SE527835C2 - Metod för att styra mottagningssignalnivåer i en nod i TDMA- radiokommunikationssystem för punkt-till- multipunktkommunikation - Google Patents

Description

IIII I I I I II II IIII II I IIII I I I I I I II I I I I I I I I I I III III IIII I I I I I I I I I I II II II IIII III II III 10 20 25 30 527 835 2 terminal, för att säkerställa en optimal demodulering för varje möjligt utredningsförhållande (avståndet till varje terminal, utbredningskanalens status, etc.). Särskild hänsyn bör ägnas fenomenet regndämpning, vilket, som är välkänt, förstör radioöverföringen genom att reducera signalens effektnivå med upp till tiotalet decibel beroende på regnzonen, på radiolånkens längd och på systemets efterfrågade tillgänglighet.

På mottagarsidan bör nivån på signalen vid ingången till den digitala demodulatorn hållas inom ett lämpligt dynamiskt fönster, direkt före analog till digital omvandlingen (A/ D), i relation till det effektiva antalet tillgängliga bitar, för att undvika försvagning av mottagarens utslagsprestanda i hela eíïektdynamikområdet som förväntas för en radiofrekvens.

Alltså år styrning av signalnivän för varje transmissionsskur nödvändig i TDMA-systern.

Problemet har fram till nu lösts genom att använda två olika tekniker, vilka dock båda uppvisar nackdelar.

Enligt en första teknik används en ijärrstyrning av effekten från varje terminal. Demodulatorn i noden tar reda på den mottagna signalnivån för varje skur och sänder stymingsslingmeddelanden för att styra den utsända effekten från varje terminal.

Styrning av förstârkningen på mellanfrekvensen (IF) i mottagaren tillhandahålls av en andra teknik. Demodulatorn i noden tar reda på signalnivån för varje skur och agerar på kretsen för automatisk effektreglering vid mellanfrekvensen så att den kompenserar för varje ändring.

Fjärrstyrningsslingan har i sig olyckligt nog en begränsad stymingsbandbredd eftersom styrningshastigheten är proportionell mot annu I o o 0 OO en not: nu 00 0 0 0 Q 0 0 c 0 I o u 0 a 0 0 0 0 U to no oo 10 15 20 25 30 527 835 3 antalet utväxlade styrningsmeddelanden och därför också mot hur upptaget bandet som är tänkt för trafik är. Å andra sidan har användningen av kretsen för automatisk förstârkningsreglering (AGC) för sig själv på mottagarsidan nackdelen att den tvingar terminalerna att sända vid den högsta effektnivån även när det inte finns någon regndåmpning, eftersom terminalernas effektnivåer anpassas vid installeringen och därför bara beror av avståndet från noden.

Syftet med denna uppfinning är att tillhandahålla en ny teknik för att lösa ovannämnda problem, som relaterar till styrningen av signalnivàerna.

Uppfinningen ligger i att den möjliggör, i TDMA- radiokommunikationssystem för punkt-ti1l-multipunktkommunikation (PmP) i mikrovågsomràdet, att utföra styrningen av signalnivåer genom att aktivera en lokal styming i nodmottagaren med hjälp av en särskild AGC och samtidigt aktivera en radiokontrollslinga från noden till varje terminal vilken anpassar den sända effektnivän.

Med fördel är den snabba AGC:n som utnyttjas för att utföra uppfinningen en krets som kan rekonfigureras snabbt och samtidigt är exakt och stabil under arbetsfaserna. Företrâdesvis består den av en förstärkare med hög noggrannhet och fix förstärkning och av en variabel dämpare med hög noggrannhet och klar stabilitet med avseende på ändringarna i dämpningen.

Uppfinningen beskrivs nu mer i detalj, genom att hänvisa till de bifogade ritningarna, vari: Fig. 1 är ett schema över den redan nämnda PmP-TDMA-arkitekturen vari styrmetoden enligt uppfinningen används; Fig. 2 visar hur att arbeta med den nya tekniken som har föreslagits i ett radiokommuriikationssystem liknande det som visats i figur 1; 0 00 0000 0000 00 0 0 0 0 0 000 000 0:00 0 0 0 0 0 0 00 00 000 00 15 20 25 30 527 835 Fig. 3 visar implementeringen i radjonoden av en AGC som kan rekonfigureras snabbt och som samtidigt år noggrann och stabil under arbetsfaserna, enligt systemet i fig. 2; Fig. 4 visar signalnivåprofilen i ett PmP-TDMA-system enligt uppfinningen; och Fig. 5 visar implementeringen av algoritmen för förstârkningsstymingen i nodens mottagningskedja.

En radionod (RN) 1 med sin antenn 1A och några accessterminaler (AT) 2, 3 och 4 visas i ñg. 2. Noden 1 innefattar, som redan år känt, en analog demodulator 6 och en digital demodulator 7. Som redan nämnts år ett syfte med uppfinningen att signalbredderna vid ingången till nodens 1 digitala demodulator 7 år lika för varje terminal och i vilket utbredningsförhållande som helst under kommunikationen.

Eftersom det år TDMA-överföring, beror signalnivån för på varandra följande skurar vilka avkänns av nodmottagaren, på lânkförhållanden för den specifika terminalen och kan innehålla en stor mängd ändringar. AGC:n 5 bör vara tillräckligt snabb för att kunna växla förstârkningsnivå under det tidsmellanrum (guard time) som separerar två närliggande skurar.

Tidsmellanrummet bör vara så kort som möjligt (t.ex. 200-400 ns), för att maximera överföringens verkningsgrad.

Informationen om förstårkningsnivån (AGC) uppdateras för varje specifik terminal för varje transmissionsram och återstâlls när skuren år mottagen.

Uppfinningen föreslår att använda indikationen given av nivåvârdet från AGC:n för varje terminal i avsikt att fjårrstyra dess effektnivå genom att sända ett stymingsmeddelande. Den nuvarande AGC-nivån år faktiskt ett I 000: 0000 0 0 0 ICO CIO IOII I 0 0 0 0 000 00 000 0 0 00 0000 00 00 0 0 0 n 00 0 0 0 00 0 I I 0 0 0 00 0 527 835 indirekt mått pà effektåndringen som terminalen mäste genomföra för att hålla en optimal transmissionsprestanda.

Den lokala AGC:n används som en dynamisk buffert i den föreslagna algoritmen, därmed möjliggörande en reduktion av antalet kontrollmeddelanden. En lämplig nivåstyrning och riktiga förändringar kan faktiskt säkerställas av den lokala AGC:n under snabba transienter, utan att skicka stymingsmeddelanden. Därmed hålls bandkapacitet reserverad för användare. Detta särdrag är fundamentalt för TDMA-transmissioner för att minimera förlusten av spektralresurser när ett stort antal terminaler skall styras. Ett TDMA-system delar spektralresurser genom en uppdelning i tidluckor och en allokering av grupper av tidluckor till varje användare, beroende på användarens bandbreddsbehov.

Om en PmP-TDMA-arkitektur med dynamisk allokering av bandet används, beror omfattningen av tid som används på den delade kanalen på antalet aktiva användare som servas av en viss radionod och på den enskilda användarens aktivitetsnivå. Således år antalet aktiva tidluckor för en tidsperiod (vilket är proportionellt mot medelefïekten under samma period) inte förutsägbart.

Som redan är känt innefattas arktitekturen för nodmottagaren oftast av en utomhusdel och av en inomhusdeldel. Dessa två delenheter sammanbinds med en eller flera sammanbindningskablar.

Typiska proñler för signalnivåer som mottas i ett PmP-TDMA-system visas i fig. 4, där det vänstra diagrammet visar effektprofilen utomhus, d.v.s. vid ingången till antennen 1A, och det högra diagrammet visar effektprofilen inomhus, d.v.s. vid ingången till demodulatorn 6. Amplitudtoppen för dessa profiler kan användas för att styra effekten i nodmottagningskedjan, genom att jämföra toppen för information som uppmâtts i utomhusenheten med den som har uppmâtts i inomhusenheten, vilket förklaras nedan. 10 15 20 25 30 527 835 6 Eftersom utomhusdelen skall kunna arbeta i ett väldigt stort temperaturområde, t.ex. (-40° C + 60° C) och vid väldigt höga bårarfrekvenser, är den till sin natur dyrare än inomhusdelen. Därför bör dess komplexitet begränsas så mycket som möjligt, även vid skada på inomhusdelen, för att därigenom kunna hålla kostnaderna för anordningen låga och inte försvaga dess storskaliga produktionsmöjligheter.

Alltså, för att kunna behålla en stark implementering och en acceptabel kostnadsnivà för utomhusdelen âr det tillrådligt attundvika implementering av snabb och noggrann AGC. Följaktligen ligger förstärkningen i utomhusdelen oftast på en konstant nominell förstärkning.

Således skall den variabla AGC:n i inomhusdelen kunna fastställa ändringarnai utbredningsförhållanden (regndämpning) och ändringarna i förstärkning/ dämpning relativt mottagarens front-end-fórstärkare och relativt kabeln som förbinder inomhus- och utomhusdelarna (där kabeln har variabel längd och kärmetecken).

Detta utförs med hjälp av implementationen enligt fig. 5 vilken visar nodmottagarens hela AGC vilken enligt uppfinningen innehåller tre olika delblock.

Det första delblocket är en fix förstärkare 10, vilken har hög noggrannhet och en fix förstärkning (utomhusdel).

Det andra delblocket är en snabb AGC 5, vilken innefattar en fix förstärkare 5A och en variabel dämpare SB (se fig. 3), vilken har hög noggrannhet och klar stabilitet i förhållande till ändringar i därnpningen (inomhusdel).

Förstårkaren 5A har en fix förstärkning, t.ex. runt 30-40 dB med en variation på mindre än t.ex. 6 dB över tiden. Dämparen SB har ett dynamiskt arbetsområde på t.ex. 30 dB och en svarstid på t.ex. 200 ns, d.v.s. det kan ta 200 ms tills dämparen SB når den anvisade dämpningen. oo none o I o o en tona oo om o I 0 o o 0 o o oo o I 0000 n o to oo o 20 25 30 527 835 7 Dåmparen SB når den anvisade dämpningen med t.ex. en variation över tiden på 1 dB.

Det tredje delblocket år en långsam AGC 8 vilken har ett dynamiskt arbetsområde som år mindre ån den första och med begränsad hastighet, vilken har till uppgift att balansera ändringarna i förstârkriingen för mottagningskedjan i noden (inomhusdel). Den långsamma AGCzn 8 har ett dynamiskt arbetsområde på t.ex. 20 dB och en svarstid på t.ex. >50 ms, d.v.s. det kan ta mer än 50 ms tills AGC:n når ett anvisat värde.

En sådan långsam AGC behöver inte rekonfigureras under tidsmellanrummet (guard time), den behöver bara tillåta ändringar i CM- förstärkning (common mode gain). Användningen av denna del möjliggör en reduktion av de dynamiska kraven i förhållande till den snabba AGC-delen (vilken skall kunna urskilja en enstaka terminal).

Problemet att styra förstårkningen inuti radionoden som arbetar i PmP- TDMA-mod genom att använda information om mottagen toppeffekt löses med metoden enligt uppfinningen.

Information om signalens toppvårde för både inomhusdelen och utomhusdelen används i styrningsalgoritmen.

Faktiskt så beror skillnaden på de två toppvârdena som år utråknade för de nämnda delarna bara på förstärkningsíöråndringar inuti mottagaren och inte på förändringar i kanalförhållanden.

I den föreslagna metoden möjliggör en lämplig styrkrets 9, vilken visas i fig. 5, att hålla skillnaden mellan de två toppvårdena för de mottagna signalerna konstant i olika punkter i systemet.

Därför finns tre olika styrslingor som är aktiva samtidigt i upplånk-kanalen: A. Effektstyrning av den såndande terminalen (utomhus); nn n nn nnnn nnnn n n n nn n n n n n n n n nnn nnnn n n n n n n n nn nnnn nnn nn non nn n n n 10 l5 20 25 30 527 835 8 B. Styrning av snabb AGC i radionodens mottagare (inomhus) per accessterminal; C. Styrning av den långsamma AGC:n som är gemensam för alla terminaler tillhörande mottagaren i radionoden (inomhus) för att ta i beaktande förstärknings/ dämpningsändringar inuti mottagarkedjan, vid PmP-TDMA- mottagning.

Bandet för varje styrningsslinga väljs noggrant så att alla närvarande slingor i upplänkkanalen förblir stabila även om de arbetar samverkande.

Stabilitet för hela systemet uppnås genom att använda tillräckligt distinkta band för var och en av de tre slingorna.

Om det behövs för att försäkra sig om ett bra signal- /brusförhållande (S / N) vid mottagaringängen vid användande av minsta möjliga transmissionseffekt, bör ett nominellt värde sättas för AGC-nivän, vilket definierar dess referensnivà. Skillnaden mellan det nuvarande AGC-värdet för en viss terminal och den globala referensnivàn bestämmer korrigeringsmeddelandet som skall sändas till terminalen.

Om, till exempel, ett nominellt AGC-värde är satt till 10 dB och en aktuell nivå på 15 dB uppkommer betyder det att transmissionseffekten är 5 dB lägre än den önskade transmissionsnivån och ett kontrollmeddelande bör sändas för att kompensera för denna skillnad.

När regndämpníng uppkommer ökar den snabba AGCzn snabbt sin förstärkning för att bibehålla effektnivån inom demodulatoms dynamiska område, men detta skapar en förskjutning av den snabba AGC-nivån från referensvärdet, och ett kontrollmeddelande sänds för att höja terminalens transmissionsefïekt.

Terminalens hela tillgängliga transmissionseffekt kommer att användas mot dämpningen vid en lång och stark dämpning. Faktiskt kommer mottagaren 10 l5 0 coli Q non nt! 0 c nu o u I 0 0 a 1 co u 0 1 9 0 n s 0 nu noen oro oo 000 annu oo 0 o 0 en nu 0 0 OI 527 835 acc o 0 en 0 .ou no Q nunnan 0 9 att ta emot meddelanden för att höja sin effekt ända tills den snabba AGC:n når referensnivån.

Den nya tekniken enligt uppfinningen innehar fördelen att styra effektnivån i varje dåmpningssituation, för att därigenom uppnå kravet på signal- /brusförhållandet (S / N) vid ingången till nodens digitala demodulator 7, utan att överskrida terminalsândanias transmissionseffekt och hålla ineffektens nivå inom demodulatorns dynamiska område.

Dessutom hålls styrningsbandbredden liten i den föreslagna implementeringen för att kunna använda denna styrning i TDMA- sändningen när, vilket är vanligt, många terminaler måste styras samtidigt.

Denna teknik gör det möjligt att nå en prestanda att sköta mer än sextio terminaler med en radiokanal som år utsatt för en dämpning av 100 dB/ s utan avsevärd förlust av bandbredd från noden till terminalerna. Dessutom kan kraven pà total nivåstyrningsdynamik för systemet delas mellan sändare och mottagare.

Claims (7)

527 835 I O PATENTKRAV

1.Metod för styrning av en signalnivå för signaler som sänds från åtminstone en terminal (2,3,4) till en radionod (1) i radiokommunikationssystem för punkt-till-multipunktkommunikation (PmP) vilka använder sig av tidsmultiplexad access (TDMA) i mikrovågsområdet, där signalnivån styrs så att den vid ingången till radionodens digitala demodulator (7) ligger inom ett område lärnpligt för demodulatorn, och där en radiostyrningsslinga aktiveras från radionoden (1) till terminalen (2,3,4) för att reglera den utsända signalnivän, och att noden (1) har en lokal styrslinga innefattande en första AGC för styrning av den mottagna signalnivån i noden, kännetecknad av att den första AGCn är en snabb AGC (5), vilken används som en dynamisk buffert för att vid snabba transienter i signalnivån reglera signalnivän in till demodulatorn (6,7) i noden (1), och vilken har en svarstid som gör att den kan växla förstärkningsnivå under det tidsmellanrum som separerar två efter varandra mottagna skurar av signaler från den åtminstone en terminalen, och att noden (1) också har en andra, långsam AGC (8), med en svarstid på mer ån 50 ms, för styrning av den mottagna signalnivån genom att balansera ändringar i förstärkning för nodens (1) mottagningskedja.

2. Metod enligt patentkrav 1, varvid den långsamma AGCn (8) har ett dynamiskt arbetsområde som är mindre än den snabba AGCns (5) arbetsområde.

3. Metod enligt något av patentkrav 1-2, varvid radionoden (1) innefattar en utomhusdel och en inomhusdel, och att den långsamma AGCn (8) implementeras i inomhusdelen och att den långsamma AGCn (8) uppdateras med information om toppvärdesamplituden för signalen som tas emot av noden (1).

4. Metod enligt patentkrav 3, varvid informationen om toppvärdesamplituden erhålles genom att jämföra signalens toppvärde uppmätt i utomhusdelen med sígnalens toppvärde uppmätt i inomhusdelen. 527 835 ll

5. Metod enligt patentkrav 1, varvid radionoden (1) har en inomhusdel och en utomhusdel och att den snabba AGCn (5) och den långsamma AGCn (8) implementeras i inomhusdelen och att utomhusdelen innefattar en fix förstärkare som har hög noggrannhet och fast förstärkning.

6. En radionod (1) i ett TDMA-radiokommunikationssystem för styrning av en signalnivå för signaler som tas emot i radionoden från åtminstone en terminal (2,3,4) i systemet så att signalnivån vid ingången till radionodens digitala demodulator ligger inom ett område lämpligt för demodulatorn, varvid radionoden är anordnad att aktivera en radiostyrningsslinga från radionoden till terminalen (2,3,4) för att reglera den utsända signalnivån, och varvid radionoden har en lokal styrslinga innefattande en första AGC (5) för styrning av den mottagna signalnivån i radionoden (1), kännetecknad av att den första AGCn (5) är en snabb AGC, vilken används som en dynamisk buffert för att vid snabba transienter i signalnivån reglera signalnivån in till demodulatom (6,7) i radionoden (l), och vilken har en svarstid som gör att den kan växla förstärkningsnivå under det tidsmellanrum som separerar två efter varandra mottagna skurar av signaler från den åtminstone en terminalen, och att radionoden också innefattar en andra, långsam AGC (8), med en svarstid på mer än 50 ms, för styrning av den mottagna signalnivån genom balansering av ändringar i förstärkning för nodens (1) mottagningskedj a.

7. Radionod enligt patentkrav 6 där radionoden innefattar en inomhusdel och en utomhusdel och där den första AGCn (5) och den andra AGCn (8) är implementerade i inomhusdelen och där utomhusdelen innefattar en fix förstärkare med hög noggrannhet och fast förstärkning.