CN101447803A

CN101447803A - 一种eoc系统终端接收机信号强度估测方法

Info

Publication number: CN101447803A
Application number: CNA2007101781520A
Authority: CN
Inventors: 郑静; 吴南健; 寿国梁
Original assignee: BEIJING LHWT MICROELECTRONICS Inc
Current assignee: BEIJING LHWT MICROELECTRONICS Inc
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: CN101447803B

Abstract

本发明公开了一种操作简便、准确度较高的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，首先采集全部不同增益时接收机所接收的局端广播信标帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI_average；然后将RSSI_average转换为以dBm为单位；然后根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n－1+…+a_nx+a_n+1确定终端接收机信号强度RX_POWER，系数a_n根据Matlab工具的[a，S]＝ polyfit(x，y，n)函数确定。本发明方法直接嵌入EOC终端设备相关软件和设备中，不需要专业的接收信号强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。

Description

一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，尤其涉及一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法。

背景技术

HFC(Hybrid Fiber Coaxial)网络是采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后100M”采用同轴电缆。有线电视网络就是一个最典型的HFC网，它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目。但由于是针对模拟电视节目的广播传输，传统的HFC网络并不具备上行回传通道，为满足开展数字电视点播和高带宽宽带接入等业务的需求，就必须对原有的网络进行双向化改造。全国有线电视网络用户已达1亿多户，存在着大量的HFC网络资源，如何有效地利用现有网络，保护原有投资，避免重新敷设光缆来进行有线电视网络的双向改造是摆在广电网络运营商面前的一个重要课题。

EOC(Ethernet over Coax)是在同轴传输以太网数据的最终解决方案之一，把有线电视信号的下行传输和IP数据双向传输有机地结合在一起，用同一根电缆送入用户，既有大容量清晰的图像，又有双向独享的宽带数据接入。EOC方案使用原有同轴资源解决最后100M接入问题，避免庞大的双线入户改造工程，在不影响原有下行广播电视信号的情况下，提供数据上下行传输功能。

目前，EOC的一种双向接入技术WiFi over Coax是以无线局域网WLAN(Wireless LocalArea Network)技术为基础，采用变频解决方案将工作频率从2.4GHz下变频到1GHz左右的频段，使无线电信号适合于HFC网络传输。

当骨干的以太网光纤网络和同轴电缆的电视网络信号到达小区或楼宇后，EOC局端设备接收以太网信号，并把它混合到870～1500MHz频段后叠加到有线电视信号(50～860MHz)上，然后通过同轴电缆将以太网信号和有线电视信号传输到每个用户家庭。每个用户在有线电视插头上接入EOC终端设备，就可以将电视信号和以太网信号分离，这样就实现了有线电视HFC网络双向接入。

在对运用EOC终端设备的有线电视HFC网络的施工、局端终端设备安装和维护过程中，运维人员需要了解EOC局端到终端的信号损耗，以确定网络布局，保证网络信号的有效传输和接收。因此，较为精确地指示接收机信号强度在EOC网络应用中具有重要的意义。

接收机RSSI(Received Signal Strength Indicator)通常与实际接收信号强度存在差异。

目前，运维人员多采用专业的具有接收信号强度显示功能的测试仪器仪表，仪器仪表体积大携带难，增加了网络建设维护难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中专业的接收机接收信号强度测试仪器仪表体积大携带难的缺陷提出一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法，该方法操作简便，且具有较高准确度。

为解决上述技术问题，本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法包括如下步骤：

将接收机在一定接收增益范围内设置增益值，采集全部不同增益时接收机所接收的局端广播信标(Beacon)帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI_average；

根据RSSI_dBm＝20lg(RSSI_average/256)将该Beacon帧的接收信号强度RSSI的平均值RSSI_average转换为以dBm为单位；

根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1确定终端接收机信号能量RX_POWER(dBm)，系数a_n根据Matlab工具的[a，S]＝polyfit(x，y，n)函数确定；x，y是长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI_dBm为元素的等长数组，y是以RX_POWER为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供polyval函数使用的构架数组，当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组{a₁，a₂，…，a_n+1}。

最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1中n的取值根据拟合良好度Q与0.5是否接近来确定，若拟合良好度Q与0.5接近则认为取值适当，其中Q＝1-P(X²<(N-n-1))，X²是最小二乘量，N是原数据长度，n+1是多项式系数的数目。

采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为：首先扫描局端设备，根据接收机在一定增益范围内的增益值设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小依次排列建立RSSI数组，设共接收Sampling_num包。

本发明对接收机的增益值设置是在从低到高的各个增益段均匀设置的。

在进行所述采集局端Beacon帧的接收信号强度的步骤时，对RSSI取极端值0、0xff和信号过强弱区间的值予以舍弃；应取RSSI的中间段值[RSSI_low，RSSI_hi]参与拟合，该区间取值应保证接收机在一定接收增益范围内设置的各个增益值对应的接收灵敏度范围连续并存在部分重叠。

本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法可以直接嵌入EOC终端设备相关软件和设备中，不需要专业的接收强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。

附图说明

图1是本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法的流程图；

图2是接收增益设值为AH2时RSSI一阶拟合与实测接收信号强度数据的对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法的流程图。由于EOC局端发射机采用固定时隙和低速率模式(一般为802.11b 1M模式)发送广播信标(Beacon)帧，帧功率和速率较稳定，因此本方法以终端接收机所接收的局端Beacon帧的接收信号强度RSSI作为基本依据。

利用自动增益控制原理，假设终端接收机存在高低两个接收增益段，将接收机在从低到高的增益段均匀设置AL1、AL2、AL3、AH1、AH2和AH3这样6个增益值，其中AL1至AL3在低增益段，AH1至AH3在高增益段。如接收机存在多个增益段，可在每个增益段均匀选取增益值，方法类同，目的为保证接收机在接收灵敏度范围内全面采集来自局端发射机的信号。

通过实测，根据全部6个不同增益时，接收机所取得的Beacon帧信号强度的平均值RSSI_average与实际接收信号强度RX_POWER形成对应关系。由于一般实测的接收信号强度以dBm为单位，需要将RSSI_average通过换算公式RSSI_dBm＝20lg(RSSI_average/256)转换以dBm为单位的功率值。

利用最小二乘多项式曲线拟合的方法，对RSSI建立形如y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1的n阶多项式模型，实现RSSI与实测RX_POWER的逼近。

可利用Matlab工具的[a，S]＝polyfit(x，y，n)函数确定n阶拟合多项式的系数。x，y是长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI_dBm为元素的等长数组，y是以RX_POWER为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供polyval函数使用的构架数组。当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组{a₁，a₂，…，a_n+1}。

可以利用Matlab工具的[ye，delta]＝polyval(a，x，S)函数取得原数据y拟合后的估计量ye，通过作对比曲线进行比较验证。Polyval函数返回原(自变量)数据x的形如ye＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1的n阶多项式估值ye。其中，参数x是原(自变量)数据，可以为数组或矩阵；参数a为长度为n+1的数组，该数组的元素是多项式递减幂排列的x的系数，可以通过polyfit算得；S是polyfit算得的构架数组，利用S可以计算离差delta，从而得到估值误差ye±delta。

由于RSSI取极端值0或0xff或取信号过强弱区间值时，可能反馈失真，应该舍弃。应取RSSI的中间段值[RSSI_low，RSSI_hi](一般为[0x23，0xd2])参与拟合，该区间取值应保证所述接收机在一定接收增益范围内设置的各个增益值所对应的接收灵敏度范围连续并存在部分重叠。

拟合阶数取一阶(n＝1)即可满足一般估值要求，拟合多项式系数为a₁，a₂。为保证计算精度，拟合多项式的阶数一般不超过5阶。具体的最优阶次可根据拟合良好度Q＝1-P(X²<(N-n-1))与0.5是否接近来确定，若该阶次的拟合良好度Q较其它阶次的Q值与0.5最为接近则认为阶次适当，式中X²是最小二乘量，N是原数据长度，(n+1)是多项式系数的数目。例如对在AH2增益设值下的测试数据做一阶多项式曲线拟合，拟合多项式系数a₁＝1.1862，a₂＝-41.7904，拟合良好度Q＝0.6946。

确定了拟合多项式的系数a后，进入计算接收机信号强度阶段。首先扫描局端设备，将接收增益从低到高依次设置，每设置一次，终端执行一次扫描操作。记录第一次扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小依次排列建立RSSI数组。假设共接收Sampling_num包，Sampling_num值可任意选取，最好为大于等于20的4的整数倍值。

以下2种情况需要重新收包或扫描网络：

①未能接收足量信号：

在当前增益设值下未能接收满Sampling_num包。如果增益设值为AH3，启动重新扫描；否则将增益扩大重新收包，例如当前为AL3，则设为AH1。

②强弱信号标志位为高

当RSSI处于极端值0的包数大于Sampling_num/4，说明此时收包能量过弱，取标志位Underflow_flag＝1；

当RSSI处于极端值0xff的包数大于Sampling_num/4，说明此时收包能量过强，取标志位Overflow_flag＝1；

当Underflow_flag＝Overflow_flag＝0，掐头去尾计算处于RSSI数组中间位置的Sampling_num/2数据均值RSSI_average，如果RSSI_average<RSSI_low，取Underflow_flag＝1；如果RSSI_average>RSSI_hi，取Overflow_flag＝1。

如果Underflow_flag＝1，增益设值为AH3，说明信号过弱并达到终端的最低接收灵敏度范围；否则将增益扩大重新收包，例如当前为AL3，则设为AH1。

如果Overflow_flag＝1，增益设值为AL1，说明信号过强并达到终端的最高接收灵敏度范围；否则将增益减小重新收包，例如当前为AL3，则设为AL2。

如果Underflow_flag＝Overflow_flag＝0，RSSI_average∈[RSSI_low，RSSI_hi]，则完成收包。将RSSI_average转换为以dBm为单位的RSSI_dBm，再利用拟合多项式系数a，通过最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1计算接收信号强度，当n＝1时，RX_POWER(dBm)＝a₁×RSSI_dBm+a₂。

本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法可以直接嵌入EOC终端设备相关软件和设备中，不需要专业的接收信号强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。由于终端收包迅速，在利用了前期的曲线拟合技术后，本估测方法在具体实施过程中的运算量小精度较高，所以利用本估测方法取得接收信号强度的耗时少准确度高，在EOC领域具有一定的应用价值。

Claims

1、一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于包括如下步骤：

首先将接收机在一定接收增益范围内设置增益值，采集全部不同增益时接收机所接收的局端Beacon帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI_average；

然后根据RSSI_dBm＝20lg(RSSI_average/256)将该Beacon帧的接收信号强度RSSI的平均值RSSI_average转换为以dBm为单位；

再根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1确定终端接收机信号强度RX_POWER(dBm)，系数a_n根据Matlab工具的[a，S]＝polyfit(x，y，n)函数确定；x，y是长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI_dBm为元素的等长数组，y是以RX_POWER为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供polyval函数使用的构架数组，当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组{a₁，a₂，…，a_n+1}。

2、根据权利要求1所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1中n的取值根据拟合良好度Q与0.5是否接近来确定，若拟合良好度Q与0.5接近则认为取值适当，其中Q＝1-P(X²<(N-n-1))，X²是最小二乘量，N是原数据长度，n+1是多项式系数的数目。

3、根据权利要求2所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：所述最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a₁xⁿ+a₂x^n-1+…+a_nx+a_n+1中n的取值为1，即终端接收机信号强度RX_POWER(dBm)＝a₁×RSSI_dBm+a₂。

4、根据权利要求1所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为：首先扫描局端设备，根据所述接收机在一定接收增益范围内的增益值设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小依次排列建立RSSI数组，设共接收Sampling_num包。

5、根据权利要求1所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述对增益值的设置是在从低到高的各个增益段均匀设置的。

6、根据权利要求5所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为：首先扫描局端设备，根据接收增益从低到高的设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小依次排列建立RSSI数组，设共接收Sampling_num包。

7、根据权利要求6所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：在进行所述采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的过程中，若在当前增益设值下未能接收满Sampling_num包，那么如果此时增益设值为最高值，则启动重新扫描，否则将增益扩大，重新收包；

当RSSI处于极端值0的包数大于Sampling_num/4，则取标志位Underflow_flag＝1；当RSSI处于极端值0xff的包数大于Sampling_num/4，则取标志位Overflow_flag＝1；当Underflow_flag＝Overflow_flag＝0，掐头去尾计算处于RSSI数组中间位置的Sampling_num/2数据均值RSSI_average，如果RSSI_average<RSSI_low，则取Underflow_flag＝1，如果RSSI_average>RSSI_hi，则取Overflow_flag＝1；当Underflow_flag＝1时，若此时增益设值为最高值，表明信号过弱并超出终端的最低接收灵敏度范围，否则将增益扩大，重新收包；当Overflow_flag＝1时，若此时增益设值为最低值，表明信号过强并超出终端的最高接收灵敏度范围，否则将增益减小，重新收包；

如果Underflow_flag＝Overflow_flag＝0，RSSI_average∈[RSSI_low，RSSI_hi]，则完成收包。

8、根据权利要求4或6所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：所述Sampling_num取大于等于20的4的整数倍值。

9、根据权利要求1至7中任一项所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：在进行所述采集局端Beacon帧的接收信号强度的步骤时，对RSSI取极端值0、0xff和信号过强弱区间的值予以舍弃；应取RSSI的中间段值[RSSI_low，RSSI_hi]参与拟合，该区间取值应保证所述接收机在一定接收增益范围内设置的各个增益值对应的接收灵敏度范围连续并存在部分重叠。

10、根据权利要求9所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于：所述参与拟合的接收信号强度RSSI的中间段值[RSSI_low，RSSI_hi]为[0x23，0xd2]。