專利名稱：電信網(wǎng)絡中由第一站發(fā)到第二站的信號功率調(diào)節(jié)方法
技術領域：
本發(fā)明一般的說，涉及的是一種衛(wèi)星或地面站無線電通信網(wǎng)。更具體地講，本發(fā)明涉及一種由發(fā)射站(所謂的第一站)發(fā)送到接收站(所謂的第二站)的初始信號功率的調(diào)節(jié)方法。
設在這兩站間的無線電通信信道，從接收站接收方面來看，信號的有效功率和噪聲功率往往產(chǎn)生波動變化。有效功率的波動常常是由信道特性所造成的。例如，一些障礙的出現(xiàn)能導致信號的衰減，或存在多路徑以非相干方式增加發(fā)射信號的主成分(分量)而造成有效成分(分量)的變化。噪聲功率的波動與信號波動相似，也是由信道特性所造成的。另外，這種有效功率的變化還可能是由于噪聲發(fā)射源的功率變化而引起。
如果接收信號的主成分的變化問題得不到解決，信道間的通信質(zhì)量就會受到影響。
有一種簡單的解決方法就是對接收信號一開始就施加最大的波動(起伏)。無論對信道的干擾和傳輸環(huán)境如何，發(fā)射站總要發(fā)出用以確保通信質(zhì)量的備用功率。這種方法無疑增大了傳輸系統(tǒng)的體積，浪費了能源，并且還迫使終端發(fā)射出多余的功率。
在可移動的地面站網(wǎng)絡范圍內(nèi)，信道中信號和噪聲的主成分起伏變化就很嚴重，甚至能達到數(shù)十個dB，并且速度還很快?？刂苹蛘{(diào)節(jié)發(fā)射站所發(fā)射的信號僅僅局限于校正信道的平均衰減率。
GB-A-2268365號專利申請中公開了另一種現(xiàn)有技術的方法。根據(jù)該方法把往返信道看成是對稱的，根據(jù)接收站接收的信號功率調(diào)節(jié)始發(fā)信號的功率。這種返往信道的各自頻率間隔越大，這種假設就越不能成立。
另一種已知方法，所謂的“閉合回路”方法，它用下列原理控制發(fā)射站的發(fā)射信號功率。接收站檢測接收到發(fā)射站所發(fā)射信號的信噪比，接收站再將檢測過的該信噪比以信息形式送回發(fā)射站，再由發(fā)射站根據(jù)該接收站所進行的測量校正發(fā)射信號的功率電平。這是衛(wèi)星站網(wǎng)絡目前主要使用的方法之一，這樣的通信站網(wǎng)只能使用一些距地面38000km的地球同步軌道衛(wèi)星，因而這樣的通信站在使用中會受到一些限制。事實上在這些通信網(wǎng)絡中，信號往返于發(fā)射站和接收站之間的傳播時間幾乎等于后處理時間，即差不多等于調(diào)節(jié)功率的反應時間(這是發(fā)射站發(fā)射數(shù)據(jù)與基站測量所接收的發(fā)射信號而對數(shù)據(jù)發(fā)射功率進行校正的時間間隔)。一顆距地面38000km的衛(wèi)星，大約僅有500ms的時間校正功率，這樣僅能以頻率低于1/0.5＝2hz信號主成分的變化進行校正。由于這樣的系統(tǒng)在實際使用中受到的種種限制，所以使用的波段上限僅為1hz。
采用這種已知的“閉合回路”型方法在現(xiàn)有技術實踐中并不能有效地調(diào)制功率。本發(fā)明的首要目的是提供一種由低軌道非地球同步衛(wèi)星組成的無線電通信網(wǎng)中所適合的信號功率調(diào)節(jié)方法。該方法適用于中間圓形軌道或地球同步軌道衛(wèi)星網(wǎng)和地面站。本發(fā)明的另一目的是為實施本發(fā)明方法而設計的發(fā)射和接收信號用的雙站系統(tǒng)裝置。
為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供了一種功率調(diào)節(jié)方法，首先將第一站發(fā)射的始發(fā)信號調(diào)節(jié)成第二站可接收的第二個信號，該方法仍屬于閉合回路型，其特征在于根據(jù)本發(fā)明它包括以下各步驟—根據(jù)第二站接收的第二信號，在特定的時間內(nèi)，對第二信號在后續(xù)時間里信噪比的典型值進行預測，—根據(jù)預測值，于上述特定時間和后續(xù)時間(差不多等于第一和第二站之間的傳播時間)的過渡期間內(nèi)，在第一站調(diào)節(jié)始發(fā)信號的功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，預測步驟包括以下各分步驟--第二站在上述特定時間前測定第二信號的多種功率電平，--根據(jù)所測第二信號的多種功率電平的每一個值，分別估算該第二信號的信噪比的典型值，--根據(jù)所估計的典型值，外推法計算上述預測值。
典型地說，由第二站對第二信號測定最低多種功率電平對后來的外推法計算非常重要，測定時間先于上述后續(xù)時間，即這段時間幾乎等于第一站、第二站傳送信號的往返時間。
另外，本發(fā)明方法還包括以下各步驟
--可利用整段的特定時間對第二站所收到的第二信號值的平均電平進行測定。在這種情況下，參照上述信噪比典型值的變化，在這段過渡時間內(nèi)根據(jù)所述預測值對第一信號功率進行調(diào)節(jié)，該典型值的變化隨測定值的平均電平和參考值的電平的不同而變化。
本發(fā)明還提供了一套為實施本發(fā)明方法由第一站和第二站組成的整套裝置。
根據(jù)第一種實施方案，第一站包括--根據(jù)上述預測值對始發(fā)信號進行功率調(diào)節(jié)的裝置，第二站包括--對第二信號功率的多種電平進行測定的裝置，--為了對第二信號功率估計的多種電平的每一種分別對所述信噪比的典型值進行估算的裝置。另外，整套裝置在第一或第二站還包括--根據(jù)所估算的典型值，對上述預測值進行外推法計算的裝置。
根據(jù)第二個實施方案，第二站還包括對該站所接收的第二信號值的平均電平進行檢測的裝置，測定時間是相對長一些的整個上述特定時間。另外，整套系統(tǒng)裝置根據(jù)所預測的信噪比的典型值的變化，還可在第一或第二站設置一些對初始信號進行調(diào)節(jié)的裝置，該典型值的變化隨測定的平均電平和參考值的電平的不同而變化。
參閱下面的相應附圖的說明，就能更好地了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，圖中--
圖1概括地表示了其中兩站間已實現(xiàn)聯(lián)絡的衛(wèi)星通信，--圖2表示圖1中兩站間信號傳送的瞬間簡圖，--圖3以方框圖的形式表示了本發(fā)明方法第一種實施方案用的圖1所示的兩個站，--圖4還是以方框圖的形式表示了實施本發(fā)明方法第二種實施方案用的圖1所示的兩站；下面以衛(wèi)星通信網(wǎng)(站)為例介紹本發(fā)明，但本發(fā)明還適用于基站和終端間通信的地面站。參見圖1，衛(wèi)星網(wǎng)站由多個相互連接的、便攜或其它形式的站組成，各站間通過衛(wèi)星1建立了通信聯(lián)系。圖1中，假設S1站(即發(fā)射站)和S2站(即接收站)間有通信聯(lián)系。S1站一方面通過站1向衛(wèi)星1的上行聯(lián)絡UL1向站S2發(fā)射、而另一方面通過衛(wèi)星1向站S2的下行聯(lián)絡向站S2發(fā)射信號。同樣，S2站向S1站發(fā)射信號一方面通過站S2向衛(wèi)星1的上行通信聯(lián)系UL2，另一方面是衛(wèi)星1向站S1的下行聯(lián)系DL2，S1站和S2站之間的傳遞時間等于站S1和衛(wèi)星1以及衛(wèi)星1和站S2間傳輸信號時間的總和。例如，對于一顆距地面高度較低的衛(wèi)星，如1410km，標高仰角在10°-90°之間，根據(jù)衛(wèi)星所處的位置，S1站和S2站之間的傳送時間為19-46ms。
本發(fā)明的這種實施方案對高度較低的衛(wèi)星網(wǎng)站具有很大的優(yōu)越性。在閉合回路型方法中，S1站和S2站之間的通信(信號傳遞)時間較短，這樣校正功率的反饋時間也就相應的縮短，校正延時僅有19-46ms的時間，校正功率的有效理論界限由噪聲和信號主成分變化的兩個頻率所限定，如分別為1/0，019＝52.6Hz和1/0.046＝21，7Hz。在實際應用中，只要所用的方法達到理論限的30％就被認為有效，即信號的主成分的變化小于52.0，3≈16Hz和21.0，3＝6.5Hz。
參見圖2，圖3，圖中介紹了本發(fā)明方法對所謂發(fā)射站S1發(fā)射信號功率進行校正的情況。這種方法不僅能對S1站發(fā)射的信號功率進行校正，同時對站S2發(fā)射的信號功率進行校正建立雙工通信。參見圖3，為實施本發(fā)明的第一種實施方案，發(fā)射站S1還有一接收器10，一發(fā)射器11，一預測單元15和一個用于調(diào)節(jié)發(fā)射器11發(fā)出信號功率的調(diào)節(jié)器17。所謂接收站S2有一接收器20，發(fā)射器21和一個檢測及估算單元22。
在站S1中，接收器10的輸出端連接于預測器15的輸入端，預測器15的輸出端和調(diào)節(jié)器17的第一個輸入端相連，調(diào)節(jié)器17的另一輸入端接收參考信噪比C/N的參考電平。調(diào)節(jié)器17的一個輸出端連到發(fā)射器11的控制輸入端。
在站S2中，接收器20的一個輸出端通過檢測單元22和發(fā)射器的一個輸入端相連。
下面認真參照圖2介紹本發(fā)明方法在特定時間的情況以便更好地了解本發(fā)明，但當然在實際工作中，本發(fā)明方法還適用于連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)射器11發(fā)射信號的功率。
S1站的發(fā)射器11在t0時發(fā)射一定功率的信號。S2站中的發(fā)射器20在t1時，延遲為(t1-t0)收到該信號。假設由發(fā)射器11發(fā)送的信號是正時序頻譜擴展信號。涉及到通過偽隨機序列將要傳送的數(shù)據(jù)信號調(diào)制成“+1”和“-1”兩種狀態(tài)的信號。這種技術能使傳送信號帶寬擴展至所占信道的整個帶寬。偽隨機序列起到了調(diào)制載波的作用，其相應偽隨機性地偏移至最大的額定頻率F處。T＝1/F限定了偽隨機序列稱之為“chip”的一個矩形脈沖波的基本時間，這個時間T被稱為“chip”。
實際1作中，當S1和S2站之間為同步相位時，偽隨機序列非調(diào)制發(fā)射，使得S2站能夠按照該偽隨機時序同步，為了對在傳輸相時后來收到的調(diào)制信號解調(diào)。探測到這個偽隨機序列后，接收器20可把接收信號解調(diào)成可接收的數(shù)據(jù)信號。將這個接收信號輸入到檢測單元22的輸入端。該檢測部件備有一個如100Hz低通濾波器，它的作用是抑制低頻噪聲的主成分進入所接收的數(shù)據(jù)信號中。在低通濾波器輸出端大致檢測在t1時所收到信號的有效信號主成分C(t1)，低頻噪聲被濾波器濾掉。部件22從接收到的信號中減去有效信號C(t1)的成分，就得到了N(t1)，其在t1時的噪聲成分。需要指出的是可以分別用任何兩個分別代表有效信號和噪聲信號功率的值代替這些由單元22所測定的信號成分C(t1)和噪聲成分N(t1)值。通過C(t1)和N(t1)的成分相除，單元22就能對t1時收到的信號的信噪比值C/N(t1)進行估算。
通過發(fā)射器21將所估算的信噪比值以信息的形式發(fā)射給S1站。S1站的接收器10于t2時收到(圖2)該組信息信號，比S2站發(fā)射該組信息時晚了(t2-t1)，再將這個信噪比C/N(t1)的估算值傳送給預測單元15。在t1之前，單元15已預先收到S2站分別于tp、t(p+1)、t(P+2)…等時間所收到信號的信噪比多種估計值P。與C/N(t1)一樣，這些信噪比的系列估算值也來自于通過S2站在t1之前的幾個瞬間測定第二信號多種功率電平和s2所收到信號中對第二信號檢測的多種功率電平p的各信噪比的估計值。上述方法可重復操作，本發(fā)明方法能對S1站發(fā)射信號的功率進行連續(xù)地調(diào)節(jié)。
預測單元部件15的作用，如圖2所示，在t3時s2站接收到s1站于t1時發(fā)射給它的信號的同時，通過外推計算法預測信噪比值，即C/N(t3)值。
這樣，s1站于t2時就掌握了這個預測的信噪比值C/N(t3)并根據(jù)這個比值C/N(t3)直接調(diào)節(jié)s1站在t2時發(fā)給s2站的信號功率，以便在t3時能干預s2站所收信號的信噪比值。這樣考慮到s1和s2站間傳送信息的時間，并通過預測由s2在t3時收到的信號的信噪比，就可在t2時調(diào)節(jié)發(fā)射器11發(fā)射信號的功率，以便有利地校正s2站在t3時有效收到的信號信噪比。為此先于t3約為等于在s1和s2站間傳送信號的往返時間讓S2站測定必須進行外推計算的多種功率電平的最后一個是非常有益處的。在可實現(xiàn)最佳外推法計算的t3時就得到了s2站所收信號的預計信噪比值C/N(t3)，要知道在s1和s2兩站間的往返傳播時間不能被減少。其結果是外插計算法用的時間越短，這種方法的效率就更高。
在實際應用中，該預測部件例如是可進行2次Taylor(泰勒)級數(shù)展開的處理單元形式，以便根據(jù)所測多種信噪比值P以及s1和s2站之間往返傳播時間預測信噪比C/N(t3)。最常用的是一種匹配型過濾器。
在本發(fā)明的第一種實施方案中，根據(jù)預測的信噪比值C/N(t3)和參考的信噪比值C/Nref.于t2時校正發(fā)射信號的功率。這樣，由s1站的發(fā)射器11于t2時所發(fā)射的信號功率被調(diào)節(jié)后，使得s2站的接收器20在t3時所有效收到的信號的信噪比盡可能接近參考的信噪比值C/Nref.。這樣，如果C/N(t3)高于參考的C/Nref.比值，則發(fā)射功率減弱。相反，如果C/N(t3)低于參考的C/Nref.比值，則發(fā)射功率增大。
要指出的是預測器15可以設計在接收站s2中，在此情況下將使s2站向S1站傳送的信息不包括C/N(t3)信噪比的預測值，而包括C/N(t3)信噪比的估算值。
本發(fā)明方法所得到的結果是提高了s1和s2站之間的信息(數(shù)據(jù))通信質(zhì)量，降低了每個終端的傳輸功率，因而增大了系統(tǒng)的容量。在圖3所示的另外一種實施方案中，還作了這樣一種假設，即通信質(zhì)量直接與信噪比相關。這種看法還不完全確切，因為在實際工作中，通信質(zhì)量除與信噪比相關外，還與信道的種類密切相關，換句話說與噪音相關…。另外信道還有一些可發(fā)生變化的其它特性。
在圖4所示的本發(fā)明第二種實施方案中，正是考慮了這點而改進了第一種實施方案的方法。如圖4所示，S1站中的發(fā)射器11、接收器10、預測器15和調(diào)節(jié)裝置17以及s2站中的接收器20、發(fā)射器21、檢測器22都按圖3所示的方式相連接。
對于這第二種實施方案來說，s2站中還設有第一個減法器12、處理單元13、第二減法器14，必要時還可設一資源管理單元16。接收器10的第二個輸出端與減法器12的第一個輸入端相連，其第二個輸入端接收參考Q值電平Qref。減法器12的輸出端與處理單元13的輸入端相連，其輸出端與減法器14的第一輸入端相連。減法器14在第二個輸入端接收預測單元15的輸出端，它還用于調(diào)節(jié)單元17的三個輸入端中的一個。這三個輸入端中的第二個端接收減法器14的輸出端，而這些輸入端中的第三個和資源管理單元16的輸出端相連。
本發(fā)明的這種實施方案的運行方式如下與前一實施方案一樣，自接到s1站的信號后，根據(jù)所測的接收功率電平，s2站的檢測和估算單元22估算信噪比C/N(t1)的比值。另外，為實施這第二種實施方案，單元22在相對長的時間內(nèi)測定站S所接收信號Q值平均電平。較有利地是，在發(fā)射前，將t1作為估算預測信噪比C/N(t1)的參照時間，該相對長的時間于t1時間為止。s2站在差不多t1時將估算信噪比C/N(t1)的比值和Q值的平均電平作為信息向s1站發(fā)送。預測單元15作為對C/N(t1)值接收的響應輸出預測信噪比值C/N(t3)。用減法器12將Q值的平均電平減至參考Q值的電平Qref。ΔQ差值(deltaQ)由減法器12的輸出端送入處理單元13的輸入端。該處理部件根據(jù)ΔQ的差值建立所要求的信噪比C/Nreq比值。
這樣，處理單元13具有使循環(huán)測定的Q電平伺服于Q值參考電平Qref的作用。當該Q差值大于0時，該處理單元13就降低當時的C/Nreq值，相反，當該Q差值小于0時，該單元將提高當時的C/Nreq值?？捎绊憘魉托诺捞匦宰兓姆矫嬉右钥紤]。從所要求的信噪比值C/Nreq中減去C/N(t3)預測信噪比值就得到了ΔC/N信噪比的變化信息。根據(jù)預測的C/N(t3)值并依據(jù)該預測信噪比值(C/N(t3))所要求的ΔC/N變化，調(diào)節(jié)單元17通過發(fā)射器11調(diào)節(jié)t2時發(fā)射信號的功率(圖2)。所要求的預測信噪比值的變化隨所測定的Q值的平均電平和參考Q值的電平Qref之間的差而變化。要指出的是，這種實施方案的專用裝置12、13和14可用于s1或s2站中，尤其是要根據(jù)預測單元15是歸在站s1中或歸在站s2中而定。
資源管理單元16的作用是向調(diào)節(jié)單元17提供有關開啟和關閉傳輸信道的信息。這樣，調(diào)節(jié)單元17開始先根據(jù)其它重新開啟或關閉的信道對一個信道的影響結果來實現(xiàn)控制發(fā)射功率。
權利要求
1.一種調(diào)節(jié)第一始發(fā)站(S1)發(fā)射的初始信號的功率以便使其以第二信號的形式被第二站(S2)接收的方法，其特征在于它包括下列各步驟--根據(jù)第二站收到的所謂第二信號，在特定時間(t1、t2)預測第二信號在后續(xù)時間(t3)的信噪比(C/Nt3)的典型值；--根據(jù)所述預測值(C/N(t3))，在t2時，即在指定時間(t1)之后又在后續(xù)時間(t3)之前的過渡時間，其時間間隔差不多等于在第一站(S1)和第二站(S2)之間傳送信息的整段時間(t2-t1)，在所謂第一站S1調(diào)節(jié)(17)所述初始信號的功率。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述預測步驟包括以下各步驟--由第二站(S2)在特定時間(t1)之前檢測第二信號的多個功率電平；--分別對所測第二信號多種功率電平的每一功率電平的所述第二信號信噪比典型值進行估算；--根據(jù)所估算的典型值外推法計算上述預測值。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于由第二站(S2)于(t3)之前檢測必需用外推計算法的第二信號多種功率電平的最后一個其時間間隔差不多是s1站和s2站之間往返傳送信息的時間(t3-t1)。
4.按照上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于還包括以下各步驟--對(s2)站接收的所述第二信號的(Q)值平均電平的測定(22)，時間相對長于上述特定時間(t1)。--根據(jù)上述預測值和依據(jù)預測信噪比(C/N(t3)典型值求出的變化在過渡時間進行調(diào)節(jié)(17)第一信號的功率，所求得的這種變化值隨所測定的(Q)值平均電平和參考Q值電平(Qref)之間的差而變化。
5.用于實施權利要求2或3所述方法的整套系統(tǒng)裝置，它由第一站(S1)和第二站(S2)組成，其特征在于所述第一站(S1)包括根據(jù)上述預測值(C/N(t3))，對所發(fā)射的初始信號功率進行調(diào)節(jié)的裝置(17)；所述第二站(S2)包括用于測定第二信號功率多種電平的裝置(22)；裝置(22)用來分別對于第二信號功率的每個多種估算電平值估算第二信號信噪比的典型值。特征還在于整套系統(tǒng)裝置在S1站或S2站還包括根據(jù)所估算的上述典型值，用外推法計算上述預測值的裝置(15)。
6.根據(jù)權利要求5用于實施權利要求4所述方法的整套裝置，其特征在于，所述第二站(S2)還包括用于測定(S2)站接收的第二信號Q值平均電平的裝置(22)按相對長的時間至多為特定時(t2)，特征還在于，所述整套裝置在S1站或S2站中還包括，配合依據(jù)預測信噪比(C/N(t3)典型值要求的變化(ΔQ)而對初始信號進行調(diào)節(jié)(17)的裝置(12、13、14)，這種所要求的變化隨所測(Q)平均電平及參考Q電平(Qref)之間的差而變化。
7.用于實施權利要求2或3所述方法的整套系統(tǒng)裝置，它由第一站(S1)和第二站(S2)組成，其特征在于所述第一站(S1)包括根據(jù)上述預測值(C/N(t3)對發(fā)射的初始信號功率進行調(diào)節(jié)的裝置(17)；所述第二站S2包括用于測量第二信號功率多個電平的裝置(22)；另外，S2站還包括用于向第一站傳送第二信號功率多種電平的裝置；所述第一站(S1)另外還包括用于分別對每一個第二信號功率估算的多種電平進行估算第二信號信噪比典型值的裝置(22)；用于根據(jù)上述估算的典型值外推法計算上述預測值的裝置(15)。
8.根據(jù)權利要求7用于實施權利要求4所述方法的整套系統(tǒng)裝置，其特征在于所述第二站(S2)還包括相對長至上述特定時間(t1)的時間里，測定S2站接收的第二信號(Q)值平均電平的裝置(22)；特征還在于，整套裝置在所述站的任一站中(S1站或S2站)還包括一些以預測信噪比(C/N(t3))典型值為(ΔQ)變化為依據(jù)而配合調(diào)節(jié)(17)初始信號功率的裝置(12、13、14)，該所得的變化值隨所測(Q)值平均電平和參考(Qref)值電平之間的差而變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將第一初始站(S1)發(fā)射的初始信號調(diào)節(jié)成(S2)站可接收的第二信號的功率調(diào)節(jié)方法，該方法包括以下各步驟——根據(jù)第二站所收到的第二信號，在特定時間內(nèi)預測(15)第二信號在后續(xù)時間內(nèi)的信噪比(C/N(t3))的典型值；——根據(jù)所預測的(C/N(t3))值，在特定時間之后又在后續(xù)時間(t3)之前的過渡時間其時間間隔差不多等于S1站與S2站之間的傳播時間，在所述第一站(S1)內(nèi)調(diào)節(jié)(17)初始信號的功率。
文檔編號H04B7/15GK1150355SQ9611216
公開日1997年5月21日 申請日期1996年7月24日 優(yōu)先權日1995年7月25日
發(fā)明者吉勞梅·卡羅特, 阿蘭·非尼歐, 西里爾·米歇爾, 丹尼斯·魯非 申請人:阿爾卡塔爾有限公司