专利名称：一种同步码分多址通信系统电磁环境的实时监测方法
技术领域：
本发明涉及码分多址通信系统的监测技术领域，特别是涉及码分多址通信系统的电磁环境的监测。
图1是现有的码分多址通信系统的上行同步信号检测方法的流程图。图1给出现有的对上行同步时隙采集的数据的处理过程。首先从上行同步时隙采集数据，接着对上行同步时隙采集的数据作相干检测，判别数据中是否有上行同步信号。因为这个上行同步时隙(synch_UL)并不是在每个上行时帧都被占用，只有当某个移动/固定终端需要进行通话时才在这个时隙上发射上行同步信号。基站收到此上行同步信号后才会允许该终端登入并分配其某个空闲的传输(traffic)信道。如果数据中没有上行同步信号，则停止检测。如果检测到上行同步信号，则基站处理终端的登录请求。现有的上行同步信号检测方法只是检测是否存在上行同步信号和进行相应的处理，但是不能对电磁环境进行实时的监测，不能判断是否存在干扰、干扰的个数及确定干扰的方向。
本发明提出一种同步码分多址通信系统电磁环境的实时监测方法，包括以下步骤从上行同步时隙采集数据；从采集的数据帧中检测并判断该帧是否存在上行同步信号；如果检测上行同步帧中无上行同步信号，将该数据帧作自相关运算，得到的自相关函数与前面存储的自相关函数累加后存储；计算基站所采用的频段中在上行同步时隙的信号，并对该信号作自相关，得到用于监测电磁环境的自相关矩阵，利用该自相关矩阵判断是否存在干扰；当判断存在干扰时，计算基站所使用频段内的干扰源的个数；和计算干扰源的发射方向。本发明的方法还包括向网管中心发出干扰告警和通道故障的步骤。
本发明的方法扩充了上行同步时隙的应用领域，使得在上行同步时隙空闲时，使用已得到的采集数据对当前基站使用频段的电磁环境进行监测，当发现有干扰时，对所发现的干扰源进行定向处理，找出其发射来源。当没有发现干扰时，我们可以同步对射频接收通道进行监测，可以定位到具体某个射频通道发生了故障，例如电缆接口、断线、射频器件损坏等，并且在发现通道有干扰或故障时能向网管中心发出告警，以便及时进行处理，因而可提高同步码分多址通信系统的通信质量。
图2是根据本发明的实施例实现对同步码分多址通信系统的电磁环境监测的流程图。
假定天线阵采用M(M＝1，2，…)个天线单元，SCDMA系统的上行同步信号采用N1个码片(chip)长度加上保护时隙(Guard period)N2，定义总的数据采集间隔为N＝(N1+N2)个码片和总的采样值为NK＝(N1+N2)×K。这里K是每个码片的采样点数。这样采集到的数据可用矩阵Z＝{zm，n}来表示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。
基站对上行同步信号的检测是通过对采集数据Z进行相关检测来实现的，具体实现算法例如可采用两次的快速付里叶变换(FFT)或直接对采集数据用发射的上行同步信号进行卷积，然后判决其峰值的大小来实现的。
当上行同步信号的检测结果表示有登录的上行同步信号时，由基站处理终端的登录请求。当上行同步信号的检测结果表示没有发现在该帧中有登录的上行同步信号时，将该帧数据作自相关运算，得到得自相关函数与前面存储的自相关函数值相累加并存储，然后等待下一步骤的处理，这里存贮的数据帧数是由基站予置的。自相关函数运算可以采用所有M路通道的数据或部分通道的数据。另外累加的数据帧数是由基站予置设定的。基站可以利用计数器或定时器进行计数设置固定帧数或固定时间间隔。
对于采集到的数据Z(公式1)，可以取它的一部分数据作自相关函数运算，这部分数据记做Zd，这样就得到它的自相关函数矩阵为rZZ＝E{Zd.ZdH} (2)这里ZdH是Zd的共轭转秩。该结果与前面存储的自相关函数值相加后得到累加后的自相关函数矩阵为RZZ(n)＝RZZ(n-1)+rZZ(3)假定在该基站采用的频段中存在有L个干扰源s1(t)，s2(t).，sL(t)，它们分别来自于方向角{θ1，θ2，...，θL}，信道的底噪(白噪声)为N(t)，这样在上行同步时隙的信号可表示为Z(t)=Σl=1La(θl)·Sl(t)+N(t)---(4)]]>这里a(θl)是天线阵在方向角θl的空间特征矢量(spatial signature)。
由式(4)得到用于监测电磁环境的数据Z(t)，根据该结果可以判断是否存在干扰。首先，对多路信号Z(t)做自相关处理，并得到自相关函数矩阵rZZ为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)]]>这里Pl是第1个干扰源的信号功率，σ2是每路射频通道的噪声功率，I表示单位距阵。当没有干扰信号存在时，得到RZZ(n)≈n·σ2·I (6)这里n是累加的数据帧数。这样我们可以用以下条件判决是否存在干扰 这里‖RZZ(n)‖是矩阵RZZ的每个元素的模平方之和的平方根，α是门限调节常数，其取值为大于 的实数，M1是自相关函数矩阵的维数。当判决没有干扰信号时，基站不再做进一步监测处理，并回到通常工作程序中。
在实际应用中，可有多种算法对干扰源个数进行检测。根据本发明的一个实施例是采用计算RZZ的特征值方法。通过求特征值的算法可以计算出M1个特征值λ1，λ2，...，λM1。再从M1个特征值中找出最小的特征值并记为λMin。假定我们找出n1个特征值均满足下式关系λn＞＞λMin，则这时认为在该频段内共有n1个干扰源存在。这里的“远远大于”例如是大于5-10倍。
如果只有一个干扰源存在的情况，则对应于最大的特征值的特征向量就是该干扰源的空间特征向量。
假定在干扰源个数检测中得到的干扰源个数n1＝0，这时可以判定在射频接收通道中一定有一路或一路以上的通道出现了故障。然后检查自相关函数矩阵RZZ的对角线的值r11，r22，…，rM1M1，从这些对角线值中找出一个最小值，如果有n2个值远远大于该最小值，就判定有n2路射频通道出现故障。
当判决出有干扰信号存在并已知干扰源的个数时，可用进一步确定干扰源的发射方向，根据本发明可以利用以下几种算法确定干扰源的发射方向。
a)多重信号分类法(MUSIC)算法多重信号分类法算法是一种经典的计算到达的方向(DOA)的方法，它可以精确的计算出各个干扰源的方向。但是它的缺点是其运算较为复杂。
b)Capon(卡彭)算法利用Capon算法首先计算出p(θ)p(θ)=1|aH(θ)·RZZ-1·a(θ)|,]]>式中a(θ)是天线阵在方向角θ的空间特征矢量(spatial signature)，0≤θ＜2π。
通过计算出p(θ)的峰值，例如用门限判决出所有的峰值，可以找出干扰源的方向。
当发现有干扰信号后，基站可自动向网管中心告警，以便网管找出并消除干扰信号。如不能消除干扰，可想办法避开干扰。
权利要求
1.一种同步码分多址通信系统电磁环境的实时监测方法，包括以下步骤从上行同步时隙采集数据；从采集的数据帧中检测并判断该帧是否存在上行同步信号；如果检测上行同步帧中无上行同步信号，将该数据帧作自相关运算，得到的自相关函数与前面存储的自相关函数累加后存储；计算基站所采用的频段中在上行同步时隙的信号，并对该信号作自相关，得到用于监测电磁环境的自相关矩阵，利用该自相关矩阵判断是否存在干扰；当判断存在干扰时，计算基站所使用频段内的干扰源的个数；和计算干扰源的发射方向。
2.根据权利要求1的方法，其中从上行同步时隙采集数据的步骤是从M个天线单元采集数据，所述采集的数据是以下的矩阵ZZ=Z1,1Z1.2....Z1,NKZ2,1Z2,2....Z2,NK::::::::ZM,1ZM,2....ZM,NK]]>式中M＝1，2，...；N是数据采集间隔，NK＝N×K，K是每个码片的采样点数。
3.根据权利要求1的方法，其中所述多路数据作自相关运算的步骤是采用两次的快速付里叶变换或直接对采集数据用发射的上行同步信号进行卷积，然后判决其峰值的大小来实现的。
4.根据权利要求1的方法，其中所述判断是否存在干扰的步骤包括计算上行同步时隙的信号，对该信号自相关处理得到自相关函数矩阵，如果该自相关函数矩阵的每个元素的模平方之和的平方根大于或等于ασ2，则判定有干扰信号存在，符号α是门限调节常数，σ2是每路射频通道的噪声功率。
5.根据权利要求1或4的方法，其中所述计算基站所使用频段内的干扰源的个数的步骤包括以下步骤计算所述自相关函数矩阵的特征值，找出最小的特征值，如果这些特征值中有n1个特征值远远大于该最小的特征值时，就认为在该频段内有n1个干扰源。
6.根据权利要求1或4的方法，还包括向网管中心发出干扰告警的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其中所述计算基站所使用频段内的干扰源的发射方向的步骤是利用多重信号分类法的算法计算到达的方向计算的。
8.根据权利要求1的方法，其中所述计算基站所使用频段内的干扰源的发射方向的步骤是利用Capon算法计算的，包括以下步骤根据以下公式计算p(θ)p(θ)=1|aH(θ)·RZZ-1·a(θ)|]]>式中a(θ)是天线阵在方向角θ的空间特征矢量，0≤θ＜2π；和利用门限判决出p(θ)的所有的峰值，得到干扰源的方向。
9.根据权利要求1或5的方法，其中所述计算基站所使用频段内的干扰源的个数的步骤在计算的干扰源的个数为零时，则判定射频接收通道出现故障。
10.根据权利要求9的方法，还包括检查所述自相关矩阵的对角线的值，找出这些对角线值的最小值，判定在这些对角线的值中远远大于该最小值的个数，则该个数就是出现故障的通道数。
全文摘要
一种同步码分多址通信系统电磁环境的实时监测方法包括从上行同步时隙采集数据；从采集的数据帧中检测并判断该帧是否存在上行同步信号；如果检测上行同步帧中无上行同步信号，将该数据帧作自相关运算；判断是否存在干扰；计算基站所使用频段内的干扰源的个数和干扰源的发射方向以及向网管中心发出干扰告警和通道故障的步骤。本发明的方法利用上行同步时隙空闲时对当前基站使用频段的电磁环境进行监测，当发现有干扰时，找出其发射来源。当没有发现干扰时，我们可以进一步对射频接收通道进行监测，在发现通道有干扰或故障时能向网管中心发出告警。
文档编号H04W24/00GK1457163SQ02160288
公开日2003年11月19日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者孙平, 蒋伯峰, 王森, 林波 申请人:北京信威通信技术股份有限公司