在时分多址点到多点无线通信系统中的网络节点控制接收信号水平的方法转让专利
申请号 : CN200610109162.4
文献号 : CN1913387B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : F·帕尔梅里 , F·特斯塔 , C·德卡尼斯
申请人 : 艾利森电话股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于点到多点微波时分多址无线通信系统中的无线节点，其中由多个远程接入终端中的每个远程接入终端发射到无线节点的信号的功率水平由无线控制环路进行调节，所述无线节点包括：解调器；
快速自动增益控制装置，用于单独调整在输入到该解调器之前从每个远程接入终端中接收到的信号的信号功率水平，其中针对一个远程接入终端的单独的信号功率水平调整不同于针对另一个远程接入终端的单独的信号功率水平调整；以及其中该快速自动增益控制装置允许减少的数量的控制消息在无线控制环路中被发射到每个远程接入终端。
2.如权利要求1所述的无线节点，其中耦合到快速自动增益控制装置的慢速自动增益控制装置，用于平衡针对所有远程接入终端的无线节点的接收链中的增益变化。
3.如权利要求2所述的无线节点，其中慢速自动增益控制装置、快速自动增益控制装置和无线控制环路的带宽充分不同，以便确保稳定性。
4.如权利要求2所述的无线节点，其中慢速自动增益控制装置具有小于快速自动增益控制装置的动态范围和大于50毫秒的响应时间。
5.如权利要求1所述的无线节点，其中无线控制环路被配置来在当前快速自动增益控制水平与参考值之间存在差异时在无线控制环路中发布控制消息。
6.一种用于点到多点微波时分多址无线通信系统中的无线节点，其中由多个远程接入终端中的每个远程接入终端发射到无线节点的信号的功率水平由无线控制环路进行调节，所述无线节点包括：解调器；
快速自动增益控制装置，用于调整在输入到该解调器之前从每个远程接入终端中接收到的信号的信号功率水平；
耦合到该快速自动增益控制装置的慢速自动增益控制装置，用于平衡针对所有远程接入终端的无线节点的接收链中的增益变化；以及室外单元和室内单元，
其中慢速自动增益控制装置和快速自动增益控制装置在室内单元中实施，通过将在室外单元中测量的峰值幅度信息与在室内单元中测量的峰值幅度信息进行比较来对慢速自动增益控制装置进行更新。
7.如权利要求6所述的无线节点，其进一步包括：
室外单元中的固定增益放大器，以及
用于从该固定增益放大器的输出中获得室外峰值幅度信息的装置。
8.一种用于点到多点微波时分多址无线通信系统中的无线节点，其中从多个远程接入无线终端中的每个远程接入无线终端发射到无线节点的信号功率水平由无线控制环路装置进行调节，所述无线节点包括：接收机链，该接收机链包括：
解调器装置，用于解调从每个远程接入终端中接收到的信号；
快速自动增益控制装置，用于单独调整在输入到解调器装置之前从每个远程接入终端中接收到的信号的信号功率水平，其中针对一个远程接入终端的单独的信号功率水平调整不同于针对另一个远程接入终端的单独的信号功率水平调整。
9.如权利要求8所述的无线节点，其进一步包括：
慢速自动增益控制装置，用于根据从所有远程接入终端中接收到的信号平衡接收机链中的增益变化。
10.如权利要求9所述的无线节点，其中慢速自动增益控制、快速自动增益控制和无线控制环路的带宽充分不同，以便确保稳定性。
11.如权利要求8所述的无线节点，其进一步包括：
室外单元和室内单元，
其中慢速自动增益控制和快速自动增益控制在室内单元中实施，通过将在室外单元中测量的峰值幅度信息与在室内单元中测量的峰值幅度信息进行比较来对慢速自动增益控制进行更新。
12.如权利要求11所述的无线节点，其进一步包括：室外单元中的固定增益放大器，以及
用于从该固定增益放大器的输出中获得室外峰值幅度信息的装置。
13.如权利要求8所述的无线节点，其中无线控制环路装置包括用于当在当前快速自动增益控制水平与参考值之间存在差异时在无线控制环路中发布控制消息的装置。
14.如权利要求9所述的无线节点，其中慢速自动增益控制装置具有小于快速自动增益控制装置的动态范围和大于50毫秒的响应时间。
说明书 :
本发明涉及控制物理层，尤其是控制无线系统的信号水平的领域。更具体地说，本发明涉及包括网络无线节点和一组用户接入终端的点到多点微波时分多址无线通信系统，以及在这些系统中控制从终端到节点方向的信号水平。
已知目前有一种在接入网中引入点到多点(PmP)无线通信系统的趋势，因为这种系统具有提供不需安装电缆的网络的能力。
PmP系统典型工作在微波频率，并且为了工作正常其终端与节点应视距安装。在这些系统中，传输在一条能让无线节点(RN)(在网络侧)和一些安装于用户所在地的无线终端通信的无线频率链路上进行。时分多址(TDMA)作为接入技术，节点接收由安装在距节点不同距离的不同发送机/终端发送的突发序列。即，在这些系统中建立的双向无线通信被图解地表示在附图的图1中，其众所周知包括从终端到节点的上行链路信号及从节点到终端的下行链路信号。
在采用图1的PmP-TDMA体系的系统中，需要在无线节点的解调器中控制每个终端接收的功率水平，以保证对每一可能的传播条件(每个终端的距离、传播信道的状态等)优化解调。特别要关注雨衰减现象，众所周知，它会恶化无线连接上的传输，降低信号功率水平甚至几十dB，降低的水平取决于降雨区、无线链路的长度和被请求系统可用性。
在接收机侧，在模数(A/D)转换之前的瞬时，在数字解调器的输入的信号水平应相应于可用比特的有效数目保持在合适的动态窗口之内，以避免在无线频率上期望的整个功率动态范围中接收机判决性能的损害。
因此，在TDMA系统中需要控制每个传输突发的信号水平。
该问题到目前为止由两种不同技术解决，但两者都有缺点。
按照第一种技术，采用对每个终端的功率的远程控制。节点解调器测出每一突发的接收信号水平，发送控制每一终端的发射功率的控制环路消息。
第二种技术，提供对接收机中频增益的控制。节点解调器测出每一突发的信号水平并基于中频的自动增益控制电路工作，以补偿每一个变化。
由于控制速度与交换的控制消息数量进而与要传输业务的占用带宽成正比，远程控制环路自身反而具有有限控制带宽。
相反地，在接收侧单独采用自动增益控制(AGC)电路的缺点是迫使终端即使在没有雨衰减的情况下也要以最高功率水平发射，终端的功率水平在安装时调整，仅取决于到节点的距离。
本发明的目的是提供解决上述关于信号水平控制问题的新技术。
本发明旨在在点到多点微波TDMA无线通信系统中，通过由特定AGC启动在节点接收机中的本地控制并同时启动调整发射功率水平的从节点到每一终端的无线控制环路，执行信号水平控制。
用以实现本发明的快速AGC最好能快速再组配，并且同时在工作时精确、稳定。它优选地包括高频固定增益放大器和具有高精确度和相应于衰减中的变化的可靠稳定性的可变衰减器。
现在参照附图进一步描述本发明，其中：
图1是现有的PmP-TDMA体系的简图，其中采用了按照本发明的控制方法；
图2显示了如何运用在如图1那样的无线通信系统中建议的新技术；
图3显示了在图2的系统无线节点中，能够快速再组配同时在工作时精确、稳定的AGC的实现；
图4显示了按照本发明的PmP-TDMA系统中的信号水平的曲线图。
图5显示了节点的接收链中增益控制算法的实现。
带有天线1A的无线节点(RN)1和一些接入终端(AT)2，3和4如图2所示。众所周知节点1包括模拟解调器6和数字解调器7。如前所述，本发明的目的是在节点1数字解调器7的输入的信号带宽对于每一终端和在通信中的任何传播条件下相等。
由于TDMA传输，由节点接收机检测出的连续突发的信号水平，取决于特定终端的链路条件且变化范围很大。AGC 5应该足够快速，以使在两相邻突发间隔的保护时间中能够转换增益。
保护时间应当尽可能地短(如200-400ns)，以使传输效率最大化。
关于增益水平(AGC)的信息对每一特定终端基于每一传输帧更新，当接收到相关突发时复原。
本发明建议利用对于每一终端的AGC的水平值给出的指示，以通过发送控制消息远程控制终端的功率水平。实际上，现有AGC水平是功率变化的间接测量，终端必须进行该测量以保持优化传输性能。
本地AGC在建议的算法中用作动态缓冲器，以减少控制消息的数量。实际上，精确的水平控制和适当的校正可由本地AGC的快速瞬变过程保证，而不需发送控制消息，以节省频带容量用于用户。该特性当要控制很多终端时在TDMA传输中对于减小频谱资源浪费是重要的。实际上，TDMA系统通过划分成时隙并将时隙组按照用户自身当前频带需要分配给每个用户以共享频谱资源。
在动态分配频带的PmP-TDMA体系的情况下，利用共享信道的时间范围取决于特定无线节点服务的当前通话用户数量和单一用户的通话范围。因此，在一时间段中当前通话时隙数量(与同一时间段中的平均功率成正比)是不可预测的。
已知节点接收机的体系通常包括室外部分和室内部分。所述两个子单元由一个或更多互连电缆连接。
典型在PmP-TDMA系统中接收到的信号水平的曲线图如图4所示，其中左面的曲线图显示了功率室外，即在天线1A的输入的曲线图，右面的曲线显示了室内功能，即在解调器6的输入侧的曲线图。这些曲线图幅度的峰值可以用于通过将在室外单元测量到的信息的峰值与在室内单元测量到的信息的峰值进行比较来控制在节点接收机链的增益，下面将进行解释。
由于室外部分应在例如(-40℃+60℃)的很宽温度范围内和很高的载波频率上工作，本质上要比室内部分价格高。因此应尽可能地限制其复杂性以使该装置保持低价而不防碍其大规模生产，即使可能会损害室内部分。
即，为实现既强大、价格水平又能接受的室外部分，建议避免用快速且精确的AGC。因此，室外部分的放大器的增益通常为恒定标称的。
因此室内部分的可变AGC应能够确定传播条件(雨衰减)中的变化和关于接收机的前置放大器和连接室内和室外的电缆(后者具有可变长度和特性)的增益/衰减的变化。
该过程按图5的实现来进行，图5显示了按照本发明的节点接收机的整个AGC包括三个不同的子块。
第一子块是具有高精确度和固定增益的固定增益放大器10(室外部分)。
第二子块是快速AGC5，包括固定增益放大器5A和可变衰减器5B(见图3)，具有高精确度和关于衰减的变化的可靠稳定性(室内部分)。放大器5A具有固定增益，例如在30-40dB范围内的经过一段时间的变化小于如6dB。衰减器5B的动态范围例如30dB，响应时间例如200ns，即衰减器5B达到规定的衰减可能会需要200ms。衰减器5B达到规定的例如经过一段时间1dB变化的衰减。
第三子块是慢速AGC 8，其动态范围小于第一子块且速度受限，其任务是平衡节点接收链增益的变化(室内部分)。慢速AGC 8的动态范围例如20dB，其响应时间例如大于50ms，即AGC达到规定的数值可能会需要超过50ms。
该慢速AGC在保护时间内不需要再组配，只需要考虑到普通模式增益的变化。利用该子块可减少关于快速AGC子块(其应能鉴别单一终端)的动态要求。
通过利用关于接收功率的峰值的信息在按照PmP-TDMA模式运行的无线节点中控制增益的问题被本创新方法解决了。
在控制算法中既用到关于室内部分的信号峰值信息，又用到室外部分的信号峰值信息。
实际上，所述部分的两个计算出的峰值之间的差异仅取决于接收机内部的增益变化，而不取决于信道条件的变化。
在建议方法中，如图5所示的合适控制单元9，用来保持接收信号的两个峰值之间的差异在系统的不同点恒定。
因此，三种不同控制环路在上行链路信道同时存在并工作：
A、发射终端(室外)的功率控制；
B、在接入终端基础上无线节点(室内)接收机中快速AGC的控制；
C、慢速AGC的控制，在PmP-TDMA接收的情况下，该控制通用于无线节点(室内)接收机中所有终端以为接收链内的增益/衰减变化作准备。
每一控制环路的频带是精确选出的，以使虽然上行链路信道中存在的所有环路以并行方式工作，这些环路仍保持稳定。
整个系统的稳定性是通过给三个环路中的每一个使用差异足够大的频带获得的。
实际上，如果想要利用最小的发射功率在接收机输入确保良好的信噪(S/N)比，应为AGC水平设置定义其参考水平的标称值。特定终端的当前AGC值和通用参考水平之间的差异决定发送到终端自身的校正消息。
例如，如果标称AGC值设置到10dB，当前水平是15dB，这意味着发射功率比需要的发射水平低5dB，应发射控制消息补偿该不足。
当有雨衰减时，快速AGC迅速提高增益以保持功率水平在解调器的动态区域，但这引起快速AGC水平从参考值的偏移，发送控制消息以提高终端的发射功率。
终端的整个可用发射功率将用于对抗在时间长且强度大的衰减期间的衰减。实际上，一直到快速AGC达到参考水平，发射机一直接收增加其功率的消息。
本新的创新技术的优点是在任何衰减情况下控制功率水平以满足在节点数字解调器7的输入的S/N比要求，而不需要检查终端发射机的发射功率并保持输入功率水平在解调器的动态区域之内。
此外，在建议的实现中保持窄的控制带宽以在TDNA传输中当通常必须同时控制许多终端时利用该控制。
本技术能够达到以受100dB/s衰减影响的无线信道运行超过60个终端的性能，而不造成从节点到终端的带宽的严重浪费。此外，系统的总体水平控制动态范围的要求可以在发射机和接收机之间划分。