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，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)的上行鏈路信號及從節(jié)點(diǎn)到終端的下行鏈路信號。
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)，采用對每個(gè)終端的功率的遠(yuǎn)程控制。節(jié)點(diǎn)解調(diào)器測出每一突發(fā)的接收信號水平，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)，提供對接收機(jī)中頻增益的控制。節(jié)點(diǎn)解調(diào)器測出每一突發(fā)的信號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的輸入的信號帶寬對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)檢測出的連續(xù)突發(fā)的信號水平，取決于特定終端的鏈路條件且變化范圍很大。AGC 5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量，終端必須進(jìn)行該測量以保持優(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量到的信息的峰值與在室內(nèi)單元測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AGC 8，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AGC 8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)部分的信號峰值信息，又用到室外部分的信號峰值信息。
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
1.一種用于無線通信系統(tǒng)中的無線節(jié)點(diǎn)，其包括無線控制環(huán)路，用于調(diào)節(jié)由多個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中的每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端發(fā)射到無線節(jié)點(diǎn)的信號的功率水平；解調(diào)器；快速自動(dòng)增益控制，用于單獨(dú)調(diào)整在輸入到該解調(diào)器之前從每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中接收到的信號的信號功率水平，其中針對一個(gè)遠(yuǎn)程接入終端的單獨(dú)的信號功率水平調(diào)整不同于針對另一個(gè)遠(yuǎn)程接入終端的單獨(dú)的信號功率水平調(diào)整；以及其中該快速自動(dòng)增益控制允許減少的數(shù)量的控制消息在無線控制環(huán)路中被發(fā)射到每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端。
2.如權(quán)利要求1所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中耦合到快速自動(dòng)增益控制的慢速自動(dòng)增益控制，用于平衡針對所有遠(yuǎn)程接入終端的無線節(jié)點(diǎn)的接收鏈中的增益變化。
3.如權(quán)利要求2所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中慢速自動(dòng)增益控制、快速自動(dòng)增益控制和無線控制環(huán)路的帶寬充分不同，以便確保穩(wěn)定性。
4.如權(quán)利要求2所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中慢速自動(dòng)增益控制具有小于快速自動(dòng)增益控制的動(dòng)態(tài)范圍和大于50毫秒的響應(yīng)時(shí)間。
5.如權(quán)利要求1所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中無線控制環(huán)路被配置來在當(dāng)前快速自動(dòng)增益控制水平與參考值之間存在差異時(shí)在無線控制環(huán)路中發(fā)布控制消息。
6.一種用于無線通信系統(tǒng)中的無線節(jié)點(diǎn)，其包括無線控制環(huán)路，用于調(diào)整由多個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中的每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端發(fā)射到無線節(jié)點(diǎn)的信號的功率水平；解調(diào)器；快速自動(dòng)增益控制，用于調(diào)整在輸入到該解調(diào)器之前從每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中接收到的信號的信號功率水平；耦合到該快速自動(dòng)增益控制的慢速自動(dòng)增益控制，用于平衡針對所有遠(yuǎn)程接入終端的無線節(jié)點(diǎn)的接收鏈中的增益變化；以及室外單元和室內(nèi)單元，其中慢速自動(dòng)增益控制在室內(nèi)單元中實(shí)施并被配置來利用由無線節(jié)點(diǎn)接收到的信號的峰值幅度信息來更新。
7.如權(quán)利要求6所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括用于通過將在室外單元中測量的峰值幅度信息與在室內(nèi)單元中測量的峰值幅度信息進(jìn)行比較來獲得峰值幅度信息的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括室外單元中的固定增益放大器，以及用于從該固定增益放大器的輸出中獲得室外峰值幅度信息的裝置。
9.一種用于無線通信系統(tǒng)中的無線節(jié)點(diǎn)，其包括無線控制環(huán)路裝置，用于調(diào)節(jié)從多個(gè)遠(yuǎn)程接入無線終端中的每個(gè)遠(yuǎn)程接入無線終端發(fā)射到無線節(jié)點(diǎn)的信號功率水平，以及接收機(jī)鏈，該接收機(jī)鏈包括解調(diào)器裝置，用于解調(diào)從每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中接收到的信號；快速自動(dòng)增益控制裝置，用于單獨(dú)調(diào)整在輸入到解調(diào)器裝置之前從每個(gè)遠(yuǎn)程接入終端中接收到的信號的信號功率水平，其中針對一個(gè)遠(yuǎn)程接入終端的單獨(dú)的信號功率水平調(diào)整不同于針對另一個(gè)遠(yuǎn)程接入終端的單獨(dú)的信號功率水平調(diào)整。
10.如權(quán)利要求9所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括慢速自動(dòng)增益控制裝置，用于根據(jù)從所有遠(yuǎn)程接入終端中接收到的信號平衡接收機(jī)鏈中的增益變化。
11.如權(quán)利要求9所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中慢速自動(dòng)增益控制、快速自動(dòng)增益控制和無線控制環(huán)路的帶寬充分不同，以便確保穩(wěn)定性。
12.如權(quán)利要求9所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括室外單元和室內(nèi)單元，其中慢速自動(dòng)增益控制在室內(nèi)單元中實(shí)施并被配置來利用由無線節(jié)點(diǎn)接收到的信號的峰值幅度信息來更新。
13.如權(quán)利要求12所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括用于通過將在室外單元中測量的峰值幅度信息與在室內(nèi)單元中測量的峰值幅度信息進(jìn)行比較來獲得峰值幅度信息的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的無線節(jié)點(diǎn)，其進(jìn)一步包括室外單元中的固定增益放大器，以及用于從該固定增益放大器的輸出中獲得室外峰值幅度信息的裝置。
15.如權(quán)利要求9所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中無線控制環(huán)路裝置包括用于當(dāng)在當(dāng)前快速自動(dòng)增益控制水平與參考值之間存在差異時(shí)在無線控制環(huán)路中發(fā)布控制消息的裝置。
16.如權(quán)利要求10所述的無線節(jié)點(diǎn)，其中慢速自動(dòng)增益控制裝置具有小于快速自動(dòng)增益控制裝置的動(dòng)態(tài)范圍和大于50毫秒的響應(yīng)時(shí)間。
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H04B7/26GK1913387SQ20061010916
公開日2007年2月14日 申請日期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 申請人:艾利森電話股份有限公司