CN101032102A - 用双向无线通信系统信道功率估计和衰减减轻互调干扰 - Google Patents

Abstract

一种用于在无线电小区站点(300)之间的切换过程中使互调制干扰保护最大的方法，包括：扫描多个无线电信道(302)，并且测量至少一个无线电信道的信号功率(307、315)。然后，基于测量信道的互调制(IM)干扰的检测，设定一个或多个接收机衰减器(313)。然后，基于IM干扰程度，缩放(311)衰减器。如果衰减器不能将该互调制干扰减轻至低于某个预定的水平，则改变无线电信道(321)，并且该过程再次开始，以确保同小区站点的高质量的通信。

Description

用双向无线通信系统信道功率估计和衰减减轻互调干扰

技术领域

本发明通常涉及移动辅助切换(MAHO)技术，并且更具体地，涉及使用步进衰减减轻干扰的MAHO。

背景技术

蜂窝和集群无线电通信系统在本领域中是公知的，并且当用户单元在预先定义的网络中的基站覆盖的地理区域中移动时，该系统工作用于提供无缝通信。用户站和基站单元常常使用多种类型的线性调制技术进行通信，这些技术典型地需要具有基本上高动态范围的接收机。若干类型的问题常常与使用该接收机有关，诸如互调制(IM)失真和阻塞。该类型的干扰可由使用公共服务频带的高功率无线电服务产生，其在建立基站和用户站之间的可靠的通信时可能引发问题。

如由现有技术的图1最佳看到的，典型的蜂窝网络100与多个目标基站101～106一同操作，这些基站联接到源基站107。当用户站无线电装置109行进通过诸如目标基站106的站点时，该站点工作，用于通过源基站107，协调切换到相邻的站点。在现有技术中已致力于解决与干扰和切换有关的问题，并且包括如下解决方案，诸如题为“Multi-Cell Communications System and Method for Allocating aCommunications Resource”(用于分配通信资源的多小区通信系统和方法)的美国专利No.6,266,530和题为“Hard Handoff and Radio System”(硬切换和无线电系统)的美国专利No.6,055,427，通过引用的方式将它们合并于此。

通常，存在两种方法，用于用户单元在小区站点之间的切换。一种方法是站点辅助方法，其中小区站点测量用户站发射信号的接收信号强度指示(RSSI)，以确定何时将用户站切换到相邻站点。第二切换策略是非辅助的，其中便携式用户单元典型地估计一个小区站点上的载波功率，并且当相邻站点的载波功率测量结果超过某个阈值条件时转移到另一站点。存在由小区站点或用户单元使用的许多不同算法，但是每个算法相似之处在于，在交换将要发生时算法向小区站点或用户单元做出指示。

对于用户单元中的接收机，可能出现的一个问题是，由强的带内干扰引起的互调制(IM)干扰导致了劣化的接收。这可能在很大程度上干扰了用户站接收可靠的通信的能力。尽管使用了多种方法减少关于接收机的IM干扰，但是这些方法常常需要接收机基于特定信道的接收机性能，搜索和选择可替换的小区站点。可替换地，小区系统可以取决于多次发射尝试，其中自给定的小区重复地发射相同的消息，直至实现接收。这两种技术通过增加冗余的消息传递，或者通过增加特定的小区站点的过度使用，在很大程度上降低了系统容量。因此，需要提供一种用于在不降低系统能力和容量的同时减轻IM干扰的方法。

发明内容

简言之，根据本发明，提供了一种方法，其确定何时实现步进衰减，同时用户单元不必获取与蜂窝站点的同步。由于IM增强的激活独立于适当的解调，因此该方法提供了对IM甚或阻塞的改善的“功能”免疫性。因此，IM和阻塞劣化将不会阻碍利用IM保护，同时不需要多个接收机确定干扰存在。而且，通过对相邻信道时隙中的操作环境的策略性推导，并且基于干扰分布以及信道参数选择操作信道，实现了增强的站点选择。

附图说明

在所附权利要求中阐述了确信为新颖的本发明的特征。通过参考下面的描述，结合附图，可以最佳地理解本发明及其进一步的目的和优点，其中数个图中，相似的参考数字指出了相似的元件，并且其中：

图1是说明了典型的蜂窝类型的无线电站点的现有技术的系统框图；

图2是示出了使用如本发明描述的干扰减轻方法时的小区站点的操作的无线电装置的框图；

图3是示出了根据本发明的优选实施例的步进衰减方法的流程图。

具体实施方式

尽管本申请文件以定义了被视为新颖的本发明的特征的权利要求为结论，但是可以确信，通过结合附图考虑下面的描述，可以更好地理解本发明，在附图中沿用了相似的参考数字。

根据本发明，提供了一种站点选择的方法，该方法着重于，使用集成的自动增益控制(AGC)技术使先验(a priori)的切换的IM性能和阻塞性能最大，进行手机的选择控制。目前，用户站和基站之间的切换技术集中于由集中式基站进行的系统参数管理。如图2所看到的，当用户站202行进通过蜂窝类型的网络200时，小区站点201、203、205之间的切换由通信资源分配器207控制。当用户站从一个小区站点移动到另一小区站点时，用户站接收机常常受到来自典型地操作于基本上高功率电平的相邻小区站点的干扰的影响，该相邻小区诸如小区站点209、211。这些相邻的小区站点常常操作于同用户站接收机不同的频带，并且这些频带可被用于不同的目的。典型地，作为集群中继器网络操作的基于陆地移动的、双向无线电系统可能接收到来自商用蜂窝电话载波或者其他的政府或公共安全双向无线电系统的IM干扰。

当互调制(IM)干扰确实成为问题时，根据本发明的解决方案使用步进衰减器最优地将IM干扰阻挡和/或减少到用户站202中的接收机不再难于承受的水平。如由图2中最佳看到的，IM干扰基于用户站同小区站点的接近程度影响用户站。例如，小区站点209、211说明了当接收机在其行进路径上移动时IM干扰将影响接收机的范围。当用户站202朝向小区站点203移动通过网络时，用户站接收机可能受到小区站点209、211的其中之一或两者影响。当这两个站点中的各个站点的IM干扰范围开始重叠时，可能出现较大程度的干扰。这可能引起用户站202的接收机处的许多问题，这是因为，该接收机必须区分来自两个IM干扰源的接收干扰和来自该接收机同小区站点203或沿其路径的其他站点的主通信。

在使用根据本发明的步进衰减器时，通过策略性地利用分布在接收机中的适当的衰减，可以在很大程度上减少用户站接收机中生成的IM干扰。该添加的衰减将使同信道接收信号功率以分贝为单位减小(dB to dB)；然而，不需要的干扰信号电平的减少将是较大的，导致了所需的信号干扰比的净增加。例如，如果干扰机制是二阶IM的结果，则衰减的1dB的增加将导致干扰功率的2dB的减少。对于三阶IM，对于所施加的每dB的衰减，存在干扰功率的3dB的减少。因此，在存在干扰信号的情况下接收到高于指定阈值的所需的同信道信号时，在接收机中引入的衰减使得干扰功率的减少高于相关联的所需信号的减少，导致了所需信号质量的净增加。这可以在很大程度上减小IM干扰使接收机操作劣化的地理范围，或者相反地，利用所述衰减可以在功能上增加存在干扰时的接收机有效范围。

例如，由图2，假设便携式无线电装置202操作于由小区站点201、203和205组成的蜂窝网络中，其中小区站点201、203和205覆盖由以所述发射机为中心的相关联的圆形指定的最小地理区域(独立于接收机衰减)，并且假设干扰源位于小区站点209和小区211处，则在标准接收机中由209和211生成IM干扰的区域分别由范围213和217标出。应当注意，对于标准接收机，圆形213和217的重叠区域与无线电装置202的行进路径相交，如图2所说明的；因此指出了，由于在处于所述区域213或217内部时的增加的干扰，无线电装置202将具有劣化的接收能力。然而，如果通过此处描述的优选实施例，在接收机中利用衰减，则取决于利用的衰减的水平，接收机的受IM影响的能力可被分别减少到范围215和216。取决于所选择的衰减的程度，这允许用户站202在横越行进路径的同时几乎没有来自相邻发射站点的干扰。

由于针对下一代陆地基移动双向无线电产品发展的新的协议使用线性调制技术保持最优的通信，因此典型地需要具有大的动态范围的线性接收机。因此，考虑到这些接收机要求，由公共服务频带中的高功率服务产生的IM失真和阻塞是显著的。本发明定义了一种用于在小区之间的切换过程中使IM和阻塞保护最大化的方法。在该过程中，在信道扫描进程期间，对新的信道进行准确的功率测量，并且在接收新的信道的第一个时隙之前，使用该结果预先设定衰减器。将衰减量缩放至测量的信号功率，提供最大的IM阻塞保护量，同时保持接收机的操作灵敏度。而且，可以基于当前利用的衰减器的数目，改变相邻信道的扫描速率。因此，随着站点交换概率的增加，对于较多干扰，可以选择较高的相邻信道扫描速率。

为了实现这一点，基于同信道(所需的)RF信号强度，选择RF衰减。基于RSSI的实时监控，按照允许范围，开关一系列衰减器(5、10、15、20等)。信号电平越高，允许的衰减就越多。基于可用灵敏度(即，对于1％BER 16QAM可调节高级调制(Scalable AdvancedModulation)是16dB)的调制SNR加上允许轻度衰落的某个预先定义的容限(典型地是5～10dB)，设定利用衰减的初始阈值。然后，随着所需的信号电平继续增加，在预先定义的区段中递增衰减，并且随着信号减小而移除衰减。本领域的技术人员应认识到，该衰减器配置可由具有不同值的单独的衰减器组成，或者可以利用一系列的具有3dB～5dB(或者某些其他的值)的相同值的衰减器组成，以便于产生目标总衰减。本发明的方法所提供的益处包括较快的切换以及改善的覆盖和容量。

现在参考图3，流程图示出了一种用于使用无线电设备的操作方法，该无线电设备并入了集成移动辅助切换和自动增益控制(AGC)装置，该装置使用相关的非同步的时间采样数据。本发明的方法使用非同步信号强度指示(SSI)数据，集成了的AGC控制和小区站点协议选择，该SSI数据可以提供信号质量估计(SQE)度量。根据本发明，通过对同步的或者非同步的同相或正交(I/Q)样本使用适当的算法，处理SSI数据，以生成功率估计。对于实现了同步的信道，使用基于嵌入在时隙中的同步和导频码元的功率测量，以确定非常准确的功率估计。对于非同步操作，使用I/Q信号的古典平方和(classic sum ofsquare)运算，由原始的SSI数据生成功率估计。使用这些关于同信道和相邻信道时隙的功率估计，推导近似的载波噪声比(CNR)和接收机经历的干扰环境。接合当前的AGC操作条件的先验知识，并且应用最佳适用于最优IM条件的AGC状态，对适当的AGC配置进行判定，并且在尝试解调所需的接收数据之前，判定所将使用的适当的同信道站点。

如由流程图中看到的，当首先激活双向用户通信设备时，软件中的本算法初始化301。典型地，其可以包括微处理器和/或数字信号处理器(DSP)，该微处理器和/或数字信号处理器(DSP)加载了允许用户站无线电装置在通信系统中操作的无线电系统软件。然后扫描301多个无线电信道，并且随后选择303时隙索引，该时隙索引能够使用户装置解释某一时间中一个或多个时隙上的传入数据。然后选择303时隙索引，该时隙索引能够使用户装置解释在时分多路复用(TDM)通信系统的某一时间中一个或多个时隙上的传入数据。这使得接收机能够取决于所选择的时隙索引，解释来自一个或多个小区站点的信息。然后选择305时隙类型，该时隙类型是同信道(on-channel)时隙或者相邻信道时隙。

一旦选择了同信道时隙，则在307中，使用硬件增益队列和DSP的基带信号摆动的组合，估计同信道信号功率(P_c)。使用估计的功率检测311IM干扰，并且确定用于IM减轻的硬件衰减器设定，并且协助小区站点选择。在优选实施例中，使用AGC值309，以通过干扰检测311来确定硬件衰减器设定313的值。因此，从用户无线电装置中的接收机天线到DSP的整体增益由干扰检测311和步进衰减器313确定。通过在用户无线电装置中的DSP内部使用简单的表查找实现的该功能，可以先验地确定这些值。切换算法中使用的AGC参数设定防止该值显著改变，即使是在最大衰落条件下。

对于相邻信道时隙类型，执行相似的过程，其中测量315相邻信道时隙功率(P_slot)。一旦确定了P_slot功率估计，则将其与同信道功率估计值P_c比较317。如果P_slot大于P_c，则由于步进衰减器功能313未能控制同信道干扰量，发生321站点变化。如果P_c保持大于P_slot，则该过程循环继续时隙类型确定305，并且对相邻信道和同信道值测量信道功率。

在本发明的优选实施例中，使用平方和公式(I²+Q²)，在一定的时间周期测量基带I/Q信号的功率。不同信道条件下的功率测量的置信区间将典型地处于90～95％的范围。由于误差量值与两次测量之后的测量数目的平方根成反比，因此每次测量可以使误差量值下降sqrt(2)～＝1.414＝1.5dB。该时隙时间足够允许13ms的测量周期，同时不会过度丢失数据。因此，对于初始IM减轻设定中的单个测量周期，可以实现近似7dB(99％)或5dB(95％)的置信区间。为了获得灵活性或者稳定状态的IM减轻，数次测量也是可行的。

本领域的技术人员应当认识到，基于RSSI测量的功率估计不能区别同信道信号和信道外干扰源。功率估计是落在模数(A-D)转换器通带中的信号条件的指示(同信道或者信道外)。因此，来自SSI的功率检测估计仅用于步进衰减器控制，以在尝试接收所需的同信道信号之前，加速接收机前端的配置，用于最优操作。由于功率估计不能区分所需功率电平和干扰功率电平，因此利用步进衰减器的阈值被设定为高的，即，高于A-D转换器的动态范围，其预先假设已利用了标准的“连续”AGC。

如果宽带功率估计指出高的射频(RF)功率电平，并且指出自主AGC控制器(AGC)已利用了足够的衰减(SSI的AGC比特活动性)，则用户装置可选择在接收机前端中利用固定电平的步进衰减器，以使抗IM和阻塞的能力最大。所利用的衰减量根据功率估计进行缩放，因此对给定的操作环境定制接收机的性能。如果功率估计准确性＜3dB，则可以使用小至3dB精度的步进衰减器，以通过使IM和阻塞贡献者最少，使可用的操作范围最大，同时不会显著地使接收机的操作灵敏度劣化。对于特别强的信号操作环境，其中检测的功率大于接收机的操作阻塞限制(即，-15dBm估计功率，其中接收机可能由于强的信号干扰源的存在而已经显著丧失灵敏度)，可以利用较大的衰减器(即，10dB至20dB)，同时不需要所需信号的绝对RF功率的先验知识。这全部均通过在不需要适当的解调和信号采集的情况下由SSI生成的功率估计实现，或者依赖于用于指出存在干扰源的多次重试，由已经并入到现有的AGC和站点选择策略中的技术实现。在同时采集之前，预先设定最优的步进衰减器电平，这样通过使重试以及可能导致“假的”信号完整性估计的灵敏度降低效果最小，实现了较快的接入和更加准确的站点选择度量。

对于新的蜂窝站点的选择，如本领域中公知的，移动无线电控制器(MRC)保持用于漫游操作的相邻信道的列表。MRC周期性地采样相邻信道以获得信号质量，并且基于测量的信号质量，对该相邻信道排序。可以对每个相邻信道获取多个样本(N_adj)，并且将该多个样本滤波以克服快速衰落。使用滤波的信号质量对相邻信道进行排序。在广播信道(BCCH)时隙上采样相邻信道，以使服务时隙上的数据丢失最小。因此，可以根据服务信道质量改变采样速率。通过改变在每个帧(帧周期)中获取的样本的数目，采样速率可以与服务信道信号质量成反比(服务信道质量越高，采样速率越低)。每个帧中的样本数目越高，则采样速率越高。以交织的方式在每个信道中获取多个样本，并且将其滤波，以对信道排序。可以在每个时隙中连续地采样服务信道，并且在固定数目的N_home个时隙后可以获得滤波的信号质量。在每个采样周期之后，将服务信道同排序最高的相邻信道比较，并且基于选择阈值判定漫游。

如此处提及的，当今的切换技术利用集中式基站来管理系统参数，而不考虑AGC和相关联的IM增强，并且与AGC和相关联的IM增强无关。本发明的站点选择方法着重于站点选择的手机控制，该站点选择使用集成的AGC技术，以使先验的关于切换的IM性能和阻塞性能最大。根据本发明的方法可以应用于小区站点选择的时隙协议(slottedprotocol)，该时隙协议包括但不限于，宽带和窄带线性调制实现方案，诸如地面集群无线电(TETRA)。本发明的AGC部分适用于任何基于数字信号处理(DSP)的无线电装置，其包括频率调制(FM)和Association of Public-Safety Communications Officials Project 25(公共安全通信协会的正式项目25)(APCO 25)。

总而言之，本发明的干扰减轻方法提供了数个优于现有技术的优点，包括：1)由于增强的AGC管理通过消除对适当的解调以及在进行判定之前的关于输入信号的同步的需要，减少了“重试”，因此实现了较快的系统接入；2)由于收发信机性能(IM和阻塞)在频谱拥挤的环境中扩展了有效RF覆盖，因此实现了改善的系统覆盖；和3)在生成站点改变请求并且随后衰减的峰值干扰方面，由于消除了对单一频带的冗余信道指配，因此增加了系统容量，允许连续的使用先前的信道。如本领域中公知的，站点信道改变将预先假定关于新的指配的AGC重新配置，该新的指配强迫放弃原始信道。

尽管说明和描述了本发明的优选实施例，但是显而易见，本发明不限于此。在不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以想到许多修改方案、改变方案、变化方案、替换方案和等效方案。

Claims (10)

1.一种用于在无线电小区站点之间的切换过程中使互调制干扰保护最大的方法，包括以下步骤：

扫描多个无线电信道；

测量所述扫描的无线电信道中的至少一个无线电信道的信号功率；

基于测量的无线电信道的互调制(IM)干扰的检测，预先设定接收机衰减器；

基于互调制干扰程度，缩放所述衰减；并且

如果所述衰减器未将所述互调制干扰减轻至低于预定的水平，则改变接收的信道。

2.如权利要求1所述的用于使互调制干扰保护最大的方法，进一步包括以下步骤：

基于当前利用的预先设定的衰减器的数目，改变相邻的无线电信道的扫描速率，用于减小交换到其他无线电小区站点的必要性。

3.如权利要求1所述的用于使互调制干扰保护最大的方法，其中测量信号功率的步骤包括以下步骤：

建立同信道和相邻信道的信号质量度量，该信号质量度量是基于嵌入在时隙中的同步和导频码元确定的。

4.一种用于使用双向无线电通信系统中的信道功率估计和衰减来减轻互调制干扰的方法，包括以下步骤：

自多个通信小区站点中的至少一个小区站点接收通信数据；

测量来自同信道和相邻信道的通信小区站点源的信道信号功率；

通过基于所述同信道信号功率缩放多个衰减器，减轻同信道互调制(IM)干扰；

基于所述减轻的同信道IM干扰，产生同信道和相邻信号质量度量；

比较所述同信道和相邻信道信号的所述质量度量；并且

如果所述相邻站点质量度量大于所述同信道质量度量，则改变到所述多个通信小区站点中的可替换的小区站点。

5.如权利要求4所述的用于减轻互调制干扰的方法，进一步包括以下步骤：

扫描来自所述多个通信小区站点的所述多个无线电信道。

6.如权利要求4所述的用于减轻互调制干扰的方法，进一步包括以下步骤：

基于当前利用的衰减器的数目，改变相邻的无线电信道的扫描速率，用于减小交换到其他无线电小区站点的必要性。

7.如权利要求4所述的用于减轻互调制干扰的方法，其中基于嵌入在时隙中的同步和导频码元，确定所述同信道和相邻信道的信号质量度量。

8.一种方法，用于利用来自多个无线电小区站点的通信信道功率估计，减轻通信接收机中的互调制(IM)干扰，所述方法包括以下步骤：

确定当前的自动增益控制(AGC)条件；

自同信道小区站点和相邻信道信号源接收信号强度指示(SSI)；

基于处理的SSI，生成所述同信道和相邻信道的信号接收质量度量；

基于所述接收质量度量，调节所述接收机的AGC；

将缩放的衰减应用到所述同信道信号，以便于改善所述信号质量度量；

将所述同信道信号的所述质量度量与信道外信号比较；并且

如果所述同信道质量度量下降到低于所述相邻信道质量度量，则移动到其他小区站点。

9.如权利要求8所述的利用通信信道功率估计的方法，其中，基于嵌入在时隙中的同步和导频码元，确定所述信号接收质量度量。

10.如权利要求8所述的用于减轻互调制干扰的方法，进一步包括以下步骤：

扫描来自所述多个通信小区站点的所述多个无线电信道。

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