专利名称：一种eoc系统终端接收机信号强度估测方法
技术领域：
本发明涉及测量测试技术领域，尤其涉及一种E0C系统终端接收机信号强度估测方法。
背景技术：
HFC (Hybrid Fiber Coaxial)网络是采用光纤到服务区，而在进入用户的"最后100M"采 用同轴电缆。有线电视网络就是一个最典型的HFC网，它比较合理有效地利用了当前的先进 成熟技术，提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目。但由于是针对模拟电视节目 的广播传输，传统的HFC网络并不具备上行回传通道，为满足开展数字电视点播和高带宽宽 带接入等业务的需求，就必须对原有的网络进行双向化改造。全国有线电视网络用户己达1 亿多户，存在着大量的HFC网络资源，如何有效地利用现有网络，保护原有投资，避免重新 敷设光缆来进行有线电视网络的双向改造是摆在广电网络运营商面前的一个重要课题。
EOC(Ethernet over Coax)是在同轴传输以太网数据的最终解决方案之一，把有线电视信号 的下行传输和IP数据双向传输有机地结合在一起，用同一根电缆送入用户，既有大容量清晰 的图像，又有双向独享的宽带数据接入。EOC方案使用原有同轴资源解决最后IOOM接入问题， 避免庞大的双线入户改造工程，在不影响原有下行广播电视信号的情况下，提供数据上下行 传输功能。
目前，EOC的一种双向接入技术WiFi over Coax是以无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network)技术为基础，采用变频解决方案将工作频率从2. 4GHz下变频到1GHz左右的 频段，使无线电信号适合于HFC网络传输。
当骨干的以太网光纤网络和同轴电缆的电视网络信号到达小区或楼宇后，EOC局端设备 接收以太网信号，并把它混合到870 1500MHz频段后叠加到有线电视信号(50 860MHz)上， 然后通过同轴电缆将以太网信号和有线电视信号传输到每个用户家庭。每个用户在有线电视 插头上接入EOC终端设备，就可以将电视信号和以太网信号分离，这样就实现了有线电视HFC 网络双向接入。
在对运用EOC终端设备的有线电视HFC网络的施工、局端终端设备安装和维护过程中， 运维人员需要了解EOC局端到终端的信号损耗，以确定网络布局，保证网络信号的有效传输 和接收。因此，较为精确地指示接收机信号强度在EOC网络应用中具有重要的意义。接收机RSSI (Received Signal Strength Indicator)通常与实际接收信号强度存在差异。
目前，运维人员多采用专业的具有接收信号强度显示功能的测试仪器仪表，仪器仪表体 积大携带难，增加了网络建设维护难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中专业的接收机接收信号强度测试仪器仪表体 积大携带难的缺陷提出一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法，该方法操作简便，且具 有较高准确度。
为解决上述技术问题，本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法包括如下步骤
将接收机在一定接收增益范围内设置增益值，采集全部不同增益时接收机所接收的局端 广播信标(Beacon)帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI—average;
根据RSSI—dBiiF 201g(RSSI—average / 256)将该Beacon帧的接收信号强度RSSI的平均 值RSSI—average转换为以dBm为单位；
根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x) = f(a，x) = alXn + a2xn—1 + ' + anx + a +1 确定终端接收机信号能量RX一POWER (dBm)，系数aJ艮据Matlab工具的[a, S] = polyf it (x， y, n) 函数确定；x， y是长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI—dBm为元素的等长数组， y是以RX—POWER为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供 polyval函数使用的构架数组，当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组bb a2，， an+1}。
最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x) = f (a,x) = alXn + a2xn—1 +…+ anx + a +,中n的 取值根据拟合良好度Q与0. 5是否接近来确定，若拟合良好度Q与0. 5接近则认为取值适当， 其中Q， l-P(X2<(N-n-1))， X2是最小二乘量，N是原数据长度，n+l是多项式系数的数目。
采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为首先扫描局端设备，根据接收机在 一定增益范围内的增益值设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次 扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值， 从大到小依次排列建立RSSI数组，设共接收Sampling—num包。
本发明对接收机的增益值设置是在从低到高的各个增益段均匀设置的。
在进行所述采集局端Beacon帧的接收信号强度的步骤时，对RSSI取极端值0、 0xff和 信号过强弱区间的值予以舍弃；应取RSSI的中间段值[RSSI—low, RSSI—hi]参与拟合，该区间 取值应保证接收机在一定接收增益范围内设置的各个增益值对应的接收灵敏度范围连续并存 在部分重叠。本发明E0C系统终端接收机信号强度估测方法可以直接嵌入E0C终端设备相关软件和设 备中，不需要专业的接收强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。
图1是本发明E0C系统终端接收机信号强度估测方法的流程图； 图2是接收增益设值为AH2时RSSI —阶拟合与实测接收信号强度数据的对比曲线。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明E0C系统终端接收机信号强度估测方法的流程图。由于E0C局端发射机采 用固定时隙和低速率模式(一般为802. llblM模式)发送广播信标(Beacon)帧，帧功率和 速率较稳定，因此本方法以终端接收机所接收的局端Beacon帧的接收信号强度RSSI作为基 本依据。
利用自动增益控制原理，假设终端接收机存在高低两个接收增益段，将接收机在从低到 高的增益段均匀设置AL1、 AL2、 AL3、 AH1、 AH2和AH3这样6个增益值，其中AL1至AL3在 低增益段，AH1至AH3在高增益段。如接收机存在多个增益段，可在每个增益段均匀选取增 益值，方法类同，目的为保证接收机在接收灵敏度范围内全面采集来自局端发射机的信号。
通过实测，根据全部6个不同增益时，接收机所取得的Beacon帧信号强度的平均值 RSSI—average与实际接收信号强度RX_P0WER形成对应关系。由于一般实测的接收信号强度 以dBm为单位，需要将RSSI—average通过换算公式RSSI—dBm= 201g(RSSI—average / 256) 转换以dBm为单位的功率值。
利用最小二乘多项式曲线拟合的方法，对RSSI建立形如y(x) =f(a，x) = alX" + a2xn—1 +… + anx + an+1的n阶多项式模型，实现RSSI与实测RX—POWER的逼近。
可利用Matlab工具的[a，S] = polyfit (x， y, n)函数确定n阶拟合多项式的系数。x, y是 长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI_dBm为元素的等长数组，y是以RX—POWER 为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供polyval函数使用 的构架数组。当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组(ai， a2，， an+1}。
可以利用Mat lab工具的[ye， delta] = polyval (a, x, S)函数取得原数据y拟合后的估计 量ye，通过作对比曲线进行比较验证。Polyval函数返回原(自变量)数据x的形如ye = alXn + a2xn"+…+&1^ + ^+1的11阶多项式估值乂6。其中，参数x是原(自变量)数据，可以为 数组或矩阵；参数a为长度为n+l的数组，该数组的元素是多项式递减幂排列的x的系数， 可以通过polyfit算得；S是polyfit算得的构架数组，利用S可以计算离差delta,从而得到估值误差ye±delta。
图2是接收增益设值为AH2时RSSI —阶拟合与实测接收信号强度数据的对比曲线。 由于RSSI取极端值0或Oxff或取信号过强弱区间值时，可能反馈失真，应该舍弃。应 取RSSI的中间段值[RSSI—low, RSSI—hi](—般为
)参与拟合，该区间取值应保 ;TP曰ff;未旌iMr in龙 一 由拔iMr權若范闺* W罟的夂垴若估补KU的培iMr灵敏度范围连续并存存
部分重叠。
拟合阶数取一阶(n=l)即可满足一般估值要求，拟合多项式系数为a,， a2。为保证计算 精度，拟合多项式的阶数一般不超过5阶。具体的最优阶次可根据拟合良好度Q = l-P(Xk(N-n-l))与0. 5是否接近来确定，若该阶次的拟合良好度Q较其它阶次的Q值与0. 5 最为接近则认为阶次适当，式中X2是最小二乘量，N是原数据长度，(n+1)是多项式系数的 数目。例如对在AH2增益设值下的测试数据做一阶多项式曲线拟合，拟合多项式系数 a产l. 1862， a2=-41.7904，拟合良好度Q=0. 6946。
确定了拟合多项式的系数a后，进入计算接收机信号强度阶段。首先扫描局端设备，将 接收增益从低到高依次设置，每设置一次，终端执行一次扫描操作。记录第一次扫描到局端 的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小 依次排列建立RSSI数组。假设共接收Sa卿ling—num包，Sampling—num值可任意选取，最好 为大于等于20的4的整数倍值。
以下2种情况需要重新收包或扫描网络
① 未能接收足量信号
在当前增益设值下未能接收满Sampling—num包。如果增益设值为AH3，启动重新扫描； 否则将增益扩大重新收包，例如当前为AL3，则设为AH1。
② 强弱信号标志位为高
当RSSI处于极端值0的包数大于Sampling—num/4，说明此时收包能量过弱，取标志位 Underflow—flag=lj
当RSSI处于极端值0xff的包数大于Sa即lingjum/4，说明此时收包能量过强，取标志 位Overflow—flag=l;
当Underflow—flag =0verflow_flag =0，掐头去尾计算处于RSSI数组中间位置的 Sampling—num/2数据均值RSSI—average,如果RSSI_average〈 RSSI—low,取Underflow—flag =1;如果RSSI_average 〉 RSSI—hi,取Overflow—flag = 1。
如果Underflow—flag=l，增益设值为AH3，说明信号过弱并达到终端的最低接收灵敏度范围；否则将增益扩大重新收包，例如当前为AL3，则设为AH1。
如果Overflow—flag = 1，增益设值为AL1，说明信号过强并达到终端的最高接收灵敏度 范围；否则将增益减小重新收包，例如当前为AL3，则设为AL2。
如果Underflow—flag= Overflow—flag =0， RSSI—average E [RSSI—low, RSSI—hi]，则完 成收包。将RSSI—average转换为以dBm为单位的RSSI—dBm，再利用拟合多项式系数a，通过 最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x) = f(a，x) = alXn + a2xn-1 + + anX + &+1计算接收信 号强度，当n:l时，RX—POWER (dBm)= a,XRSSI—dBm + a2。
本发明EOC系统终端接收机信号强度估测方法可以直接嵌入EOC终端设备相关软件和设 备中，不需要专业的接收信号强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。由 于终端收包迅速，在利用了前期的曲线拟合技术后，本估测方法在具体实施过程中的运算量 小精度较高，所以利用本估测方法取得接收信号强度的耗时少准确度高，在EOC领域具有一 定的应用价值。
权利要求
1、一种EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于包括如下步骤首先将接收机在一定接收增益范围内设置增益值，采集全部不同增益时接收机所接收的局端Beacon帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI_average；然后根据RSSI_dBm＝20lg(RSSI_average/256)将该Beacon帧的接收信号强度RSSI的平均值RSSI_average转换为以dBm为单位；再根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a1xn+a2xn-1+…+anx+an+1确定终端接收机信号强度RX_POWER(dBm)，系数an根据Matlab工具的[a，S]＝polyfit(x，y，n)函数确定；x，y是长度相同的被拟合原数据向量，其中x是以RSSI_dBm为元素的等长数组，y是以RX_POWER为元素的等长数组，n是多项式阶数，a是所得的多项式系数，S是一个供polyval函数使用的构架数组，当取n阶时系数a为包含n+1个元素的数组{a1，a2，…，an+1}。
2、 根据权利要求1所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于最小二 乘多项式曲线拟合函数式y(x) = f(a,x) = alXn + a2xn—1 + + a x + an+1中n的取值根据拟 合良好度Q与0. 5是否接近来确定，若拟合良好度Q与0. 5接近则认为取值适当，其中Q = l-P(X2<(N-n-1))， X2是最小二乘量，N是原数据长度，n+l是多项式系数的数目。
3、 根据权利要求2所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述最 小二乘多项式曲线拟合函数式y(x) = f(a，x) = alXn + a^—1 +…+ anx + a^中n的取值为 1，即终端接收机信号强度RX_P0WER (dBm)= a,XRSSI—dBm + a2。
4、 根据权利要求1所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述采集 局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为首先扫描局端设备，根据所述接收机在一定 接收增益范围内的增益值设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次 扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值， 从大到小依次排列建立RSSI数组，设共接收Sampling_num包。
5、 根据权利要求1所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述对增 益值的设置是在从低到高的各个增益段均匀设置的。
6、 根据权利要求5所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述采集 局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的方法为首先扫描局端设备，根据接收增益从低到高 的设置，每设置一次增益值，则终端执行一次扫描操作，记录第一次扫描到局端的增益设值，在此增益设值下接收局端发送的Beacon帧，采集Beacon帧RSSI值，从大到小依次排列建立 RSSI数组，设共接收Sampling_num包。
7、 根据权利要求6所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于在进行 所述采集局端Beacon帧的接收信号强度RSSI的过程中，若在当前增益设值下未能接收满 Sampling—num包，那么如果此时增益设值为最高值，则启动重新扫描，否则将增益扩大，重 新收包；当RSSI处于极端值0的包数大于Sampling_num/4,则取标志位Underflow_flag=l;当 RSSI处于极端值Oxff的包数大于Sampling—num/4，则取标志位Overflow—flag=l;当 Underflow—flag Overflow—flag =0，掐头去尾计算处于RSSI数组中间位置的 Sampling_num/2数据均值RSSI—average ， 如果RSSI_average〈 RSSI—low ，贝lj取 Underflow—flag = 1 ， 如果RSSI—average〉 RSSI_hi ， 则取Overflow_flag = 1 ; 当 Underflow—flag =1时，若此时增益设值为最高值，表明信号过弱并超出终端的最低接收灵 敏度范围，否则将增益扩大，重新收包；当Overflow—flag = 1时，若此时增益设值为最低 值，表明信号过强并超出终端的最高接收灵敏度范围，否则将增益减小，重新收包；如果Underflow—flag= Overflow—flag =0， RSSI—average e [RSSI—low, RSSI—hi]，则完 成收包。
8、 根据权利要求4或6所述的E0C系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所 述Samplingjum取大于等于20的4的整数倍值。
9、 根据权利要求1至7中任一项所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征 在于在进行所述采集局端Beacon帧的接收信号强度的步骤时，对RSSI取极端值0、 Oxff 和信号过强弱区间的值予以舍弃；应取RSSI的中间段值[RSSI—low, RSSIJii]参与拟合，该区 间取值应保证所述接收机在一定接收增益范围内设置的各个增益值对应的接收灵敏度范围连 续并存在部分重叠。
10、 根据权利要求9所述的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，其特征在于所述 参与拟合的接收信号强度RSSI的中间段值[RSSI—low, RSSI—hi]为
。
全文摘要
本发明公开了一种操作简便、准确度较高的EOC系统终端接收机信号强度估测方法，首先采集全部不同增益时接收机所接收的局端广播信标帧的接收信号强度RSSI，并求其平均值RSSI_average；然后将RSSI_average转换为以dBm为单位；然后根据最小二乘多项式曲线拟合函数式y(x)＝f(a，x)＝a<sub>1</sub>x<sup>n</sup>+a<sub>2</sub>x<sup>n-1</sup>+…+a<sub>n</sub>x+a<sub>n+1</sub>确定终端接收机信号强度RX_POWER，系数a<sub>n</sub>根据Matlab工具的[a，S]＝polyfit(x，y，n)函数确定。本发明方法直接嵌入EOC终端设备相关软件和设备中，不需要专业的接收信号强度显示仪器仪表，便于运维人员对EOC网络的建设维护。
文档编号H04B1/707GK101447803SQ20071017815
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者吴南健, 寿国梁, 静 郑 申请人:北京六合万通微电子技术股份有限公司