CN100420164C - 自配置转发器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在电信网络中用于自配置转发器的系统和方法。所述转发器通过下行链路信道从基站收发信台(BTS)接收数据并通过上行链路信道发送数据到所述BTS。所述转发器将下行链路信号的功率电平(例如导频信号)与参考功率电平进行比较。如果所述下行链路信号功率电平没有落入与所述参考功率电平相关的预定范围内，那么在所述转发器内的比较器就通过改变下行链路放大器链的增益直到下行链路信号功率电平落入所述预定范围内来调整所接收的信号的功率电平。接着，所述比较器应用相同的增益到上行链路放大器链。在这种方式中，可以在所述BTS中利用所述导频信号的功率电平来控制上行链路噪声电平。

Description

自配置转发器系统和方法
技术领域
下述公开一般地涉及通信系统，并尤其涉及一种电信系统中的自配置的RF转发器。
背景技术
电信系统可以向许多称之为“小区”的区域提供多种通信业务。在小区之内，基站收发信台(BTS)可以通过在下行链路信道使用一个频率来向移动设备发射数据并且通过在上行链路信道使用另一个频率从移动设备接收数据。每个移动设备可以根据其与基站的距离来调整其发射功率(例如，移动设备输出信号的强度)。
某些电信技术，例如那些基于码分多址(CDMA)的技术，要求在小区内的移动设备调整它们的输出功率，以便对于所有被服务的移动电话来说，在BTS接收到的信号强度相同。因此，为了保持在BTS的信号强度相同，靠近BTS的移动设备可以使用相对低的输出功率，而距离较远的移动设备可以使用随着距离增加的输出功率量。在小区的边缘，移动设备可以达到其最大输出功率电平。
对于高速数据业务需求的增加要求电信系统提供比语音通信更大的带宽。有多种可以来提供这样带宽的不同方式。例如，可以增加BTS和移动设备的功率电平。然而，这可能会产生健康问题。另一种提供带宽的方式是将移动设备靠近BTS以便现有的功率可以在更小的区域内使用。对于广阔的区域覆盖来说，由于该方法需要增加额外的小区来填充由较小的小区所留下的覆盖区域内的缝隙，因此这种方法是昂贵的。
另一种方法是添加“转发器”，这种转发器可以从BTS接收射频(RF)信号并在发送所述信号到移动设备之前对其进行放大。转发器也可以在发射来自于移动设备的信号到BTS之前将该信号放大，以便移动设备可以使用更小的功率。转发器的放大量或“增益”影响转发器的效率。如果所述增益被设定的太低，那么转发器就不能覆盖尽可能多的区域并因此而不会产生效果。如果所述增益被设置的太高，那么转发器就会产生噪声并发射该噪声到BTS。如果所述噪声达到一定的电平，那么所述噪声就会淹没正被所述BTS从其他不使用转发器的移动设备接收的信号，这就降低了所述BTS服务小区的有效尺寸。
因此，必须设定转发器的增益以便其能够提供有效的覆盖范围而且不会产生太多的噪声。目前，每个转发器的增益是由技术人员来设定。由于转发器主要是用于专用的应用，这并不困难。然而，由于在电信系统中需要更高带宽，因此，当转发器被较大数量的使用时，手动优化每个转发器的增益将变得昂贵和耗时。
因此，需要一种在电信网络中用来自动设定RF转发器增益的系统和方法。
发明内容
根据本发明，提供了一种在转发器中自动调整第一增益和第二增益的方法，所述转发器运行来通过与所述第一增益相关的下行链路信道和与所述第二增益相关的上行链路信道来在电信系统中与收发信机进行通信，所述方法包括：通过所述下行链路信道从所述收发信机接收信号；抽样所接收到的信号来获取功率电平；将抽样得到的功率电平与参考功率电平进行比较来确定抽样得到的功率电平是否落入所述参考功率电平的预定范围内；如果抽样得到的功率电平没有落入所述预定范围内，则相应地调整所述第一增益以便所述抽样得到的功率电平处于所述预定范围之内；和调整所述第二增益以便所述第二增益处于所述第一增益的预定范围内。
根据本发明，提供了一种在电信网络中使用的自配置转发器，所述转发器运行来通过下行链路信道从基站接收数据并通过上行链路信道向所述基站发送数据，所述转发器包括：第一放大器链，其运行来将第一增益应用于通过所述下行链路信道接收的第一信号；第二放大器链，其运行来将第二增益应用于通过所述上行链路信道发送的第二信号；和可以接入所述第一和第二放大器链的比较器，所述比较器运行来比较所述第一信号的功率电平和参考功率电平，调整所述第一增益以便所述第一信号的功率电平落入所述参考功率电平的预定范围内，并调整所述第二增益等于所述第一增益。
在一个实施例中，提供了一种在电信系统中用来自动配置转发器的第一和第二增益的方法。所述电信系统利用所述转发器来通过与所述第一增益相关联的下行链路信道从收发信机接收数据并通过与所述第二增益相关联的上行链路信道来发送数据到所述收发信机。所述方法抽样所述下行链路信道的功率电平并将抽样得到的功率电平与参考功率电平进行比较。调整所述第一增益以便抽样得到的功率电平处于所述参考功率电平的一个预定范围内并接着调整所述第二增益与所述第一增益相等。这就能够自动获得在所述转发器的覆盖区域和与所述上行链路信道相关联的噪声电平之间的平衡。
附图说明
在观看了下面结合附图对本公开具体实施例的描述之后，本发明的其它方面和特征对本领域的普通熟练技术人员来说将变得显而易见。
图1是用来在转发器中自配置下行链路信道和上行链路信道的增益电平的方法的流程图。
图2是典型电信网络的示意图，其中应用了转发器的自配置。
图3是可以在图2的网络中使用来执行图1的方法的典型转发器的框图。
图4是更具体地说明图1的方法的流程图。
图5是说明发生在图4方法中的平衡处理的流程图。
具体实施方式
本发明一般地涉及通信系统，并尤其是，涉及一种自配置RF转发器。然而，应该明白，下面的公开提供了许多不同的实施例或例子。下面所描述的元件或配置的具体例子是为了简化本公开。当然，仅仅作为例子而已，并不是为了限定的目的。此外，本公开重复在所述的各个例子中参考数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，并不表示在所讨论的各个实施例和/或配置之间的存在关系。
参考图1，在一个实施例中，方法10在电信系统中运行以自动调整射频(RF)转发器的增益。正如后面将使用具体例子更加具体描述的，所述转发器可以在下行链路信道上从基站收发信台(BTS)接收信号，如果需要的话，改变所述信号的增益，并发送所述信号到移动设备。同样地，所述转发器从所述移动设备接收信号，如果需要的话，改变所述信号的增益，并在上行链路信道上发送所述信号到BTS。
所述转发器的增益可以在所需最小信号强度和所需最大噪声电平之间找到平衡。例如，所述最小信号强度可以保证所述转发器提供的信号足够强来覆盖所需区域。由于增加增益使得所述转发器放大其自身的噪声并将所述噪声发送回所述BTS，因此，当所述增益被增加时，所述最大所需噪声电平必须保证由所述转发器所产生的噪声不会负面地影响所述BTS。
在步骤12，所述转发器抽样在下行链路信道上从所述BTS接收到的信号的强度(例如，信号功率电平)。在步骤14，将所述抽样功率电平(Ps)与参考功率电平(PREF)进行比较。基于所述比较，在步骤16确定Ps是否处于PREF的预定范围内。如果是，方法10返回到步骤12进行另一次抽样。如果不是，在步骤18改变所述下行链路增益以便Ps处于所述预定范围之内。例如，如果Ps太强，所述转发器降低下行链路增益(例如，衰减下行链路信号)。如果Ps太弱，所述转发器增加下行链路增益(例如，放大下行链路信号)。一旦所述增益被调整，在步骤18，所述转发器就对所述上行链路信道应用相同的增益量并返回到步骤12来抽取另一个样值。因此，所述转发器的增益被调整适应于BTS的信号强度，并在最小化所述BTS的上行链路噪声的同时最大化所述转发器的覆盖区域。
现在参考图2，在另一个实施例中，电信网络30示出了实施参考图1所描述方法的系统。网络30包括多个小区32a、32b，为了清楚的目的，都是全向小区(例如，非扇区化的)。一般地，如果小区不是全向小区，那么所述小区可以包括多于一个的扇区。例如，三扇区的小区包括三个扇区。提供给每个小区32a、32b的服务质量可以根据环境条件、业务量、结构、和相似因子来变化。因此，在每个小区32a、32b中的某些区域可能接收到低劣的服务，或者在极端的条件下，没有服务(例如，覆盖“盲区”)。
在本例子中，网络30是无线网络，并可以被连接到其它无线和/或有线网络，例如，公共交换电话网(PSTN)34。在网络30中的每个小区32a、32b分别包括BTS 36a、36b，每一个被连接到基站控制器(BSC)38。移动交换中心(MSC)40可以被用来连接网络30和其它诸如PSTN 34的网络。
网络30能够使至少一个移动设备42经过与小区32a相关联的BTS 36a建立与另一个通信设备44的通信会话，其中所述移动设备42位于所述小区32a中。例如，由所述移动设备42发出的建立语音通信会话的请求可以被MSC 40指向(1)在所述MSC40中注册的第二移动设备44并且在所述BTS 36a、36b中的其中一个的范围内，(2)语音终端46被连接到PSTN 34，或(3)，语音终端(没有示出)被在别处连接到电信网络30。如果所述通信会话是一个数据传输会话，那么所述请求可以通过网络30连接所述移动设备42到计算机或其它数据设备。
小区32a、32b重叠覆盖，以便所述移动终端42可以在维持通信会话的同时从一个小区移动到另一个小区(例如，从小区32a移动到小区32b)。在“切换”区域48(例如，小区32a、32b重叠覆盖的地方)，移动设备42既可以由BTS 36a来提供服务也可以由BTS 36b来提供服务。
每个BTS 36a、36b通过下行链路信道向各自的移动设备42、44发送数据并通过上行链路信道从所述移动设备接收数据。每个BTS36a、36b在所述下行链路信道上发射一个固定功率信号(“导频”信号)。由每个BTS 36a、36b发射的导频信号可以被移动设备42、44使用来确定每个BTS36a、36b的相关信号强度。
每个BTS 36a、36b也可以分别发射功率控制信息到移动设备42、44。所述功率控制信息有助于使用创建的通信会话的质量来平衡资源的使用。例如，如果所述通信会话的质量低劣，那么所述BTS就发送一个指示所述移动设备应该增加其输出功率的信号到所述移动设备。这就可以通过增加在所述BTS的信号强度来提高所述通信会话的质量，但这会更快地消耗所述移动设备的电源(假设所述移动设备是由电池或其它有限的电源供电的)。
如果所述通信会话的信号电平太高，那么所述BTS就向所述移动设备发送一个指示所述移动设备应该降低其输出功率的信号。这样就可以降低所述通信会话的质量，但该降低是不会被注意到的。例如，如果百分之二的帧刷新率(例如，百分之二的所述通信会话语音帧丢失)是可接受的，那么所述BTS可以控制所述移动设备的输出功率以便接近百分之二的帧丢失。这就在节省了功率的同时提供了可接受的通信会话服务质量。
为了延伸所述小区32a，32b的覆盖范围或为了填充覆盖盲区，可以在所述小区32a，32b内安置转发器50a、50b，并分别与“施主”BTS36a、36b相关联。在本实施例中，BTS 36a、36b的运行可以不考虑转发器50a、50b的存在(例如，BTS36a、36b不“知道”转发器50a、50b)。正如前面所述的，转发器50a、50b运行来在下行链路信道上从所关联的BTS 36a、36b接收信号，改变所述信号(例如，放大或衰减所述信号)，并发送所述信号到移动设备。同样地，转发器50a、50b也可以从移动设备接收信号，改变所述信号，并通过上行链路信道发送所述信号到BTS36a、36b。当运行时，每个转发器50a、50b可以分别具有一个覆盖范围52a、52b。因此，无需改变所述BTS36a、36b的性态，转发器50a、50b就可以在覆盖范围52a、52b内为移动设备提供电信服务。
现在参考图3，在另一个实施例中，转发器60包括第一天线62、第二天线64、下行链路放大器链66、上行链路放大器链68、第一开关70、第二开关72、和一个比较器74。所述下行链路放大器链66包括放大器76、可变衰减器78、和测试点80。所述上行链路放大器链68包括放大器82和可变衰减器84。两个双工器86、88分别被用来分离在所述第一和第二天线62、64上的下行链路和上行链路信号。应该明白，如果需要的话，某些元件可以被组合或改变。例如，所述双工器86、88可以被包括在所述放大器链66、68中。而且，所述放大器76、82可以是可变的。
在本例中，所述转发器60包括平衡所述下行链路放大器链66的增益G1和所述上行链路放大器链68的增益G2的增益平衡器90。由于所述下行链路和上行链路信道可以使用不同的频率，所述增益平衡器90可以使用下行链路转换器92和上行链路转换器94来转换其中一个用来比较的频率。
在运行时，为了使转发器60能够平衡下行链路增益G1和上行链路增益G2，需要使用一个初始化处理过程来保证所述初始增益近似相等。为了达到相等，所述增益平衡器90可以在所述下行链路信道的频率上发出一个低的信号。如箭头95所指示的，所述信号被同时发送到下行链路放大器链66(下行链路初始化信号)和上行链路放大器链68(上行链路初始化信号)。由于上行链路信道使用了与下行链路信道不同的频率，因此，去向上行链路放大器链68的上行链路初始化信号首先通过下行链路转换器92，其将所述上行链路初始化信号从所述下行链路频率转换为上行链路频率。
所述下行链路和上行链路初始化信号在到达开关70、72之前分别通过所述放大器链66、68。开关70、72防止所述下行链路和上行链路初始化信号到达天线62、64，并相反地，如箭头96、97所指示的，将所述信号转移回到增益平衡器90。在到达增益平衡器90之前，所述上行链路初始化信号通过所述上行链路变换器94，其将所述信号从所述上行链路频率转换为下行链路频率。
接着，增益平衡器90可以比较所述下行链路和上行链路初始化信号。如果所述信号没有得到平衡(例如，它们的功率电平没有落入所需的范围之内)，那么增益平衡器90可以改变下行链路和上行链路放大器链66、68的增益G1和/或G2(箭头98所指示的)来平衡所述下行链路和上行链路初始化信号。在所述增益被改变之后，所述初始化过程继续比较下行链路和上行链路初始化信号。该过程可以一直持续到在所述下行链路和上行链路初始化信号之间获得所需的平衡为止。可以在所需间隔，或者根据某些其它规定的标准来给转发器60加电时，执行该平衡过程。
在所述初始化过程完成之后，天线62可以通过下行链路信道从BTS接收多个信号。所述信号被双工器86转向下行链路放大器链66。如前面所述的，其中一个下行链路信号可以是导频信号，该导频信号是由移动设备用来确定基站的相对信号强度的恒定功率信号。
所述导频信号通过所述放大链(在此信号强度被调整)并到达测试点70。测试点70抽样所述导频信号强度并将抽样Ps传给比较器74，比较器74将Ps与参考功率电平PREF进行比较。所述比较过程将在后面参考图4来更具体地进行描述，并为了清楚的目的在讨论图3时将对此进行概括描述。
比较器74可以改变在下行链路放大器链66中的增益G1来将Ps置于某一极限之内(如箭头99所示的)。例如，比较器74可以改变可变衰减器78的设置。一旦下行链路放大器链66的增益G1被调整以至于Ps达到所需的范围，比较器74就将增益G1应用到上行链路放大器链68(例如，G2被设置为与G1相等)。因此，可以基于可接受的上行链路信道噪声电平来选择PREF。
接着，当其它的下行链路信道信号通过下行链路放大器链路66并被赋予相关增益G1时，根据所述功率信号对其进行衡量(scale)。例如，如果所述BTS以两瓦的功率来发射导频信号，以100-1000毫瓦(mW)的功率来发射业务(例如，数据)信号，那么接近200mW的参考信号将导致转发器发射接近200mW的导频信号和1-100mW的业务信号。
现在参考图4，在另一个实施例中，方法100运行来适应性地调整转发器中的下行链路和上行链路放大器链的增益G1和G2，例如在图3的转发器60中。所述方法以初始化步骤102开始，该步骤将参考图5具体描述。在步骤104，从下行链路信道中抽取导频信号的功率电平抽样Ps。在步骤106，Ps与预定参考功率电平PREF进行比较。为了示例的目的，Ps处于最大值PREF＊1.25和最小值PREF＊0.8的范围内。此外，可以建立最小增益电平GMIN和最大增益电平GMAX。例如，GMIN表示在不损坏转发器60情况下的最高可能衰减电平。同样地，GMAX表示在不损坏转发器60的情况下可放大的最高电平。应该明白GMIN和GMAX可以根据特定的转发器结构来变化并可以表示低于实际规定的转发器60的最大限制的“安全”电平。
如果在步骤106确定Ps＞(PREF＊1.25)并且当前增益G1处于GMIN和GMAX之间，那么就说明Ps太高。这表示从转发器到施主BTS的上行链路噪声比所需的高，并且对所述BTS的性能产生不利的影响。因此，方法100继续到步骤108，在这里G1和G2都乘以0.8(例如，所述下行链路放大器链的增益G1被减少并接着对所述上行链路放大器链的增益G2作出相同的减少)。接着，方法100继续到步骤114，在获取另一个抽样Ps之前在此等待预定的时间量(例如，200ms)。
如果在步骤106确定Ps不大于(PREF＊1.25)或者当前增益G1没有处于GMIN和GMAX之间，那么就表明Ps不是太高。接着，方法100继续到步骤110，在此，确定是否Ps＜(PREF＊0.8)并且当前增益G1是否处于GMIN和GMAX之间。如果是，那么Ps就太低，这表明转发器没有服务足够大的覆盖范围。因此，方法100继续到步骤112，在此，G1和G2都乘以1.25(例如，下行链路放大器链的增益G1被增加并接着对上行链路放大器链的增益G2作出同样的增加)。接着，方法100继续到步骤114，在获取另一个抽样Ps之前，在此等待一个预定时间量(例如，200ms)。
如果在步骤110确定Ps不小于(PREF＊0.8)或者当前增益G1没有处于GMIN和GMAX之间，那么Ps就不是太低。接着，方法100继续进行到步骤114并在返回到步骤104进行另一次抽样之前等待预定时间量。
因此，所述转发器可以通过增加增益G1和G2直到在覆盖范围和噪声之间达到所需的平衡来配置其自身。在该方式中，可以利用在所述BTS的导频功率和上行链路噪声电平之间的关系来自配置所述转发器。
现在参考图5，在图4的步骤102中的初始化过程期间执行方法120。方法120在步骤122开始产生测试信号，所述测试信号被传递到下行链路和上行链路放大器链。由于在所述放大器链中的频率不同，因此可以在步骤124中确定所述信号是否需要在被传递到一个或两个放大器链之前进行转换。如果是，所述信号在被由步骤128发送到放大器链之前在步骤126被转换。
在步骤130，通过确定所述信号功率电平的不同来比较所述上行链路和下行链路放大器链的增益。如果所述信号如在步骤132中所确定的那样落入相对于彼此所需范围之内(例如，如果所述信号在强度上相对相等)，那么方法120结束。然而，如果所述信号没有落入所需范围内，那么在步骤134调整所述放大器链增益中的一个或两个，然后方法120返回到步骤122。
虽然前面的说明显示和描述了一个或多个实施例，但本领域熟练技术人员应该明白，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以在形式和细节上对其作出各种变化。

Claims (17)

1. 一种在转发器中自动调整第一增益和第二增益的方法，所述转发器运行来通过与所述第一增益相关的下行链路信道和与所述第二增益相关的上行链路信道来在电信系统中与收发信机进行通信，所述方法包括：
通过所述下行链路信道从所述收发信机接收信号；
抽样所接收到的信号来获取功率电平；
将抽样得到的功率电平与参考功率电平进行比较来确定抽样得到的功率电平是否落入所述参考功率电平的预定范围内；
如果抽样得到的功率电平没有落入所述预定范围内，则相应地调整所述第一增益以便所述抽样得到的功率电平处于所述预定范围之内；和
调整所述第二增益以便所述第二增益处于所述第一增益的预定范围内。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述参考功率电平来控制与所述上行链路信道相关的噪声电平。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述抽样得到的功率电平是导频信号的功率电平。
4. 如权利要求3所述的方法，进一步包括在抽样所接收到的导频信号之前解调所述导频信号。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在通过所述下行链路信道从所述收发信机接收信号之前，将初始下行链路信道增益和初始上行链路信道增益进行比较；和
改变所述初始下行链路信道增益和初始上行链路信道增益中的至少一个，以便所述初始下行链路信道增益和初始上行链路信道增益落入相对于另一个的预定范围内。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述下行链路信道使用第一频率而所述上行链路信道使用第二频率。
7. 如权利要求6所述的方法，进一步包括将初始信号从所述第一频率转换成第二频率或者从第二频率转换成第一频率以便能比较所述初始下行链路信道增益和初始上行链路信道增益。
8. 如权利要求1所述的方法，进一步包括将第一增益应用到所述下行链路信道上的多个其它信号上。
9. 如权利要求1所述的方法，进一步包括定义与所述第一增益相关的上限和下限，以便如果所述第二增益处于上限和下限之内就认为所述第二增益等于所述第一增益。
10. 如权利要求1所述的方法，进一步包括选择参考功率电平以便与所述上行链路信道相关的噪声电平保持低于预定的最大噪声电平。
11. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在抽样所接收的信号之前平衡所述第一和第二增益。
12. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在调整第一增益之前，将所述第一增益与最大增益和最小增益进行比较，其中所述最大和最小增益分别定义了所述转发器设备限制的上限和下限。
13. 如权利要求1所述的方法，其中选择所述参考功率电平来优化所述转发器的最大覆盖范围而不降低所述收发信机的覆盖范围。
14. 一种在电信网络中使用的自配置转发器，所述转发器运行来通过下行链路信道从基站接收数据并通过上行链路信道向所述基站发送数据，所述转发器包括：
第一放大器链，其运行来将第一增益应用于通过所述下行链路信道接收的第一信号；
第二放大器链，其运行来将第二增益应用于通过所述上行链路信道发送的第二信号；和
可以接入所述第一和第二放大器链的比较器，所述比较器运行来比较所述第一信号的功率电平和参考功率电平，调整所述第一增益以便所述第一信号的功率电平落入所述参考功率电平的预定范围内，并调整所述第二增益等于所述第一增益。
15. 如权利要求14所述的转发器，进一步包括增益平衡器，所述增益平衡器运行来均衡所述第一和第二增益。
16. 如权利要求15所述的转发器，进一步包括：
第一和第二天线；
置于所述第一放大器链和所述第一天线之间的第一开关；和
置于所述第二放大器链和所述第二天线之间的第二开关，所述第一和第二开关运行来阻止通过所述第一和第二天线发射所述增益平衡器产生的平衡信号。
17. 如权利要求14所述的转发器，其中所述第一放大器链至少包括第一放大器，第一衰减器，和测试点，并且其中所述第二放大器链至少包括第二放大器和第二衰减器。
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