PT94149B

PT94149B - Processo para obtencao de uma indicacao rapida da intensidade de sinais de comunicacao radiotelefonica

Info

Publication number: PT94149B
Application number: PT94149A
Authority: PT
Inventors: Gerald Paul Labedz; Duane C Rabe
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1996-12-31
Also published as: AU5643090A; CN1018690B; EP0399845A2; KR920702136A; US5740530A; CN1047594A; KR960009925B1; AR247636A1; ATE132676T1; CA2053313C; EP0399845A3; JP2789388B2; MX174520B; EP0399845B1; HK1000980A1; TR25382A; AU635742B2; WO1990014730A1; PT94149A; JPH04505527A

Description

ÇAMPO_DA__INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao processo para obtenção de uma indicação rápida da intensidade de sinais recebidos. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um processo para obtenção de uma indicação rápida da intensidade de sinais recebidos (RSSI) de um sinal disperso no tempo tendo ecos. Isto é, o sinal que está a chegar ao receptor pode ser considerado como sendo constituído pela energia do sinal transmitido que foi fraccionado em muitas partes, tendo cada uma destas partes da energia tomado um percurso diferente até ao receptor e, desta forma, chegando em instantes de tempos diferentes. A distribuição destes tempos é uma das formas de descrever a dispersão do atraso. Na presente invenção, a intensidade de um tal sinal é determinada quando a dispersão do atraso é, pelo menos, uma fracção significativa do tempo do bit transmitido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Um dos problemas em avaliar a intensidade de um sinal num receptor de rádio móvel, ou não estacionário, é que as fases das ondas reflectidas dispersas no tempo (ou ecos) se combinarão, para produzirem um sinal composto. Este sinal composto, quando convencionalemente processado para qualquer intervalo de medição ou sequência de intervalos particular, pode produzir avaliações inexactas da potência do sinal, devido a flutuações na intensidade de sinais desordenadas resultantes, de momento para momento. Isto impõe grandes constantes de tempo de filtragem ou grandes intervalos para cálculo da média, a fim de se estabelecer uma avaliação da intensidade dos sinais

razoávelmente exacta.

Outros processos de medição apresentam uma desvantagem, uma vez que a sua exactidão é sensível à velocidade de variação do envolucro dos sinais, a raiz quadrada da potência instântanea dos sinais, de forma que potências de sinais instantâneas que variam lentamente, impõem constantes de tempo ou intervalos para cálculo da média relativamente longos para se obter uma exactidão razoável das medições.

Em circuitos telefónicos celulares, um sistema tem que ser capaz de determinar, rápidamente e com exactidão, uma intensidade de sinais representativa sobre o canal que normalmente escuta a fim de decidir correctamente se a ligação deverá ser alterada para um canal sobre um outro local da célula, ou para outro canal sobre o local da célula corrente. 0 processo de alterar a ligação é denominado processo sem interferência ( handof f ) . Para estes fins a intensidade dos sinaiá' podem efectuar-se em termos de um certo nível de tensão recebida que poderá estar relacionada, se necessário, a uma potência.

)

,)

No funcionamento normal de uma chamada telefónica celular, os assinantes podem estar práticamente imóveis, como acontece no caso de um telefone potátil manual, ou estarem a deslocar-se rápidamente, como acontece no caso de um telefone móvel numa auto-estrada. 0 resultado é um amplo espectro de velocidades de alteração no envólucro dos sinais recebidos. Nestas condições seria extremamente vantajoso um receptor que fosse capaz de avaliar a intensidade dos sinais mais rápidamente com a mesma exactidão, ou com mais exactidão no período de tempo e, adicionalmente, ser relativamente insensível ao movimento do assinante.

Desta forma esta invenção tem como objecto aceitar estes desafios e realizar estas e algumas outras vantagens que adiante se apresentão.

SUMARIO DA INVENÇÃO

processo da presente invenção é para ser utilizado em receptores que utilizam sondagem de canal para obter a resposta do impulso do canal. Reconhece que a resposta do impulso contém informações que, quando devidamente processadas, proporcionam um valor mais representativo para a intensidade de sinais recebidos mais rápidamente e com maior exactidão, do que a simples amostragem periódica do emólucro dos sinais.

De acordo com a presente invenção revela-se um processo para a obtenção de uma indicação rápida da intensidade de sinais recebidos (RSSI) de um sinal disperso no tempo e possuindo ecos. Revela-se um método de indicação rápida da intensidade de sinais recebidos(RSSI) de sinais dispersos no tempo possuindo ecos (em que a dispersão no tempo representa uma fracção significativa, ou mais, do intervalo do símbolo transmitido). Ele compreende uma correlação de deslizamento de um sinal recebido em relação a uma sequência conhecida ou por meio da sondagem do canal, para se obter a função de dispersão no tempo do canal de comunicações no qual o sinal é transmitido, e uma soma dos quadrados dos componentes em quadratura das energias em máximos relativos das correlações (picos de correlação determinados em relação a um nível considerado limiar) para integrar a energia definida pela função de correlação a fim de determinar a energia presente entre os ecos dispersos no tempo que utilizam a função de dispersão no tempo. Assim, a energia presente nos ecos dispersos no tempo está relaccionada com a intensidade do sinal recebido, a RSSI compreende um escalar da energia presente e o escalar compreende uma função do ganho no receptor, as determinações da RSSI durante qualquer intervalo determinado são menos dependentes da velocidade ambulatória do receptor, e obtêm-se determinações da RSSI com exactidão equivalente mais rapidamente, ou obtêm-se determinações da RSSI mais exactas por unidade de tempo. Isto depende de uma simplificação do processo físico actual de transmissão e recepção de um sinal de rádio. No caso real a energia vista no receptor é distribuída aproximadamente continuamente ao longo do tempo. No processo da presente invenção utiliza-se um modelo simplificado, válido nos casos de interesse, que trata o sinal recebido como se ele fosse constituído por reflexões individuais, distanciadas no tempo. Estas reflexões poderão igualmente ser denominadas raios ou ecos .

processo compreende a utilização de uma parte conhecida do sinal, tal como uma sequência de sincronização para obter a função de dispersão no tempo, nomeadamente a resposta do impulso, do canal de comunicação em que o sinal é transmitido, determinando então a energia presente entre os ecos dispersos no tempo a fim de se chegar até à RSSI. Desta forma, obtém-se primeiro uma função de correlação, a qual representa a resposta do canal ao impulso, sendo a correlação realizada entre a parte do sinal recebido que contém um padrão de treinamento conhecido e uma cópia do padrão armazenada no receptor ;

utilizando um nível considerado como limiar, obtêm-se picos da função de correlação, sendo cada pico proporcional à potência de um dos raios que constituem o modelo sinplificado do sinal recebido;

a potência do sinal é considerado como sendo uma soma escalanada destas potências dos raios, em que o escalonamento tem em conta as características eléctricas do receptor, tais como ganho do amplificador e tensão de saída, e o período de tempo durante o qual foi feita a medição. Esta medida da potência do sinal é denominada a rápida medição da RSSI.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Objectivos características e vantagens adicionais do processo da presente invenção serão mais claramente entendidas e poder-se-à apreciar a melhor maneira para realizar o referido processo na sua forma de realização preferida(a título de exemplo não restritivo), a partir da descrição pormenorizada que se vai seguir, vista em associação com os desenhos em anexo em que:

a Figura 1 um ilustra um sinal TDMA exemplar que é recebido e avaliado de acordo com a forma de realização preferida da presente invenção;

a Figura 2 é um diagrama de blocos do receptor da forma de realização preferida do processo da presente invenção; e a Figura 3 é uma ilustração do processo para determinar a indicação das intensidades de sinais de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO__PORMENORIZADA processo da presente invenção utiliza-se num sistema j celular radiotelefónico usando um sistema de acesso em divi) são de tempo (TDMA)

A Figura 1 ilustra um sinal do sistema de acesso em divisão de tempo (TDMA) exemplar, que é recebido e avaliado de acordo com a forma de realização preferida do processo da presente invenção .

Como se ilustra na Figura 1 a, quadros com uma duração de 4,616 milisegundos são sequencialmente transmitidos através de todo o sistema. Cada quadrado (Quadrado) é constituído por oito intervalos de tempo (Intervalos de tempo 0-7) para veicular fala ou tráfego de dados. Constitui uma excepção o fac) to de, em apenas um par duplex de frequência portadora por ca) da célula, um intervalo de tempo (Intervalo de tempo 0 ) está reservada para os dados de controlo do sistema, tais como pedidos de acesso e dispositivo de chamada.

Como se ilustra na Figura 1 b, cada intervalo de tempo com um período de duração de O,577uons contém 148 bits de informação num intervalo de bits de 156,25 , incluindo uma sequência em que os receptores se podem sincronizar a si próprios com a transmissão (SEQUÊNCIA DE SINCRONIZAÇÃO) possibilitando a chegada atrasada e dispersa no tempo do sinal (D) e dos seus ecos no receptor, como é adicionalmente ilustrado na Figuralc.

A Figura 2 é um diagrama de blocos do receptor da forma de realização preferida do processo da presente invenção.

receptor utiliza técnicas de rádio convencionais desde a antena até ao misturador e filtro de passa-banda. 0 sinal misturado e filtrado é amplificado num amplificador de frequência intermédia (205),cujo ganho é fixado para a recepção de cada intervalo de tempo num valor pré-determinado estabelecido por um conversor de engatamento digital/analógico (239). 0 sinal amplificado é seguido por uma detecção de qudratura convencional de ganho fixo. 0 detector da quadratura é constituído por um oscilador local (207), um desfasador de 90 graus (209) e por um par de desmoduladores (211 e 213),o oscilador local (207) está sincronizado em fase com a portadora recebida. Os componentes do sinal analógico I e 0 são filtrados (217 e 215) e digitalizados num par de conversores analógicos/digitais de alta velocidade e de ganho fixo (A/Ds : 219 e 221) oito vezes por cada intervalo do símbolo.

receptor sincroniza-se com o sistema por meio de técnicas convencionais e, uma vez sincronizado, está apto a calcular o momento apropriado para começar o processamento de cada intervalo de tempo do sinal. 0 receptor recebe e armazena amostras de todo o intervalo de tempo e, mais tarde, determina a função de dispersão no tempo, nomeadamente a resposta de impulso do canal, e calcula a rápida RSSI da seguinte maneira.

Através de todo o intervalo de tempo, o DSP (223) através do seu DMA (229), permite que portas tristate (225 e 227) associar pares de números digitalizados a pares sequenciais M de locais da Memória de Acesso Aleatório (RAM:235 e 237), pre10

servando desta forma a parte real inteira do sinal s(t)=si(t)+ + sq (t), e preservando as suas características de dispersão no tempo inerentes.

A Memória (ROM : 234, 245 e 247) contém uma réplica local da sequência de sincronização esperada r(t)=ri(t) + rq(t),composta por N pares de valores sequenciais, contendo igualmente outra memória em que se armazenam constantes e resultados. Esta versão de amostragem da réplica local é então escrita da forma r (n) = ri (n) + rq (η), n= 1, 2, .......,N.

Similarmente, a versão de amostragem do sinal recebido é s (n) = si (n) + sq (n), n= 1,2.........M, em que M deverá ser maior, ou ser pelo menos igual, a N, porquanto a localização exacta da sequência de sincronização é desconhecida para o receptor.

E instrutivo descrever nesta altura o que é que os pontos de amostragem r (n) estão descrevendo. Estes pontos são a versão de amostragem de uma função contínua no tempo que descreve um sinal o qual, uma vez emitido pelo transmissor, é reflectido por muitos ohjectos que se encontram entre o transmissor e o receptor. A reflexão provoca que a energia do sinal transmitido chegue durante um período de tempo, determinado pela

distância que cada eco de cada objecto reflector tem que percorrer para chegar até ao receptor. No sinal recebido, a energia que fora transmitida durante um período de tempo do símbolo de sinalização, é distribuída ou dispersa no tempo pelo processo da reflexão durante um período de tempo mais longo de que o intervalo do símbolo transmitido. Um modelo para transmissão, agora bem conhecido na literatura (por exemplo,Activities of the COST 207 Working Group on Propagation, R.W. Lorenz, International Conference on Digital Land Mobile Radio Communications, 30 Junho-3 Julho 1987, Veneza, Itália), trata o sinal recebido como se ele fosse constituído por um número finito de raios, ou ecos, de tempos de chegada e intensidade de sinais diferentes.

Usando-se agora notações contínuas no tempo, o sinal na antena do receptor é

L

i = l

Ai (t) ai (t - T ) quando se consideram L raios. Desenvolve-se agora como é que o sinal se apresenta no receptor imediatamente antes de se fazer a amostragem pelos conversores A/D. No caso em que L=l, um único raio chega até ao receptor e o sinal recebido pode ser escrito na denominada forma em quadratura s (t) = I (t) cos (W t) - Q (t) sin (W t) c c

em que W_c é a frequência em radianos da portadora RF.

No I, ou ramal em fase, o oscilador local é cos(W t), c (213), e em Q ou ramal em quadratura, o oscilador local é deslocado de um ângulo de -90⁹ , (211). Cada um escolhe o seu ramal transmitido pelo sinal recebido de acordo com

S_i (t) = [^s (t)* cos (W_ct)J LPF; S_q (t) = jS (t)* sin (W_ct)J LPF em que \ f LPF indica que a mada através de um filtro de expressões trignométricas, a mal I é quantidade entre parênteses é topassa-baixos. Desenvolvendo as resposta a um raio único no ra*

I (t) e, similarmente, no ramal 0 é

-Q

Quando estão presentes dois raios, poder-se-á mostrar que no ramal I (t) = ^{1 + + 1} ' (^t) ^cos (~\) “ Q ¹ (t) sin (-^) ^k ' 2 2 2

e, similarmente, no ramal Q (t) =

-Q ( t) + I¹ (t) sin (0) - Q¹ (t) cos () em que 1' (t) e Q' (t) são as partes variáveis no tempo de um segundo raio, e 0 é o desfasamento da portadora do segundo raio relativamente à portadora do primeiro raio. A potência instantânea do sinal S(t) é dada por p (t) = S. ²(t) + 8 ²(t) s ί q que se converte em

I	( t) +	Q	(t)	+ I '	(	t)	+ Q'	’ (t)
+ 2	(I (t)	I '	(t)	+ Q	(t)	Q'	(t)	) cos	($)
+ 2	(I < t)	0'	(t)	- 0	(t)	I '	(t)	) s in	($)

Os quatro últimos termos representam variações rápidas na potência instantânea. Seria desejável chegar-se apenas aos quatro primeiros termos, mas não há forma de o conseguir considerando apenas o envólucro da versão de amostragem do S(t) directamente. A presente invenção mostra como obter I (t) + + 0 (t) para cada raio recebido, o qual é a potência recebida devida a cada raio. A soma destas potências, ou de alguma valor proporcional, fornece uma estimativa da intensidade dos sinais mais estável e exacta do que a simples medição do envólucro dos sinais recebidos.

A Figura 3 é uma ilustração do processo para se determinar a intensidade dos sinais de acordo com a presente invenção. 0 processo ilustrado em (301) e (303) acabou de ser descrito atrás.

Agora obtém-se a resposta de impulso no canal calculando-se a função de correlação complexa R (Z) entre ® (n) e r(n)

S Γ (304). Isto é feito matematicamente considerando quer s(n) quer r (n) como quantidades complexas. A correlação complexa é uma função do parâmetro z, representando o desvio relativo entre s (n) e r (η). A função da correlação complexa é bem conhecida e é dada por

R (Z) = s r ( i-z (i) em que r (i) derrota o conjugado complexo e a soma é tomada para todas as amostras diferentes de zero da referência localmente armazenada ,para cada desvio z. Para estes desvios z=Z_n>em que a correlação é um máximo local, um dos raios associados linearmente ficou em alinhamento com a referência local e a correlação nesse ponto para esse raio é dada por sr

i = l s² (i)

em que se define s (t), como é habitual para os números complexos, como s(t) s (t). Isto é proporcional à energia num dos raios ou ecos. 0 facto 'As nas equações anteriores toma em considerações o nível de tensão de saída esperado do receptor para uma determinada intensidade de sinais de entrada e escalonada para a utilização de amostras discretas múltiplas no cálculo. Aqui reside a essência do processo. 0 processo de calcular a função de correlação complexa, revela essencialmente a localização no tempo conhecendo Z para cada raio ou eco e, n o facto mais importante da presente invenção, revela a sua intensidade pela magnitude de R (Z ).

sr n

Poderão haver vários picos locais na função de correlaçãq e apenas aqueles que se encontram acima de um certo limiar devem ser considerados (305). Quando se obtêm todos os máximos locais acima de um limiar pré-determinado (306), a operação final é somar as energias ou tensões ao quadrado, ou potências absolutas, conforme fôr mais conveniente para o cálculo (307). E apenas importante que o processo de decisão que deverá usar a medição saiba quais das medidas estão a ser utilizadas, a qual poderá ser incluída no factor do escalonamento . Isto representa então a rápida medição da RSSR. Finalmente, aguardam-se as amostras provenientes do intervalo de tempo seguin16

te (308).

Quando a velocidade de alteração da resposta de impulso é suficientemente baixa, comparada com a velocidade de repetição da sequência de treinamento usada para se determinar a resposta de impulso no canal, a rápida RSSI calculada pode ser considerada isoladamente ou mesmo como um valor predizível da intensidade do campo de dados recebidos seguinte. Quando a velocidade de alteração da resposta do impulso é mais rápida, é conveniente de qualquer forma igualizar ou filtrar a sequência dos valores da RSSI. 0 processo pode utilizar uma filtragem das respostas dos impulsos infinita, médias de operacionalidade ou de desenvolvimento para se obterem resultados utilizáveis .

Deverá ser ainda notado que este processo não está limitado a transmissões de sincronização mas que é igualmente aplicável para a recepção de qualquer tipo de transmissão ou transmissões nas quais ocorrem certas sequências conhecidas em intervalos predizíveis.

E igualmente verdade que o processo da presente invenção não precisa de estar limitado a um processamento discreto no tempo ou de amostragem. Essencialmente poder-se-ão aplicar os mesmos cálculos sempre que a correlação é realizada por um dispositivo de temporização contínua, tal como um dispositivo de Onda de Superfície Acústica.

Em resumo, revelou-se um processo para obtenção de uma indicação rápida da intensidade de sinais recebidos (RSSI) de um sinal disperso no tempo possuindo ecos no qual a dispersão no tempo representa pelo menos uma fracção significativa, ou maior do intervalo do símbolo transmitido. Ele compreende

A a produção de uma função de correlação complexa entre o sinal recebido e uma sequência conhecida armazenada no receptor. A função de correlação resultante é examinada em áreas situadas acima de um limiar determinado em cada nova medição a fazer nos máximos locais, sendo cada um deles proporcional à energia e, uma vez que se conhece a escala de tempo do sinal, a uma potência de eco individual. Estas energias, ou as potências, ou tensões de picos uniformes são somadas para se obter uma determinação da RSSI durante qualquer intervalo determinado que seja menos dependente da velocidade do receptor do que os processos que antecederam a presente invenção. Para além disto, as determinações da RSSS de exactidão equivalente são obtidas mais rapidamente, ou obtém-se determinações da RSSI mais exactas num determinado período do que ao utilizarem-se simples processos de amostragem dos envólucros.

)

Proporciona-se assim um processo para a obtenção rápida da indicação da intensidade do sinal recebido (RSSI) de um sinal disperso no tempo, tendo ecos (em que a dispersão no tempo representa uma fracção significativa, ou mais, do intervalo do símbolo transmitido). Ele compreende uma correlação deslizante de um sinal recebido em relação a uma sequência conhecida ou por meio da sondagem do canal, para se obter a função de dispersão no tempo do canal de comunicações no qual é transmitido o sinal, e a soma dos quadrados dos componentes em quadratura das energias nos máximos relativos das correlaçõesfpicos de correlação determinados em relação a um nível limiar) para integrar a energia definida pela função de correlação e determinar a energia presente entre os ecos dispersos no tempo assim obtida. Assim, a energia presente nos ecos dispersos no tempo é relacionada com a intensidade do sinal recebido, a RSSI compreende um escalar da energia presente e o escalar compreende uma função do ganho do receptor, as determinações da RSSI durante qualquer determinado intervalo são menos dependentes da velocidade ambulatória do receptor e obtém-se determinações da RSSI com exactidão equivalente mais rapidamente, ou obtêm-se determinações da RSSI mais exactas por unidade de tempo .

Embora tenha sido descrita e ilustrada a forma de realização preferida da invenção, deverá ser apreciado pelos conhecedores desta matéria que· se podem implementar outras variações e modificações. Estas e todas as outras variações e adaptações deverão enquadrar-se no âmbito das reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES:

1. Processo para obtenção rápida de uma Indicação da Intensidade de Sinais Recebidos (RSSI) de um sinal disperso no tempo que, quando transmitido, tem sequências conhecidas em intervalos previsíveis, tendo o sinal disperso no tempo caracterizado pelo facto de se obter a função de dispersão no tempo do canal de comunicações em que o sinal é transmitido e se determinar a energia presente entre os ecos dispersos no tempo utilizando a função de dispersão no tempo assim obtida, de forma que a intensidade do sinal recebido é derivada da energia presente nos ecos dispersos no tempo.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a resposta do canal ser determinada por sondagem do canal.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a obtenção da função de dispersão no tempo se caracterizar por se correlacionar o sinal recebido com uma sequência conhecida e a determinação da energia presente se ) caracterizar por se fazer a integração da energia obtida a partir da função de correlação.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a correlação se caracterizar por se calcular uma correlação deslizante de um conjunto compósito, constituido pelo sinal e ecos.
5. Processo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo facto de a determinação da energia se caracterizar por se realizar a soma das energias nos máximos relativos das correlações.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de os máximos relativos serem determinados em relação a um nivel considerado como limiar.
7. Processo de acordo com uma das reivindicação 3 a 6, caracterizado pelo facto de a correlação ser uma correlação complexa entre um sinal de quadratura recebido e um sinal de quadratura de referência.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a determinação da energia se caracterizar por se realizar a soma dos quadrados das componentes da quadratura nos máximos relativos das correlações.
9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo facto de se utilizar a correlação complexa para fornecer as informações a um igualizador de um algoritmo de viterbi relativamente às características e dispersão do canal, no tempo.
10. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a RSSI ser caracterizada por um escalar da energia presente.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de o escalar ser caracterizado por uma função do ganho do receptor.
12. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se utilizar a RSSI para estabelecer o ganho do receptor necessário.
13. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a dispersão no tempo representar uma fraeção significativa ou várias do intervalo dos símbolos transmitidos.
14. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se utilizar a RSSI para facilitar as decisões sem intervenção humana num sistema de radiotelefones celular.
15. Aparelho para utilização num sistema de telefones celular, para obtenção rápida da Indicação da Intensidade do Sinal Recebido (RSSI) de um sinal disperso no tempo que quando transmitido, tem sequências conhecidas em intervalos previsíveis, tendo o sinal disperso no tempo ecos, caracterizado pelo facto de possuir meios para obter a função de dispersão no tempo do canal de comunicações em que o sinal é transmitido;

meios que utilizam a função de dispersão no tempo para determinar a energia presente nos ecos dispersos no tempo; e meios para derivar a intensidade do sinal recebido a partir da energia presente nos ecos dispersos no tempo.