[发明专利]用于改进接收的无线电信号质量的系统

说明书

本发明涉及无线电系统，更具体地涉及改进作为降低在信号传播的封闭区中的衰落效应的技术的跳频的效率。

移动台从基地台接收的信号的质量经常受到使用无线电信号进行通信中的固有自然现象的影响。涉及无线电接收的大多数问题的公共因素是接收机上所要求的信号与热噪声相比或与干扰信号相比太弱。可将干扰信号表征为接收机在与所要求的信号的同一信道上接收的任何不想要的信号。

在蜂窝式无线电系统的情况中，可利用的带宽中的所有频率都是在整个蜂窝式网格(grid)中重复使用的，无线电系统的效率通常受到所接收的干扰无线电信号而不是热噪声量的限制。

无线电系统内出现的限制所接收的信号的质量的一种现象是路径损耗。即使在发射天线与接收天线之间没有障碍物，由于基地台与移动台之间距离的增加，所接收的信号也逐渐减弱。所接收的信号功率是同发射与接收天线之间的距离的平方与四次方之间某处的值成反比的。

用于存在诸如建筑物等物体的环境中的移动无线电系统中的更普遍的传输问题是对数正态衰落。这一现象的产生是由于位于移动台与基地台的发射与接收天线之间的建筑物及诸如小山等自然障碍物的屏蔽效应。当移动台在这一环境中到处移动时，所接收的信号强度作为在这一时刻上在发射与接收天线之间的障碍物类型的函数而增加与减小。名词“对数正态”来自所接收的信号强度的对数在某一平均值周围呈正态分布的形式；其最小值称作衰落谷，它们之间的距离可在30至60英尺的数量级上。

影响在城市环境中操作的移动系统内的信号强度的第三种现象为Rayleigh衰落。当广播信号采取从发射天线到接收天线的一条以上路径而使得移动台的接收天线接收不只一个而是若干信号时，出现这种信号衰变。这多个信号之一可直接来自发射天线，但若干其它信号在到达接收天线之前首先从建筑物及其它障碍物反射，从而互相在相位上略有延迟。接收同一信号互相相移的若干版本导致信号的矢量和成是在接收天线上实际接收的合成复合信号。在一些情况中接收信号的矢量之和可以非常低，甚至接近零，得出其中所接收的信号实际上消失的衰落谷。在移动移动台的情况中，由Rayleigh衰落引起的两个连接的衰落谷之间流逝的时间取决于所接收的信号的频率及移动台的移动速度两者。由Rayleigh衰落引起的两个衰落谷之间的距离对于900兆赫无线电频带可以在7英寸的数量级上。

参见图1A与1B，其中示出了在典型的移动无线电工作环境中的频率/距离接收的信号衰落模式的透视模型。图1A表示在100兆赫频率上城市区内工作的无线电信号的接收信号场，而图1B表示以300兆赫的信号频率在城市区中工作的无线电信号。从这两个图中能看出信号强度如何变化，建立同距离与频率两者都相关的周期性衰落谷。

在数字无线电系统的情况中，诸如其中采用时分多址(TDMA)调制的系统，产生了其它无线电传输困难。这些困难之一称作时间扩散，在表示某种数字信息的信号在接收天线上受到由原始信号从远离接收天线的物体的反射引起的不同的、接连传输的符号的干扰时产生。因而，接收机难于决定当前正在检测的是哪一个实际符号。采用TDMA调制中固有的另一种传输现象是，由于各移动台必须只在TDMA帧的特定的分配时隙中发射而在其余时间中保持沉默这一事实引起的。否则，该移动台将与分配在同一帧的不同时隙中其它移动台的呼叫干扰。

已研制出一系列技术用来与出现在无线电传输系统中的信号衰退现象作斗争。与来自对数正态衰落及Rayleigh衰落两者的数字无线电信号衰落问题作斗争所采用的一种解决方法是编码与交错。这是将其中表示数字信息的各种项目的信息组织成块，并将一系列块的接连的项目，诸如各4位，组织成帧的技术。如果与语音编码器生成的相同次序发送信息的各接连的位，则衰落谷的出现会完全删去信息的若干接连的位，从而从通信流中丢失它们并导致要从它们再生的语音中的空隙。然而，利用交错技术，信息的接连的位是对称地互相分隔开的并重新排列在传输流中，在其中它们不是互相连接而是在时间上互相分开构成信息的独立的块中的一位的。在传输流的另一端上，在所传输的数据块中取出该重新排列的位，并重新构成再度互相连接的。当将表示语音数据的各位与在时间上正常地连接的其它位分开，并将它们“交错”在时间上不是正常地连接的其它位中时，则在衰落谷期间从传输流中丢失整块的位，至少能从因为它们被交错到其它由于衰落不丢失的块中，而从在低谷期间不丢失的位中构成该丢失的块的某一部分。在移动移动台的情况中，当移动台通过衰落区并回到良好接收区中时，衰落谷只出现非常短的时段。