CN101662318B - 一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法 - Google Patents

一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，接收终端通过检测寻呼消息中载波侦听帧的信号强度，得出接收信号的功率，根据接收信号功率调整接收终端的发射功率和接收增益，随后每隔M帧，测量M帧的平均接收信号功率，再次进行接收增益和发射功率的调整，直到通话结束或接收终端状态改变不再作为接收终端使用，以保证最大的通信距离和可靠的解码。

Description

一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及利用普通移动终端进行对讲通信中功率控制的方法。
背景技术
无线对讲机具有不需要网络支持，直接实现终端与终端之间进行通信的优点。同时随着无线通信网络的发展，移动终端已经成为日常生活中不可或缺的必须品，然而在某些特殊情况下，人们希望能利用移动终端实现终端之间的直接通信，但是没有网络的支持，这种需求就得不到满足。在地震灾害中，移动等通信网络被毁坏，在这种情况下，现在一般使用的是卫星电话或对讲机等专业设备，但这些设备一般普通人无法获得，造成被困人员无法求救，人们也无法形成有效的救援行动。与之相对应的是，在紧急情况下，普通人最可能拥有的通信工具是移动终端手机，但是由于移动网络的破坏，人们空有移动终端也不能进行求救，导致地震造成的伤害大大增加。但是如果被困的人员在网络无法支持的情况下，手上的移动终端能够与外界的移动终端直接进行对讲通信，那样会给救援人员带来多大的帮助，必将能使更多的人及时获救。
在很多场合需要对讲通信时，因为没有对讲机，只能通过移动终端一个一个拨号，进行单独的通信联系，不能进行广播通信。比如车队自驾游，往往需要配备对讲机，而车载台的配备受到无线管制的限制也不能随意配置，如果移动终端具有对讲功能，便可以很方便的进行必要的通信联系，又不会造成无线干扰。
现有技术中具有对讲机功能的移动终端，但是都是采用在原有移动终端的基础上增加对讲机功能模块实现对讲机功能，功耗比较大，实现成本也比较高。
另外美国专利申请号为09/096210的专利申请也提出了一种在DECT(欧规无线通信规范)中实现手机直接互通的方法，但是该方法只是实现两个终端之间的通信，并不能实现对讲机的广播通信。
因此一种直接利用现有移动终端实现对讲机功能的需求开始出现，在无信号和应急的情况下，进行移动终端间的直接通信。为了达到最远的通信距离，通常情况下，在进行直接通信时，发送终端采用最大的发射功率和最大的接收增益进行工作，然而接收终端通常有多个，距离远近也不同，为了保证最大的通信距离和可靠的解码，需要对发射功率和接收增益进行控制。
本发明的目的就是提供一种接收增益及发射功率控制的方法，用于GSM移动终端之间半双工对讲通信系统，保证最大的通信距离和可靠的解码。
发明内容
本发明提出一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，使得接收终端可以通过检测接收信号功率来调整发射功率和接收增益，保证最大的通信距离和可靠的解码。
在移动终端间建立半双工直接通信的过程中，通过如下步骤调整接收终端的发射功率和接收增益：
步骤1、接收终端收到发送终端发出的对讲寻呼消息，检测接收信号功率，调整接收增益；
步骤2、收发同步并建立通信，调整接收终端发射功率；
步骤3、每间隔M帧，计算接收到的M帧信号平均功率，其中M为间隔期间内接收终端接收到的信号帧数，M为大于1的整数；
步骤4、判断接收终端状态，若通话结束或接收终端不再作为接收终端使用，进行步骤5，否则重新调整接收增益和发射功率，返回步骤3；
步骤5、调整终止。
接收终端的接收增益通过下面的等式进行调整：
r_gain(n+1)＝r_gain(n)+rxtarget-r_level(n)；
其中r_gain(n+1)为第n次调整后的接收终端接收增益，r_gain(n)为第n-1次调整后的接收终端接收增益，r_gain(1)为接收终端初始接收增益，rxtarget为接收终端最佳接收信号功率，r_level(n)为第n次与第n-1次调整之间接收信号功率的平均值。
所述接收终端发射功率是通过下面的等式调整的：
r_power(n+1)＝rxtarget+L(n)-t_gain
其中r_power(n+1)为第n次调整后所述接收终端的发射功率，rxtarget为接收终端最佳接收信号功率，L(n)为第n-1次调整后无线电波传播损耗，t_gain为发送终端接收增益，n为大于0的整数。
L(n)通过下述等式进行计算：
L(n)＝t_power+r_gain(n)-r_level(n)
其中t_power为发送终端发射功率，r_gain(n)为第n-1次调整后接收终端接收增益，r_level(n)为第n次调整与第n-1次调整之间接收信号功率的平均值。
其中步骤1中是通过检测寻呼消息中的载波侦听帧来检测接收信号功率r_level(1)的，步骤3中接收信号功率r_level(n)为第n次调整与第n-1次调整之间接收信号功率的平均值。
所述移动终端为GSM终端。
通过上述调整，可以提高通话质量，降低功耗。
附图说明
图1是本发明寻呼消息帧结构图；
图2是本发明业务信道帧结构图；
图3是本发明流程图。
具体实施方式
发明人在另一个中国专利申请中提出了一种具有对讲机功能的移动终端，在现有GSM/CDMA移动终端中实现对讲机功能，不需要增加任何额外的硬件，就可以实现在现有移动终端的基础上进行对讲通信。在本发明中，提出了具有对讲功能的移动终端进行对讲通信过程中，接收终端进行接收增益及发射功率控制的方法，用于GSM移动终端之间半双工对讲通信系统，保证最大的通信距离和可靠的解码。
采用GSM为例来进行详细的阐述，对于其他制式的移动终端，具有类似的方法，不再详述。GSM系统有完备的网络和终端的同步、建立通信的方法，同时有完备的语音编码、语音传送、信令传送的方法。本发明完全沿用GSM的信号格式，使得两部GSM移动终端之间可以不通过网络而直接通信，从而可以进行直接对讲或直接数据通信，以及多部移动终端之间的对讲操作。
目前的GSM移动终端一般都支持850/900/1800/1900四频，如表1：
 
850mHz 900mHz 1800mHz 1900mHz
GSM终端发 824-849mHz 880-915mHz 1710-1785mHz 1850-1910mHz
GSM终端收 869-894mHz 925-960mHz 1805-1880mHz 1930-1990mHz
表1
从表1中我们可以看出880mHz-894mHz及1850-1880mHz是GSM终端既可以收又可以发的频段，本发明就利用这两个频段实现GSM移动终端之间直接通信，即在这个频段范围内，GSM手机本身的硬件已经支持，从而不需要增加任何硬件成本，就可以采用这些频段来进行收发对讲通信。
为了在GSM终端之间建立对讲通信机制，本发明提出了一种寻呼信息的帧结构，该寻呼消息使得收发双方能取得同步，同时加入寻址功能，使接收终端可以判断自己是否为被寻呼的目标终端。图1是可以实现本发明的寻呼消息的一个例子，图中0-220每个方块表示一个GSM信号帧，每帧有8个时隙。其中0号帧是用来进行载波侦听的帧，1，2号帧空闲，以用来进行载波侦听，判断是否可能是对讲的寻呼消息，接收终端首先进行一次能量探测，分析能量变化，如果发现有能量突发，则判断可能存在对讲寻呼消息，从而进行下一步操作。其中1，2号帧空闲有利于减少载波侦听错误的概率。
从3号帧开始到220号帧，其中双号帧带有同步突发序列，而单号帧带有频率校正序列。为了兼顾接通时间和电源消耗，这里选择了221帧的寻呼消息帧结构，如果定义的更长则接通时间就会更长，如果定义的短，则待机终端检测对讲寻呼更频繁，导致更耗电。同时由于GSM寻呼周期一般为102帧，定义本发明的寻呼消息帧结构有利于在收两次GSM寻呼后收一次对讲寻呼，使移动终端更省电。当然寻呼消息帧数可以根据需要自行设定，由于不影响实现，本发明选择了221帧的寻呼消息为例来进行说明，后面有关业务信道的定义，以及检测寻呼消息间隔的定义也是据此进行相应的定义，业内一般技术人员可以根据本发明自行设定以上参数。
同步突发中携带的信息包括：
Frame Number：帧号，用于双方帧同步。
Group ID：群组号，由用户在界面设定，当用户发起群组呼叫时，GroupID＝1，2，......，200；当用户发起广播呼叫时，Group ID＝0；当用户发起定0向呼叫时，Group ID＝255；Group ID＝201，202，......，253，254，预留。
Channel ID：信道指示，共有32个预制的业务信道(带跳频)，由发送方终端随机选择。
Cipher：加密指示，由发送方呼叫界面设定，0表示不加密，1表示加密。加密密钥，由通信双方事先商定并通过用户界面设定。
VD：语音数据指示，Voice or Data，Voice时为0，Data时为1。
以以上寻呼消息为例，待机终端在约定好的频率上每隔204帧接收寻呼消息，接收寻呼消息的方法就是GSM移动终端同步基站的方法，此处不开展详述。这里采用每隔204帧接收寻呼消息是因为GSM采用102帧搜一次网络寻呼，采用204帧便于实现。对于不同寻呼消息帧长度的定义，待机终端接收寻呼消息的间隔不同，只要保证间隔短于寻呼消息的持续时间即可，也就是说这里定义的204帧的间隔可以变化，只要保证间隔短于寻呼消息的持续时间，这样做的目的是保证寻呼消息能被待机终端收到。
待机终端除了正常的GSM工作之外，每204帧在控制信道上进行一次能量探测，分析能量变化，如果发现有能量变化，马上搜索同步突发，如果搜索到同步突发，并根据同步突发信息，进入接收状态或继续待机。
GSM终端之间建立通信的流程如下：
主呼终端选择对讲模式，设定所要呼叫的组号，按照定义的寻呼消息发出寻呼；
待机终端收到寻呼消息，根据同步信息内群组号判断自己是否为被寻呼的目标终端，如果是，则变为接收终端，否则继续待机；
主呼终端发出寻呼后变为发送终端，并按照自己选择的业务信道，上业务信道发送语音/数据；
接收终端根据寻呼消息中的业务信道指示，上业务信道接收语音/数据；
发送终端发送完毕，停止在业务信道上发送信号，接收终端发现没有信号，停止接收，双方均回到待机终端状态，等待下一次通信的建立。
本发明的业务信道定义如下，以下是跟上面寻呼消息匹配的业务信道的一个例子：
业务信道从221帧开始，为GSM26复帧结构，即寻呼结束就开始业务信道，如图2，其中：
T：Traffic Channel Frame，T帧，发端向收端传送语音或信令，N-NormalBurst。
B：Backward Signaling Frame，B帧，收端向发端回传信令，S-Synchronize Burst。
其中发送终端通过T帧向接收终端发送信令，接收终端通过B帧向发送终端回传信令。
由以上描述可知，本发明沿用GSM的信号格式，使得两部GSM移动终端之间可以不通过网络直接通信，从而可以进行直接对讲或直接数据通信。本发明不需要增加硬件设备，就可以实现GSM移动终端之间对讲通信功能。
然而通常情况下在进行对讲通信过程中，为了使通信距离达到最大，发送终端采用最大的发射功率和最大接收增益来进行工作。不失一般性，这里以下述GSM终端级别为例阐述，其他级别的GSM终端实现原理一样，只是发射功率和接收增益的级别不同：
发射功率：0dbm-33dbm。
接收增益：0dbm-70dbm。
即：发送终端发射功率t_power，最大值通常为33dbm；
发送终端接收增益t_gain，最大值通常为70dbm。
通常在进行对讲业务中，有多个接收终端，接收终端距离发送终端远近不一，因此每只接收终端只需要采用合适的发射功率和接收增益就可以实现与发送终端的对话。同时移动终端在进行对讲通信过程中距离在发生变化，需要不断的多次进行发射功率和接收增益控制，以保证可靠的解码。包括首次调整，2次调整，一直到n次调整，如图3所示，调整步骤如下：
接收终端收到发送终端发出的对讲寻呼消息，检测接收信号功率，调整接收增益；
收发同步并建立通信，调整接收终端发射功率；
每间隔M帧，计算接收到的M帧信号平均功率，其中M为间隔期间内接收终端接收到的信号帧数，M为大于1的整数；
判断接收终端状态，若通话结束或接收终端不再作为接收终端使用，进行下一步，否则重新调整接收增益和发射功率，返回上一步；
调整终止。
可见接收终端接收寻呼消息，进行载波侦听，测量接收信号功率为第一阶段，在此阶段接收终端接收增益为r_gain(1)，即接收增益初始值r_rain(1)为40dbm；通过载波侦听测得的接收信号功率为r_level(1)，接收终端发射功率为r_power(1)。
接收终端对接收增益和发射功率进行调整：
r_gain(2)＝r_gain(1)+rxtarget-r_level(1)
         ＝rxtarget-r_level(1)+40
r_power(2)＝rxtarget+L(1)-t_gain
接收终端通过调整后的r_gain(2)在控制信道上接收频率校正突发和同步突发，同步发送终端与接收终端并建立通信，并通过r_gain(2)接收业务信道信息。
其中移动终端解码器期望的最佳接收功率为rxtarget，每个移动终端因为采用的硬件不同略有差异，这个参数作为常数在计算中引用；
其中无线电波传播损耗L(1)＝t_power+r_gain(1)-r_level(1)，L(1)＝t_power+r_gain(1)-r_level(1)＝73-r_level(1)。
所以调整后的r_power(2)为：
r_power(2)＝rxtarget-r_level(1)+3
为了适应移动终端移动的需要，每间隔一定数量的帧M重新进行一次接收增益和发射功率的调整，通常M值太大和太小都无法有效协调距离变化导致的接收信号功率差异，本发明采用间隔为104帧，约0.5秒，当然采用其他间隔也可以，可以根据实际经验进行规划。即在第2次调整与第1次调整之间，间隔104帧，即第2阶段，接收终端采用第一次调整后的接收增益r_gain(2)和发射功率r_power(2)在第2阶段工作。同理类推，在第n+1次调整与第n次调整之间的第n+1阶段，接收终端采用第n次调整后的接收增益r_gain(n+1)和接收增益r_power(n+1)工作。与首次调整不同的是，r_level(n)为第n阶段接收到的信号功率平均值，第n次调整后接收终端接收增益r_gain(n+1)与发射功率r_power(n+1)分别表示如下：
r_gain(n+1)＝r_gain(n)+rxtarget-r_level(n)
r_power(n+1)＝rxtarget+L(n)-t_gain
            ＝rxtarget+L(n)-70
其中L(n)＝t_power+r_gain(n)-r_level(n)
        ＝r_gain(n)-r_level(n)+33
代入得：
r_pwoer(n+1)＝rxtarget+r_gain(n)-r_level(n)-37
当接收终端竞抢话权成功变为发话方，则调整结束，用最大接收增益和最大发射功率工作。或者当通话结束，接收终端则停止功率调整，返回初始设置。
通过上述调整，使接收终端有效地调整发射功率和接收增益，保证最大的通信距离和可靠的解码。

Claims (6)

1.一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，在移动终端间建立半双工直接通信的过程中，调整接收终端的发射功率和接收增益，其特征在于，所述功率控制方法包括步骤：
步骤1、接收终端收到发送终端发出的对讲寻呼消息，检测接收信号功率，调整接收增益；所述的接收终端的接收增益通过下面的等式进行调整：
r_gain(n＋1)=r_gain(n)+rxtarget-r_level(n)；
其中r_gain(n＋1)为第n次调整后的接收终端接收增益，r_gain(n)为第n-1次调整后的接收终端接收增益，rxtarget为接收终端最佳接收信号功率，r_level(n)为第n次与第n-1次调整之间接收信号功率的平均值，n为大于0的整数；
步骤2、收发同步并建立通信，调整接收终端发射功率；所述接收终端发射功率是通过下面的等式调整的：
r_power(n+1)=rxtarget+L(n)-t_gain；
其中r_power(n＋1)为第n次调整后所述接收终端的发射功率，rxtarget为接收终端最佳接收信号功率，L(n)为第n-1次调整后无线电波传播损耗，t_gain为发送终端接收增益；
步骤3、每间隔M帧，计算接收到的M帧信号平均功率，M为大于1的整数；
步骤4、判断接收终端状态，若通话结束或接收终端不再作为接收终端使用，进行步骤5，否则重新调整接收增益和发射功率，返回步骤3；
步骤5、调整终止。
2.如权利要求1所述一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，其特征在于，所述步骤1中是通过检测寻呼消息中的载波侦听帧来检测接收信号功率r_level(1)的。
3.如权利要求1所述一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，其特征在于，所述步骤3中计算接收到的M帧信号平均功率为r_level(n)。
4.如权利要求1所述的一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，其特征在于，所述的L(n)通过下述等式进行计算：
L(n)=t_power+r_gain(n)-r_level(n)
其中t_power为发送终端发射功率，r_gain(n)为第n-1次调整后接收终端接收增益，r_level(n)为第n次调整与第n-1次调整之间接收信号功率的平均值。
5.如权利要求1所述一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，其特征在于，所述发送终端采用最大发射功率和最大接收增益工作。
6.如权利要求1-5任一项所述一种移动终端之间对讲通信中功率控制的方法，其特征在于，所述移动终端为GSM终端。
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Effective date of registration: 20200601

Address after: 361012 unit 05, 8 / F, building D, Xiamen international shipping center, No.97 Xiangyu Road, Xiamen area, China (Fujian) free trade zone, Xiamen City, Fujian Province

Patentee after: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.

Address before: 201203 Zuchongzhi Road, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai 2288

Patentee before: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

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Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Assignor: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd.

Contract record no.: 2018990000163

Date of cancellation: 20210301

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Application publication date: 20100303

Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Assignor: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021110000010

Denomination of invention: A method of power control in intercom communication between mobile terminals

Granted publication date: 20121121

License type: Exclusive License

Record date: 20210317

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Effective date of registration: 20230717

Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech park, Spreadtrum Center Building 1, Lane 2288

Patentee after: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd.

Address before: 361012 unit 05, 8 / F, building D, Xiamen international shipping center, 97 Xiangyu Road, Xiamen area, China (Fujian) pilot Free Trade Zone, Xiamen City, Fujian Province

Patentee before: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd.

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