專利名稱：在通信裝置中降低上行鏈路壓縮模式監(jiān)測的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制無線通信裝置的操作模式。更具體地，本發(fā)明涉及用于在多模無線通信裝置中操作上行鏈路的方法和設備。
背景技術：
新的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，例如全球移動通信系統(tǒng)(GSM)的寬帶碼分多址(WCDMA)擴展，以及數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(DCS)，可以使用不同的操作模式來傳輸數(shù)字信息。例如，可使用兩種不同的雙工模式來傳送數(shù)字信息，即頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)，如本領域已知的，并使用不同的操作頻帶。GSM系統(tǒng)操作在900，1800和1900MHz，而DCS系統(tǒng)也操作在1800MHz。允許在不同F(xiàn)DD和TDD模式的操作提供了更有效的頻譜利用。此外，通信可以共享CDMA和時分多址(TDMA)方式。
多模通信裝置可被設計用于發(fā)射和接收使用從多個多址技術選擇出來的操作系統(tǒng)的數(shù)字通信，這些技術包括TDMA，CDMA，GSM和DCS，并可以組合這些技術中的某些并將其結合到一個裝置中。例如雙模通信裝置的接收機部分和那些不是雙模的類似，但適于接收根據(jù)以上任意系統(tǒng)的信號組合。例如，操作在FDD模式的裝置可以在一個操作系統(tǒng)的上行鏈路(UL)上發(fā)射，而在另一個操作系統(tǒng)的下行鏈路(DL)上接收。此外，要求該裝置能偶爾監(jiān)測這些系統(tǒng)的不同信道頻率(FDD，TDD，GSM)，以尋找新基站的控制信道。
為給裝置提供時間以監(jiān)測其他小區(qū)，上層命令可以指導裝置操作在壓縮模式。在壓縮模式中，改變時隙格式，從而例如提供傳輸間隙，給裝置留下開放時間周期來執(zhí)行頻率間功率測量，捕獲另一個基站的控制信道，并切換。當在壓縮模式中時，通常在幀期間發(fā)射的信息在時間上被壓縮，從而在一幀中維持傳送的數(shù)據(jù)量。
一種和使用壓縮模式相關的緩和數(shù)據(jù)吞吐量問題的方法是，在通信裝置中含有第二“監(jiān)測”接收機，如在提議的標準“第三代合作組項目；技術規(guī)范組無線接入網(wǎng)絡；物理層-測量(FDD)(版本1999)，V3.3.0，Sec.6.1.1.1(2000-06)”中略述的。第二接收機的使用消除了對通信裝置在下行鏈路中使用壓縮模式的要求。然而，要求裝置使用壓縮的上行鏈路模式。例如，在上行鏈路發(fā)射的同時，裝置使用第二監(jiān)測接收機監(jiān)測下行鏈路。不幸的是，在監(jiān)測頻率和上行鏈路傳輸頻率近似(即TDD或GSM/DCS 1800/1900MHz頻帶中的頻率)的例子中，通信裝置實際上干擾了自己。換句話說，裝置的發(fā)射功率被裝置的接收機接收并干擾裝置的接收機。因此，要求在上行連續(xù)使用壓縮模式以允許用于裝置實際監(jiān)測相鄰頻率上的基站的控制信道而不受到發(fā)射機干擾的非傳輸時間。甚至在裝置中存在極少的實際自干擾時，也同樣如此。
在實際中，在通信裝置中典型的接收機電路包括兩個通用部分前端部分和后端部分。前端部分的功能是執(zhí)行期望帶寬的初始濾波，放大，以及變換到中頻，以用于接收機后端部分的進一步處理。后端部分將信號轉(zhuǎn)換為基帶，以為數(shù)字信號處理準備。RF信號經(jīng)天線輸入到前端部分，并被從前端傳送到后端。
控制無線頻率接收機輸入信號功率對于將信號電平維持在基帶電路的操作范圍內(nèi)并提供接收機的正確操作是必需的。帶外信號功率惡化了接收機的性能，導致降低信噪比以及接收機選擇性。當和期望的信道內(nèi)信號相比，相鄰干擾信號非常強時，就會發(fā)生這種情況，例如，當裝置正在上行鏈路發(fā)射而同時在相鄰頻率監(jiān)測下行鏈路的時候。這導致由于帶外噪聲使得期望的帶內(nèi)信號不敏感。因此，必須在基帶電路之前限制接收信號功率，將信號電平維持在后端電路的操作范圍內(nèi)。基帶電路的濾波器部分通過僅允許期望的帶內(nèi)頻率通過而降低了相鄰干擾噪聲信號。然而，在基帶電路之前輸入的集合功率電平包括期望的監(jiān)測信號以及干擾的上行鏈路能量?，F(xiàn)有技術解決方案是每當監(jiān)測頻率接近上行鏈路發(fā)射頻率時就使用上行鏈路壓縮或時隙模式。然而，這導致如上所述的數(shù)據(jù)吞吐量的降低。
因此，需要在接收機監(jiān)測時減少使用上行鏈路壓縮模式以提高數(shù)據(jù)吞吐量。此外，還有利于確定同時進行發(fā)射和接收，而接收機在通信裝置中不會導致嚴重的自干擾的情形。還有利于提供改進而不需要通信裝置中任何額外的硬件或成本。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的雙模無線頻率接收機的框圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的接收機降低靈敏度的圖形表示；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的干擾檢測和壓縮模式選擇的步驟的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種單獨的方法來在通信系統(tǒng)中用于無線通信裝置的多模接收機電路中減少接近期望通信信號頻率的上行鏈路壓縮模式監(jiān)測。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，描述了一種確定同時的發(fā)射和接收不會導致通信裝置中顯著的自干擾的情況的方法，從而不需要上行鏈路壓縮模式，從而改進了數(shù)據(jù)吞吐量。該改進不需要通信裝置中額外的硬件或成本就能實現(xiàn)。和增加成本以及增大裝置尺寸的電路添加相反，本發(fā)明有利使用現(xiàn)有電路和軟件解決方案的組合來處理來自多模通信裝置所必需的多個頻帶的RF信號。
回到圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的無線通信裝置的框圖。優(yōu)選的是，該裝置是結合本發(fā)明的蜂窩無線電話。在優(yōu)選實施例中，微處理器103，例如可從Motorola公司獲得的68HC11微處理器，產(chǎn)生必要的通信協(xié)議以操作在兼容蜂窩系統(tǒng)中。微處理器103使用包括RAM105，EEPROM107和/或ROM109的存儲器104，優(yōu)選合并在一個包111中，以執(zhí)行產(chǎn)生協(xié)議所必需的和執(zhí)行用于無線通信裝置的功能的步驟，例如寫入顯示器113，接受來自鍵盤115的信息，或控制信號處理器125，包括根據(jù)本發(fā)明控制接收機增益。信號處理器125包括解調(diào)器，合成器，數(shù)字信號處理器(DSP)，以及本領域其他已知電路，以執(zhí)行基帶轉(zhuǎn)換和解調(diào)期望的通信信號所必需的適當?shù)挠性礊V波。微處理器103還處理來自麥克風117和到揚聲器121的由音頻電路119轉(zhuǎn)換的音頻。
圖1還顯示了能接收來自兩個相互區(qū)別的頻率帶寬的RF信號的前端接收機電路123，這兩個相互區(qū)別的頻率帶寬對于雙模通信裝置的操作是必要的。該前端接收機由兩個信道組成信道1 149用于操作在第一期望模式，信道2 151用于操作在第二期望模式。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，信道1 149可調(diào)諧接收常規(guī)的通信信號，信道2 151可用于調(diào)諧監(jiān)測附近基站的控制信道。在實際操作中，兩個接收機可操作在不同頻帶上。設想通信裝置100可操作在900，1800，1900MHzGSM/DCS和WCDMA頻帶。
信號處理器125包括合成器(未示出)，該合成器例如可以包括IF預放大器，IF混頻器，有源基帶濾波器，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如本領域公知的。IF預放大器使用自動增益控制(AGC)來控制輸入到基帶混頻器和有源基帶濾波器的集合信號，因為后二者都對過載敏感。AGC將基帶電路功率電平維持在設計的操作范圍內(nèi)，從而接收機可以正常工作。基帶IF混頻器將IF信號轉(zhuǎn)換到第二IF頻率，然后由僅允許期望信號通過以進行進一步處理的有源基帶濾波器濾波。雖然通過濾波，期望通信信號上的噪聲和干擾還是會通過從而繼續(xù)進一步處理。濾波后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該轉(zhuǎn)換器接收所有信號(期望通信信號和干擾)并將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)比特，然后進一步處理上述數(shù)字數(shù)據(jù)比特，包括額外的軟件濾波以及解調(diào)。將數(shù)字信號處理提前到來自第一和第二接收信道的輸入信號可以被同時處理的點。
根據(jù)本發(fā)明，信號處理器125包括用于檢測自干擾的檢測器。檢測器估計通過接收機信道的自干擾功率，將該估計提供給包括確定裝置的微處理器103，確定裝置用于將該信號和估計或測量信號比較，以確定是否存在自干擾以及正在接收的信號是否是真正的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明，微處理器中的確定裝置確定在當前小區(qū)條件下是否真正需要上行鏈路壓縮模式。簡而言之，接收機之一用作通信裝置自干擾(例如來自WCDMA上行鏈路對DCS下行鏈路的干擾)的估計器，僅當確定裝置發(fā)現(xiàn)此類自干擾時，微處理器命令通信裝置請求來自通信系統(tǒng)網(wǎng)絡的壓縮上行鏈路事件，以消除自干擾。在任何時刻，微處理器可以正常操作，從而提高了容量。
在實際中，自干擾是依賴于頻帶的。例如，TDD和GSM-DCS頻帶具有受限的選擇性，從而在接收路徑上自產(chǎn)生WCDMA發(fā)射噪聲，本發(fā)明在此種情形中具有最佳效果。當考慮許多參數(shù)時，必要條件實際是有條件的。主要的是，確定裝置使用來自檢測器的測量信號強度，已知上行鏈路頻率，已知下行鏈路頻率，以及通信裝置的發(fā)射機功率來確定是否存在足夠自干擾來批準上行鏈路壓縮模式的請求。還可以考慮其他次要參數(shù)，包括濾波器選擇性、實際發(fā)射噪聲、以及耦合效果。
在應用中，本發(fā)明最好用于DCS頻帶，因為它的有限選擇性。然而，本發(fā)明還可應用到任何接收頻率接近并行寬帶發(fā)射頻率的多模式通信系統(tǒng)中。此外，本發(fā)明可應用到與接收GPS系統(tǒng)信號相關的時間長、可能要求裝置發(fā)射機靜噪的全球定位系統(tǒng)中。
圖2提供最靠近接收機監(jiān)測信道的最低信道上用于全功率FDD發(fā)射機的潛在的最差情況自干擾噪聲的例子。例如，邊界402代表從1805MHz到1880MHz的DCS下行鏈路頻帶。邊界403和405代表從1900MHz到1980MHz的UMTS上行鏈路頻帶。邊界403代表該頻帶的TDD部分，邊界405代表由于更可能發(fā)生同步發(fā)射和接收而潛在的更麻煩的FDD頻帶。在顯示的例子中，在FDD UMTS UL中的傳輸發(fā)生在3.84MHz帶寬。該傳輸?shù)墓β首V密度406顯示在最接近DCS下行鏈路的信道中的傳輸。在該信道之下存在包含n階非線性的拐點，在此之下是功率電平大約-50dBm的寬帶噪聲。曲線404代表在最接近寬帶傳輸?shù)男诺赖腄CS下行鏈路信號(GSM特性)。DCS下行鏈路信號帶寬是150KHz。曲線410代表該頻率范圍內(nèi)實際上有助于DCSDL選擇性的雙工(UMTS)選擇性。
在這些條件下的接收機大約有-35dB降低靈敏度(即在1880MHz信道的靈敏度在發(fā)射機噪聲引起干擾之前可下降35dB)。在此例子中，如果期望接收信號強度大于35dB，在接收機靈敏度之上，或發(fā)射機在全功率之下發(fā)射，則可以進行正常接收，無需使用上行鏈路壓縮模式。這樣，通信裝置可以使用(WCDMA信道的)全數(shù)據(jù)容量。在圖2所示例子中，信號強度正好位于指示自干擾和上行鏈路壓縮模式所需的發(fā)射機噪聲之下。
確定裝置首先通過估計接收機期望的降低靈敏度限制確定何時使用上行鏈路壓縮模式。例如，可以通過以下估計降低靈敏度降低靈敏度(dB)＝Ds+PTx+Rx+(FRx*Slope)其中Ds是在最大發(fā)射功率(例如1880MHz、35dB)期間雙工選擇性和在最接近信道的噪聲之間的差值(dB)，PTx是來自最大可允許發(fā)射功率(WCDMA系統(tǒng)中是+24dBm)的通信裝置發(fā)射功率之差(dB)，Rx是監(jiān)測到的在載波干擾比(GSM系統(tǒng)中是9dB)之上的接收信號強度，F(xiàn)Rx是監(jiān)測的來自最近下行鏈路信道(DCS頻帶的1880MHz)的接收頻率距離(MHz)，Slope是選擇性的斜率(在DCS下行鏈路頻帶中是12dB/75MHz)。例如，如果接收機被調(diào)諧到最近信道(1880MHz)，則Ds是35dB，如果發(fā)射機在其最高容許功率發(fā)射(+24dBm)，則PTx是0，那么如果接收信號強度是9dB(比閾值高0dB)，則Rx是0，接收機的期望降低靈敏度是35dB。
給定預計的接收機降低靈敏度，如果接收機需要相鄰系統(tǒng)測量，確定裝置可使用根據(jù)本發(fā)明的以下處理確定是否實際需要上行鏈路壓縮模式，如在圖3中所示。在開始，通信裝置操作在常規(guī)、不壓縮上行鏈路模式500。下一步驟502包括估計通信裝置的監(jiān)測接收機降低靈敏度，如上所述，以確定閾值。估計步驟包括可以包括實際信號強度的信號強度測量。優(yōu)選的是，該閾值比估計的降低靈敏度電平高得多。在實際中，由GSM載波干擾比規(guī)定該閾值，其中如果載波大約9dB或比噪聲電平高得多，接收機通常具有足夠靈敏度。應當認識到，估計步驟可發(fā)生在處理的任何階段，在此點顯示僅是作為例子。此外，可以偶爾估計降低靈敏度，以跟蹤變化的信道條件或功率控制，并可在處理的不同時刻發(fā)生。下一步驟504包括將監(jiān)測接收機的操作頻率移到相鄰信道并由檢測器測量信道信號強度。
下一步驟506包括比較來自步驟504的測量信道信號強度和來自步驟502的閾值，其中如果測量信道信號強度遠遠大于閾值(例如9dB)，則該信號強度很可能是真實讀數(shù)，沒有顯著的自干擾，因為任何自干擾應該與估計降低靈敏度的幅度相同。如果確定測量信號強度是真實讀數(shù)，則通信裝置可繼續(xù)操作在常規(guī)上行鏈路模式并在510繼續(xù)監(jiān)測其他相鄰信道。然而，如果測量信號強度低于閾值或接近估計的降低靈敏度，則需要確定測量的信號強度是真實讀數(shù)還是存在干擾。在此例子中，下一步驟508包括將監(jiān)測接收機操作頻率從剛才測量的信道移開到另一信道，并測量新信道的信道信號強度。
下一步驟512是確定新信道的信號強度是否和先前測量的信號強度類似。如果不同，則原始測量的信號強度極可能是真實讀數(shù)，通信裝置可操作在常規(guī)上行鏈路模式，并繼續(xù)在510檢測其他相鄰信道。然而，如果兩個測量信號強度幾乎相同，可能兩個信號都測量干擾。即使在信號強度實際上相同這一事實符合時，本發(fā)明的方法也能減少使用上行鏈路壓縮模式。在信號幾乎相同的例子中，通信裝置進入514上行鏈路壓縮模式。這可以通過從通信系統(tǒng)網(wǎng)絡請求上行鏈路壓縮模式或自動切換到上行鏈路壓縮模式實現(xiàn)。其后是步驟516，將監(jiān)測接收機的操作頻率移到先前的信道頻率并重新測量信號強度，將該信號強度接受作為信號強度的真實測量。然后，通信可以請求518操作在常規(guī)上行鏈路模式并繼續(xù)監(jiān)測510其它相鄰信道。通信裝置可將存儲其他可用相鄰系統(tǒng)和信道的列表作為其常規(guī)操作的一部分。優(yōu)選的是，本發(fā)明的方法最適用于由于該頻帶內(nèi)的有限選擇性，而監(jiān)測DCS頻帶中的信道的情況。
在實際中，WCDMA模式中的高功率傳輸使得難以監(jiān)測DCS1800MHz蜂窩，因為在DCS接收(Rx)頻帶由WCDMA功率放大器產(chǎn)生了高噪聲。此外，WCDMA發(fā)射(Tx)頻帶和DCS 1800MHz Rx頻帶相互之間非常接近(40MHz)，難以設計有效的濾波，即濾波以隔離DCS Rx頻帶和WCDMA Tx頻帶的將會是大型且成本高昂的濾波器，具有較高插入損耗，并導致由于功耗而電池壽命惡化。
本發(fā)明提供一種解決方案以避免此種濾波器，通過在WCDMA上行鏈路中使用壓縮模式進行DCS監(jiān)測。實際上，當在WCDMA中的發(fā)射是高功率電平時使用壓縮模式，而在較低電平發(fā)射時使用常規(guī)的上行鏈路模式。當發(fā)射輸出功率減少時，由于WCDMA功率放大器產(chǎn)生的DCS Rx頻帶內(nèi)的噪聲也充分減少，符合DCS靈敏度規(guī)定。在該閾值之下能實現(xiàn)非壓縮模式的輸出功率閾值還取決于發(fā)射機噪聲性能。此外，在Rx頻帶內(nèi)獲得低噪聲也允許通信裝置為了低電平而從旁路繞過WCDMA功率放大器。這也提高了效率。在操作中，很多情況下，典型的移動通信裝置會在低功率電平發(fā)射(低于0dBm)。因此用于DCS監(jiān)測的非壓縮模式多數(shù)時間有效。僅會偶爾要求移動站壓縮WCDMA傳輸來監(jiān)測DCS小區(qū)。
本發(fā)明特別適用于維持最優(yōu)數(shù)據(jù)容量，并僅在存在自干擾的地方運行在壓縮模式。本發(fā)明提供了一種用于通信裝置控制壓縮模式的操作是否有益的處理。這是用現(xiàn)有硬件實現(xiàn)的，無需額外電路，因此節(jié)省了印刷電路板上以及集成電路內(nèi)的空間。數(shù)字信號處理器技術日益增長的性能允許同時測量和操作不同模式的通信信號，以提供無縫控制。
雖然在上述說明和附圖中描述和顯示了本發(fā)明，應當理解，該說明僅僅是示例性的，本領域技術人員可以作出多種改變和修改而不背離本發(fā)明廣泛的范圍。雖然在便攜式蜂窩無線電話中發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的特殊用途，本發(fā)明還可被應用到任何多模無線通信裝置，包括尋呼機、電子組織器以及計算機。僅由所附權利要求限定申請人的發(fā)明。
權利要求
1.一種在通信裝置中減少上行鏈路壓縮模式監(jiān)測的方法，包括步驟移動通信裝置監(jiān)測接收機的操作頻率到相鄰信道，并測量信道信號強度；估計監(jiān)測接收機的降低靈敏度以確定閾值；比較信號強度和閾值，其中如果信號強度低于閾值，進一步包括步驟移動監(jiān)測接收機的操作頻率到新的相鄰信道，并測量新的信道信號強度；比較新的信號強度和原先的信號強度，其中如果信號強度幾乎相同，則進一步包括步驟請求上行鏈路壓縮模式；以及移動監(jiān)測接收機的操作頻率到先前的相鄰信道，并重新測量信道信號強度。
2.權利要求1的方法，其中，估計步驟中的閾值高于估計的降低靈敏度電平約9dB。
3.權利要求1的方法，其中，估計步驟中的降低靈敏度電平是降低靈敏度(dB)＝Ds+PTx+Rx+(FRx*Slope)其中Ds是在最大發(fā)射功率期間、雙工選擇性和最接近信道上的噪聲之間最壞情況的差值，PTx是通信裝置發(fā)射功率和最大可允許發(fā)射功率的差值，Rx是監(jiān)測的在載波干擾比閾值之上的接收信號強度，F(xiàn)Rx是距離最接近下行鏈路信道的監(jiān)測接收頻率距離，以及Slope是選擇性的斜率。
4.權利要求1的方法，其中，比較新的信號強度的步驟包括，新的信號強度在先前測量的信號強度的2dB范圍內(nèi)。
5.一種具有無線頻率發(fā)射機和無線頻率接收機的多模通信裝置，該無線頻率接收機用于監(jiān)測可操作在通信系統(tǒng)上的相鄰控制信道，該通信裝置包括前端部分，用于從相鄰信道接收通信信號；連接到前端部分的后端部分，用于轉(zhuǎn)換該信號以準備數(shù)字信號處理；連接到后端部分的檢測器，該檢測器測量信號強度；以及確定裝置，用于確定來自發(fā)射機的信號是否干擾了該通信信號，其中如果確定干擾，則確定裝置命令通信裝置從通信系統(tǒng)請求操作在上行鏈路壓縮模式。
6.權利要求5的通信裝置，其中，確定裝置在確定是否存在足夠干擾以批準上行鏈路壓縮模式的請求時，使用來自檢測器的測量信號強度，已知上行鏈路頻率，已知下行鏈路頻率，以及通信裝置的發(fā)射機功率。
7.權利要求5的通信裝置，其中，確定裝置估計接收機的期望降低靈敏度以確定閾值，其中如果信號強度低于閾值，確定裝置命令通信裝置監(jiān)測新的相鄰信道的信號強度，其中如果當新的相鄰信道的信號強度和先前的信號強度大致相同時，則指示干擾條件并請求上行鏈路壓縮模式。
8.權利要求7的通信裝置，其中，期望的降低靈敏度是從以下公式估計的降低靈敏度(dB)＝Ds+PTx+Rx+(FRx*Slope)其中Ds是在最大發(fā)射功率期間、雙工選擇性和最接近信道上的噪聲之間最壞情況的差值，PTx是通信裝置發(fā)射功率和最大可允許發(fā)射功率的差值，Rx是監(jiān)測的在載波干擾比閾值之上的接收信號強度，F(xiàn)Rx是距離最接近下行鏈路信道的監(jiān)測接收頻率距離，以及Slope是選擇性的斜率。
9.權利要求7的通信裝置，其中，該閾值高于估計的降低靈敏度電平約9dB。
10.權利要求7的通信裝置，其中，如果新的信號強度在先前測量的信號強度的2dB范圍內(nèi)，則請求上行鏈路壓縮模式。
全文摘要
一種設備和方法，減少通信裝置中上行鏈路壓縮模式監(jiān)測，包括監(jiān)測相鄰信道以及測量信道信號強度的第一步驟。估計監(jiān)測接收機的降低靈敏度以確定閾值，將閾值和信號強度比較(504)。如果信號強度低于閾值，監(jiān)測新的相鄰信道以察看信號強度是否改變(508)。如果沒有，則測量的信號可能是干擾。此時，通信裝置可以請求上行鏈路壓縮模式以獲得準確的信號強度測量(516)。僅在這些條件下要求上行鏈路壓縮模式，而不是全部時間壓縮模式，從而維持了數(shù)據(jù)容量。
文檔編號H04L12/56GK1695384SQ03809756
公開日2005年11月9日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權日2002年4月29日
發(fā)明者路易斯·J·萬納塔, 埃德加·P·費爾南德斯, 尼爾斯·彼得·斯科夫·安德森 申請人:摩托羅拉公司