JP4485695B2 - スペクトル拡散ワイヤレス基地局においてインバンドジャマーを検出する方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤレス電気通信に関する。特に、本発明はワイヤレス基地局においてインバンドジャマーのリアルタイム検出および位置識別を行う新規な方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ電話機の市場への導入から、携帯電話機の使用が爆発的に増加している。しかしながらワイヤレス電話機の使用に利用可能な周波数スペクトルは加入者ベースと同じくらい早く増加しない。結果的に、ワイヤレス電話サービスに対する加入者数は、最新移動電話システム（ＡＭＰＳ）技術を使用するワイヤレスインフラストラクチャの容量を追い越し始めている。このアンバランスに応答して、クゥアルコムのようなパイオニア会社は付加的な周波数スペクトルを要求することなくＡＭＰＳで可能なものよりも多い通話容量を提供する方法を開発した。
【０００３】
コード分割多元接続（ＣＤＭＡ）のようないくつかのケースでは、この効率の増加にワイヤレス装置の複雑さの増加を伴っていた。パワフルなＡＳＩＣおよびマイクロプロセッサ技術をハンドセットと基地局装置の両方に組み込むことにより、このような最新ワイヤレスシステムはさらにパワフルなデジタル信号処理および通信システム技術を利用して、より良い信号品質および容量を達成することができる。コード分割多元接続通信システムは米国において電気通信工業協会ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａで標準化されており、これは“デュアルモードワイドバンドスペクトル拡散セルラシステムのための移動局−基地局互換性標準規格”と題し、以後ＩＳ−９５として言及し、参照によりここに組み込まれている。
【０００４】
ワイヤレス通信システムにおいてある問題が生じており、これはスペクトルの通話伝送容量を減少させることがある。このような問題の１つは、ワイヤレスシステムによる使用のために確保されたスペクトルに導入される干渉、すなわちジャミング送信である。ワイヤレスシステムに関係のない送信機は、ワイヤレスシステムのために確保されたスペクトルに未承認信号を故意にあるいは不注意で送信することによりこのようなジャミング送信を引き起こす。ワイヤレスシステムに固有な熱雑音により引き起こされる干渉を避けることはできないが、ジャミング送信機をターンオフさせることによりジャミング信号は除去でき、結果的に失われた容量が再生される。もちろん、ジャミング送信機の所有者に送信を止めるように迫るのは、ジャミング信号が検出された後のみに起こる。ジャミングの文書化された証拠が要求されることもままある。
【０００５】
しかしながら、大きくて複雑なワイヤレスシステムでは、ジャマーを検出することは常に容易なことではない。ジャミングは散発的に生じるかもしれず、追跡するのは困難である。現在、ワイヤレス基地局は一般的にそれらの受信信号のスペクトル解析を実行するビルトイン能力を持っていない。ジャマーを検出するために現在一般に行われている方法は、システムの通話容量および途絶えた通話ログを解析することにより、最初に疑われるジャマーの存在を必要とする。基地局が悪い通話品質あるいは不可解な高い途絶通話レートを経験しているとき、現場技術者は外部スペクトル解析装置を疑わしい基地局に運び、それを受信アンテナシステムに接続する。このようなスペクトル解析装置はすべての基地局に組み込まれていない。その主な理由は既に費用競争市場にある基地局の設計に費用の増加を要求するからである。ジャマー検出に使用される外部スペクトル解析装置はワイヤレスシステムネットワーク内のプロセッサへの接続を一般的に持っておらず、スペクトル解析データはオフラインで現場技術者が人手により収集して解析しなければならない。散発的にのみ生じるジャミング信号はこのような方法を使用して検出するのは困難である。その理由はスペクトル測定値が検出のために取られているときに、ジャミング信号が存在していなければならないからである。さらに、このようなジャミング信号がこのような方法を使用して検出されても、現場技術者は単一の基地局で収集したデータからジャマーの位置についてわずかな情報しか得られない。
【０００６】
ほとんどのワイヤレス受信機は予め定められた周波数帯域を占有する信号をデコードする。この理由のために、受信信号は一般的にバンドパスフィルタを通され、このバンドパスフィルタはワイヤレスシステムのために確保されたスペクトルの外側の信号を除去する。このようなワイヤレスシステムの多くの受信機には自動利得制御（ＡＧＣ）モジュールも備えられ、このＡＧＣは到来信号を減衰させて、後続する受信機回路のダイナミックレンジ内にさらに良く適合するようにする。このようなＡＧＣモジュールは受信信号を減衰させることから、受信信号は後続するサンプリング回路のダイナミックレンジを超えず、一般的に“クリッピング”として言及されている信号歪みを生じさせない。本発明の好ましい実施形態では、ＡＧＣフォーミュラが使用され、これは処理信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を予め定められた一定値に維持する。ワイヤレスシステムの割り当てられたスペクトル内に存在するジャミング信号はバンドパスフィルタ処理により除去することができない。このようなインバウンドジャマーはＡＧＣ回路に受信信号をさらに減衰させ、これはジャマーが存在しないときに生じる。その結果は、インバウンドジャマー成分がまったくない信号のものから識別される形状をその電力スペクトル密度が持っている信号となることが多い。
【０００７】
ＣＤＭＡのようなスペクトル拡散信号を使用するシステムでは、すべての加入者ユニットが同じ周波数帯域を使用して基地局に信号を送信し、互いに相互干渉を引き起こす。ＣＤＭＡシステムでは、基地局における予め定められた受信ＳＮＲを維持するのに必要な最低電力を送信するようにすべての加入者局を束縛することにより通話容量が最大化される。インバンドジャマーは雑音レベルを増加させ、すべての加入者局がこれを解消させてこのＳＮＲを達成しなければならず、したがって、すべての加入者局がより高い電力レベルを送信するように強いる。
【０００８】
加入者送信電力の増加はいくつかの問題を引き起こし、この中にはバッテリの消耗量の増加が含まれ、これは加入者局のスタンバイおよび通話時間を減少させることになる。これはまた隣接基地局カバーレッジ領域で動作している加入者に付加的な干渉を生じさせる。これらの隣接基地局で動作している加入者は、エスカレートする電力レースで送信電力を増加させることにより応答する。
【０００９】
さらに、ワイヤレス基地局のカバーレッジ境界近くの加入者局は既に最大レベルで送信しているかもしれない。このような加入者局が基地局受信機における許容可能なＳＮＲを維持するのに十分な電力を送信できない場合には、その基地局に対するリンクは途絶える。したがって、カバーレッジのエッジ近くのＳＮＲレベルを維持するのに必要な送信電力のレベルを増加させることにより、ジャマーはワイヤレス基地局の有効リバースリンクカバーレッジ領域を実質的に縮小させる。
【００１０】
多くのＣＤＭＡシステムでは、基地局のフォワードリンク半径は、リバースリンクロードの結果として生じるリバースリンク半径の縮小に整合するように故意に減少される。したがって、ジャミング信号はワイヤレス基地局の有効フォワードリンクカバーレッジ領域を縮小させることにもなる。フォワードリンクセル半径とリバースリンクセル半径のバランスは、“セルラ通信システムにおいてフォワードリンクハンドオフ境界をリバースリンクハンドオフ境界にバランスさせる方法および装置”と題する米国特許第５，５４８，８１２号にさらに開示されており、この米国特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
送信加入者局の数が増加すると、ジャマー検出はさらに困難になる。この増加した困難性は、ジャマーが総受信電力の少ないパーセンテージを表し、容易に隠れることから生じる。この理由のために、通話アクティビィティにおける自然な中休み中に受信スペクトルを解析することができるビルトインスペクトル解析装置が非常に望まれている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基地局費用への影響が無視可能なインバンドジャマーのリアルタイム常時検出を提供する方法および装置を含む。このようなリアルタイムスペクトル解析装置は、すべての加入者が同じ送信周波数帯域を使用する、ＣＤＭＡのようなワイドバンドシステムにおける使用にとって特に有用である。ジャマー検出を行うことに加えて、本発明は付加的なハードウェアおよびシステム診断能力を可能にする。
【００１３】
ＣＤＭＡのような最新技術の出現により、処理能力量の増加が現代のワイヤレス基地局に予定されている。古いＡＭＰＳ基地局はおそらく単一マイクロプロセッサおよびアナログ装置のラックで設計されているが、現代のＣＤＭＡ基地局は３０以上のマイクロプロセッサで設計されており、これらには６０ＭＨｚを超えるクロック速度を持つパワフルなプロセッサが含まれている。本発明は現代のワイヤレス基地局が複雑な信号解析を実行するために十分な処理能力の余剰を有する現実化を利用する。基地局は加入者局信号を復調するのに使用されるデジタルサンプルストリームがデジタル信号処理用の既存のプロセッサにも利用されるように設計される。
【００１４】
必要なデジタルサンプルを処理するための可能性あるオプションには、ＩブランチまたはＱブランチ中のデータのみを使用する実入力データＦＦＴを使用すること、およびＩブランチおよびＱブランチ中の両データを使用する複素入力データＦＦＴを実行することが含まれている。
【００１５】
実入力データＦＦＴはＦＦＴ当たりより少ないデータおよび処理しか必要としない利点を持っている。その理由は実データを持つと、トリックにより“ほとんど１つの費用に対して２つのＦＦＴ”を実行することができるからである。他のオプションは、Ｆ0−Ｆs／２からＦ0＋Ｆs／２までの“全スペクトル”の検査を可能にする利点を持つ。ここでＦ0はＣＤＭＡ中心周波数であり、Ｆsは（ベースバンド）サンプルレートである。
【００１６】
ジャマー検出感度に関して、オプションＡまたはＢのいずれがより良いか？という重要な疑問がある。
【００１７】
ジャマー電力をＰj、熱＋ユーザ電力をＰと呼ぶ。ジャマー電力はＩとＱのブランチ間に等しく分配する。その性質による熱雑音もＩとＱのブランチ間に等しく分配する。ＯＱＰＳＫ ＰＮ拡散の性質からユーザ電力（＝送信電話機からの信号）もＩとＱ間に等しく分割される。
【００１８】
実入力データＦＦＴに対して、熱＋ユーザ電力Ｐ／２は０からＣ／２のバンド幅に対して拡散される一方、複素入力データＦＦＴでは、熱＋ユーザ電力Ｐは−Ｃ／２からＣ／２のバンド幅に対して拡散される（Ｃはほぼ１．２５ＭＨｚのＣＤＭＡ信号バンド幅である）。これは（インバンド）電力スペクトル密度がいずれの技術に対しても同じであり、電力スペクトル密度がＰ／Ｃに等しいことを意味する。ジャマー検出しきい値はこの“雑音フロアー”に対して設定され、ジャマー検出しきい値が２つのケースに対して同じであると結論付けることができる。しかしながら、ジャマー電力はＩとＱのブランチ間に等しく分割されることから、ジャマー電力は複素入力データＦＦＴのケースにおけるよりも実入力データＦＦＴに対しては３ｄＢ少ない。
【００１９】
結果として得られるスペクトル解析データは、ワイヤレスシステム周波数帯域中の正当な加入者送信のものから識別できる電力スペクトル密度特性を持つジャミング信号を識別するのに使用される。ジャミング送信機近くに配置されたいくつかの基地局を使用することにより、そしてそれらの基地局で受信された電力スペクトル密度を比較することにより、ジャミング送信機の位置が推定される。
【００２０】
さらに、このようなスペクトル解析データは、ハードウェア不調または故障を示す異常受信スペクトル特性を検出するのに使用される。
【００２１】
ジャミング信号またはハードウェア不調を検出した際に、基地局は適切なアラームをバックホールを通して基地局制御装置（ＢＳＣ）に位置するネットワークマネージャに送ることができる。ネットワークマネージャは複数の基地局から受信したアラームを相関させてジャミング送信機の位置を推定することができる。
【００２２】
本発明の特徴、目的および効果は同じ参照文字が全体を通して対応しているものを識別している図面を参考にすると、以下に述べられた詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ワイヤレスシステムは一般的に多くの基地局を有し、これらの基地局はワイヤレスシステムの割り当てられたスペクトルを使用して加入者局と通信する。各基地局はアナログ信号を受信し、これには熱雑音や近くの加入者局から送信された何らかの信号が含まれている。ＣＤＭＡのようなスペクトル拡散技術を使用するワイヤレスシステムでは、すべての加入者が同じ広いリバースリンク周波数帯域内の信号を送信する。また、このリバースリンク周波数帯域内に存在するものは望ましくない干渉信号、またはジャミング信号かもしれない。このような干渉信号がワイヤレスシステムに属していない送信機から放射される場合、ワイヤレスシステムに属している信号から識別できる周波数特性を有しているかもしれない。
【００２４】
図１はＣＤＭＡワイヤレスシステムにおいてインバンドジャマーが有する影響を図示している。この描かれているシナリオでは、各加入者の受信ＳＮＲが５％（すなわち約−１３ｄＢ）に維持され、ジャマー電力１１８は熱雑音電力１１２の半分である。これらのグラフに示されているＳＮＲとジャマー電力は例示のためだけに選択されているものであり、現実のワイヤレスシステムでは幅広く変化する可能性がある。実際、現実のワイヤレスシステムにおいて見られるジャマー電力は熱雑音電力よりもかなり大きいことがある。
【数１】

【００２５】
ＳＮＲ−基地局受信機における信号対雑音比
Ｐu−各送信加入者局からの受信電力
Ｐj−インバンドジャマーからの受信電力
Ｐn−熱雑音からの受信電力
Ｎu−送信加入者局の数
【００２６】
ＳＮＲ、Ｐu、Ｐn、ＰjおよびＮu間の関係は等式（１）および（２）に示されている。図１の棒グラフは以下のシナリオにおいて熱雑音、ジャマーおよび加入者ユニットにより占有されるインバンド電力を示している。
【００２７】
−送信加入者ユニットなし、ジャマーなし１０２
−１台の送信加入者ユニット、ジャマーなし１０４
−１５台の送信加入者ユニット、ジャマーなし１０６
−１台の送信加入者ユニット、ジャマーあり１０８
−１５台の送信加入者ユニット、ジャマーあり１１０
【００２８】
図１に図示されているように、熱雑音は白色雑音であり、その電力は周波数に対して一般的に一定１１２である。１台の送信加入者ユニットがあり、ジャマーがないシナリオ１０４では、加入者局１１４は、熱雑音１１２に匹敵するのに十分な電力を送信することだけが必要である。したがって、ＳＮＲは熱雑音電力１１２対する加入者局電力１１４の比に等しい。他の加入者ユニットが同じ基地局に送信を開始するとき、各加入者ユニットは雑音レベルを加え、他のすべての加入者ユニットがこのノイズレベルに匹敵しなければならない。１５台の送信加入者ユニットがあり、ジャマーがないシナリオ１０６では、任意の受信加入者信号１１４に対する干渉強度は、熱雑音１１２を他の１４台すべての加入者の受信電力の和１２２に加えることにより計算される。
【００２９】
ジャマーが存在し、単一の加入者局のみが送信しているシステム１０８では、この単一の加入者ユニットが電力制御され、所望のＳＮＲを維持するのに十分なようにその送信電力１２０を増加させる。ジャマーと１５人のユーザを有するシステム１１０でこれが起こる場合、すべての加入者ユニットが付加的な干渉を補償するようにそれらの送信電力を増加させなければならない。したがって、任意の加入者ユニット１２０は、熱雑音１１２、ジャマー１１８およびシステム中の他のすべてのユーザ１２４の合成された電力に比例した送信電力レベルを維持しなければならない。ある加入者局が要求されるＳＮＲを維持するのに十分な電力を送信できない場合には、この状態は通話が途絶えさせることになる。増加電力要求が通話を途絶えさせなくても、電力の増加１２６は隣接カバーレッジ領域内の加入者局に対する干渉を増加させる。
【００３０】
図２は基地局における既存のハードウェアを使用してインバンドジャマーを検出するプロセスの好ましい実施形態を図示している。アナログ信号が基地局のアンテナシステムにより受信され、バンドパスフィルタ処理され、ベースバンドにダウンコンバートされる（ステップは示されていない）。このバンドパスフィルタ処理およびダウンコンバート処理を実行するための複数の技術が技術的に知られている。図２に示されている好ましい実施形態では、信号が自動利得制御（ＡＧＣ）モジュール２０４を通され、ＡＧＣはサンプリング回路のダイナミックレンジ内にさらに最適に存在するように到来信号を減衰させる。
【００３１】
減衰信号はアナログデジタルコンバータとして構成されていることが好ましいサンプラー２０８に送られ、デジタルサンプルのストリームが生成される。本発明の好ましい実施形態では、サンプラーにはコサインおよびサインのデジタルミキサが含まれている。アナログデジタルコンバータの出力はコサインおよびサインのデジタルミキサに送られ、これらのミキサは複素サンプルを生成する。この技術は複素ベースバンドサンプリングとして知られ、技術的によく知られており、後続する信号解析を３ｄＢだけ向上させる。
【００３２】
サンプリング後、結果として得られるＩおよびＱのサンプルストリームは、ＩおよびＱデータストリームへの複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）２１２を実行する前にウィンドウ関数によりそれぞれ乗算される２１０。ＦＦＴはスペクトルを多くの矩形サブバンドすなわちビンに分割し、これらのビンはそれぞれ離散した等間隔周波数値に中心付けられている。シヌソイド信号成分の振幅は、（ビン整列としても言及される）ビンの１つの中心周波数で生じた場合にのみＦＦＴの出力において正確に表される。代わりにこのような信号が２つの隣接ビン間で生じた場合（非ビン整列）には、信号は隣接したビンの両方で検出されるが、それぞれにおいてより低い振幅となる。
【００３３】
図３はＦＦＴの出力を示しており、この図では入力サンプルはウィンドウ処理されておらず、サンプルはＦＦＴビンの中心周波数に等しい周波数を持つシヌソイド信号３０２を含んでいる。図４はＦＦＴの出力を示しており、この図では入力サンプルはウィンドウ処理されておらず、入力信号は２つの隣接したＦＦＴビンの中心周波数と等距離の周波数を持つシヌソイド信号４０２を含んでいる。図で明らかなように、非ビン整列シヌソイド信号はいずれかの方向において隣接周波数ビンに対する周波数成分をＦＦＴに検出させる。この結果は周波数スパイクであり、周波数スパイクはそのピークで平坦であり、より小さいピーク振幅を持つ。さらに、非ビン整列信号は、パスバンドのエッジ４０６におけるような信号の中心周波数に隣接していないビンにおけるアーティファクトと同様に、検出された電力スパイクのベース４０４を広げる。
【００３４】
ＦＦＴを実行する前に、ウィンドウ処理としても知られている輪郭関数をサンプルストリームに適用することにより、ＦＦＴがＦＦＴビンに対する信号周波数の配置の影響を受けにくくすることができる。ハニングウィンドウを含むいくつかのウィンドウ関数が技術的によく知られている。図５はＦＦＴの出力を示しており、この図では入力サンプルがハニングウィンドウを使用して修正されており、サンプルはＦＦＴビンの中心周波数に等しい周波数を持つシヌソイド信号５０２を含んでいる。図６はＦＦＴの出力を示しており、この図では入力サンプルがハニングウィンドウを使用して修正されており、サンプルは２つの隣接したＦＦＴビンの中心周波数と等距離の周波数を持つシヌソイド信号６０２を含んでいる。４つすべてのシナリオ（図３ないし図６）で表示されているシヌソイド信号成分の振幅は等しい。ハニングウィンドウの使用は、矩形ウィンドウのもの３０４と比較して検出されたビン整列信号のベース５０４を広げるが、曲線の形状は同じ信号が２つのビン周波数６０４間で生じたときにさらに一貫性を持ったままである。さらに、ウィンドウ処理はビン整列成分のピーク値５０２と非ビン整列成分のピーク値６０２間の差を減少させ、パスバンドのエッジ５０６と６０６で見られる他の周波数アーティファクトを大きく減少させる。
【００３５】
図２の好ましい実施形態の説明を続けると、ＦＦＴステップ２１２は１組のサブバンド電力測定値を生成し、各測定値はＦＦＴビンで受信された電力を表している。デジタルサンプルの複数組にＦＦＴを実行することにより、２１２に示されているように、いくつかの組のサブバンド電力測定値が集められて互いに平均化される。複数のＦＦＴの結果を平均化するとより平滑な曲線が生成され、後続する周波数解析が信号雑音の影響を受けにくくなる。平均化はジャマー検出とシステム診断アプリケーションにおいて適切である。その理由は入力スペクトルが、検出される信号雑音よりもかなりゆっくりと変化すると仮定されているからである。図７は例示的なＦＦＴ出力のグラフ表示である。図８は互いに平均化されている２０の例示的なＦＦＴサンプル組の類似組のグラフ表示である。
【００３６】
複数の組のＦＦＴ出力を平均化２１４した後に、結果的なサブバンド電力測定値が解析され２１６、何らかの電力スペクトル異常が識別される。ＣＤＭＡワイヤレス基地局は熱雑音と、付加的な白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）を近似する信号との組み合わせを受信するので、受信信号の公称周波数スペクトルは図９において理想化形態で示されているような、バンド制限白色雑音のものを近似する。示されているように、公称スペクトルはリバースリンク周波数帯域９０２の外側にわずかのエネルギを持つかあるいはまったく持たない。リバースリンク周波数帯域内で測定される電力スペクトル密度は公称的に特色として平坦に、すなわち一定信号エネルギフロアー９０４に維持される。本発明の好ましい実施形態では、受信信号はＡＧＣモジュールを使用して減衰され、これは信号エネルギフロアーを公称入力信号に対して予測可能なレベルに維持させる。
【００３７】
図１０は狭帯域ジャマーを含む信号の周波数スペクトル１００２の理想化グラフを示している。この狭帯域ジャマーはリバースリンク周波数帯域１００４内にある。狭帯域ジャマー成分１００６はＡＧＣにより設定される信号フロアー１００６にはっきりと影響を与えるのに十分な電力を含んでいる可能性がありそうもないので、ジャマー検出しきい値１００８を超えて上昇するピークを探すことにより検出される。
【００３８】
本発明は受信スペクトルの形状を変化させるあるハードウェア問題を検出するために使用することもできる。図１１はそのＡＧＣメカニズムに故障がある基地局の理想化受信周波数スペクトルグラフである。示されているように、周波数スペクトルは形状が適切に矩形であり、リバースリンク周波数パスバンド１１０４内に含まれている。しかしながら、パスバンド内の平均電力レベル１１０２が公称レベル１１０６よりも少ない場合には、ＡＧＣモジュール故障が示される。図示されていないシナリオでは、ＡＧＣ故障はまたパスバンド内の平均電力レベルが公称値よりも大きい場合に検出される。ＡＧＣモジュールによる受信信号の不十分な減衰はサンプラーによるクリッピングとなり、これは顕著な周波数成分をリバースリンク周波数帯域１１０４の外側で検出させる。
【００３９】
ジャマーが比較的広い周波数帯域で送信している場合、公称狭帯域ジャマー検出しきい値を超える単一周波数ビンピークを持たない受信信号に顕著な干渉電力を与える。このようなケースでは、連続的なサブバンド電力測定値のランがグループとして評価され、ラン長にしたがって変化する異なるしきい値に対して比較される。図１２はジャマー成分１２０２を持つ信号に対するスペクトルの理想化グラフを図示しており、ジャマー成分１２０２は複数のサブバンドのラン１２０４に対して拡散される。グラフ中の単一ビンで単一ビンしきい値１２０６より大きい電力を持つものはないが、ジャマーは、複数のサブバンド測定値が複数ビンしきい値１２０８を超えると評価されたときに依然として検出可能である。
【００４０】
図１３はジャマー成分１３０２を有する信号に対するスペクトルの他の理想化グラフを図示しており、ジャマー成分１３０２はさらに広い周波数帯域１３０４を占有している。再度説明すると、このようなジャマーは単一ビンジャマー検出しきい値１３０６を使用して検出されないが、ワイドバンドしきい値１３０８を使用して依然として検出可能である。このようなアプローチでは、隣接周波数ビン値のグループが相互に平均化され、グループ中のビン数にしたがって、複数ビンジャマー検出しきい値と比較される。
【００４１】
このジャミング検出能力を有する複数の基地局を備えたワイヤレス通信システムでは、複数の基地局からのリバースリンクスペクトルの解析がジャミング送信機位置の推定も可能にする。図１４はジャミング送信機１４０２から変化する距離に配置されたいくつかのワイヤレス基地局１４０４および１４０６を図示している。各基地局はその受信スペクトル１４０８の理想化表現で描かれている。ジャマーはジャマー１４０２に最も近い基地局１４０４により最大電力レベルで検出される。ジャマーはジャマー１４０２からさらに遠く離れた基地局１４０６により、非常に低いレベルで検出されるか、あるいはまったく検出されない。これらの測定値は、各基地局の位置の情報とともに解析されて、ジャミング送信機位置の推定が提供される。
【００４２】
図１５はブロック図の形態で基地局ジャマー検出装置の好ましい実施形態を図示している。基地局の（示されていない）アンテナシステムにより受信されたアナログ信号は（示されていない）バンドパスフィルタおよび（示されていない）ダウンコンバータ回路を使用して処理される。結果として得られるバンドパスフィルタ処理およびダウンコンバート処理された信号は自動利得制御（ＡＧＣ）モジュール１５０２により減衰され、このＡＧＣは信号をサンプリング回路のダイナミックレンジ内に調整する。ＡＧＣモジュール１５０２の出力はサンプリングモジュール１５０４に送られ、このサンプリングモジュール１５０４はその入力を信号処理モジュール１５０６に送る。先に言及したように、サンプリングモジュール１５０４は複素サンプリングを利用し、このケースでは複素サンプルストリームが信号処理モジュール１５０６に送られる。当業者は信号処理モジュールが多数の方法で実現することができ、これにはマイクロプロセッサ上で実行されるソフトウェア、あるいはＡＳＩＣまたはプログラマブル論理装置内で実行されるソフトウェアが含まれることを理解するであろう。
【００４３】
図１６は信号処理モジュール内に含まれているサブモジュールの例示的な実施形態を示している。複素サンプルはＩおよびＱにより表され、ウィンドウモジュール１６０４中のハニングウィンドウを使用して処理される。結果として得られるウィンドウ処理された信号はＦＦＴモジュール１６０６により処理され、このＦＦＴモジュール１６０６は複素ＦＦＴを実行し、複素サブバンド電力成分を出力する。複素サブバンド電力成分の振幅は絶対電力モジュール１６０８中で２つの成分の二乗を合計することにより得られる。サブバンド電力測定値の結果として得られる組のいくつかは、スペクトル解析モジュール１６１２中で解析される前に、集められて平均化モジュール１６１０中で平均化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はさまざまなユーザおよびインバンドジャマーシナリオに対するワイヤレス基地局における受信電力のレベルを図示している図である。
【図２】 図２は本発明の好ましい実施形態であるプロセスの機能ブロック図である。
【図３】 図３はサンプルストリーム上に矩形ウィンドウを利用した、ビン整列狭帯域ジャマー成分を含む受信スペクトルの例示的なＦＦＴ出力である。
【図４】 図４はサンプルストリーム上に矩形ウィンドウを利用した、非ビン整列狭帯域ジャマー成分を含む受信スペクトルの例示的なＦＦＴ出力である。
【図５】 図５はサンプルストリーム上にハニングウィンドウを利用した、ビン整列狭帯域ジャマー成分を含む受信スペクトルの例示的なＦＦＴ出力である。
【図６】 図６はサンプルストリーム上にハニングウィンドウを利用した、非ビン整列狭帯域ジャマー成分を含む受信スペクトルの例示的なＦＦＴ出力である。
【図７】 図７はワイドバンドワイヤレス基地局で生じることがある平均化されていないＦＦＴのグラフ例示である。
【図８】 図８は２０組のＦＦＴ出力を平均化することにより得られる結果のグラフ例示である。
【図９】 図９はジャマーの存在がない状態でワイドバンドワイヤレス基地局により処理される公称受信スペクトルの理想化例である。
【図１０】 図１０はインバンドジャマーにより与えられる電力を含む、ワイドバンドワイヤレス基地局により処理される受信スペクトルの理想化例である。
【図１１】 図１１は基地局ＡＧＣモジュールにおけるハードウェア故障を有するワイドバンドワイヤレス基地局により処理される受信スペクトルの理想化例である。
【図１２】 図１２はジャマーを含む受信スペクトルの理想化例である。
【図１３】 図１３はワイドバンドジャマーを含む受信スペクトルの理想化例である。
【図１４】 図１４はワイヤレスネットワークのいくつかの基地局と、インバンドジャマーが存在している状態での各基地局の受信スペクトルの理想化表示を図示している。
【図１５】 図１５は本発明の好ましい実施形態に対するアーキテクチャ図である。
【図１６】 図１６は図１５の信号処理モジュールのサブモジュールを示している図である。

Claims (20)

1. ワイヤレス通信基地局中でインバンド干渉信号を検出する方法において、
   （ａ）受信アナログ信号のダウンコンバートおよびバンドパスフィルタ処理を実行して、予め定められたリバースリンク周波数帯域内にほぼ存在するダウンコンバートおよびバンドパスフィルタ処理されたアナログ信号を生成し、
   （ｂ）前記ダウンコンバートおよびバンドパスフィルタ処理されたアナログ信号の自動利得制御を実行して、ＲＭＳ振幅が予め定められたレベルにほぼ等しい第１の利得制御された信号を生成し、
   （ｃ）前記第１の利得制御された信号のアナログデジタル変換を実行して、デジタルサンプルのストリームを生成し、
   （ｄ）前記デジタルサンプルのストリームの解析を実行して、互いに隣接する隣接周波数サブバンドに対応する受信サブバンド電力測定値を生成し、各サブバンドが予め定められたスペクトル解析帯域の一部分を表し、前記スペクトル解析帯域は前記リバースリンク周波数帯域を含む帯域であり、
   （ｅ）予め定められたしきい値を超える１以上の隣接サブバンド電力測定値のグループを識別するスペクトル評価を実行するステップを含む方法。
2. 前記解析は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用して実行される請求項１記載の方法。
3. 前記解析を実行する前に前記デジタルサンプルのストリームにウィンドウ処理を実行するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
4. 前記ウィンドウ処理はハニングウィンドウを利用する請求項３記載の方法。
5. 前記予め定められたしきい値は前記グループ中の前記サブバンド電力測定値の数にしたがって変化する請求項１記載の方法。
6. 前記ストリームの異なる部分に対して複数回前記解析を繰り返して、隣接周波数サブバンドに対応する複数の受信サブバンド電力測定値を生成し、前記複数の受信サブバンド電力測定値を平均化して、前記識別および評価を実行する際に使用する隣接周波数サブバンドに対応する受信サブバンド電力測定値を生成するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
7. 前記予め定められたしきい値は前記平均化された複数の受信サブバンド電力測定値の数にしたがって変化する請求項６記載の方法。
8. 前記評価は、前記リバースリンク周波数帯域内で、予め定められた最小フロアーしきい値よりも小さい１以上のサブバンド電力測定値のグループを識別するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
9. 前記評価は、前記リバースリンク周波数帯域外で、予め定められた帯域外しきい値よりも大きい１以上のサブバンド電力測定値のグループを識別するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
10. 前記アナログデジタル変換は、複素サンプリングを実行して前記デジタルサンプルのストリームを生成することをさらに含む請求項１記載の方法。
11. ダウンコンバートおよびバンドパスフィルタ処理された信号を減衰し、予め定められた値にほぼ等しいＲＭＳ振幅を有する利得制御された信号を生成する自動利得制御モジュールと、
    前記自動利得制御モジュールに動作可能なように接続され、前記利得制御された信号の出力を処理してデジタルサンプルのストリームを生成するアナログデジタルコンバータと、
    前記デジタルサンプルのストリームを処理し、前記アナログデジタルコンバータに動作可能なように接続された信号処理モジュールを具備し、
    前記信号処理モジュールは、
    前記ストリームの一部を解析して、各サブバンドが送信周波数帯域の一部分を表す、互いに隣接する隣接周波数サブバンドに対応する受信サブバンド電力測定値を生成する時間周波数コンバータモジュールと、
    予め定められたしきい値を超える１以上の隣接サブバンド電力測定値のグループを識別するスペクトル評価モジュールとを備えているワイヤレス通信システム基地局。
12. 前記時間周波数コンバータモジュールは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用する請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。
13. 前記時間周波数コンバータモジュールは、前記デジタルサンプルのストリームの非矩形ウィンドウ処理を実行するウィンドウモジュールをさらに備えている請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。
14. 前記ウィンドウモジュールはハニングウィンドウを利用する請求項１３記載のワイヤレス通信システム基地局。
15. 前記予め定められたしきい値は前記グループ中の前記サブバンド電力測定値の数にしたがって変化する請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。
16. 前記時間周波数コンバータモジュールは、隣接周波数サブバンドに対応する複数の受信サブバンド電力測定値を平均化して、前記スペクトル評価モジュールにより使用する隣接周波数サブバンドに対応する受信サブバンド電力測定値を生成するサブバンド電力平均化モジュールをさらに備えている請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。
17. 前記予め定められたしきい値は前記平均化された複数の受信サブバンド電力測定値の数にしたがって変化する請求項１６記載のワイヤレス通信システム基地局。
18. 前記アナログデジタルコンバータは複素サンプリングを実行する手段をさらに備え、前記デジタルサンプルのストリームは複素デジタルサンプルであり、前記時間周波数コンバータモジュールは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用し、前記信号処理モジュールは、前記時間周波数コンバータモジュールと前記平均化モジュールとの間に動作可能なように接続された絶対電力モジュールをさらに備え、前記受信サブバンド電力測定値は前記絶対電力モジュールにより生成される請求項１６記載のワイヤレス通信システム基地局。
19. 前記スペクトル評価モジュールは、前記リバースリンク周波数帯域内で、予め定められた最小フロアーしきい値より小さい１以上のサブバンド電力測定値のグループも識別する請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。
20. 前記スペクトル評価モジュールは、前記リバースリンク周波数帯域外で、予め定められた帯域外しきい値よりも大きい１以上のサブバンド電力測定値のグループも識別する請求項１１記載のワイヤレス通信システム基地局。

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