專利名稱：在無線電通信系統(tǒng)中監(jiān)控冗余(備用)發(fā)送器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有現(xiàn)用的發(fā)送器和一個(gè)或多個(gè)接收器的無線電通信系統(tǒng)中監(jiān)控冗余(備用)發(fā)送器的方法和裝置。本發(fā)明特別但并非專門涉及點(diǎn)到多點(diǎn)無線電通信系統(tǒng)。
無線傳輸系統(tǒng)經(jīng)常用于傳送數(shù)據(jù)。點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)中常見的一種方案是將數(shù)據(jù)從基站傳送到若干接收器。這種配置示于圖1中，其中，基站(BS)與該基站范圍的一個(gè)特定扇區(qū)10中的幾個(gè)終端臺(tái)(TS1-TS3)通信。為了減少設(shè)備故障的影響(即提高無線電鏈路的可用性)，眾所周知的做法是安裝在原設(shè)備功能正常時(shí)為冗余的復(fù)制設(shè)備(備用設(shè)備)。對(duì)點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)而言，由于基站發(fā)送裝置的完整性非常重要，所以通常復(fù)制發(fā)送器。這種情況如圖2所示，其中，現(xiàn)用和待用(冗余或備用)的發(fā)送器基本上是相同的，均包括室內(nèi)部分(IDU)和電纜連接的室外部分(ODU)。ODU包括RF級(jí)和天線11。如果現(xiàn)用發(fā)送器發(fā)生故障，則冗余(備用)發(fā)送器可以接管數(shù)據(jù)發(fā)送。
但是，冗余發(fā)送器有可能在現(xiàn)用發(fā)送器失效之前就已經(jīng)發(fā)生故障。這在冗余發(fā)送器始終處于受激狀態(tài)(即所謂的“熱待機(jī)”)時(shí)尤其可能。這時(shí)的失效概率為50％。如果未檢測到冗余發(fā)送器失效，就喪失了冗余性，并且如果現(xiàn)用設(shè)備也失效，則就完全喪失數(shù)據(jù)傳輸能力。這在點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)中顯然是災(zāi)難性，因?yàn)檎麄€(gè)扇區(qū)因基站故障而喪失。
因此，在這種通信系統(tǒng)中需要監(jiān)控冗余發(fā)送器的完整性。
但是，對(duì)冗余發(fā)送器進(jìn)行監(jiān)控提出了一個(gè)尖銳的問題，即發(fā)送器只能通過發(fā)送信號(hào)而得以完全測試，而這又可能對(duì)數(shù)據(jù)傳送產(chǎn)生不利影響。
目前，存在三種已知的監(jiān)控方法·數(shù)據(jù)信號(hào)在不同頻率或時(shí)隙上同時(shí)使用兩個(gè)發(fā)送器(現(xiàn)用和備用發(fā)送器)。這在如下條件得到滿足時(shí)才在點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)中是可行的下行鏈路中的數(shù)據(jù)信號(hào)是“突發(fā)信號(hào)”，即如果對(duì)不同終端臺(tái)使用不同的時(shí)隙，或者如果數(shù)據(jù)信號(hào)是FDM(頻分復(fù)用)信號(hào)，即對(duì)不同終端臺(tái)使用不同的頻段。
·通過冗余發(fā)送器發(fā)送時(shí)域或頻域?qū)б盘?hào)。但是這又浪費(fèi)資源。
·室外單元(ODU)是自監(jiān)控的，即僅對(duì)發(fā)送器的模擬部分通過例如監(jiān)控振蕩器來執(zhí)行監(jiān)控。這要求開發(fā)特殊的冗余ODU以及冗余ODU和IDU(室內(nèi)單元)之間的數(shù)字鏈路。此外，這包括可能昂貴的其它硬件支出。
因?yàn)榫蚑DMA(時(shí)分多址)點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)而言，下行信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，不能采用第一種監(jiān)控方法。而其他兩種則具有效率低的缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于監(jiān)控?zé)o線電通信系統(tǒng)的冗余發(fā)送器的方法，所述系統(tǒng)包括用于向一個(gè)或多個(gè)接收器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)用發(fā)送器，該方法的特征在于如下步驟在正常工作期間通過冗余發(fā)送器發(fā)送在所述數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶內(nèi)的擴(kuò)頻信號(hào)，所述擴(kuò)頻(SS)信號(hào)具有比所述數(shù)據(jù)信號(hào)低的譜功率；以及在所述一個(gè)或多個(gè)接收器中的一個(gè)或多個(gè)接收器上檢測所述擴(kuò)頻信號(hào)的存在，不存在擴(kuò)頻信號(hào)則視為表示冗余發(fā)送器不完整。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)可以通過冗余發(fā)送器發(fā)送導(dǎo)引(或監(jiān)控)信號(hào)而又不會(huì)干擾現(xiàn)用發(fā)送器所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。在接收器上，就數(shù)據(jù)信號(hào)而言，SS信號(hào)僅表現(xiàn)為加性白噪聲，因此可以忽略。但是，接收器還包含專門用于檢測SS信號(hào)的裝置，如果SS信號(hào)不存在，則可斷定冗余發(fā)送器有故障。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是其普遍適用性(它不依賴于數(shù)據(jù)信號(hào)的性質(zhì))，事實(shí)是本發(fā)明不浪費(fèi)時(shí)間或頻率資源，并且容易以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，因而本發(fā)明也是性能價(jià)格合算的。此外，ODU無須專門加以設(shè)計(jì)，并且無須在ODU和IDU之間進(jìn)行任何測量設(shè)置或提供任何鏈路。
擴(kuò)頻信號(hào)的存在檢測優(yōu)選通過相關(guān)過程來執(zhí)行。
更優(yōu)選的是通過互相關(guān)過程來進(jìn)行檢測，通過將第一偽噪聲信號(hào)饋送給冗余發(fā)送器來提供擴(kuò)頻信號(hào)，以及在接收到的信號(hào)和第二偽噪聲信號(hào)之間執(zhí)行互相關(guān)，第二偽噪聲信號(hào)具有與第一偽噪聲信號(hào)相同的特征。利用這種方法，當(dāng)采用冗余發(fā)送器來接替現(xiàn)用發(fā)送器時(shí)，第一偽噪聲信號(hào)最好在冗余發(fā)送器中通過與數(shù)據(jù)信號(hào)將會(huì)通過的相同的部件。
有利的是，為了補(bǔ)償與擴(kuò)頻信號(hào)有關(guān)的定時(shí)相位誤差，在接收器中對(duì)接收信號(hào)執(zhí)行過采樣。
可取的是，為了補(bǔ)償現(xiàn)用和備用發(fā)送器之間存在的頻率偏移效應(yīng)，并且將長偽噪聲序列相關(guān)可以容忍的窄的容許的偏移窗口納入考慮，對(duì)接收的信號(hào)施以步進(jìn)式掃頻運(yùn)算，其中接收函數(shù)與形式為exp{j2πkδS/η}的復(fù)因子相乘，其中j=-1,]]>k是采樣索引，η是過采樣因子，δS是按所述符號(hào)率來縮放的掃頻步長。
最好這樣選擇掃頻步長δS，使之可以覆蓋所述頻偏的所有值并且能夠補(bǔ)償所述頻偏隨時(shí)間的漂移。
互相關(guān)最好是二維的，其計(jì)算針對(duì)所有掃頻步長δS和針對(duì)ηNpn個(gè)時(shí)間步長來進(jìn)行，其中η是過采樣因子，而Npn是偽噪聲序列的長度。更優(yōu)選的是采用互相關(guān)結(jié)果的絕對(duì)值的最大值來確定冗余發(fā)送器的完整性。
在一個(gè)實(shí)施例中，采用互相關(guān)結(jié)果的絕對(duì)值的平方的最大值來確定冗余發(fā)送器的完整性。
最好通過對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行部分串行、部分并行的處理來執(zhí)行相關(guān)計(jì)算。采用這種方法，所述處理的形式最好為對(duì)δS的連續(xù)值并行處理ηNpn個(gè)點(diǎn)的第一組(NS)，然后，對(duì)δS的連續(xù)值并行處理ηNpn個(gè)點(diǎn)的第二組(NS)，依此類推直到覆蓋所有ηNpn個(gè)點(diǎn)。
在本發(fā)明的方法的優(yōu)選應(yīng)用中，無線電通信系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的接收器，其中每個(gè)接收器提供擴(kuò)頻信號(hào)存在與否的指示，根據(jù)兩個(gè)或兩個(gè)以上接收器中的預(yù)定數(shù)量的接收器的指示來作出冗余發(fā)送器是否完整的判決。
所述判決最好根據(jù)多數(shù)表決來作出。
或者，所述無線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)接收器以及在該接收器上檢測不到所述擴(kuò)頻信號(hào)的指示視為表示所述冗余發(fā)送器不完整。
本發(fā)明尤其適用于這樣的點(diǎn)到多點(diǎn)無線電通信系統(tǒng)，其中，現(xiàn)用和冗余發(fā)送器是基站的組成部分，以及接收器是該點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)的終端臺(tái)。所述點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)最好包括TDMA(時(shí)分多址)系統(tǒng)、FDMA(頻分多址)系統(tǒng)或CDMA(碼分多址)系統(tǒng)。
或者本發(fā)明可以應(yīng)用于包含冗余或備用發(fā)送器的點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于監(jiān)控?zé)o線電傳輸系統(tǒng)的備用發(fā)送器的裝置，該系統(tǒng)包括用于向一個(gè)或多個(gè)接收器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)用發(fā)送器，所述裝置包括用于產(chǎn)生偽噪聲信號(hào)的裝置；用于將所述偽噪聲信號(hào)加到冗余發(fā)送器的輸入上的裝置，所述發(fā)送器發(fā)送具有比所述數(shù)據(jù)信號(hào)低的譜功率的擴(kuò)頻信號(hào)；以及在一個(gè)或多個(gè)接收器中的用于檢測擴(kuò)頻信號(hào)的存在的裝置。
所述一個(gè)或多個(gè)接收器最好包括相關(guān)器，用于對(duì)接收的信號(hào)執(zhí)行互相關(guān)。
所述一個(gè)或多個(gè)接收器中最好還包括過采樣裝置，用于補(bǔ)償擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)定時(shí)相位誤差。
所述裝置最好還包括用于對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行掃頻運(yùn)算的掃頻裝置，該掃頻裝置包括乘法器，用于將接收的信號(hào)與形式為exp{j2πkδS/η}的復(fù)因子相乘，其中j=-1,]]>k是采樣索引，η是過采樣因子，δS是按所述符號(hào)率來縮放的掃頻步長。
所述相關(guān)器最好連接到最大值導(dǎo)出裝置，以便從相關(guān)器輸出導(dǎo)出最大值。采用這種方案，最好安排最大值導(dǎo)出裝置來導(dǎo)出相關(guān)器輸出的絕對(duì)值的最大值或者相關(guān)器輸出的絕對(duì)值的平方的最大值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，無線電通信系統(tǒng)包括現(xiàn)用的和冗余的發(fā)送器、兩個(gè)或兩個(gè)以上的接收器和根據(jù)本發(fā)明的第二方面的裝置。
這種通信系統(tǒng)的監(jiān)控裝置最好包括以所述接收器傳來的冗余發(fā)送器完整性指示為輸入的判決裝置。該判決裝置最好根據(jù)所述接收器中的多數(shù)表決來作出判決。
所述通信系統(tǒng)最好包括如下這類點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)TDM/TDMA(在下行方向進(jìn)行時(shí)分復(fù)用/在上行方向執(zhí)行時(shí)分多址)系統(tǒng)、FDM/FDMA(在下行方向進(jìn)行頻分復(fù)用/在上行方向執(zhí)行頻分多址)系統(tǒng)或CDM/CDMA(在下行方向進(jìn)行碼分復(fù)用/在上行方向執(zhí)行碼分多址)系統(tǒng)。
下面僅以例示方式參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是點(diǎn)到多點(diǎn)無線電通信系統(tǒng)的簡圖；圖2示意在圖1的點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)的基站中現(xiàn)用和待用(備用)發(fā)送器的使用；圖3是采用本發(fā)明的監(jiān)控方法的無線電通信系統(tǒng)的框圖；圖4是說明圖3所示的映射器的操作的復(fù)平面圖；圖5是圖3所示的通信系統(tǒng)的等效模型；圖6是顯示現(xiàn)用和冗余發(fā)送器之間頻偏存在效應(yīng)的sin(x)/x圖；圖7是圖5的等效模型，但它包括用于補(bǔ)償頻偏效應(yīng)的掃頻技術(shù)；圖8是進(jìn)一步說明圖7的相關(guān)掃頻技術(shù)的圖；圖9和10分別是說明頻偏漂移的不利效應(yīng)和補(bǔ)償此效應(yīng)的方法的圖；圖11是說明本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行的相關(guān)處理的框圖；圖12說明包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行部分串行、部分并行處理的相關(guān)方法；
圖13是經(jīng)過擴(kuò)展以包括圖12所示的串行/并行相關(guān)過程的圖11的框圖；以及圖14是說明串行/并行相關(guān)技術(shù)的特定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的圖。
現(xiàn)參照圖3，圖3是說明本發(fā)明的監(jiān)控方法的無線電鏈路的框圖，它同時(shí)包括發(fā)送器和接收器中的現(xiàn)用和待用(冗余/備用)路徑。兩條路徑中的發(fā)送級(jí)均相同，包括映射級(jí)12、內(nèi)插級(jí)13、數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí)14和為天線16饋送信號(hào)的IF/RF輸出級(jí)15。所用的調(diào)制方案是線性的，例如正交幅度調(diào)制(QAM)。
稍微更詳細(xì)地描述所示實(shí)施例的功能，要發(fā)送的比特(數(shù)據(jù)符號(hào))首先在映射器12中映射成信道符號(hào)。例如，假設(shè)采用4QAM或QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制方案，則讓信道符號(hào)對(duì)應(yīng)到圖4所示復(fù)平面中的四點(diǎn)之一上，即將要發(fā)送的有用數(shù)據(jù)比特流(符號(hào)流)中的兩比特映射到這四個(gè)符號(hào)之一上，在映射器的輸出得到該符號(hào)的兩個(gè)復(fù)值(實(shí)部和虛部)。然后，采用平方根奈奎斯特(Nyquist)濾波器(內(nèi)插級(jí))13進(jìn)行脈沖成形處理。對(duì)濾波器13的輸出采樣并轉(zhuǎn)換成模擬形式(14)。為了滿足采樣定理，采樣率必須至少是信道符號(hào)率的兩倍，因此執(zhí)行過采樣因子為η的內(nèi)插功能，此功能也包含在脈沖成形塊(內(nèi)插級(jí))13中。最后，在從天線16發(fā)射之前將基帶信號(hào)上變頻到IF，然后再到RF(15)。
數(shù)據(jù)信號(hào)通過現(xiàn)用路徑傳送。
雖然冗余傳輸路徑在迄今所述各方面基本上與現(xiàn)用路徑相同，但在一個(gè)方面有所不同在映射器12的輸入，設(shè)置了切換開關(guān)17，從而使如下操作成為可能，即在正常操作期間以符號(hào)率饋入擴(kuò)頻(SS)信號(hào)，而在現(xiàn)用發(fā)送器失效時(shí)，接管數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送。
SS信號(hào)由長度為Npn的長偽噪聲(PN)序列(幅度為±1)構(gòu)成。用過采樣因子η對(duì)信號(hào)進(jìn)行上采樣。由于現(xiàn)用和待用線路卡和ODU中的數(shù)字濾波器和模擬部件基本上相同，所以SS信號(hào)具有與數(shù)據(jù)信號(hào)相同的帶寬。但是，在空中接口上，其頻譜密度將顯著低于數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜密度(約少30-35dB)。因此，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)而言，PN序列看起來只是附加的但可忽略的白噪聲。
在接收器側(cè)，接收器天線18上接收到的信號(hào)經(jīng)下變頻到基帶(19)，然后從模擬形式變換到數(shù)字形式(20)，接著執(zhí)行對(duì)應(yīng)的內(nèi)插步驟(21)，并按照常規(guī)方法對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行同步和均衡處理(22)，從而得到現(xiàn)用發(fā)送器最初發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。但是，除此以外，還執(zhí)行檢測冗余(待用)發(fā)送器所發(fā)送的SS信號(hào)的步驟。這是通過將接收到的信號(hào)與發(fā)送器所用的相同PN序列作相關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。這由獨(dú)立的分支23所示，分支23視為相關(guān)級(jí)24，相關(guān)處理的結(jié)果用于判斷是否接收到SS信號(hào)(注意到接收的信號(hào)包括傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)和SS信號(hào))。實(shí)際上，將相關(guān)的絕對(duì)值的最大值用于作出判決。
判決級(jí)(24)得出如下結(jié)論(a)如果數(shù)據(jù)信號(hào)和SS信號(hào)均被檢測到，則認(rèn)為現(xiàn)用的和待用的發(fā)送器的ODU(11、15、16)均完好無損；(b)如果只檢測到數(shù)據(jù)信號(hào)，則認(rèn)為冗余ODU發(fā)生故障；(c)如果檢測到SS信號(hào)，則認(rèn)為現(xiàn)用ODU已經(jīng)發(fā)生故障(這適用于正要進(jìn)行冗余切換之時(shí))。本發(fā)明不解決控制從現(xiàn)用單元切換到冗余單元的問題。
此簡單方法因需要解決已在實(shí)際系統(tǒng)中出現(xiàn)的如下兩個(gè)問題而復(fù)雜化了(1)在SS信號(hào)情況下缺少在數(shù)據(jù)信號(hào)情況下通常可以加以利用的頻率同步。這導(dǎo)致形式為sin(πδM/η)/(πδM/η)的相關(guān)器輸出的劣化，其中δ是按照符號(hào)率縮放的頻偏，M是相關(guān)長度以及η是過采樣因子。
(2)同樣地，對(duì)SS信號(hào)而言，缺少定時(shí)同步，這也導(dǎo)致相關(guān)器輸出的劣化，具體取決于過采樣因子因子η越大，則劣化越小。
即便為無線電鏈路提供了頻率和定時(shí)相位同步，它也僅針對(duì)現(xiàn)用路徑作了優(yōu)化。由于現(xiàn)用的和待用的IDU和ODU中的振蕩器未耦合，所以頻偏將不會(huì)相同。此外，數(shù)據(jù)和SS信號(hào)的無線電信道也不會(huì)相同。接收器上的采樣相位將針對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，從而可能對(duì)SS信號(hào)存在定時(shí)相位誤差。
下面對(duì)頻偏和定時(shí)相位誤差對(duì)相關(guān)運(yùn)算的影響作一分析并提出解決方案。假定采用基帶信號(hào)表示。
時(shí)域中的頻偏效應(yīng)為每個(gè)樣點(diǎn)相對(duì)于前一樣點(diǎn)按常數(shù)因子 作相位旋轉(zhuǎn)sk′=sk·exp(j·2π·kΔffA)=sk·exp(j·2π·kδη)------(2.1)]]>其中，η＝fA/fS是過采樣因子，η＝Δf/fS是按照符號(hào)率fS來縮放的頻偏Δf，fA是采樣率。
參照圖5，它顯示圖3的通信系統(tǒng)的等效模型，其中，rk和sk分別是數(shù)據(jù)信號(hào)和SS信號(hào)，二者均用η進(jìn)行過采樣。令hA和hP分別為整個(gè)現(xiàn)用的和待用的傳輸路徑的脈沖響應(yīng)，而令δA和δP分別為按符號(hào)率縮放得到的頻偏。將所有濾波器集中在傳輸路徑的始端而將所有頻偏集中在終端，作此簡化是基于如下事實(shí)如果接收器濾波器的濾波帶寬比頻偏大并且如果頻偏比頻域中濾波函數(shù)的變化小，則濾波和頻偏可以互換。
令M為相關(guān)長度，而k0為任意起始索引。相關(guān)器的輸出ys(n)為 通過卷積表示yk，得到 ΣlhAl·1M·Σk=k0k0+M-1rk-l·sk-n*·exp(j·2π·kδAη)-------(2.3)]]>
相關(guān)器輸出的平均值因此為(假設(shè)sk和rk是不相關(guān)的) 其中σS2是SS信號(hào)的方差(冪)。對(duì)和作變換并只考慮絕對(duì)值，最后得到 其中，si(x)＝sin(x)/x。這是非常重要的結(jié)果。它表明，當(dāng)存在頻偏時(shí)，“通?！钡南嚓P(guān)器輸出按乘積 的si函數(shù)來失真(亦參見圖6)。顯然，對(duì)于大的M， 將接近零，ys相關(guān)將變得非常小。在此情況下，將檢測不到SS信號(hào)。但是，δP存在其中可進(jìn)行檢測的區(qū)域，即可以容忍劣化的區(qū)域。不幸的是，為了檢測功率非常小的SS信號(hào)，相關(guān)長度必須相當(dāng)大，因此可接受的δP太小。
本發(fā)明所建議的解決方案是執(zhí)行“掃頻”過程，其中，在相關(guān)器之前引入期望的按步長變化的頻偏δS。對(duì)Nd個(gè)頻偏計(jì)算相關(guān)，從而覆蓋δP的整個(gè)區(qū)域。圖7再現(xiàn)圖5的等效模型，但這次采用的是附加的掃頻函數(shù)。應(yīng)注意，相關(guān)器輸出ys(n，δS)現(xiàn)在是二維的，是n和δS的函數(shù)。
令δ0是具有可接受劣化的頻偏。如果步長為2δ0，則|δP+δS(i0)|≤δ0的相應(yīng)偏移之一將使得E[ys(n，δS(i0))]的劣化充分小(參見圖6和圖8)。
掃頻函數(shù)在圖9用圖形來說明。這里，離散偏移的滿標(biāo)度即δ1…δ6(假設(shè)在本實(shí)例中Nd＝6)依次使用，各偏移對(duì)該所加偏移±δ0范圍內(nèi)的實(shí)際頻偏有效。各δS的使用時(shí)間為Δt0，此時(shí)間是對(duì)δS的實(shí)際值執(zhí)行相關(guān)的時(shí)間。
此頻偏補(bǔ)償?shù)男?yīng)還可以通過數(shù)字實(shí)例來說明。假定δP的覆蓋范圍為-5至+5，則掃頻步長還必須從-5變化至+5。如果δ0＝0.5，則步長為1，并且δS(i)取值-5、-4、-3，...，3，4，5。因此，例如如果δP的實(shí)際值為3.2，則δS(i0)＝-3的特定值的相應(yīng)偏移為-0.2，它(取絕對(duì)值)比δ0更小。如果δP＝3.5，則所得偏移為-0.5，仍然在期望的范圍內(nèi)。如果δP＝3.6并且δS(i)仍然為-3，則所得偏移為-0.6，此偏移就太大了；所以本例中δS的正確值將為-4，以得到可接受的偏移值-0.4。
除了頻率偏移，還存在另一種非理想振蕩器的效應(yīng)頻率漂移。振蕩器的輸出不僅具有偏移Δf，而且此偏移還隨時(shí)間變化(漂移)。它表示為Δf·=∂Δf∂t=fS·δ·P------(2.6)]]>此效應(yīng)在圖9中通過包括兩個(gè)特定的實(shí)際頻偏δP1和δP2來加以說明。沒有漂移的實(shí)際頻偏30與預(yù)計(jì)的一樣，是一條水平線，而具有漂移的相同特性曲線則具有梯度；即線條31。如圖所示，線條31通過區(qū)域32，這意味著偏移得到補(bǔ)償。但是，線條33顯示了另一種可能的特性曲線，其中，因?yàn)槠疲鼪]有通過任何區(qū)域，既沒有通過區(qū)域32也沒有通過區(qū)域34。在這種情況下，頻偏將仍然得不到補(bǔ)償。
在此情形下，為了在從-δmax至δmax的一次掃頻過程中“捕獲”偏移，本發(fā)明規(guī)定掃頻步長要加以調(diào)整，使得區(qū)域δS(i)-δ0...δS(i)+δ0重疊，如圖10現(xiàn)在所示。重疊的Δδ0必須滿足如下不等式δ·P=Δf·fS≤Δδ0Δt0------(2.7)]]>其中，如前所述，Δt0是計(jì)算ys(n，δS(i))所需的時(shí)間。
為了分析定時(shí)相位誤差對(duì)相關(guān)接收器的輸出的影響，只有冗余路徑非常重要。頻偏假定為零。根據(jù)圖5，且忽略zk，則接收到的信號(hào)可以用時(shí)間連續(xù)函數(shù)表示為
y(t)=Σk=-∞∞sk·hP(t-k·TA)-----(2.8)]]>如果用采樣時(shí)間TA對(duì)y(t)進(jìn)行采樣且相位誤差為τ，則得yn=y(n·TA+τ)=Σk=-∞∞sk·hP[(n-k)·TA+τ]=Σl=-∞∞sn-l·hP(l·TA+τ)------(2.9)]]>根據(jù)式(2.9)，可以看出，定時(shí)相位誤差導(dǎo)致得到經(jīng)過修改的傳輸信道脈沖響應(yīng)h′Pl＝h′P(lTA)＝hP(l.TA+τ) (2.10)hPl是待用傳輸路徑的離散脈沖響應(yīng)，包括從發(fā)送器上的平方根奈奎斯特濾波器13到接收器上的類似的濾波器21的所有濾波器(參見圖3)。
相位誤差的特性就象具有離散時(shí)間表示的hP(t)的采樣相位誤差。因此可以通過用h′Pl而非hPl進(jìn)行所有計(jì)算而將其納入考慮。相關(guān)器輸出的平均值將為 注意，最大相位誤差為τmax＝TA/2，因此可以通過增加采樣速率即η來減少τ。
如前所述，為了處理頻偏，必須對(duì)Nd個(gè)掃頻點(diǎn)以及ηNpn個(gè)“時(shí)間”點(diǎn)計(jì)算接收信號(hào)和PN序列的互相關(guān)。因此，相關(guān)函數(shù)是二維的ys(-n，δS(i))＝(n，i)，n＝0，...ηNpn-1，i＝1，...Nd。對(duì)此部分，假定η＝2。圖11說明相關(guān)單元的原理接收信號(hào)按復(fù)因子exp(jπδS(i)k)旋轉(zhuǎn)，然后與與發(fā)送器上一樣的移位寄存器的過采樣輸出相乘。一次累加M個(gè)值(M是相關(guān)長度)，并除以M得到如下互相關(guān) 有兩種計(jì)算(n，i)的主要方式全串行或全并行。全串行意味著一個(gè)接一個(gè)地計(jì)算二維空間(n，i)中的點(diǎn)。全并行意味著一次計(jì)算(n，i)的所有值。全串行方法需要最少的硬件開銷，但很慢；全并行方法快，但是硬件開銷太大。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用折衷的解決方案，其中，計(jì)算以部分串行、部分并行的方式來進(jìn)行。本發(fā)明因此在速度和開銷之間作了折衷。
本發(fā)明可以實(shí)際設(shè)想的方案如圖12所示。取第一塊的NS個(gè)n的值(在本實(shí)例中NS＝8)，并對(duì)此塊連續(xù)計(jì)算所有Nd個(gè)i的值。這由箭頭A所示。然后，緊接著是下一塊的NS個(gè)時(shí)間步長，其中，再次一個(gè)接一個(gè)地計(jì)算所有Nd個(gè)i的值；這由箭頭A所示。此過程一直繼續(xù)到覆蓋所有Npn個(gè)n的值。
此串行/并行方案需要修正圖11所示的相關(guān)計(jì)算圖。在修正時(shí)(參見圖13)，復(fù)制δS旋轉(zhuǎn)算子25和最大值塊26之間的各級(jí)，每個(gè)δS的值對(duì)應(yīng)一個(gè)。所以總共有NS個(gè)塊，每個(gè)塊接收旋轉(zhuǎn)算子25饋送的輸入并向最大值塊26饋送輸入。后者檢測單元1...NS中的哪一個(gè)輸出最大絕對(duì)值。
此方案的更詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)如圖14所示，其中NS再次等于8。該圖說明如何對(duì)δS(i)計(jì)算第一塊(n＝0，...NS-1)。移位寄存器與符號(hào)時(shí)間TS＝1/fS同步，并以周期Npn連續(xù)循環(huán)。為了計(jì)算第一組NS個(gè)時(shí)間步長，讀出移位寄存器的前NS/2(即4)個(gè)值。
由于按η＝2對(duì)PN序列進(jìn)行過采樣，故sk每隔一個(gè)值為零，無須與rk相乘。為了將此納入考慮，在累加器之前設(shè)置開關(guān)，這些開關(guān)按照采樣時(shí)間TA＝TS/2同步，其中，TS為符號(hào)時(shí)間。在時(shí)間MTA之后，將NS個(gè)累加器的內(nèi)容除以M，得到相關(guān)值。根據(jù)每NS個(gè)相關(guān)值，計(jì)算它們的絕對(duì)值平方的最大值(或者，可以僅僅計(jì)算絕對(duì)值，但計(jì)算其平方值具有硬件開銷較小的優(yōu)點(diǎn))并與所保存的前一序列NS個(gè)相關(guān)值的最大值作比較。然后將較大的值作為新的最大值保存。然后累加器設(shè)置為零且δS取下一個(gè)值。在t＝MTANd之后，δS再次取其第一個(gè)值并讀出下一組NS/2移位寄存器輸出。通過比較所有相關(guān)器輸出的最大值(即它們的絕對(duì)值的平方)與給定的閾值，就可以形成是否已發(fā)送SS信號(hào)的判決。
通過SS信號(hào)監(jiān)控冗余發(fā)送器的所述原理可用于點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)以及點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)。但是，在點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)中，可以引入如下附加和有益的特征。在扇區(qū)內(nèi)的各終端上設(shè)置上述的相關(guān)和檢測單元。各終端判斷SS信號(hào)是否存在并將判決發(fā)送到基站。僅當(dāng)預(yù)定數(shù)量的終端指示沒有接收到SS信號(hào)時(shí)，才向網(wǎng)管系統(tǒng)發(fā)出告警。最好僅在所有終端的至少一半終端給出否定報(bào)告，即多數(shù)表決時(shí)才給出告警。所述取所有終端的判決結(jié)果的平均允許放寬對(duì)各終端中相關(guān)器的要求(例如可以減小相關(guān)長度)，而又不會(huì)降低監(jiān)控的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控?zé)o線電通信系統(tǒng)的冗余發(fā)送器的方法，所述系統(tǒng)包括用于向一個(gè)或多個(gè)接收器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)用發(fā)送器，所述方法的特征在于如下步驟在正常工作期間通過所述冗余發(fā)送器發(fā)送在所述數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶內(nèi)的擴(kuò)頻信號(hào)，所述擴(kuò)頻信號(hào)具有比所述數(shù)據(jù)信號(hào)低的譜功率；以及在所述一個(gè)或多個(gè)接收器中的一個(gè)或多個(gè)接收器上檢測所述擴(kuò)頻信號(hào)的存在，所述擴(kuò)頻信號(hào)不存在被視為表示所述冗余發(fā)送器不完整。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測通過相關(guān)處理來執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，檢測通過互相關(guān)處理來執(zhí)行，通過向所述冗余發(fā)送器饋送第一偽噪聲信號(hào)來提供所述擴(kuò)頻信號(hào)以及在所接收的信號(hào)和第二偽噪聲信號(hào)之間執(zhí)行所述互相關(guān)，所述第二偽噪聲信號(hào)與所述第一偽噪聲信號(hào)具有相同的特征。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，如果調(diào)用所述冗余發(fā)送器來取代所述現(xiàn)用發(fā)送器，則所述第一偽噪聲信號(hào)如數(shù)據(jù)信號(hào)那樣通過所述冗余發(fā)送器中的相同部件。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，為了補(bǔ)償所述擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)定時(shí)相位誤差，在所述接收器中對(duì)所接收到的信號(hào)執(zhí)行過采樣。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為了補(bǔ)償存在于所述現(xiàn)用和冗余發(fā)送器之間的頻偏效應(yīng)以及將長偽噪聲序列的相關(guān)可以容忍的窄的容許偏移窗口納入考慮，對(duì)所接收的信號(hào)施以步進(jìn)式掃頻運(yùn)算，其中所述接收函數(shù)與形式為exp{j2πkδs/η}的復(fù)因子相乘，其中k是采樣索引，η是過采樣因子，δs是按所述符號(hào)率來縮放的掃頻步長。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，選擇所述掃頻步長以便覆蓋所述頻偏的所有值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，選擇所述掃頻步長以補(bǔ)償所述頻偏隨時(shí)間的漂移。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述互相關(guān)是二維的，其計(jì)算針對(duì)所有掃頻步長δs和針對(duì)ηNpn個(gè)時(shí)間步長來進(jìn)行，其中η是所述過采樣因子，而Npn是所述偽噪聲序列的長度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，利用所述互相關(guān)結(jié)果的絕對(duì)值的最大值來確定所述冗余發(fā)送器的完整性。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，利用所述互相關(guān)結(jié)果的絕對(duì)值平方的最大值來確定所述冗余發(fā)送器的完整性。
12.如權(quán)利要求9至11中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過對(duì)所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行部分串行、部分并行的處理而執(zhí)行所述相關(guān)計(jì)算。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述處理的形式為對(duì)δs的連續(xù)值并行處理ηNpn個(gè)點(diǎn)的第一組(Ns)，然后，對(duì)δs的連續(xù)值并行處理ηNpn個(gè)點(diǎn)的第二組(Ns)，依此類推直到覆蓋所有ηNpn個(gè)點(diǎn)。
14.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述無線電通信系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的接收器，其中每個(gè)接收器提供所述擴(kuò)頻信號(hào)存在與否的指示，根據(jù)所述兩個(gè)或兩個(gè)以上接收器中的預(yù)定數(shù)量的接收器的指示來作出所述冗余發(fā)送器是否完整的判決。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述判決根據(jù)多數(shù)表決來作出。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述無線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)接收器，以及在該接收器上檢測不到所述擴(kuò)頻信號(hào)的指示視為表示所述冗余發(fā)送器不完整。
17.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述無線電通信系統(tǒng)是點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)，所述現(xiàn)用和冗余發(fā)送器是基站的組成部分，以及所述接收器是所述點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)的終端臺(tái)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)是如下系統(tǒng)之一TDM/TDMA系統(tǒng)、FDM/FDMA系統(tǒng)和CDM/CDMA系統(tǒng)。
19.用于監(jiān)控?zé)o線電傳輸系統(tǒng)的冗余發(fā)送器的裝置，所述系統(tǒng)包括用于向一個(gè)或多個(gè)接收器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)用發(fā)送器，所述裝置包括用于產(chǎn)生偽噪聲信號(hào)的裝置；用于將所述偽噪聲信號(hào)加到所述冗余發(fā)送器的輸入上的裝置，所述發(fā)送器發(fā)送具有比所述數(shù)據(jù)信號(hào)低的譜功率的擴(kuò)頻信號(hào)；以及在一個(gè)或多個(gè)接收器中的用于檢測所述擴(kuò)頻信號(hào)的存在的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于在所述一個(gè)或多個(gè)接收器中包括相關(guān)器，用于對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行互相關(guān)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于在所述一個(gè)或多個(gè)接收器中包括過采樣裝置，用于補(bǔ)償所述擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)定時(shí)相位誤差。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于包括用于對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行掃頻運(yùn)算的掃頻裝置，所述掃頻裝置包括乘法器，用于將所接收的信號(hào)與形式為exp{j2πkδs/η}的復(fù)因子相乘，其中k是采樣索引，η是過采樣因子，δs是按所述符號(hào)率來縮放的掃頻步長。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述相關(guān)器連接到用于從所述相關(guān)器輸出導(dǎo)出最大值的最大值導(dǎo)出裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述最大值導(dǎo)出裝置用于導(dǎo)出所述相關(guān)器輸出的絕對(duì)值的最大值。
25.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述最大值導(dǎo)出裝置用于導(dǎo)出所述相關(guān)器輸出的絕對(duì)值的平方的最大值。
26.一種包括現(xiàn)用和冗余發(fā)送器、兩個(gè)或兩個(gè)以上接收器以及如權(quán)利要求21至27中任意一項(xiàng)所述的裝置的無線電通信系統(tǒng)。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括以所述接收器給出的冗余發(fā)送器完整性指示為輸入的判決裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述判決裝置根據(jù)所述接收器之中的多數(shù)表決來作出判決。
29.如權(quán)利要求26至28中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)是點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)是如下系統(tǒng)之一TDM/TDMA系統(tǒng)、FDM/FDMA系統(tǒng)和CDM/CDMA系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于監(jiān)控例如作為點(diǎn)到多點(diǎn)的無線電通信系統(tǒng)的基站的組成部分的冗余(備用)發(fā)送器的方法，所述方法在正常工作期間，通過該冗余發(fā)送器發(fā)送擴(kuò)頻信號(hào)(17)，該擴(kuò)頻信號(hào)具有比基站的現(xiàn)用發(fā)送器所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)低的譜功率；例如和與基站通信的終端臺(tái)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)接收器檢測擴(kuò)頻信號(hào)的存在；如果未找到擴(kuò)頻信號(hào)，則接收器給出相關(guān)指示；根據(jù)該指示，判斷冗余發(fā)送器的完整性。
文檔編號(hào)H04B17/00GK1550077SQ02817166
公開日2004年11月24日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者H·霍夫曼, T·阿爾伯蒂, K·法策爾, V·赫斯佩爾特, H 霍夫曼, 古宥 , 叨 申請人:馬科尼通訊股份有限公司