CN1134121C - 在无线电系统中控制发射功率 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在无线电系统中(优先地在无线电链路系统中)控制发射功率的方法。为了实现可以考虑各种影响无线电连接性能的现象并且在开始出现误码之前就可以对信号质量的降低作出响应的功率控制机制，在接收端监测伪误差，即在接近出现符号差错的决策瞬时。然后，当伪误差率低于预定阈值时降低发射功率，而当出现伪误差时增加发射功率，以满足预定判据。

Description

在无线电系统中控制发射功率

技术领域

本发明一般地涉及无线电系统。更具体地说，本发明涉及无线电系统中的自动发射功率控制。本发明主要应用于固定无线电链路中。

背景技术

在构建固定数字无线电链路连接过程中，连接被断开的可能性必需保持足够低。除了设备可靠性之外，此可能性依赖于在无线电路径中存在的影响无线电电波传播的现象。这些现象包括：

1.正常自由空间衰减；

2.随频率和时间缓慢改变的降雨引起的衰减；

3.由于大气折射指数发生变化或由于地面障碍物引起的反射，会将信号传播路径分成两个或更多个路线(多路径传播)，并且所述路线的相互作用会引起频率选择性衰减；以及

4.由其它无线电链路跳跃或其它设备对接收机的干扰。

因此，应该暂时增加发射机的发射功率，这样就不会因为单独的现象2和现象3或它们的组合引起的附加信号衰减而过度降低接收信号的质量。然而，高发射功率反而会增加对相邻信道的干扰和无线电跳跃。增加干扰现象4的这种影响会破坏其它接收机的灵敏度。不仅如此，高发射功率妨碍实现密集无线电链路网络并妨碍有效利用无线电链路系统的可用频率。

无线电链路系统中自动功率控制的任务是，根据影响接收信号质量的变化持续调节发射机的发射功率，从而不仅可能而且确保无差错接收。

通过在无线电跳跃的远端对接收信号测量信号电平，可以实现传统方法的功率控制机制。然后，通过返回信道，将表示被测信号值的信号发送到发射机并对发射功率进行控制，这样在接收端就可以使接收信号的电平保持大致不变。

这种功率控制系统的主要缺点是，不能考虑外部干扰(现象3和现象4)对信号质量的影响。

一些其它公知的功率控制机制基于在无线电跳跃的接收端进行的误码测量。根据此测量，以这样的方式对对端的发射功率进行控制，即在接收端不超过预定差错阈值。这样，至少在某种程度上，在功率控制过程中可以考虑外部干扰的影响。

除了误码测量之外，功率控制机制还可以基于在接收端进行的其它测量过程。在EP-B1-0428099中描述了一种更综合的功率控制机制。在此功率控制机制中，接收机对误码率和接收信号电平的变化率进行估计。如果误码率估计或接收信号电平的变化率超出各自预定阈值，则临时将发射功率增加到适当高于正常发射功率但又低于最大发射功率的数值。另一方面，如果误码率估计和接收信号的变化率同时超过各自预定阈值，则在预定时间内将发射功率增加到其最大值。此过程与接收信号的电平无关。经过预定时间后，直到达到特定信号电平之前，在误码再一次出现之前或接收信号电平的变化率超出各自阈值之前，发射机功率逐渐降低。

上述基于监测误码率的公知功率控制机制的缺点在于，在增加发射机功率之前误码已经降低了信号质量。不仅如此，在诸如EP-B1-0428099描述的系统中，高发射功率或满发射功率通常会高于无差错接收所实际需要的发射功率。因此，会对相邻无线电信道或系统产生不必要的干扰。

本发明概述

本发明的目的就是为了消除上述缺点而提供一种可以考虑影响无线电连接性能的所有上述现象并且还可以在误码开始产生之前对信号质量降低进行响应的功率控制机制。

利用本发明提供的解决方案可以实现此目的。

本发明提供一种在具有发射端和接收端的无线电系统中用于控制发射功率的方法，该方法包括步骤：

●将数字信号从发射端发射到接收端；

●在接收端接收所述数字信号；

●在接收端监测信号质量；以及

●根据监测的信号质量，在发射端调节发射功率，所述监测过程和调节过程的特征在于进一步包括步骤：

●在接收端监测伪误差出现；

●当伪误差率低于预定阈值时，降低发射功率；以及

●当出现伪误差时增加发射功率，以致达到预定条件。

本发明还提供一种无线电系统，该无线电系统包括：

●第一装置，位于接收端，用于监测信号质量并用于根据监测的信号质量产生控制信号；以及

●第二装置，位于发射端，用于响应于所述控制信号调节发射功率，

其特征在于：

所述第一装置适于监测伪误差的出现并适于产生指出何时检测到伪误差以及何时伪误差率低于预定阈值的控制信号，而所述第二装置通过在检测到伪误差时增加发射功率并通过在伪误差率低于预定阈值时降低发射功率，对所述控制信号进行响应。

本发明基于检测被称为伪误差的事件。在这种情况下，“伪误差”指即将发生误码或符号差错的决策瞬时，即指实际进行正确决策但是正确决策的余量小于特定极限值以致险些发生实际差错的瞬时。本发明的原理是在接收端检测这些伪误差，将发射功率降低并保持到尽可能低的数值以致仅在相当长间隔时产生伪误差。这可以通过在产生伪误差之前使发射功率从较高初始值降低，通过在检测到伪误差时少量增加功率使功率保持在正确值，然后如果伪误差率保持低于预定阈值则降低功率来实现。

根据本发明的解决方案，在所有条件下均可以将发射功率调节到刚好高于开始出现实际误差的电平，而与实际接收的信号电平无关(除非信号电平被同时作为调节判据)。因此，在任意误码到达目的端之前该系统就可以进行响应。不仅如此，还不需要高发射功率周期，因此不会对相邻系统或信道产生不必要的干扰。

本发明的进一步优势在于可以以低成本将功率控制系统引入现存无线电链路终端。以下将对此进行更详细的说明。

附图的简要说明

以下将参考附图利用实例更详细地说明本发明及其优选实施例，附图包括：

图1示出根据本发明一般情况下的无线电链路系统；

图2示出根据本发明的功率控制方法的一个实施例的流程图；

图3示出根据本发明的功率控制方法的另一个实施例的流程图；

图4示出可以监测伪误差的链路终端接收机的一个实施例；

图5示出与图4所示的接收机对应的链路终端发射机；

图6示出可以监测伪误差的链路终端接收机的变换实施例；以及

图7示出图6所示接收机检测伪误差的过程。

本发明的详细说明

以下将利用构成双向点到点连接的无线电链路系统作为实例来说明本发明。图1示出一般情况下这种类型的数字无线电链路系统。该系统包括两个通过无线电路径RP互相通信的无线电链路终端A和B。图1利用相同的参考编号表示相同的部分，因此对于无线电链路终端A，参考编号中均包括字母a，对于无线电链路终端B，参考编号中均包括字母b。各链路终端的发射机(11a和11b)和接收机(12a和12b)均通过双工滤波器或通过开关连接到天线系统(14a和14b)。当要求双向连接时使用双工滤波器，因此可以在双向同步通过话务。双工滤波器的作用是将发射机和接收机的信号互相分离。在采用时分复用通信的链路系统中可以用开关替换双工滤波器。

两个链路终端进一步包括控制单元(分别包括15a和15b)用于控制链路终端并用于进行系统内的测量，这实际上可以具有几种不同的任务。然而，从本发明的观点出发，各控制单元的实际功能在于控制位于无线电跳跃相同端的发射机的发射功率并将功率控制消息发送到无线电跳跃的对端。

两个接收机进一步包括信号监测装置(SMa和SMb)用于监测接收信号的质量。根据本发明，这些信号监测装置至少监测接收机中的伪误差出现。在本发明的优选实施例中，除了伪误差出现之外，还使用功率调节判据。因此，在这些实施例中，除了与伪误差出现有关的数据之外，接收机输出的信号PE还可以包括其它测量信息。在说明基于伪误差出现的控制算法之后，将说明这些优选实施例。还可以将信号监测装置或其一部分设置到控制单元内。

在从链路终端A到链路终端B的传输方向，以下说明发生的功率控制过程。控制单元15b从接收机12b内的信号监测装置接收伪误差信号PE，即指出在接收机12b内是否检测到伪误差的信号。根据此信号的内容，控制单元15b将功率控制消息PCb施加到发射机11b，发射机11b通过返回信道将所述消息发送到无线电跳跃的对端。位于对端的控制单元15a接收此消息并通过将控制信号c(t)送到发射机对发射机11a的发射功率进行控制以作为响应。在相反的传输方向，利用对端的相应的单元以同样方式进行功率控制。换句话说，在上述参考编号中应将字母a变更为字母b，反之亦然。

根据本发明的功率控制机制以如下方式运行。

1.在无线电跳跃的接收端实质上是持续对伪误差进行监测。

2.在产生第一个伪误差之前，发射机的发射功率从其初始值逐渐降低，其初始值被设置得足够高以致在接收端不会检测到伪误差。发射功率优先地以小档逐渐降低，在每档均消耗充分时间段。

3.当检测到一个或多个伪误差时，发射端以小预定量逐渐增加发射功率。如果在预定长度的时间间隔内未检测到伪误差，再降低发射功率。

图2示出根据本发明的功率控制方法的一个实施例的流程图。图2示出除了监测伪误差步骤之外、待执行的此方法的各步骤，即对于图2所示的各步骤伪误差检测步骤为后台进程。如果接收机检测到产生了伪误差(步骤20)，则发射机的发射功率立即增加预定小少量ΔP1，例如1dB或2dB(步骤21)。此后，在复原伪误差监测过程使用的变量并开始重新监测之前，系统等待特定短延迟周期(步骤21)。延迟的目的是确保在重新开始监测伪误差之前发射功率达到新值。

如果未检测到伪误差，则系统检验从最后伪误差开始的充分时间段(T1)是否过去(步骤22)。如果没有过去，则系统继续搜索伪误差的出现。此检验的目的是为了防止在检测到伪误差后发射功率降低得太快，即首先必须确保足够的信号质量，然后再降低功率值。另一方面，如果在步骤22证明从最后伪误差开始的充分时间段已经过去，则系统还需检验在最后发射功率降之后充分时间段(T2)是否已经过去(步骤23)。此检验的目的是为了防止在太接近的间隔上发生功率降并保证在进一步降低发射功率之前各功率值保持充分时长。如果此时间间隔已经过去且未检测到任何伪误差，则将发射功率降低小预定量ΔP2，例如1dB(步骤24)。

在无线电链路系统的启动步骤，即在接通电源时，因为链路终端还不知道低功率值是否足以进行无差错接收，所以在无线电跳跃的两端优先地将发射功率调节到其最大值。只有当终端从对端接收命令以降低发射功率时才这样做。

在图2所示的功率控制算法中，时间段T2优先地适当长于时间段T1，例如2至10倍于T1。然而，这两个时间段也可以相等，因此可以将步骤22和23合并以进行一次检验，所以可以在最后功率调节(降低或增加)之后检验充分时间段是否已经过去。此实施例示于图3。因此，在此实施例中，在控制单元中仅保持一个时间变量。

如上所述，当检测到伪误差时应尽可能快地根据需要增加发射功率。另一方面，慢慢降低发射功率直到达到能确保进行无差错接收的最小功率值。此值依赖于无线电路径上的主要情况，例如依赖于天气情况。利用此算法，在链路系统的正常运行状态，两个连续伪误差之间的间隔变得相当长。

还可以对发射功率进行控制以致不会根据各伪误差立即增加发射功率，但是接收机首先确定是否已经满足预定条件，例如，在最后伪误差后的预定时间间隔内是否产生第二个伪误差，或者在预定时间间隔内是否超过预定伪误差数。然而，在根据本发明的优选实施例中，在各伪误差之后立即增加发射功率。

以下将说明可以实现对伪误差进行监测的两个不同的实施例。

根据本发明的第一个实施例，利用发射机内的FEC(前向纠错)编码器和接收机内的FEC解码器检测伪误差。FEC为公知的误差控制方法，利用此方法，接收装置可以检测并校正含有少于预定数目错误符号的字符或码块。根据预定算法，通过将冗余码附加到各发送字符或码块可以实现FEC。根据FEC解码器的一个特征，可以指出它是否校正了一个或多个错误。本发明利用此特征将在解码器输入端出现的这些误差翻译为伪误差，因为它们将被解码器校正(假定未超出解码器的最高性能)。

图4示出采用FEC编码器进行伪误差监测的接收机，图5示出将编码的比特流发送到图4所示的接收机的发射机。在此接收机中，通过接收机的前端(未示出)将接收信号发送到正交混合器41，正交混合器利用本机振荡器LO的信号以公知方式将此信号转换为基带。如果在接收过程使用中频，则送到该混合器的信号SR为IF信号，或者如果直接转换到基带，则将RF信号送到该混合器。放大器级42对该混合器输出的正交基带信号I和Q进行放大和滤波，然后将它们送到决策单元43。决策单元确定接收了哪些符号。然后，在符号解码器44对符号流进行解码，因此从解码器输出端接收初始FEC编码比特流DATA_F。之后，将此比特流送到FEC解码器45，通过以公知方式清除发射机(图5所示)内在FEC编码器51中附加到基带比特流的冗余码，FEC解码器45进行前向纠错解码。FEC解码器具有两个输出端：第一个输出端用于输出校正比特流DATA，第二个输出端用于输出指出解码器已经进行的校正的误差信号(PE)。根据本发明，控制单元将解码器进行的校正翻译为伪误差，然后，控制单元根据上述算法调节发射机的发射功率。

在发射机(图5所示)内，如上所述，使用FEC编码器50。此编码器为发射方向上在涉及调制器功能块之前的最后基带信号处理单元，即此编码器对准备发射的基带比特流进行编码。然后，通过符号编码器51、I/O调制器52、射频头53以及双工滤波器(或开关)13将FEC编码的比特流送到天线14。

可以以多种方式实现上述第一实施例的接收机和发射机。本发明仅有的实质要素在于，通过利用即使其输出端无误差仍确定在其输入端是否存在误差的FEC解码器特性，使用FEC来监测伪误差。

根据本发明的第二实施例，解调器利用附加决策阈值检测伪误差。图6示出以此方式使用解调器的接收机。在图6中，与图4中使用相同的参考编号来表示相同的部分。从图6中可以看出，从被设置了附加阈值的决策单元63接收有关伪误差的信息。除了不需要FEC解码器之外，在其它方面该接收机均与第一实施例相同。

图7示出假定在发射过程中使用QPSK调制，决策单元63对伪误差进行检测的过程。以点线示出附加阈值(即：伪误差阈值)。图7内的园点表示决策时的信号值；白点表示被认为是伪误差的符号；黑点表示不被认为是伪误差的符号。如图所示，可以这样设置阈值，即如果在符号决策时信号值接近任何实际符号决策阈值，则认为此事件为伪误差。

在上述第二实施例中，可以获得各符号的伪误差数据，而在上述利用前向纠错的第一实施例中，接收用于各码块的此数据，即比在第二实施例中的频率低。然而，实际中此差别并不重要，因为在两种情况下，与有限的功率控制速度比较，接收误差数据会很快。换句话说，实际上由于功率控制太慢以致在两个实施例中均可以以适当速率接收伪误差。还请注意，如果符号中的误差没有大到以致可以清楚地检测到符号作为一个其它符号，则解调器中的附加阈值可以正确运算。

如上所述，除了伪误差外，在功率控制过程中还可以使用其它功率调节判据。例如，除了监测伪误差之外，位于接收机内或控制单元内的信号监测装置可以连续测量误码率。这样，如果达到基于伪误差算法的最佳性能，就可以覆盖基于伪误差的算法。换句话说，例如，如果达到FEC解码器的纠错极限以致太多的错误开始通过FEC解码器，则临时覆盖基于伪误差的功率控制算法，并立即将发射功率调节到其最大值或另一个高数值。用于覆盖伪误差算法的此附加测量过程可以是揭示实际误差出现的任意公知测量过程。

与现有技术解决方案相同，还存在对接收机设置的目标接收信号电平。在这种情况下，如果在出现第一伪误差之前到达此值，则停止降低发射机功率，并在需要时，增加发射机功率。

正如在上述EP-B1-0428099内描述的接收机那样，此接收机还可以监测接收信号电平的变化率。在这种情况下，如果接收信号的波动速度快于功率控制系统可以响应的速度，则可以将发射功率增加到其最大功率，直到信号电平快速波动消失。

在上述仅简要说明的附加优势在于，无论选择上述两个变换实施例中的哪个实施例，均可以以低成本对现有接收机和发射机实现此功率控制机制。在第一实施例中，可以仅通过监测解码器的误差输出来利用公知的FEC。此外，为了实现其主要目的，系统还可以使用前向纠错编码(用于校正误差)，因此可以免费获得伪误差检测机制。在第二变换实施例中，在与解调器的其它部分相同的ASIC电路中可以实现附加阈值。

尽管上述根据附图、参考实例对本发明进行了说明，但是显然本发明并不局限于这些实例，而且可以在所附权利要求所述的发明思想范围内进行调整。该系统不需要必须是传统双向点到点连接，但是可以将同样的原理应用于具有用于发送功率控制消息的适当返回信道的单向或点到多点无线电连接。

Claims (11)

1.一种在具有发射端和接收端的无线电系统中用于控制发射功率的方法，该方法包括步骤：

●将数字信号从发射端发射到接收端；

●在接收端接收所述数字信号；

●在接收端监测信号质量；以及

●根据监测的信号质量，在发射端调节发射功率，所述监测过程和调节过程的特征在于进一步包括步骤：

●在接收端监测伪误差出现；

●当伪误差率低于预定阈值时，降低发射功率；以及

●当出现伪误差时增加发射功率，以致达到预定条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到伪误差时，立即增加发射功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每档预定的时间段以小档逐渐降低发射功率。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：

(a)在建立无线电系统之后，将发射功率调节到足够高以致在接收端不能检测到伪误差；

(b)在检测到第一个伪误差之前，降低发射功率；

(c)根据检测到的伪误差，增加发射功率；

(d)如果在步骤(c)增加发射功率之后的预定时间段内未检测到伪误差，则转到步骤(b)；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到所述伪误差时以小预定量增加发射功率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

●在发射信号中使用前向纠错(FEC)；

●在接收端利用FEC解码器对信号进行解码；以及

●将解码器进行的纠错翻译为伪误差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收端采用设置了第一组阈值和第二组阈值的解调器，第一组阈值用于对接收符号进行决策，第二组阈值用于对是否出现伪误差进行决策。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤：

●在接收端监测实际误差率，以及

●当超过预定误差率阈值时，将发射功率临时增加到最大发射功率。

9.一种无线电系统，该无线电系统包括：

●第一装置(SMa、SMb、15a、15b)，位于接收端，用于监测信号质量并用于根据监测的信号质量产生控制信号；以及

●第二装置(15a、15b)，位于发射端，用于响应于所述控制信号调节发射功率，

其特征在于：

所述第一装置适于监测伪误差的出现并适于产生指出何时检测到伪误差以及何时伪误差率低于预定阈值的控制信号，而所述第二装置通过在检测到伪误差时增加发射功率并通过在伪误差率低于预定阈值时降低发射功率，对所述控制信号进行响应。

10.根据权利要求9所述的无线电系统，其特征在于，所述第一装置包括FEC解码器(45)用于对FEC编码信号进行解码并用于检测伪误差。

11.根据权利要求9所述的无线电系统，其特征在于，所述第一装置包括设置了第一组阈值和第二组阈值的解调器，第一组阈值用于对接收的符号进行决策，第二组阈值用于对是否产生了伪误差进行决策。

Images