СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОМЕХИ СОВМЕЩЕННОГО КАНАЛА И ОТДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОМЕХИ, ОСНОВАННЫЕ НА ОБРАБОТКЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ЗОНЕ ТЕСТИРОВАНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR DETERMINATION OF CONCURRENT NOISE CHANNEL AND SEPARATION OF NOISE COMPONENT BASED ON PROCESSING OF STATISTIC SIGNAL IN TESTING ZONE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к области сотовых сетей с многостанционным доступом с временным разделением каналов ("TDMA" - Time Division Multiple Access) и сетей персональной системы связи ("PCS" - Personal Communications System).
В частности, данное изобретение относится к способу и устройству для однозначной идентификации источников сигналов в сигнале с множеством источников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что одним из основных ограничений для сотовых и "PCS" беспроводных телефонных сетей являются так называемые внутриканальные помехи. В случае "TDMA" сетей, таких как GSM или NADC (известной также как "IS-136" - international standard - международный стандарт) внутриканальные помехи вызваны в основном тем, что спектр, выделенный данной системе, используется множество раз (происходит многократное использование частот - "frequency reuse"). Эта проблема может быть более или менее значительной в зависимости от фактора многократного использования, но в любом случае сигнал, получаемый дистанционным устройством (трубкой), будет содержать не только необходимый сигнал, отправленный по каналу от нужной ячейки, но также и сигналы, исходящие от более удаленных ячеек. Если помехи от удаленной ячейки вызывают потерю способности трубки правильно получать нужный сигнал, становится важным определение источника внутриканальных помех и измерение относительной силы помех по отношению к нужному сигналу.
При выполнении драйв теста (Drive test, тестирование в процессе объезда территории) беспроводной системы важно также иметь возможность разделять сигналы, исходящие от разных базовых станций. Такое разделение трудно выполнить в результате двух явлений - внутриканальных помех и помех соседних каналов. Когда несколько базовых станций передают на одной и той же частоте, в зоне обслуживания (покрытия) существуют области, в которых применение обычных способов измерения мощности нецелесообразно или трудновыполнимо, если необходимо измерить мощность каждой из станций, дающих помехи. Это верно и в том случае, когда станции работают на соседних каналах в сходных режимах.
Для достижения цели разделения сигналов используют ряд способов. Например, драйв тест (измерение силы сигналов сканирующим мобильным приемником, находящимся на борту используемого в тесте транспортного средства) в системе, в которой каждый сектор использует одну определенную частоту, описан в патенте США 5926762.
Также используют способы, основанные на приписывании сигналов передающим базовым станциям на основании возможности декодировать так называемые «цветовые коды» (идентификаторы базовых станций (ID)). Если может быть определен «цветовой код», сигнал приписывают ближайшей базовой станции с таким идентификатором. Так как в присутствии сильных помех (внутриканальных и от соседних каналов) «цветовые коды» не могут быть декодированы с использованием обычных приемников или устройств дистанционного управления, была разработана более сложная технология разделения сигналов для декодирования «цветовых кодов» в случае маскировки сигнала или его компонентов помехами.
Один из таких способов соотнесения (приписывания) сигналов с базовыми станциями включает совместное декодирование составляющих компонентов сигнала с оценкой каналов для каждого задействованного пути сигнала (описано в патенте США 6324382, правообладатель - Agilent Technologies, Inc.). Этот способ основан на точной оценке характеристик передающего канала для путей сигнала от каждой из базовых станций, вносящих вклад в смесь помех в месте приема. В условиях превышения остаточной ошибкой оценки сигнала, вызванной ограничениями из-за сложности моделирования канала, уровня более слабых сигналов (или даже более слабого из двух сигналов), и принимая во внимание реальные ограничения, накладываемые сложностью технических средств, определение «цветового кода» оказывается практически невозможным. Причиной такого результата является то, что «цветовой код», включенный в сигнал, не обладает избыточностью по отношению к норме для цифрового кода сигнала (в информационных и контрольных каналах), поэтому и не возникает дополнительного выигрыша при обработке данных для декодировки «цветовых кодов» (в случае GSM - это "BSIC" - binary symmetric independent channel: двоичный симметричный независимый канал). Помимо слабой декодирующей способности на практике, устройства, основанные на этом подходе, обладают также медленной сканирующей способностью.
Другой подход, описанный в патенте США 6349207, использует направленные антенные решетки и временное - пространственное разнесение для последовательной настройки одного пространственного компонента сигнала при исключении или, по крайней мере, ослаблении остальных компонентов сигнала. Когда достигается приемлемое соотношение сигнал-шум для данного компонента помехи, становится возможным демодулировать и декодировать «цветовой код», соответствующий станции, передающей данный выделенный компонент. Этому процессу помогает детектирование компонентов помех в сигнале с помощью корреляций с известными моделями (подготовительными последовательностями) в сигнале. Знание числа компонентов упрощает алгоритм временного - пространственного фильтрования. Несмотря на то, что описанный способ и достигает цели соотнесения компонентов помех сигналов с «цветовыми кодами» и даже с расположением базовых станций (с использованием триангуляции, основанной на «RTOA» (relative time-of-arrival) - «относительном времени поступления» сигнала), использование такой технологии требует сложного и дорогого оборудования.
Другой подход к решению задачи разделения компонентов сигнала и идентификации сигнала описан в заявке на выдачу патента США 09/795225, поданной 28 февраля 2001. Указанная заявка полностью включена в данное описание в качестве ссылки. Такой подход основан на использовании корреляции сигналов с известными моделями (например, моделями синхронизации или подготовительными последовательностями), что приносит значительный выигрыш при обработке. Этот выигрыш позволяет детектировать присутствие компонента помех даже в том случае, когда его уровень намного ниже уровня пересекающихся сигналов. Идентификация сигналов (то есть отнесение сигнала к передающей станции) основана на возможности проследить за индивидуальными компонентами во время драйв теста на основании известного времени их поступления. Наблюдая за каждым детектируемым компонентом отдельно во время драйв теста, можно соотнести компонент с географической точкой, что позволяет легко и надежно определить его свойства, включая «цветовой код». Затем, используя информацию, помещенную в базе данных диапазона компонентов за весь период существования компонента, все примеры детектирования этого компонента снова соотносят с данными "BSIC" сигнала или названием базовой станции, определенной в момент детектирования сигнала на основании ее географического расположения (которая является ближайшей станцией, передающей на канале данной частоты, когда сила компонента является максимальной).
Преимуществом корреляционного способа является то, что он основан на устойчивых характеристиках сигнала (корреляции с известными моделями), что позволяет получить выигрыш при обработке сигнала. Тем не менее, так как способ основан на возможности отнесения последовательных примеров корреляции компонента по маршруту транспортного средства от одной области к другой вблизи базовой станции, передающей такой специфический компонент, его успешное применение невозможно при условии прерывания покрытия, когда тестирование проводят в несколько приемов в течение нескольких дней или когда измерение времени не может быть надежным из-за относительного несоответствия фаз несущей частоты и контрольного счетчика сканера.
Существует потребность в приспособлении для идентификации компонентов сигнала для описанного «измерения зоны» (в противопоставление ранее описанному измерению «в точке»), которое было бы устойчивым и надежным, позволяло бы прерывать и возобновлять драйв тест многократно, не требовало бы точного измерения времени поступления сигнала и допускало бы перерывы в покрытии по маршруту следования используемого для теста транспортного средства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение представляет собой систему и способ для определения индивидуального уровня компонентов сигнала для контрольных и информационных каналов.
Таким образом, целью данного изобретения является разделение составного сигнала на компоненты и идентификация источника каждого компонента.
Другой целью данного изобретения является разделение сигнала на компоненты и их идентификация с использованием технологии измерения зоны.
Еще одной целью данного изобретения является разделение сигнала на компоненты и их идентификация, при этом возможно многократное прерывание и возобновление измерения зоны во время драйв теста.
Еще одной целью данного изобретения является разделение сигнала на компоненты и их идентификация, при этом не требуется точно измерять время поступления сигнала.
Еще одной целью данного изобретения является разделение сигнала на компоненты и их идентификация, при этом допускаются перерывы в покрытии по маршруту проведения драйв теста.
Указанные и другие цели данного изобретения станут очевидными при изучении приведенных ниже общего и подробного описаний. Истинные уровни компонентов сигнала, передаваемых каждой из соканальных базовых станций в тестируемой зоне беспроводной сети, измеряют и соотносят с соответствующей (испускающей) базовой станцией в присутствии внутриканальных помех и помех соседних каналов. Указанные действия выполняют в полностью функционирующей сети без прерывания обслуживания. Данное изобретение основано на подходе, в котором используют «измерения в зоне», и на измерениях «относительного времени поступления» («RTOA» - relative time-of-arrival) компонентов сигнала, не зависящих от существования дрейфа фазы между сканером и базовыми станциями, и на том факте, что все базовые станции синхронизированы одной и той же основной сетью и, следовательно, не имеют существенного дрейфа по отношению друг к другу.
Алгоритм обработки данных в данном изобретении использует гистограмму относительных задержек сигналов для всей зоны измерения, включающей множество ячеек, для того, чтобы найти временные соотношения, характерные для передающих базовых станций в данной зоне и не зависящие от продолжительности теста. Для этого используют географические соотношения между множеством точек детектирования компонентов на карте, соответствующих каждому пику гистограммы и расположению базовой станции, известному или из сетевой базы данных, или определенному эмпирически во время драйв теста. Обработка данных согласно данному изобретению позволяет интерпретировать каждый ранее найденный (с использованием корреляции с известными моделями) компонент сигнала по его известным относительным взаимным задержкам, соответствующим показателям базовых станций. Окончательным результатом является географическая база данных компонентов сигнала от каждой базовой станции, работающей на частотном канале, который может быть использован для составления карты зоны покрытия для каждой станции, свободной от помех других соканальных станций или станций соседних каналов. Можно также составить карты уровня внутриканальных помех и помех соседних каналов, существующего между отдельными станциями, и использовать эту базу данных в качестве исходных данных при планировании частот и оптимизации сетей в процессах, осуществляемых посредством компьютера или вручную.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показана функциональная блок-диаграмма устройства согласно одному варианту выполнения данного изобретения.
На Фиг.2 показана блок-схема способа в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения, используемого для идентификации пары базовых станций, создающих помехи (дающих пересекающиеся сигналы).
На Фиг.3 представлена блок-схема способа согласно варианту выполнения данного изобретения, используемого для создания карты базовых станций, создающих помехи.
На Фиг.4 представлена блок-схема способа в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения, используемого для создания базы данных мощности сигнала, исходящего от каждой из базовых станций, вносящего вклад в принимаемый сигнал в точке измерения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение может быть воплощено в способе определения индивидуального уровня компонентов сигнала контрольных и информационных каналов или в устройстве для осуществления этого способа.
На Фиг.1 представлена блок-диаграмма устройства согласно варианту выполнения данного изобретения. Радиочастотный («RF») («РЧ») приемник 110 испускает составной сигнал, принимаемый антенной решеткой 105. Контрольный процессор 115 получает радиочастотные данные от РЧ приемника 110 и координирует данные от GPS («global positioning system» - глобальная (спутниковая) система определения местоположения) приемника 120. Записываемые данные для каждого компонента в каждой точке измерения направляются от контрольного процессора 115 в процессор базы данных 125 и сохраняются в устройстве сохранения данных 130. В альтернативном варианте выполнения данного изобретения функции контрольного процессора 115 и процессора базы данных 125 объединены в одном процессоре. Процессоры, используемые в данном изобретении, могут быть обычными процессорами типа Pentium™, работающими с программным обеспечением Windows™. В качестве примера РЧ приемника можно привести многоканальный GSM сканер, но возможны и другие варианты. «GPS» может представлять собой внешний модуль, или он может быть интегрирован с любым из других компонентов.
Образцы сигналов получают во время драйв теста, проводимого в обширной зоне, охватывающей большинство представляющих интерес внутриканальных ячеек, создающих помехи. Тем не менее не требуется наличие полного покрытия без прерываний, так как обработка образцов сигналов основана на статистическом усреднении данных.
На Фиг.2 приведена блок-схема способа согласно варианту выполнения данного изобретения.
Драйв тест во всей рассматриваемой зоне 205 осуществляют с использованием сканирующего приемника (или множества приемников с использованием множества транспортных средств). Получают образцы сигналов и выполняют их корреляцию 210 с рядом известных моделей сигналов, характерных для данной конкретной сети связи, как для информационных, так и для контрольных сигналов на каждом частотном канале в TDMA/FDMA системе. Время поступления каждого декоррелированного компонента сигнала (они соответствуют каждой помехе, присутствующей в смеси сигналов) измеряют 215, соотнося с внутренним счетчиком сканера и временным окном, соответствующим данному коммуникационному стандарту. Например, в случае GSM соответствующая временная рамка (временной цикл) для FCCH пакетной корреляции, которая может быть применена для определения уровня помех от каналов ВССН, представляет собой (только в качестве примера, но не с целью введения ограничения) 10-цикличное окно, обеспечивающее квази-периодичность результата, или (как приведено в качестве другого примера, но не с целью введения ограничения) является 51-цикличным мультициклом, обеспечивающим истинную периодичность, но требующим более продолжительного времени (но позволяет получить более хороший динамический диапазон измерений). Такая корреляция является гибкой в том смысле, что использование большего количества известных пакетов данных для корреляции (или использование любого другого пути увеличения времени интегрирования для получения корреляции) может привести к получению более высокого динамического диапазона измерений, преимущества которого будут описаны ниже. Использование временных задержек относительно 51-цикличной временной базы данных приемника может быть применено для идентификации индивидуальных базовых станций.
Также определяют 220 и абсолютную коррелированную мощность каждого обнаруженного компонента сигнала. Результаты таких измерений включают в себя абсолютные уровни коррелированной мощности и «относительное время поступления» для каждого из обнаруженных компонентов сигнала для каждой точки измерения вместе со временем, когда было произведено измерение (определено по «GPS» приемнику 120 или счетчику компьютера), и географическое положение каждой точки. Точки, в которых производили измерения, включая указанные параметры, затем заносят для обработки 225 в компьютерные файлы или базы данных наряду с данными, собранными множеством транспортных средств и/или во время проведения драйв тестов. В соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения данные, полученные с помощью использованных в тесте транспортных средств, могут передаваться для хранения и обработки в режиме онлайн с использованием любых средств связи после или во время проведения теста.
Собранные данные о точках, в которых проводили измерения, предварительно обрабатывают в зависимости от модели корреляции, используемой при объединении определенных пиков корреляции с другими пиками, причем их относительные мощности усредняют на основании определенных временных соотношений в рамках модели. Например (но не с целью введения ограничения), пики различают в том смысле, что их времена попадают в 10-цикличное окно для FCCH-коррелированных пиков в случае GSM. Для других моделей могут применять другие соотношения.
Последующая обработка начинается с определения вклада в коррелирующие пики действительных сигналов или помех и шума 230 для каждой из точек, в которых проводили измерения (то есть точек, в которых производили сбор параметров компонентов, как описано выше). Такое определение может быть основано на установке порога относительной мощности компонентов или просто на учете (допуске) фиксированного количества компонентов, например первых пяти (по мощности) компонентов.
Строят 235 гистограмму распределения разности времен между компонентами. В одном из вариантов выполнения данного изобретения первый и второй компоненты сортируют в нисходящем порядке по величине относительной мощности, но это не является ограничением данного изобретения. В другом варианте выполнения данного изобретения гистограммы строят для множества подзон, вместо построения гистограммы для одной большой зоны. Этот вариант выполнения является предпочтительным в случае больших зон тестирования, так как в этом случае нет смешения пиков и шума. Наиболее значимые (легко различимые для компьютерной программы или человеческого глаза) пики такой гистограммы соответствуют случаям пересечения (помех) близко расположенных, либо в некоторых случаях соседних или перекрывающихся внутриканальных ячеек. Их обнаруживают и записывают 240 в список, показывающий временные задержки для каждого из значимых пиков.
Для каждого времени задержки из списка направляют запрос в базу данных 245 и находят его дополнение к периоду времени мультицикла модели. В ответ на запрос получают точки измерения, для которых есть первый или второй пик, или компонент сигнала, в отношении которых наблюдается задержка по отношению друг к другу (например, без учета знака разности времен) на величину, попадающую в определенное окно из значений в списке. Идентифицируют 250 пары ячеек, создающие помехи друг для друга, соответствующие найденным точкам измерения, для которых значение сдвига во времени между ячейками пары было получено в ответ на запрос. Идентификация основана на пространственном распределении полученных точек помех, центрированных на граничной линии между ячейками, если они расположены по соседству, или примерно посередине между базовыми станциями и на границе промежуточных ячеек, если ячейки не смежные. В сложных случаях, когда распределение точек в зоне является неоднозначным, для последующего анализа идентифицируют несколько возможных пар.
На Фиг.3 приведена блок-схема способа согласно другому варианту выполнения данного изобретения. Временные соотношения между всеми базовыми станциями находят в итерационном режиме. При этом одну станцию выбирают 305 в качестве репера и по отношению к ней определяют 310 задержки для остальных базовых станций на основании относительных времен задержки, найденных для репрезентативных пар станций на предшествующей стадии. Выделенные по ошибке пары и пары-кандидаты, а также учтенные ненадежные шумоподобные пики, исключают, используя самопроверочную природу таблицы относительных задержек между базовыми станциями. Все, что нужно найти, - это задержки между станциями, образующими смежные пути, связывающие все станции, а не все возможные пары станций; это можно легко вывести из относительных времен расположения станций. Составляют 315 таблицу (матрицу) всех возможных задержек между всеми станциями. Эти значения также помещают в линейный список и сортируют в зависимости от величины времени задержки.
На этой стадии в одном из вариантов выполнения изобретения можно составить 320 карту (или иным образом отобразить или запомнить) точек измерений, соответствующих мощности внутриканальных помех для каждой из представляющих интерес пар базовых станций. Для того чтобы составить карту, либо иным образом получить эти данные, составляют запрос в базу данных, в ответ на который получают точки измерения на основании ряда критериев, таких как относительные уровни и диапазоны абсолютных значений мощности помех, а также на основании одного из наиболее важных и специфических критериев - попадает ли диапазон относительных временных задержек между компонентами сигнала в определенные окна из значений из списка и его дополнению в соответствии с моделью. Окна не являются слишком узкими, так как на практике характерные (и стабильные) временные задержки между станциями значительно больше, чем задержки прохождения сигнала или продолжительность импульса символа.
В некоторых случаях при применении данного варианта выполнения изобретения относительные задержки между некоторыми парами станций могут быть неразличимы при временном разрешении данного способа (это зависит от используемой модели).
На Фиг.4 показан другой вариант выполнения данного изобретения. В этом варианте выполнения идентификацию количества компонентов сигнала (корреляционных пиков) в каждой точке измерения (или в подмножестве точек, выбранном в представляющей интерес зоне или по другим критериям) осуществляют путем интерпретации 405 относительных времен задержек для точки и сравнивая 410 их с известными относительными задержками для пар станций. Самосогласованная интерпретация задержек очевидно гарантирует их правильность, когда количество отличных от шума корреляционных пиков для каждой из точек больше 3 или 4. Для соблюдения этого требования динамический диапазон корреляции (выигрыш при обработке) должен быть достаточно высоким. Этого достигают посредством корреляции множества известных выборок или подготовительных последовательностей, либо за счет усреднения результатов множественных корреляций. В результате этого процесса для каждой из географических точек измерения получают 415 базу данных, содержащую список уровней (относительных и абсолютных) мощностей, получаемых от каждой из базовых станций, вносящих вклад в сигнал в данной точке. Такую базу данных затем можно использовать для проведения множества анализов, включая (но не ограничиваясь только этим) оптимизации, планирование частот, определение внутриканальных помех и помех соседних каналов. Использование данного варианта выполнения изобретения также позволяет получить результаты измерений путей потери сигнала (или, по крайней мере, отдельные уровни мощности от каждой станции, а не относительные уровни помех), описывающие свойства сети для последующей полной оптимизации, инвариантной к любому частотному плану, реализуемому на практике.
Таким образом, проиллюстрированы способ и устройство для однозначной идентификации источников сигнала в сигнале с множеством источников. Понятно также, что изобретение может быть воплощено в других специфических формах, не выходящих за рамки раскрытого изобретения, а примеры и варианты выполнения, приведенные в описании, являются во всех отношениях лишь иллюстративными, а не вносящими ограничения. Для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны также и другие варианты выполнения данного изобретения, основанные на описанных концепциях.