專利名稱：一種同步碼分多址通信系統(tǒng)電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼分多址通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及碼分多址通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)。


圖1是現(xiàn)有的碼分多址通信系統(tǒng)的上行同步信號(hào)檢測(cè)方法的流程圖。圖1給出現(xiàn)有的對(duì)上行同步時(shí)隙采集的數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。首先從上行同步時(shí)隙采集數(shù)據(jù)，接著對(duì)上行同步時(shí)隙采集的數(shù)據(jù)作相干檢測(cè)，判別數(shù)據(jù)中是否有上行同步信號(hào)。因?yàn)檫@個(gè)上行同步時(shí)隙(synch_UL)并不是在每個(gè)上行時(shí)幀都被占用，只有當(dāng)某個(gè)移動(dòng)/固定終端需要進(jìn)行通話時(shí)才在這個(gè)時(shí)隙上發(fā)射上行同步信號(hào)?；臼盏酱松闲型叫盘?hào)后才會(huì)允許該終端登入并分配其某個(gè)空閑的傳輸(traffic)信道。如果數(shù)據(jù)中沒(méi)有上行同步信號(hào)，則停止檢測(cè)。如果檢測(cè)到上行同步信號(hào)，則基站處理終端的登錄請(qǐng)求?，F(xiàn)有的上行同步信號(hào)檢測(cè)方法只是檢測(cè)是否存在上行同步信號(hào)和進(jìn)行相應(yīng)的處理，但是不能對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，不能判斷是否存在干擾、干擾的個(gè)數(shù)及確定干擾的方向。
本發(fā)明提出一種同步碼分多址通信系統(tǒng)電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟從上行同步時(shí)隙采集數(shù)據(jù)；從采集的數(shù)據(jù)幀中檢測(cè)并判斷該幀是否存在上行同步信號(hào)；如果檢測(cè)上行同步幀中無(wú)上行同步信號(hào)，將該數(shù)據(jù)幀作自相關(guān)運(yùn)算，得到的自相關(guān)函數(shù)與前面存儲(chǔ)的自相關(guān)函數(shù)累加后存儲(chǔ)；計(jì)算基站所采用的頻段中在上行同步時(shí)隙的信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)作自相關(guān)，得到用于監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境的自相關(guān)矩陣，利用該自相關(guān)矩陣判斷是否存在干擾；當(dāng)判斷存在干擾時(shí)，計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的個(gè)數(shù)；和計(jì)算干擾源的發(fā)射方向。本發(fā)明的方法還包括向網(wǎng)管中心發(fā)出干擾告警和通道故障的步驟。
本發(fā)明的方法擴(kuò)充了上行同步時(shí)隙的應(yīng)用領(lǐng)域，使得在上行同步時(shí)隙空閑時(shí)，使用已得到的采集數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前基站使用頻段的電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有干擾時(shí)，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的干擾源進(jìn)行定向處理，找出其發(fā)射來(lái)源。當(dāng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)，我們可以同步對(duì)射頻接收通道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以定位到具體某個(gè)射頻通道發(fā)生了故障，例如電纜接口、斷線、射頻器件損壞等，并且在發(fā)現(xiàn)通道有干擾或故障時(shí)能向網(wǎng)管中心發(fā)出告警，以便及時(shí)進(jìn)行處理，因而可提高同步碼分多址通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)對(duì)同步碼分多址通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的流程圖。
假定天線陣采用M(M＝1，2，…)個(gè)天線單元，SCDMA系統(tǒng)的上行同步信號(hào)采用N1個(gè)碼片(chip)長(zhǎng)度加上保護(hù)時(shí)隙(Guard period)N2，定義總的數(shù)據(jù)采集間隔為N＝(N1+N2)個(gè)碼片和總的采樣值為NK＝(N1+N2)×K。這里K是每個(gè)碼片的采樣點(diǎn)數(shù)。這樣采集到的數(shù)據(jù)可用矩陣Z＝{zm，n}來(lái)表示Z=Z1,1Z1,2....Z1,NKZ2,1Z2,2....Z2,NK::::::::ZM,1ZM,1....ZM,NK---(1)]]>式中M＝1，2，...，M；N＝1，2...，NK。
基站對(duì)上行同步信號(hào)的檢測(cè)是通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)Z進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)算法例如可采用兩次的快速付里葉變換(FFT)或直接對(duì)采集數(shù)據(jù)用發(fā)射的上行同步信號(hào)進(jìn)行卷積，然后判決其峰值的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)上行同步信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果表示有登錄的上行同步信號(hào)時(shí)，由基站處理終端的登錄請(qǐng)求。當(dāng)上行同步信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果表示沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在該幀中有登錄的上行同步信號(hào)時(shí)，將該幀數(shù)據(jù)作自相關(guān)運(yùn)算，得到得自相關(guān)函數(shù)與前面存儲(chǔ)的自相關(guān)函數(shù)值相累加并存儲(chǔ)，然后等待下一步驟的處理，這里存貯的數(shù)據(jù)幀數(shù)是由基站予置的。自相關(guān)函數(shù)運(yùn)算可以采用所有M路通道的數(shù)據(jù)或部分通道的數(shù)據(jù)。另外累加的數(shù)據(jù)幀數(shù)是由基站予置設(shè)定的?；究梢岳糜?jì)數(shù)器或定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)設(shè)置固定幀數(shù)或固定時(shí)間間隔。
對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)Z(公式1)，可以取它的一部分?jǐn)?shù)據(jù)作自相關(guān)函數(shù)運(yùn)算，這部分?jǐn)?shù)據(jù)記做Zd，這樣就得到它的自相關(guān)函數(shù)矩陣為rZZ＝E{Zd.ZdH} (2)這里ZdH是Zd的共軛轉(zhuǎn)秩。該結(jié)果與前面存儲(chǔ)的自相關(guān)函數(shù)值相加后得到累加后的自相關(guān)函數(shù)矩陣為RZZ(n)＝RZZ(n-1)+rZZ(3)假定在該基站采用的頻段中存在有L個(gè)干擾源s1(t)，s2(t).，sL(t)，它們分別來(lái)自于方向角{θ1，θ2，...，θL}，信道的底噪(白噪聲)為N(t)，這樣在上行同步時(shí)隙的信號(hào)可表示為Z(t)=Σl=1La(θl)·Sl(t)+N(t)---(4)]]>這里a(θl)是天線陣在方向角θl的空間特征矢量(spatial signature)。
由式(4)得到用于監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)Z(t)，根據(jù)該結(jié)果可以判斷是否存在干擾。首先，對(duì)多路信號(hào)Z(t)做自相關(guān)處理，并得到自相關(guān)函數(shù)矩陣rZZ為rzz≈Σl=1LA(θl)·E{Sl(t)·SlH(t)}·AH(θl)+E{N(t)·NH(t)}]]>=Σl=1LPl·A(θl)·AH(θl)+σ2·I---(5)]]>這里Pl是第1個(gè)干擾源的信號(hào)功率，σ2是每路射頻通道的噪聲功率，I表示單位距陣。當(dāng)沒(méi)有干擾信號(hào)存在時(shí)，得到RZZ(n)≈n·σ2·I (6)這里n是累加的數(shù)據(jù)幀數(shù)。這樣我們可以用以下條件判決是否存在干擾 這里‖RZZ(n)‖是矩陣RZZ的每個(gè)元素的模平方之和的平方根，α是門限調(diào)節(jié)常數(shù)，其取值為大于 的實(shí)數(shù)，M1是自相關(guān)函數(shù)矩陣的維數(shù)。當(dāng)判決沒(méi)有干擾信號(hào)時(shí)，基站不再做進(jìn)一步監(jiān)測(cè)處理，并回到通常工作程序中。
在實(shí)際應(yīng)用中，可有多種算法對(duì)干擾源個(gè)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是采用計(jì)算RZZ的特征值方法。通過(guò)求特征值的算法可以計(jì)算出M1個(gè)特征值λ1，λ2，...，λM1。再?gòu)腗1個(gè)特征值中找出最小的特征值并記為λMin。假定我們找出n1個(gè)特征值均滿足下式關(guān)系λn＞＞λMin，則這時(shí)認(rèn)為在該頻段內(nèi)共有n1個(gè)干擾源存在。這里的“遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于”例如是大于5-10倍。
如果只有一個(gè)干擾源存在的情況，則對(duì)應(yīng)于最大的特征值的特征向量就是該干擾源的空間特征向量。
假定在干擾源個(gè)數(shù)檢測(cè)中得到的干擾源個(gè)數(shù)n1＝0，這時(shí)可以判定在射頻接收通道中一定有一路或一路以上的通道出現(xiàn)了故障。然后檢查自相關(guān)函數(shù)矩陣RZZ的對(duì)角線的值r11，r22，…，rM1M1，從這些對(duì)角線值中找出一個(gè)最小值，如果有n2個(gè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該最小值，就判定有n2路射頻通道出現(xiàn)故障。
當(dāng)判決出有干擾信號(hào)存在并已知干擾源的個(gè)數(shù)時(shí)，可用進(jìn)一步確定干擾源的發(fā)射方向，根據(jù)本發(fā)明可以利用以下幾種算法確定干擾源的發(fā)射方向。
a)多重信號(hào)分類法(MUSIC)算法多重信號(hào)分類法算法是一種經(jīng)典的計(jì)算到達(dá)的方向(DOA)的方法，它可以精確的計(jì)算出各個(gè)干擾源的方向。但是它的缺點(diǎn)是其運(yùn)算較為復(fù)雜。
b)Capon(卡彭)算法利用Capon算法首先計(jì)算出p(θ)p(θ)=1|aH(θ)·RZZ-1·a(θ)|,]]>式中a(θ)是天線陣在方向角θ的空間特征矢量(spatial signature)，0≤θ＜2π。
通過(guò)計(jì)算出p(θ)的峰值，例如用門限判決出所有的峰值，可以找出干擾源的方向。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)有干擾信號(hào)后，基站可自動(dòng)向網(wǎng)管中心告警，以便網(wǎng)管找出并消除干擾信號(hào)。如不能消除干擾，可想辦法避開(kāi)干擾。
權(quán)利要求
1.一種同步碼分多址通信系統(tǒng)電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟從上行同步時(shí)隙采集數(shù)據(jù)；從采集的數(shù)據(jù)幀中檢測(cè)并判斷該幀是否存在上行同步信號(hào)；如果檢測(cè)上行同步幀中無(wú)上行同步信號(hào)，將該數(shù)據(jù)幀作自相關(guān)運(yùn)算，得到的自相關(guān)函數(shù)與前面存儲(chǔ)的自相關(guān)函數(shù)累加后存儲(chǔ)；計(jì)算基站所采用的頻段中在上行同步時(shí)隙的信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)作自相關(guān)，得到用于監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境的自相關(guān)矩陣，利用該自相關(guān)矩陣判斷是否存在干擾；當(dāng)判斷存在干擾時(shí)，計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的個(gè)數(shù)；和計(jì)算干擾源的發(fā)射方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從上行同步時(shí)隙采集數(shù)據(jù)的步驟是從M個(gè)天線單元采集數(shù)據(jù)，所述采集的數(shù)據(jù)是以下的矩陣ZZ=Z1,1Z1.2....Z1,NKZ2,1Z2,2....Z2,NK::::::::ZM,1ZM,2....ZM,NK]]>式中M＝1，2，...；N是數(shù)據(jù)采集間隔，NK＝N×K，K是每個(gè)碼片的采樣點(diǎn)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述多路數(shù)據(jù)作自相關(guān)運(yùn)算的步驟是采用兩次的快速付里葉變換或直接對(duì)采集數(shù)據(jù)用發(fā)射的上行同步信號(hào)進(jìn)行卷積，然后判決其峰值的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述判斷是否存在干擾的步驟包括計(jì)算上行同步時(shí)隙的信號(hào)，對(duì)該信號(hào)自相關(guān)處理得到自相關(guān)函數(shù)矩陣，如果該自相關(guān)函數(shù)矩陣的每個(gè)元素的模平方之和的平方根大于或等于ασ2，則判定有干擾信號(hào)存在，符號(hào)α是門限調(diào)節(jié)常數(shù)，σ2是每路射頻通道的噪聲功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4的方法，其中所述計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的個(gè)數(shù)的步驟包括以下步驟計(jì)算所述自相關(guān)函數(shù)矩陣的特征值，找出最小的特征值，如果這些特征值中有n1個(gè)特征值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該最小的特征值時(shí)，就認(rèn)為在該頻段內(nèi)有n1個(gè)干擾源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4的方法，還包括向網(wǎng)管中心發(fā)出干擾告警的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的發(fā)射方向的步驟是利用多重信號(hào)分類法的算法計(jì)算到達(dá)的方向計(jì)算的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的發(fā)射方向的步驟是利用Capon算法計(jì)算的，包括以下步驟根據(jù)以下公式計(jì)算p(θ)p(θ)=1|aH(θ)·RZZ-1·a(θ)|]]>式中a(θ)是天線陣在方向角θ的空間特征矢量，0≤θ＜2π；和利用門限判決出p(θ)的所有的峰值，得到干擾源的方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其中所述計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的個(gè)數(shù)的步驟在計(jì)算的干擾源的個(gè)數(shù)為零時(shí)，則判定射頻接收通道出現(xiàn)故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括檢查所述自相關(guān)矩陣的對(duì)角線的值，找出這些對(duì)角線值的最小值，判定在這些對(duì)角線的值中遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該最小值的個(gè)數(shù)，則該個(gè)數(shù)就是出現(xiàn)故障的通道數(shù)。
全文摘要
一種同步碼分多址通信系統(tǒng)電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法包括從上行同步時(shí)隙采集數(shù)據(jù)；從采集的數(shù)據(jù)幀中檢測(cè)并判斷該幀是否存在上行同步信號(hào)；如果檢測(cè)上行同步幀中無(wú)上行同步信號(hào)，將該數(shù)據(jù)幀作自相關(guān)運(yùn)算；判斷是否存在干擾；計(jì)算基站所使用頻段內(nèi)的干擾源的個(gè)數(shù)和干擾源的發(fā)射方向以及向網(wǎng)管中心發(fā)出干擾告警和通道故障的步驟。本發(fā)明的方法利用上行同步時(shí)隙空閑時(shí)對(duì)當(dāng)前基站使用頻段的電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有干擾時(shí)，找出其發(fā)射來(lái)源。當(dāng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)，我們可以進(jìn)一步對(duì)射頻接收通道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在發(fā)現(xiàn)通道有干擾或故障時(shí)能向網(wǎng)管中心發(fā)出告警。
文檔編號(hào)H04W24/00GK1457163SQ02160288
公開(kāi)日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者孫平, 蔣伯峰, 王森, 林波 申請(qǐng)人:北京信威通信技術(shù)股份有限公司