DE69932368T2

DE69932368T2 - Störungsdetektion für Spreizspektrumsysteme

Info

Publication number: DE69932368T2
Application number: DE69932368T
Authority: DE
Inventors: Michael Chen Paramus Guangzhi
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP3400371B2; EP0930724B1; KR100346323B1; CA2256965C; EP0930724A3; CN1224167A; KR19990067876A; BR9806336A; BR9806336B1; JPH11298442A; AU743774B2; CA2256965A1; DE69932368D1; CN1149401C; EP0930724A2; US6130907A; AU1131199A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kommunikation und insbesondere Spreizspektrum-Telekommunikationssysteme, wie zum Beispiel Kommunikationssysteme mit Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA).
Allgemeiner Stand der Technik
1 zeigt die Frequenzspektren für ein herkömmliches Telekommunikationssystem mit Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA) mit einer Basisstation und mehreren mobilen Einheiten (z.B. Mobiltelefonen). Die Basisstation sendet Signale zu den mobilen Einheiten (d.h. Vorwärtsstrecke) unter Verwendung des Frequenzbandes A, und die mobilen Einheiten senden Signale zu der Basisstation (d.h. Rückwärtsstrecke) unter Verwendung des Frequenzbandes B. Bei der FDMA-Kommunikation wird jedes Frequenzband in eine Anzahl verschiedener Kanäle unterteilt, wobei jeder Kanal einem verschiedenen einzigartigen Frequenzsubband entspricht. Jeder mobilen Einheit wird ein verschiedener Kanal in jedem Frequenzband zur Kommunikation mit der Basisstation zugewiesen. Schmalbandstörungen treten auf, wenn unbefugte (z.B. Stör-)Signale in mindestens einem der Kanäle in mindestens einem der Frequenzbänder gesendet werden. Obwohl solche Schmalbandstörungen problematisch sind, wirken sie sich nachteilig nur auf die Kommunikation derjenigen Benutzer aus, die gerade auf diesen spezifischen Kanälen kommunizieren. Auch wenn die Störungen nicht gestoppt werden können, kann man zumindest die betroffenen Kanäle ignorieren (d.h. unzugewiesen lassen), und die Kommunikation kann auf den anderen, nicht betroffenen Kanälen unterstützt werden.
2 zeigt die Frequenzbänder oder Spektren für ein herkömmliches Telekommunikationssystem mit Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA) mit einer Basisstation und mehreren mobilen Einheiten. Bei der CDMA-Kommunikation wird jedes der Signale in einem Frequenzband über das gesamte Band aufgeteilt, wobei verschiedene Benutzerkanäle auf der Basis der Zuweisung verschiedener Codes, wie z.B. orthogonaler Walsh-Codes, unterschieden werden. Bei einem solchen Spreizspektrumsystem wirken sich Störsender oder andere Schmalbandstörungen nachteilig auf die Kommunikation aller Benutzer gleichzeitig aus. Bei Anwesenheit solcher Störungen könnte, auch wenn sie auf eine einzige spezifische Frequenz begrenzt sind, verhindert werden, daß ein Telekommunikationssystem jegliche Kommunikation unterstützt.
WO 99/33298 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung von Abwärtsstreckenstörungen in einem Frequenzbereich eines mobilen zellularen Systems, während die Mobilstation Signalstärkemessungen (RSSI) durchführt, die verarbeitet werden, um die Menge an Störungen in einem zellularen Fernsprechsystem zu bestimmen.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schema zur Erkennung der Anwesenheit von Störsendern und anderen Arten von Störungen (schmalbandig oder anderweitig) in Spreizspektrum-Kommunikationssystemen, wie etwa auf CDMA basierenden Telekommunikationssystemen. Gemäß der Erfindung werden Störungen erkannt und charakterisiert, indem man für jedes Energiespektrum in dem System (z.B. sowohl für das Vorwärtsstreckenband als auch das Rückwärtsstreckenband in einem Telekommunikationssystem) Statistiken akkumuliert. Da ein Spreizspektrum im Idealfall über das gesamte Frequenzband flach ist, kann man insbesondere Schmalbandstörungen auf der Basis einer signifikanten Abweichung zwischen der Signalstärke bei einer beliebigen bestimmten Frequenz und dem mittleren Signalpegel über das gesamte Frequenzband hinweg erkennen. Ähnlich kann man Breitbandstörungen auf der Basis der statistischen Varianz oder Standardabweichung über das gesamte Frequenzband hinweg erkennen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Empfänger so ausgelegt, daß sie sowohl für die Vorwärts- als auch für die Rückwärtsstrecke eine Hintergrundstörungs-Detektionsverarbeitung ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den angefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen besser deutlich. Es zeigen:
1 die Frequenzspektren für ein herkömmliches Telekommunikationssystem mit Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA);
2 die Frequenzspektren für ein herkömmliches Telekommunikationssystem mit Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA); und
3 zeigt ein Flußdiagramm der Hintergrundstörungs-Detektionsverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Bei einem auf CDMA basierenden Kommunikationssystem wird jedes Signal über ein gesamtes Frequenzband gespreizt, wobei verschiedene Benutzersignale (d.h. verschiedene Kanäle) durch die Zuweisung eindeutiger Codes (z.B. orthogonaler Walsh-Codes), die zur Erzeugung der Signale verwendet werden, unterschieden werden. In einem idealen CDMA-System ist die Amplitude der Signale über das Frequenzband hinweg konstant. Mit sich ändernder Anzahl von Benutzern verschiebt sich der Amplitudenpegel abhängig davon, ob mehr Benutzer hinzugefügt oder subtrahiert werden, nach oben oder nach unten, aber die Signalpegelstärke sollte flach bleiben. Bei Anwesenheit von Schmalbandstörungen wird das resultierende Energiespektrum von seiner idealen flachen Form abweichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden über die Zeit hinweg Statistiken über jedes Energiespektrum eines Spreizspektrumsystems (z.B. eines auf CDMA basierenden Systems) akkumuliert und zur Erkennung der Anwesenheit von Störungen verwendet, die zum Beispiel durch Störsender verursacht werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt die Systeminfrastruktur zwei Empfänger (einen für die Vorwärtsstrecke und einen für die Rückwärtsstrecke), die durch die Frequenzbänder springen und Daten für die akkumulierten Statistiken sammeln. Der Begriff "Sprung" wird gewöhnlich von Fachleuten als die Fähigkeit einer Kommunikationseinrichtung, wie zum Beispiel eines Empfängers, aufgefaßt, sich zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschiedene Frequenzen abzustimmen. Die Erzeugung dieser Statistiken wird kontinuierlich oder periodisch als Teil der Hintergrundverarbeitung ausgeführt. Zum Beispiel könnte für ein Frequenzband mit einer Breite von 5 MHz jeder Sprungschritt (d.h. das Intervall zwischen Stichproben) 10 kHz betragen. In jedem Schritt wird eine Stichprobe der Empfangssignalstärkenanzeige (RSSI) für die entsprechende Frequenz aufgezeichnet. Diese RSSI-Stichproben werden zur Erzeugung von Statistiken, wie zum Beispiel mittlere RSSI und Varianz- oder Standardabweichung über das gesamte Frequenzband oder Spektrum hinweg, benutzt. Mit diesen Statistiken erkennt und charakterisiert man dann Störungen entweder in der Vorwärtsstrecke oder in der Rückwärtsstrecke oder in beiden.
3 zeigt ein Flußdiagramm der Hintergrundstörungs-Detektionsverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Schritt 302 werden für jedes Energiespektrum Statistiken akkumuliert. Diese Statistiken können lediglich auf dem aktuellen Status jedes Energiespektrums basieren oder können eine bestimmte Filterung umfassen, die vorhergehende Messungen in jedem Frequenzschritt berücksichtigt. Die erzeugten Statistiken werden dann analysiert, um zu bestimmen, ob etwaige Schmalbandstörungen (Schritt 304) oder Breitbandstörungen (Schritt 306) vorliegen oder nicht.
Im Schritt 304 kann die Anwesenheit von Schmalbandstörung auf der Basis einer großen Differenz zwischen der mittleren RSSI und dem Signalpegel bei einer bestimmten Frequenz erkannt werden. Insbesondere wird die mittlere RSSI über das gesamte Frequenzband erzeugt, und diese mittlere RSSI wird mit der RSSI in jedem Frequenzschritt verglichen. Wenn die Differenz zwischen der mittleren RSSI und irgendeiner bestimmten RSSI größer als eine spezifizierte Schwelle ist und dieser Zustand für eine spezifizierte Anzahl von Verarbeitungszyklen anhält, kann bestimmt werden, daß Schmalbandstörungen anwesend sind. In diesem Fall kann man auch die bestimmte Frequenz und Signalstärke der Störungen bestimmen.
Zusätzlich kann im Schritt 306 die Varianz oder Standardabweichung über das gesamte Frequenzband zur Bestimmung der Anwesenheit von Breitbandstörungen, die mehrere Frequenzschritte überspannen, verwendet werden. Wie oben beschrieben ist in einem idealen CDMA-System das Energiespektrum flach und die Varianz Null. Bei Anwesenheit von Breitbandstörungen wird die Varianz über das Energiespektrum hinweg wahrscheinlich beeinflußt. Wenn diese Varianz für eine spezifizierte Anzahl von Zyklen größer als eine spezifizierte Schwelle ist, kann bestimmt werden, daß Breitbandstörungen anwesend sind. Wenn nicht die Breitbandstörungen gleichmäßig über das gesamte Frequenzband verteilt sind, sollte die Varianz ein guter Indikator für die Anwesenheit solcher Störungen sein.
Für Fachleute ist erkennbar, daß der Maximalabweichungstest für Schmalbandstörungen manchmal, aber nicht immer, eine genaue Prüfung auf die Anwesenheit von Breitbandstörungen sein kann. Obwohl es in bestimmten Situationen (z.B. wenn Einzelfrequenz-Störsender besonders energetisch sind) ausreichen kann, ist ähnlich die Varianzprüfung für Breitbandstörungen nicht immer eine genaue Prüfung auf die Anwesenheit von Schmalbandstörungen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform führt das System beide Tests durch, obwohl alternative Ausführungsformen gegebenenfalls so entworfen werden können, daß sie nur einen der beiden implementieren.
Nachdem die Störungen erkannt wurden, kann man ihre Quelle finden (z.B. durch Messen von Signalstärkepegeln an verschiedenen Orten), es kann eine entsprechende Abhilfe angewandt werden, um die Störung zu reduzieren oder zu beseitigen.
Ferner versteht sich, daß verschiedene Änderungen an den Einzelheiten, Materialien und Anordnungen der Teile, die beschrieben und dargestellt wurden, um die Beschaffenheit der vorliegenden Erfindung zu erläutern, von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne von dem Prinzip und dem Schutzumfang der Erfindung, so wie er in den folgenden Ansprüchen ausgedrückt wird, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Erkennen von Störungen in einem Spreizspektrumsystem, mit den folgenden Schritten: (a) Erzeugen von Stichproben der Empfangssignalstärkenanzeige (RSSI) bei einer Vielzahl von Frequenzen über einen Frequenzbereich des Spreizspektrumsystems hinweg; (b) Erzeugen von Statistiken auf der Basis der RSSI-Stichproben (302); (c) Analysieren der Statistiken; und (d) auf der Basis der statistischen Analyse der RSSI-Stichproben (304, 306) Bestimmen, ob Störungen in dem Frequenzbereich vorliegen, gekennzeichnet durch: Bestimmen, ob die Störungen schmalbandigen Störungen, die über einen schmalbandigen Frequenzbereich (304) auftreten, oder breitbandigen Störungen über einen breitbandigen Frequenzbereich (306), entsprechen, wobei die Größe des breitbandigen Frequenzbereichs gleich einem Frequenzband des Spreizspektrumsystems ist; und die Größe des schmalbandigen Frequenzbereichs kleiner als die Größe des breitbandigen Frequenzbereichs ist.
Vorrichtung zum Erkennen von Störungen in einem Spreizspektrumsystem, umfassend: (a) Mittel zum Erzeugen von Stichproben der Empfangssignalstärkenanzeige (RSSI) an einer Vielzahl von Frequenzen über einen Frequenzbereich des Spreizspektrumsystems hinweg; (b) Mittel zum Erzeugen von Statistiken auf der Basis der RSSI-Stichproben (302); (c) Mittel zum Analysieren der Statistiken (304, 306) ; und (d) Mittel zum Bestimmen, ob Störungen in dem Frequenzbereich vorliegen, auf der Basis der statistischen Analyse der RSSI-Stichproben, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen so ausgelegt sind, daß sie bestimmen, ob die Störungen schmalbandigen Störungen, die über einen schmalbandigen Frequenzbereich (304) auftreten, oder breitbandigen Störungen über einen breitbandigen Frequenzbereich (306), entsprechen, wobei die Größe des breitbandigen Frequenzbereichs gleich einem Frequenzband des Spreizspektrumsystems ist; und die Größe des schmalbandigen Frequenzbereichs kleiner als die Größe des breitbandigen Frequenzbereichs ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei auf der Basis eines Vergleichs der RSSI-Stichprobe bei einer bestimmten Frequenz mit einem mittleren RSSI-Wert für das gesamte Frequenzband bestimmt wird, daß es sich bei den Störungen um schmalbandige Störungen handelt.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei bestimmt wird, daß schmalbandige Störungen vorliegen, wenn die Differenz zwischen der RSSI- Stichprobe bei der bestimmten Frequenz und dem mittleren RSSI-Wert für das gesamte Frequenzband größer als eine spezifizierte Schwelle ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei bestimmt wird, daß schmalbandige Störungen vorliegen, wenn die Differenz für eine spezifizierte Anzahl von Zyklen größer als die spezifizierte Schwelle ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Basis eines Varianzwerts für das gesamte Frequenzband bestimmt wird, daß es sich bei den Störungen um breitbandige Störungen handelt.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei bestimmt wird, daß breitbandige Störungen vorliegen, wenn der Varianzwert größer als eine spezifizierte Schwelle ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei bestimmt wird, daß breitbandige Störungen vorliegen, wenn der Varianzwert für eine spezifizierte Anzahl von Zyklen größer als die spezifizierte Schwelle ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spreizspektrumsystem ein auf CDMA basierendes System ist.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spreizspektrumsystem einen Vorwärtsstreckenempfänger, der über eine Vorwärtsstrecke hinweg Stichproben von RSSI-Werten nimmt, und einen Rückwärtsstreckenempfänger, der über eine Rückwärtsstrecke hinweg Stichproben der RSSI nimmt, aufweist.