N)比，應(yīng)為AGC水平設(shè)置定義其參考水平的標(biāo)稱值。特定終端的當(dāng)前AGC值和通用參考水平之間的差異決定發(fā)送到終端自身的校正消息。
例如，如果標(biāo)稱AGC值設(shè)置到10dB，當(dāng)前水平是15dB，這意味著發(fā)射功率比需要的發(fā)射水平低5dB，應(yīng)發(fā)射控制消息補(bǔ)償該不足。
當(dāng)有雨衰減時(shí)，快速AGC迅速提高增益以保持功率水平在解調(diào)器的動(dòng)態(tài)區(qū)域，但這引起快速AGC水平從參考值的偏移，發(fā)送控制消息以提高終端的發(fā)射功率。
終端的整個(gè)可用發(fā)射功率將用于對(duì)抗在時(shí)間長且強(qiáng)度大的衰減期間的衰減。實(shí)際上，一直到快速AGC達(dá)到參考水平，發(fā)射機(jī)一直接收增加其功率的消息。
本新的創(chuàng)新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在任何衰減情況下控制功率水平以滿足在節(jié)點(diǎn)數(shù)字解調(diào)器7的輸入的S/N比要求，而不需要檢查終端發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率并保持輸入功率水平在解調(diào)器的動(dòng)態(tài)區(qū)域之內(nèi)。
此外，在建議的實(shí)現(xiàn)中保持窄的控制帶寬以在TDNA傳輸中當(dāng)通常必須同時(shí)控制許多終端時(shí)利用該控制。
本技術(shù)能夠達(dá)到以受100dB/s衰減影響的無線信道運(yùn)行超過60個(gè)終端的性能，而不造成從節(jié)點(diǎn)到終端的帶寬的嚴(yán)重浪費(fèi)。此外，系統(tǒng)的總體水平控制動(dòng)態(tài)范圍的要求可以在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間劃分。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有微波時(shí)分多址的點(diǎn)到多點(diǎn)無線通信系統(tǒng)中控制信號(hào)水平的方法，其特征在于由節(jié)點(diǎn)接收機(jī)中的特定自動(dòng)增益控制(5)啟動(dòng)本地控制，同時(shí)啟動(dòng)從節(jié)點(diǎn)(1)到每個(gè)終端(2，3，4)的規(guī)定發(fā)射功率水平的無線控制環(huán)路(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中在節(jié)點(diǎn)(1)接收機(jī)中采用的特定自動(dòng)增益控制(5)是能快速再組配且在工作時(shí)精確、穩(wěn)定的電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其中在節(jié)點(diǎn)(1)接收機(jī)中采用總體自動(dòng)增益控制，總體自動(dòng)增益控制包括具有高精確度和固定增益的快速自動(dòng)增益控制(5)及具有高精確度和關(guān)于衰減變化的可靠穩(wěn)定性的慢速自動(dòng)增益控制(8)。
4.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其中快速和慢速自動(dòng)增益控制(5，8)具有合適環(huán)路控制帶寬以保證環(huán)路穩(wěn)定性，且利用來自于室外和室內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)的峰值信息更新慢速自動(dòng)增益控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在具有微波時(shí)分多址(TDMA)的點(diǎn)到多點(diǎn)(PmP)無線通信系統(tǒng)中控制信號(hào)水平的方法，按照本方法由節(jié)點(diǎn)(1)接收機(jī)中的特定自動(dòng)增益控制(5)啟動(dòng)本地控制，同時(shí)啟動(dòng)從節(jié)點(diǎn)(1)到每個(gè)終端(2，3，4)的規(guī)定發(fā)射功率水平的無線控制環(huán)路(9)。在節(jié)點(diǎn)(1)接收機(jī)中采用的自動(dòng)增益控制(5)是能快速再組配且在工作時(shí)精確、穩(wěn)定的電路。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1491493SQ02804797
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者F·帕爾梅里, F·特斯塔, C·德卡尼斯, F 帕爾梅里, 崴, 顧 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司