专利名称：用于未注册频带端口独立确定干扰阈值和功率电平的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，特别是，涉及用于在未注册的个人通信频谱中的无线电端口独立确定干扰阈值和传输功率电平的方法。
背景技术：
联邦通信委员会(FCC)指定在1920和1930MHz之间的频频带作为用于同步个人通信业务(UPCS)的未注册的频带(unlicensed band)。主要将这种未注册的频带用于支持无线电话和电路交换数据。对于300kHz的频带宽，最大允许传输功率是55mW把UPCS限制于室内运用，这是因为对于有效的户外运用来说该功率电平太低了。
图1是简单的UPCS系统50的例子。用户具有移动终端(MT)52(诸如，无线对话或按键)，其中，在与无线电端口的无线通信中，它与无线电端口控制单元(RPCU)56相连。MPCS系统可具有与相同或不同的RPCU56相连的多个RP54。RPCU56可与通信网络连接，诸如与市话交换机60相连的普通电话线58。交换机连到电话网络上，诸如公众电话交换网(PSTN)62。用户可将个人信息(诸如，电话或个人通信号)、呼叫转移和路由选择信息、帐目信息、信用卡和帐单信息等存储在为用户的住宅区服务的，称为本地寄存器(HLR)64的电话网络数据库中。
起先把1920-1930MHz频带分配到注册的点到点微波通信。至少在从频带中清除所有点到点微波系统之前，FCC对UPCS系统的应用有严格的要求。预计这种清除过程可能要费7年时间。为此，FCC要求如果UPCS元件移出某一授权区域那么UPCS不能发送。出于这个原因，一般相信只能运用大的、地理上受约束的系统(诸如，Centrex和PBX系统)，直至清除频带。还隐含地要求RP54而不是MT52(它能够移出授权区域)，必须开始通信。
由于UPCS频带是未注册的，所以不用为安装的每个无线电设备付给FCC许可费，就可以运用。为了允许多个无线电端口(诸如来自相同区域中的不同的系统或来自多个服务提供者的RP)公平地使用频带，FCC要求按一种约定来获得在UPCS频带中的信道。该约定称为“说前先听(LBT)”约定。
在LBT约定中，每个BP必须在要发送的频带内找到一个可用的信道。FCC把频带分成8个1.25MHz信道。要求“窄频带”(例如，信号占用频带小于625kHz)通信装置开始在低于频带3MHz处搜索可用的信道。要求“宽带”通信装置开始在高于频带3MHz处搜索可用的信道，下面的说明将参照窄带通信装置，但是读者理解它通常可用于宽带通信装置。UPCS频谱方面的协议可把每个1.25MHz信道分成多个系统信道。
RP54通过测量在频带中的第一信道(例如，从包括在频带底部3MHz处的系统信道中随机选出)开始它的搜索，以确定是否出现低于阈值(除了特殊情况以外，FCC要求阈值不能高于背景电平30dB)的干扰。高于阈值电平的干扰表示可能已由附近RP占据该信道，从而是不可用的。在可以传输之前，RP在10ms内监测信道的干扰阈值电平，以确定另一个RP还没有获得该信道。如果在10ms内任一时刻，信道具有超过阈值的干扰，那么它搜索下一个更高的信道。在10ms内，RP必须获得它监测的第一信道并在10ms内检测没有高于阈值的干扰。
一旦RP54获得信道，就要求立即在该信道上发送以“广而告之”它正要与MT52通信。如果在30秒的时间周期内，RP54不建立与MR之间的通信，那么RP必须放弃该信道，并再次开始搜索它可用的信道。
PACS-UB是适用于UPCS频谱的协议。下面的描述用PACS-UB协议来说明本发明。然而，读者理解本发明的原理适于在UPCS频谱中可操作的或者运用LBT约定的任何协议。通过运用“闪烁信标”协议，PACS-UB协议满足FCC UPCS的要求。这意味着RP54发送“信标”信号MT52利用这些“信标”信号来找到它们可以建立通信信道的RP。最好运用PACS-UB超级帧(hyperframe)和超帧(superframe)结构(如图2所示)，来实现“闪烁信标”。图2示出较佳PACS-UB超级帧200，它包括30个一秒超帧202。这种安排满足FCC关于RP54只能拥有获得的频率达30秒种的要求，除非它完成与MT52的通信。这些超帧202是系统广播信道超帧(SBC-SF)。一种超帧被被称为访问超帧(access superframe)。当RP试图获得一个信道，它就广播访问超帧。图2详细地示出访问超帧202’最好把访问超帧202’分成4个阶段204、206、208、210。这些阶段是1．第一200ms周期204(阶段A)，其中，一活动RP54把入局呼叫报警或短消息发送到MT52；2．第二200ms周期206(阶段B)，其中，一活动RP54发送系统信息和其它服务信息；3．400ms周期208(阶段C)，用于空闲端口根据信号强度选择在其上进行发送的信道；和4．第三200ms周期210(阶段D)，其中MT52选择MT对其拥有访问权利(即，MT来自相同系统)的且具有最佳信号强度的RP54。
对于这个约定的一个问题在于，具有大量RP的成功的UPCS频谱实现应使RP帧同步。这种帧同步使得多于1个的RP同时监测信道达10ms，然后获得它，结果导致不可接受的共用信道干扰。一旦同步RP获得相同信道，那么有可能它们继续进行下去，使得该端口相对地无用。为了克服这个问题，在相关申请中提出，把“交错启动(stagger start)”时间分配给无线电端口。这意味着，每个RP在与附近RP不同的时间开始它的频率搜索。于是，可以互相检测传输的RP不同时开始它们的信道搜索。这避免邻近端口的共用信道干扰问题。
参照图3和4示出伴随LBT约定的另一个问题。图3是示出在时间周期内，在UPCS频谱中的示例PACS-UB协议系统中信道的RP的信号电平测量的直方状图300。PACS-UB还把8个1.25MHz信道中的每个信道分成4个300KHz系统信道，总共提供32个信道。阈值电平Th用于确定信道是否可供RP使用。如果把该阈值设为高电平(诸如，图3中的Th1)，那么将接受高嘈声的信道从而导致次优性能。在图3中，相对嘈杂的信道(诸如，信道2)低于阈值。由于RP必须获得它所遇到的其干扰小于阈值电平的第一信道，即使有更加安静的信道(诸如，信道9和11)可供使用，也可能会获得嘈杂的信道(诸如，信道2)。FCC固定超过背景噪声电平(在PACS-UB协议系统中其背景电平大约为-118dBm)30dB的最大电平。然而，把RP的传输功率减去相应量，可以增加这个最大电平高达20dB。
如果这个阈值电平非常低(诸如，在图3中的Th3)，那么可以只选非常安静的信道。可以获得满足这个低阈值的少数信道(如果有的话)，从而阻止RP找到可用信道。在图3中，只有信道31低于Th3电平。如果几个RP正在搜索信道，而且这些RP“听见”与这个RP几乎相同的信号电平，那么可以获得这个信道，而对于这个或其它RP不能获得任何信道。
于是，中间阈值电平(诸如，Th2)是希望的。在图3中，至少有7个信道低于这个阈值电平可供使用。然而，即使是这个电平，也可能不是最佳的。最安静的信道是信道9、11和31。RP获得低于阈值的第一个可用信道。这里，这是信道4，信道4的噪声大约为信道9、11和31的两倍，而且较不理想。此外，当呼叫达到和离开时，信道的信号电平随着时间而改变。在如图3所示的时刻，Th2可能是较佳的阈值电平。然而，在另一个时刻，对于在该时刻测得的信号电平，不同的阈值电平可能是较佳的。
图4是示出在示例PACS-UB系统中选出32个信道中的每个信道的次数。如上所述，LBT协议要求RP选出它在10ms周期内遇到的其干扰小于阈值电平的第一信道。LBT协议还要求RP在低端频带3MHz处开始它的信道搜索，并向上搜索直至找到可获得信道。(对于宽带系统，在高端频带的3MHz处开始搜索)。这两个要求导致最低频率信道要比较高频率信道更加频繁地被获得(对于带宽较宽系统，反之亦然)。这在图4中示出。标为“实际”的曲线表示在相对简单的UPCS系统中，如何频繁地获得各信道。这个曲线示出比起较高信道更加频繁地获得较低信道。这导致不充分地运用系统资源。如图4所示，理想的信道利用分布是均匀的，如标为“理想”的线所示以相同的频率获得每个信道，这导致最大限度利用所有可用的信道。
为了接近于这个理想分布，应把阈值电平调节到适当程度，对于系统的相关状况，它既不太高也不太低。然而，对于不同系统，甚至在相同系统内的不同时间，其相关状况(诸如，RP间隔、当前UPCS频谱使用和本地传播状况)也不同。此外，在相同系统中的RP之间，最佳阈值也可能不同，而且对于每个RP，当相关状况改变时，它也随着时间而改变。于是，很难或者不可能选出单个阈值，即使对于单个系统，它也能在所有时间内提供接近于理想的信道分布。
在一些例子中，阈值与RP传输功率有关。FCC限制设备在UPCS频谱中操作的最大传输功率。这个最大功率电平与传输带宽的平方根成正比。在PACS-UB协议中，这个最大传输功率大约为17dBm。假设使传输功率减小低于最大值的相应量，那么FCC允许干扰阈值从30db的最大值处再增加。例如，在一个拥挤的、嘈杂的环境中，RP可以要求干扰阈值为35dB。假设使传输功率减少5dBm，FCC允许阈值增加到这个程度。于是，在这里所讨论的PACS-UB例子中把最大传输功率减小到12dBm。
在一些例子中，较佳的是，减小传输功率以减小RP之间的干扰。这在图5中示出。图5是示出具有UPCS系统的建筑物500的一个层面。该建筑物包括3个部分，具有高密度的RP54的办公室502、具有中间密度的RP54的工厂和具有低密度的RP54的仓库。RP的传输产生在图5中由圆周(或圆周的一部分)所示的覆盖区508。较佳的是，如此安排RP54，从而由覆盖区508覆盖整个区域。于是，MT52与RP54进行无线通信，而与MT在建筑物500中的位置无关。在这个例子中，为了避免对附近RP的不必要干扰，在办公室502中的覆盖区508覆盖的区域小于它在工厂504或仓库506中覆盖的区域(最好重叠一些覆盖区以阻止RP覆盖中的间隙)。于是，办公室502 RP54的传输功率小于在工厂504或仓库506中的RP54的传输功率。此外，在区域中的RP54的传输功率也不必相同。例如，在该例中的仓库506中，RP54’具有高于RP54”的传输功率。在这个例子中，如果影响干扰阈值的状况改变，那么干扰阈值也自适应地变化，而且传输功率应能够相应改变。
本发明的目的在于，提供一种自适应的、独立干扰阈值设定方法。
本发明的另一个目的在于，提供能有效地利用所有可用信道的UPCS系统。
本发明的又一个目的在于，提供自适应地、独立地设定传输功率电平的方法。
发明概述由本发明获得这些和其它目的，其中本发明提供一种方法使每个无线电端口自适应地、独立地设定它的干扰阈值和/或传输功率电平。可以这样来做，例如，由RP测量在每个信道上的信号电平，然后根据这些测量值设定干扰阈值和/或功率电平。
在较佳方法中，干扰阈值的确定是通过测量在每个信道上的信号电平，以测定的信号电平的顺序排列信道并运用这些等级确定该阈值。参考自适应干扰阈值，可以设定传输功率电平。通过运用系统和FCC功率限制以及当前传播状况确定该电平，以提供令人满意的传输电平。
在一个较佳实施例中，确定干扰阈值的等式是Th=Min(50,RSSI2+Max(2,RSSI3-RSSI2)-kTB)dB其中Th是干扰阈值；RSSIn是由接收到的信号强度指示器(RSSI)检测的经排列的RF能量(例信号电平)，其中从最低到最高进行排列(例如，RSSI2是第二最低能量)；和kTB是背景噪声电平。
在一个较佳方法，中，相对应干扰阈值确定传输功率的等式是TX=Min(+TXmax,Max(TXmin,TXmax-(Th-30)))dBm其中TX是传输功率；TXmax是FCC允许的最大传输功率；TXmin是与系统有关的最小传输功率；和Th是RP的干扰阈值。
附图简述参照下列附图，描述本发明图1示出未注册的个人通信系统；图2示出示例PACS-UB系统的超级帧/超帧结构；图3是示出信道的信号电平是在UPCS中的示例PACS-UB系统的直方状图；图4是示出示例PACS-UB系统在频谱中选出每个信道的次数；图5示出具有UPCS系统的建筑物的一个层面；图6是独立确定干扰阈值的较佳方法的流程图；图7是示出独立确定干扰阈值的较佳方法的时序图。
所附的附录A是在本专利申请中用到的缩写字词汇表。
较佳实施例的详细描述本发明是用于在UPCS系统中的无线电端口独立确定干扰阈值和/或传输功率电平的方法。较佳的是，通过测量所有信道上的信号强度并运用这些测量值确定阈值和/或电平，来完成这个。
以下的详细描述与在UPCS频谱中的PACS-UB协议操作相关。然而，读者应理解，本发明同样适用于与LBT约定一起使用的其它协议。此外，还揭示了特定等式。读者理解这些等式是用于示例，而且还可用其它等式有效地完成本发明方法。
A．用于自适应地独立确定干扰阈值电平的方法如上所述，在相同系统中的RP之间的最佳阈值可以不同，而且当相关状况改变时，每个RP的最佳阈值也随着时间而变化。于是，很难或不可能选出甚至在单个系统中是能提供在所有时间内接近理想的频率分布的单个阈值。为了解决这个问题，提供一种自适应地独立确定干扰阈值电平的方法。这允许每个RP根据在特定时刻的信道信号电平选择阈值。LBT约定要求RP测量在频带中在信道上的信号电平。在根据本发明的较佳实施例中，RP要对所有信道测量它所检测的信号电平，按已检测到的信号电平的顺序排列这些信道并用这些测量值选择干扰阈值电平。由用于测量信道信号电平的RP中的已收到的信号强度指示器(RSSI)进行测量。
对于选择阈值电平的一个可行的等式是Th=Min(50,RSSI2+Max(2,RSSI3-RSSI2)-kTB)dB其中Th是干扰阈值；RSSIn是由接收到的信号强度指示器检测的经排列的信号电平，其中从最低到最高进行排列(例如，RSSI2是第二静的信道)；和kTB是背景噪声电平。
这个等式意味着选中的电平是下述中最低的(1)第二低的信道信号电平加上下述后的较高者(a)2dB；或(b)第三低的信道信号电平和第二低的信道的信号电平之间的差；
减去背景噪声kTB；或者(2)50dB(当把传输功率减去相应量，所允许的FCC最大阈值电平)减去背景噪声(kTB)。
熟悉本技术领域的人员容易地认识到可用任何数量的等式完成本发明的目的。
每个RP选择对于它所经历的干扰状况下的最佳阈值。在这个例子中，根据测得的第二和第三安静的信道(例如，具有测得的第二和第三低的RF能量)选择阈值。对于这个等式，考虑到在测量处理中的一些不精确性或误差，通常阈值比两个最佳信道的电平要高出2dB。如果第三佳信道超出第二佳信道少于2dB，那么该电平上升至第三佳信道的电平。于是，如果第二静信道比第三静信道要安静得多(例如，至少静2dB)，那么把第二静和第三静电平之差加到第二静电平。否则，把2dB的最小值加到第二静电平。
图6是示出本发明确定干扰阈值的方法的流程图600。在图6中，RP根据PACS-UB协议操作，并运用在上述相关申请中所述的“交错启动”方法。本方法通过使超级帧定时器初始化(步骤602)开始。在预定时间内(诸如，RP的访问超帧阶段B206的最后40ms)，RP测量在UPCS频谱中的每个信道的信号电平(步骤604)。如果存在32个信道而且在总共40ms中测得所有信道，那么监测每个信道达1.25ms。这些测量值给予RP关于在频谱中检测的干扰电平的总的概况。运用这些测量值，以信号电平的顺序安排信道，并确定阈值(步骤606)，一旦确定阈值干扰电平，RP就根据RP指定的交错启动时间并采用确定的阈值，在超帧阶段C期间执行LBT约定(步骤608)。在LBT约定信道搜索期间，RP监测信道以确定是否可获得它。如果在10ms期满之前检测到，高于阈值干扰电平的干扰，那么它放弃该信道并监测下一个信道。如果它在整个10ms期间，它都没检测到高于阈值电平的干扰，那么它获得该信道并立即在它上面发送。
如果没有获得RF信道(步骤610)(例如，没有信道具有低于阈值的信号电平)，那么越级帧定时器期满(例如，30秒)，而且再次开始处理(步骤612)。如果获得信道(步骤610)(例如，RP获得具有低于阈值的信号电平的第一信道)，那么RP在获得的信道上开始发送(例如，“广而告之”MT可获得它)(步骤614)。
在超级帧的末端(步骤616)，如果RP不与MT进行通信(步骤618)，那么它放弃信道并再次开始处理。如果RP与MT进行通信(步骤618)，那么再使超级帧定时器初始化(步骤620)直到RP不再与MT进行通信。
图7是示出确定干扰电平的方法的时序图700。图7示出这样的系统，它具有运用PACS-UB协议的n个RP，并执行如在相关申请中所述的“交错启动”方法和本发明的方法。在这个例子中，已分配交错启动时间，而且RP已进行操作。在该图中，示出两个超帧202∶SBC-SFi702和SBC-SFi=1704，给第一超帧RP1分配第一交错启动间隔、给超帧RP4分配第二交错启动间隔、给超帧RP2分配第三交错启动间隔和给超帧RP3分配第四交错启动间隔。在下一个超帧SBC-SFi+1的阶段C208中，给RPn分配交错启动。即，BC-SFi+1是RPn的访问超帧。在阶段B206的末端，在这个超帧202中具有其交错启动的每个RP(例如，具有这个超帧作为它们的访问超帧的RP)在标为“Th”706的间隔中进行本发明方法。在这个较佳PACS-UB实施例中，Th间隔706是超帧阶段B206的最后40msec。具有第一交错启动时间的RP(这里是RP1)通过在“测量”间隔710内测量在这些信道上的RF能量开始它的信道搜索。在短暂的空闲时间(标为“i”,708)之后，具有交错启动时间的其它RP开始它们的频率搜索。空闲时间708是在阶段C的开始和开始RP的交错启动频率搜索之间的时间。于是，对于具有第一交错启动时间的RP的空闲时间为零。在“测量”间隔710期间，RP运用在“Th”间隔706内确定的自适应干扰电平获得第一信道，其中在监测第一信道达10ms之后，它不具有高于阈值的信号电平。在获得频率之后，RP“广而告之”在“Xmit”间隔712内它可与MT52进行通信。每个RP根据指定的交错启动时间进行“测量”和“Xmit”间隔710、712。
B．用于根据自适应的独立干扰阈值确定传输功率的方法在相同区域中具有多个竞争系统(competing system)的应用中，较佳的是，把传输功率电平正比于干扰阈值而减少。这是因为不可能一起“交错启动”竞争系统。这导致信道间的直接竞争，并增加了共用信道干扰的可能性。在图5中，减小在办公室502中的RP的传输功率以使覆盖区508之间的重叠最小。经减小的覆盖区导致减小对来自不同系统(不是相对于RP的交错启动该系统，而是争夺信道)的邻近RP的干扰的可能性。
在一个较佳方法中，相对应干扰阈值确定传输功率的等式是TX=Min(+TXmax,Max(TXmin,TXmax-(Th-30)))dBm其中
TX是传输功率；TXmax是FCC允许的最大传输功率；TXmin是与系统有关的最小传输功率；和Th是RP的干扰阈值。
在这个等式中，确定传输功率低于下述中任一个(1)下述中的较高者(a)与系统有关的最小传输功率；或(b)FCC最大传输功率电平减去干扰阈值高于30dB的量；或(2)FCC最大传输功率。
熟悉本技术领域的人员容易地认识到，可用任何数量的等式来完成本发明的目的。
本发明并不局限于所述的方法，而是可运用各种变更、替换、等式及方法，而不偏离本发明的范围。
权利要求
1．一种确定在具有多个信道并运用说前先听(LBT)约定的通信系统中的干扰阈值的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤(a)测量在每个信道上的RF能量级；和(b)根据这些测量值选择干扰阈值。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量步骤还包括根据测量值排列每个信道，而且所述选择步骤还包括根据这个排列选择所述干扰阈值。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量步骤还包括测量每个信道的接收到的信号强度。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择步骤包括根据下列等式选择所述干扰Th=Min(50,RSSI2+Max(2,RSSI3-RSSI2)-kTB)db其中Th=所述干扰阈值；RSSI2=测得的第二最低Rf能量级；RSSI3=是测量的第三最低Rf能量级；和kTB=背景RF能量级。
5．如权利要求1所述的方法，当所述通信系统包超级帧/超帧结构时，其特征在于，把所述超帧分成几个阶段，而且所述方法还包括在所述几个阶段之一的结束期间，进行所述测量和选择步骤，而且在所述几个阶段中的下一个阶段中执行所述LBT约定。
6．一种用于在具有多个信道并允许说前先听约定的通信系统中获得一个信道的方法，其特征在于，包括下列步骤(a)测量在所述通信系统中的所有所述信道的信号电平；(b)运用所述测定信号电平，确定干扰阈值；和(c)运用经确定的干扰阈值执行说前先听约定。
7．如权利要求6所述的方法其特征在于，所述确定步骤还包括(a)以所述测定信号电平的顺序排列所述信道；和(b)运用所述等级确定所述干扰阈值。
8．一种用于确定在运用说前先听约定的通信系统中的无线电端口的传输功率的方法，其特征在于，包括根据下列等式确定所述传输功率TX=Min(+TXmax,Max(TXmin,TXmax-(Th-30)))dBm其中TX=所述确定传输功率；TXmax=最大传输功率；Txmin=最小传输功率；和Th=干扰阈值。
全文摘要
在未注册的个人通信系统中的无线电端口(RP)自适应地、独立地设定它们的干扰阈值和/或传输功率电平。由RP测量在每个可获得信道上的信号电平并根据该测量值设定干扰阈值和/或功率电平来实行。在较佳方法(600)中,通过测量在每个信道(604)上的信号电平、以测定的信号电平顺序来排列信道并运用这些排列确定阈值(606)从而确定干扰阈值。参考自适应干扰阈值电平可以设定传输功率电平。通过运用系统和FCC功率限制以及当前状况确定这个电平以提供令人满意的发送电平。
文档编号H04B17/00GK1211358SQ96199720
公开日1999年3月17日 申请日期1996年3月27日 优先权日1996年1月24日
发明者张丽凤, 安东尼·R·内佩尔 申请人:贝尔通讯研究股份有限公司