DE10296265T5 - Verfahren zum Steuern des Signalpegels von Endgeräten zu einem Knoten in einem Netz in Punkt-zu-Multipunkt-Funkkommunikationssystemen, die einen Zeitteilungsmehrfachzugriff aufweisen - Google Patents

Verfahren zum Steuern des Signalpegels von Endgeräten zu einem Knoten in einem Netz in Punkt-zu-Multipunkt-Funkkommunikationssystemen, die einen Zeitteilungsmehrfachzugriff aufweisen Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Steuern des Signalpegels in Funkkommunikationssystemen, die einen Mikrowellen-Zeitteilungs-Mehrfachzugriff (TDM) der Punkt-zu-Multipunkt (PmP)-Art aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine lokale Steuerung durch eine bestimmte AGC (5) in dem Knotenempfänger aktiviert wird, und gleichzeitig eine Funksteuerschleife (9) von dem Knoten (1) zu jedem Endgerät (2, 3, 4) aktiviert wird, die den Sendeleistungspegel regelt.

Description

  • Diese Erfindung betrifft das Gebiet eines Steuern des physikalischen Pegels, und insbesondere eines Steuerns des Signalpegels in Funksystemen. Genauer betrifft die Erfindung auf Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Mikrowellen-TDMA-Funkkommunikationssysteme, die aus einem Funkknoten (RN) eines Netzes und aus einem Satz von Zugriffsendgeräten eines Benutzers bestehen, und die Steuerung, in diesen Systemen, des Signalpegels in der Richtung von den Endgeräten zu dem Knoten.
  • Es ist bekannt, dass gegenwärtig ein Trend besteht, Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Funkkommunikationssysteme in das Zugriffsnetz wegen ihrer Fähigkeit, ein Netz ohne die Notwendigkeit eines Installierens von Kabeln bereitzustellen, einzuführen.
  • PmP-Systeme arbeiten typischerweise bei Mikrowellenfrequenzen und sollten Endgeräte und Knoten in einer Sichtlinie während der Installation aufweisen, um richtig zu arbeiten. In diesen Systemen besteht die Übertragung einer Funkfrequenzverbindung, die die Kommunikation zwischen einem Funkknoten (auf der Netzseite) und einer Anzahl von Funkendgeräten, die in den Gebäuden angeordnet sind, wo die Teilnehmer sind, zulässt. Indem TDMA die Zugriffstechnik ist, empfängt der Knoten eine Burst-Sequenz, die von unterschiedlichen Sendern/Endgeräten gesendet wird, die in unterschiedliche Entfernungen von dem Knoten besetzt sind. Die bidirektionale Funkkommunikation, die in diesen Systemen eingerichtet ist, ist nämlich schematisch in 1 der angehängten Zeichnungen dargestellt und umfasst, wie es altbekannt ist, Aufwärtsstreckensignale von den Endgeräten zu dem Knoten und Abwärtsstreckensignale von dem Knoten zu den Endgeräten.
  • Die Notwendigkeit eines Steuerns des Leistungspegels, der von jedem Endgerät in dem Demodulator des Funkknotens empfangen wird, um so eine optimale Demodulation für jede mögliche Ausbreitungszustände (Entfernung jedes Endgeräts, Status des Ausbreitungskanals, etc.) sicherzustellen, ist in einem System, das die PmP-TDMA-Architektur der 1 benutzt, vorhanden. Besondere Sorgfalt sollte dem Phänomen einer Regenabschwächung gewidmet werden, die, wie es altbekannt ist, die Übertragung auf der Funkverbindung schädigt, indem der Leistungspegel des Signals sogar um einige 10 dB in Abhängigkeit von der Regenzone, der Länge der Funkverbindung und der erforderlichen Systemverfügbarkeit verringert wird.
  • Auf der Empfängerseite sollte der Pegel des Signals an dem Eingang des digitalen Modulators innerhalb eines geeigneten dynamischen Fensters unmittelbar vor der Analog-zu-Digital(A/D)-Konversion relativ zu der effektiven Anzahl verfügbarer Bits gehalten werden, um so die Verschlechterung des Entscheidungsbetriebsverhaltens des Empfängers in der gesamten Leistungsdynamik, die bei der Funkfrequenz erwartet wird, zu vermeiden.
  • Somit ist die Steuerung des Signalpegels jedes Übertragungsbursts in TDMA-Systemen notwendig.
  • Das Problem ist bis jetzt durch ein Einsetzen zweier unterschiedlicher Techniken angegangen und gelöst worden, wovon jedoch beide Nachteile aufzeigen.
  • Eine Fernsteuerung der Leistung an jedem Endgerät wird gemäß einer ersten Technik eingesetzt. Der Knotendemodulator findet den Signalpegel, der für jeden Burst empfangen wird, heraus und sendet die Steuerschleifennachricht, um die Übertragungsleistung jedes Endgeräts zu steuern.
  • Die Steuerung der Zwischenfrequenz-(IF)-Verstärkung des Empfängers wird durch eine zweite Technik bereitgestellt. Der Knotendemodulator findet den Signalpegel für jeden Burst heraus und wirkt auf die Schaltung einer automatischen Verstärkungssteuerung bei einer Zwischenfrequenz, um so jede Änderung zu kompensieren.
  • Die Fernsteuerschleife allein weist in nachteiliger Weise eine begrenzte Steuerbandbreite auf, da die Steuergeschwindigkeit proportional zu der Anzahl von Steuernachrichten, die ausgetauscht werden, und somit zu dem Eingriff des Bands, das für den Verkehr beabsichtigt ist, ist.
  • Umgekehrt weist die Verwendung der Schaltung einer automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) allein an der Empfangsseite den Nachteil eines Erzwingens auf, dass die Endgeräte bei dem höchsten Leistungspegel senden, auch wenn keine Regenabschwächung auftritt, wobei der Leistungspegel der Endgeräte auf die Installation hin, nur in Abhängigkeit von der Entfernung von dem Knoten eingestellt wird.
  • Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine neue Technik bereitzustellen, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, die sich auf die Steuerung des Signalpegels beziehen.
  • Die Erfindung besteht darin, dass sie – in Punkt-zu-Multipunkt-Mikrowellen-TDMA-Funkkommunikationssystemen – das Ausführen der Steuerung eines Signalpegels durch ein Aktivieren einer lokalen Steuerung in dem Knotenempfänger durch eine bestimmte AGC und gleichzeitig eine Funksteuerschleife von dem Knoten zu jedem Endgerät, die den Übertragungsleistungspegel einstellt, bereitstellt.
  • In vorteilhafter Weise ist die schnelle AGC, die eingesetzt wird, um die Erfindung auszuführen, eine Schaltung, die in der Re-Konfiguration schnell und gleichzeitig präzise und stabil während der Arbeitsphasen ist. Vorzugsweise besteht sie aus einem Verstärker einer hohen Genauigkeit und einer festen Verstärkung und aus einem variablen Abschwächer mit einer hohen Genauigkeit und einer geeigneten Stabilität relativ zu den Änderungen in der Abschwächung.
  • Die Erfindung wird nun tiefergehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Schema einer bereits betrachteten PmP-TDMA-Architektur, wobei das Steuerverfahren gemäß der. Erfindung benutzt wird;
  • 2 wie mit der neuen Technik, die in einem Funkkommunikationssystem wie demjenigen in 1 vorgeschlagen worden ist, zu arbeiten ist;
  • 3 die Implementierung einer AGC, die in einer Re-Konfiguration schnell und gleichzeitig genau und stabil während der Arbeitsphasen ist, in dem Funkknoten des Systems in 2;
  • 4 das Profil eines Signalpegels in einem PmP-TDMA-System gemäß der Erfindung; und
  • 5 die Implementierung des Algorithmus der Verstärkungssteuerung in der Empfangskette des Knotens.
  • Ein Funkknoten (RN) 1 mit seiner Antenne 1A und einigen Zugriffs-Endgeräten (AT) 2, 3 und 4 sind in 2 gezeigt. Der Knoten 1 umfasst, wie es altbekannt ist, einen analogen Demodulator 6 und einen digitalen Demodulator 7. Wie bereits bemerkt, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, dass die Signalbreiten an dem Eingang des digitalen Modulators 7 des Knotens 1 für jedes Endgerät und in jedwedem Ausbreitungszustand während Kommunikationen gleich sind.
  • Wegen der TDMA-Übertragung hängt der Signalpegel aufeinanderfolgender Bursts, der von dem Knotenempfänger empfangen wird, von dem Verbindungszustand des spezifischen Endgeräts ab und kann einen weiten Bereich von Änderungen mit sich bringen. Die AGC 5 sollte schnell genug sein, um in der Lage zu sein, die Verstärkung während der Ausblendzeit zu schalten, die zwei benachbarte Bursts trennt.
  • Die Ausblendzeit sollte so kurz wie möglich (z.B. 200-400 ns) sein, um eine Übertragungseffizienz zu maximieren.
  • Die Information über den Verstärkungspegel (AGC) wird für jedes spezifische Endgerät auf jeden Übertragungsrahmen hin aktualisiert und zurückgesetzt, wenn der entsprechende Burst empfangen wird.
  • Die Erfindung schlägt vor, die Anzeige, die durch den Pegelwert der AGC für jedes Endgerät gegeben wird, zu verwenden, um seinem Leistungspegel fernzusteuern, indem eine Steuernachricht gesendet wird. Tatsächlich ist der vorhandene AGC-Pegel ein indirektes Maß der Leistungsänderung, die das Endgerät auszuführen hat, um ein optimales Übertragungsbetriebsverhalten aufrecht zu erhalten.
  • Die lokale AGC wird als ein dynamischer Puffer in dem vorgeschlagenen Algorithmus verwendet, was es somit zulässt, die Anzahl von Steuernachrichten zu verringern. Tatsächlich können eine genaue Pegelsteuerung und geeignete Korrekturen während eines schnellen Übergangs durch die lokale AGC sichergestellt werden, ohne Steuernachrichten zu senden, womit die Kapazität des Bands, das für die Benutzer reserviert ist, aufrechterhalten wird. Dieses Merkmal ist fundamental in der TDMA-Übertragung, um die Verschwendung einer spektralen Ressource zu minimieren, wenn eine große Anzahl von Endgeräten zu steuern sind. Tatsächlich teilt ein TDMA-System die spektrale Ressource durch eine Teilung in Zeitschlitze und eine Zuordnung von Gruppen von Zeitschlitzen für jeden Benutzer in Abhängigkeit von den vorhandenen Banderfordernissen des Benutzers selbst.
  • In dem Fall einer PmP-TDMA-Architektur mit einer dynamischen Zuordnung des Bands hängt das Ausmaß einer Zeitnutzung des geteilten Kanals von der Anzahl aktiver Benutzer, die von einem bestimmten Funkknoten bedient werden, und von dem Aktivitätsausmaß des einzelnen Benutzers ab. Dementsprechend ist die Anzahl aktiver Zeitschlitze in einer Zeitperiode (die proportional zu der mittleren Leistung in der gleichen Periode ist) nicht vorhersagbar.
  • Wie bekannt ist, besteht die Architektur für den Knotenempfänger üblicherweise aus einem Außenteil und aus einem Innenteil. Die beiden Untereinheiten sind durch ein oder mehrere Verbindungskabel verbunden.
  • Typische Profile der Signalpegel, die in einem PmP-TDMA-System empfangen werden, sind in 4 aufgezeichnet, wobei das linke Diagramm das Leistungsaußenprofil, d.h. an dem Eingang der Antenne 1A zeigt, und das rechte Diagramm das Leistungsinnenprofil, d.h. an dem Eingang des Demodulators 6 zeigt. Der Amplitudenspitzenwert dieser Profile kann verwendet werden, um die Verstärkung in der Knotenempfängerkette zu steuern, indem der Spitzenwert in der Information, die in der Außeneinheit gemessen wird, mit demjenigen, der in der Inneneinheit gemessen wird, verglichen wird, wie untenstehend erklärt.
  • Da das Außenteil in einem sehr breiten Temperaturbereich, beispielsweise (–40°C +60°C) und bei sehr hohen Trägerfrequenzen arbeiten sollte, ist es inhärent teurer als das Innenteil. Seine Komplexität sollte deswegen so weit wie möglich beschränkt werden, auch zu Lasten des Innenteils, um so die Kosten der Vorrichtung niedrig zu halten und ihre großskalige Herstellung nicht zu beeinträchtigen.
  • Es ist nämlich ratsam, um eine starke Implementierung und ein annehmbares Kostenniveau des Außenteils aufrecht zu erhalten, die Implementierung einer schnellen und genauen AGC zu vermeiden. Dementsprechend liegt die Verstärkung in dem Außenteil üblicherweise auf einem konstanten nominalen Verstärkungswert.
  • Deswegen sollte die variable AGC in dem Innenteil in der Lage sein, die Änderungen in den Ausbreitungszuständen (Regenabschwächung) und die Änderungen in der Verstärkung/Abschwächung relativ zu dem Front-End-Verstärker des Empfängers und zu dem Kabel, das innen und außen (wobei letzteres veränderbare Länge und Merkmale aufweist), festzustellen.
  • Dies wird mit der Implementierung in 5 ausgeführt, die die gesamte AGC des Knotenempfängers zeigt, die gemäß der Erfindung aus drei unterschiedlichen Unterblöcken besteht.
  • Der erste Unterblock ist ein fester Verstärker 10, der eine hohe Genauigkeit und einen festen Verstärkungswert aufweist (Außenteil).
  • Der zweite Unterblock ist eine schnelle AGC 5, die aus einem Festverstärker 5A und einem variablen Abschwächer 5B (siehe 3) besteht, der eine hohe Genauigkeit und eine geeignete Stabilität bezüglich der Änderungen in der Abschwächung (Innenteil) aufweist. Der Verstärker 5A weist einen festen Verstärkungswert z.B. in dem Bereich von 30-40 dB mit einer Variation von weniger als z.B. 6 dB über der Zeit auf. Der Abschwächer 5B weist einen Dynamikbereich von z.B. 30 dB und eine Ansprechzeit von z.B. 200 ms auf, d.h. es kann 200 ms dauern, bis der Abschwächer 5B die angeforderte Abschwächung erreicht. Der Abschwächer 5B erreicht die angeforderte Abschwächung mit z.B. 1 dB-Variation über der Zeit.
  • Der dritte Unterblock ist eine langsame AGC 8, die einen Dynamikbereich kleiner als die erste und eine begrenzte Geschwindigkeit aufweist, die die Aufgabe eines Ausgleichens der Änderungen in der Verstärkung der Empfangskette des Knotens (Innenteil) aufweist. Die langsame AGC 8 weist einen Dynamikbereich von z.B. 20 dB und eine Ansprechzeit von z.B. >50 ms auf, d.h. es kann mehr als 50 ms dauern, bis die AGC einen angeforderten Wert erreicht.
  • Eine derartige langsame AGC muss nicht während der Ausblendzeit rekonfiguriert werden, sie muss nur die Änderungen in der Gleichtaktverstärkung zulassen. Die Verwendung dieses Unterblocks lässt es zu, die Dynamikanforderungen bezüglich des schnellen AGC-Unterblocks (der das einzelne Endgerät diskriminieren sollte) zu verringern.
  • Das Problem eines Steuerns der Verstärkung innerhalb des Funkknotens, der gemäß dem PmP-TDMA-Modus arbeitet, über die Verwendung einer Information über den Spitzenwert der empfangenen Leistung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
  • Eine Information über den Spitzenwert in dem Signal bezüglich sowohl des Innenteils als auch des Außenteils wird in dem Steueralgorithmus verwendet.
  • Tatsächlich hängt der Unterschied zwischen den beiden Spitzenwerten, die für die Teile berechnet werden, nur von den Verstärkungsänderungen innerhalb des Empfängers und nicht von den Änderungen in den Kanalzuständen ab.
  • In dem vorgeschlagenen Verfahren stellt eine geeignete Steuerschaltung 9, die in 5 gezeigt ist, es bereit, den Unterschied zwischen den beiden Spitzenwerten des empfangenen Signals an unterschiedlichen Punkten des Systems konstant zu halten.
  • Deswegen sind drei unterschiedliche Steuerschleifen in dem Aufwärtsstreckenkanal gleichzeitig vorhanden und aktiv:
    • A. eine Leistungssteuerung des sendenden Endgeräts (außen);
    • B. eine Steuerung der schnellen AGC in dem Empfänger des Funkknotens (innen) auf einer Zugriffs-Endgerätebasis;
    • C. eine Steuerung der langsamen AGC, die für sämtliche der Endgeräte in dem Empfänger des Funkknotens (innen) gemeinsam ist, um Verstärkungs-/Abschwächungsänderungen innerhalb der Empfangskette zuzulassen, in dem Fall eines PmP-TDMA-Empfangs.
  • Das Band jeder Steuerschleife wird genau gewählt, so dass sämtliche der Schleifen, die in dem Aufwärtsstreckenkanal vorhanden sind, stabil bleiben, obwohl sie auf eine gleichlaufende Weise arbeiten.
  • Die Stabilität des Gesamtsystems wird durch Verwendung ausreichend verschiedener Bänder für jede der drei Schleifen erhalten.
  • Tatsächlich sollte, wenn es gewünscht wird, ein gutes Signal/Rausch-(S/N)-Verhältnisse an dem Empfängereingang unter Verwendung der minimalen Übertragungsleistung sicherzustellen, ein Nominalwert für den AGC-Pegel gesetzt werden, der seinen Referenzpegel definiert. Der Unterschied zwischen dem vorhandenen AGC-Wert des spezifischen Endgeräts und dem globalen Referenzwert bestimmt die Korrekturnachricht, die zu dem Endgerät selbst zu senden ist.
  • Falls beispielsweise ein Nominal-AGC-Wert auf 10 dB eingestellt ist, und ein vorhandener Pegel von 15 dB ansteigt, bedeutet das, dass die Übertragungsleistung um 5 dB geringer als der erforderliche Übertragungspegel ist, und eine Steuernachricht gesendet werden sollte, um diesen Fehlbetrag zu kompensieren.
  • Wenn eine Regenabschwächung auftritt, erhöht die schnelle AGC rasch den Verstärkungswert, um so den Leistungspegel in dem dynamischen Gebiet des Demodulators aufrecht zu erhalten, aber dies verursacht einen Versatz des schnellen AGC-Pegels von dem Referenzwert und eine Steuernachricht wird gesendet, um so die Übertragungsleistung des Endgeräts zu erhöhen.
  • Die gesamte verfügbare Übertragungsleistung des Endgeräts wird gegen die Abschwächung während einer langen und starken Abschwächung verwendet werden. Tatsächlich empfängt, bis die schnelle AGC den Referenzpegel erreicht, der Sender Nachrichten, seine Leistung zu erhöhen.
  • Die neue erfindungsgemäße Technik weist den Vorteil eines Steuerns des Leistungspegels in jedweder Abschwächungssituation auf, um so den Anforderungen eines S/N-Verhältnisses an dem Eingang des digitalen Demodulators 7 des Knotens zu entsprechen, ohne über die Übertragungsleistung der Endgeräte-Sender zu gehen, und indem der Pegel der Eingangsleistung innerhalb des dynamischen Gebiets des Demodulators gehalten wird.
  • Überdies wird die Steuerbandbreite in der vorgeschlagenen Implementierung klein gehalten, um diese Steuerung in der TDMA-Übertragung zu verwenden, wenn, wie es üblich ist, viele Endgeräte gleichzeitig gesteuert werden müssen.
  • Diese Technik erlaubt es, ein Betriebsverhalten bei einem Betreiben von mehr als sechzig Endgeräten mit einem Funkkanal zu erreichen, der einer 100 dB/s-Abschwächung unterworfen ist, ohne eine wesentlichen Verschwendung der Bandbreite von dem Knoten zu den Endgeräten. Überdies können die Anforderungen der gesamten Pegelsteuerdynamik des Systems zwischen dem Sender und dem Empfänger aufgeteilt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Signalpegels in-Punkt-zu-Multipunkt-(PmP)-Funkkommunikationssystemen mit einem Mikroweullen-Zeitdivisions-Mehrfachzugriff (TDMA), gemäß welchem eine lokale Steuerung durch eine bestimmte AGC (5) in dem Empfänger des Knotens (1) aktiviert wird, und gleichzeitig eine Funksteuerschleife (9) von dem Knoten (1) zu jedem Endgerät (2, 3, 4) aktiviert wird, wobei der Sendeleistungspegel geregelt wird. Die AGC (5), die in dem Empfänger des Knotens (1) eingesetzt ist, ist eine Schaltung, die sowohl schnell in einer Rekonfiguartion als auch genau und stabil in den Arbeitsphasen ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Steuern des Signalpegels in Funkkommunikationssystemen, die einen Mikrowellen-Zeitteilungs-Mehrfachzugriff (TDM) der Punkt-zu-Multipunkt (PmP)-Art aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine lokale Steuerung durch eine bestimmte AGC (5) in dem Knotenempfänger aktiviert wird, und gleichzeitig eine Funksteuerschleife (9) von dem Knoten (1) zu jedem Endgerät (2, 3, 4) aktiviert wird, die den Sendeleistungspegel regelt.
  2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die bestimmte AGC (5), die in dem Empfänger des Knotens (1) eingesetzt wird, eine Schaltung ist, die sowohl schnell in einer Rekonfiguration als auch genau und stabil in Arbeitsphasen ist.
  3. Steuerverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei eine Gesamt-AGC in dem Empfänger des Knotens (1) eingesetzt wird, die die schnelle AGC (5), die eine hohe Genauigkeit und einen festen Verstärkungswert aufweist, und eine langsame AGC (8), die eine hohe Genauigkeit und eine geeignete Stabilität bezüglich der Änderungen in einer Abschwächung aufweist, umfasst.
  4. Steuerverfahren nach Anspruch 3, wobei die schnelle und die langsame AGC (5, 8) eine geeignete Schleifensteuerbandbreite aufweisen, um eine Schleifenstabilität sicherzustellen, und wobei die langsame AGC unter Verwendung einer Spitzenwert-Amplitudeninformation, die von sowohl Außen- als auch Innen-Messpunkten herrührt, aktualisiert wird.
DE10296265T 2001-02-12 2002-02-11 Verfahren zum Steuern des Signalpegels von Endgeräten zu einem Knoten in einem Netz in Punkt-zu-Multipunkt-Funkkommunikationssystemen, die einen Zeitteilungsmehrfachzugriff aufweisen Withdrawn DE10296265T5 (de)

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