一種適用于tdd-lte系統(tǒng)外干擾的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及TDD-LTE系統(tǒng)排查系統(tǒng)外的干擾，既可以應(yīng) 用于專用的TDD-LTE測試儀器、頻譜儀，也可以應(yīng)用于LTE基站等通訊設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)IDD-LTE系統(tǒng)外干擾的分析方法采用通用頻譜儀，利用掃頻的原理分析空中 信號(hào)的頻譜。但是這種方法無法將系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)與系統(tǒng)外干擾分離，往往系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的功率 大于系統(tǒng)外干擾，干擾信號(hào)隱藏在系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的頻譜以下，無法分辨，更無從知道干擾信號(hào) 的頻點(diǎn)、帶寬、功率等信息。
[0003] 現(xiàn)代頻譜儀集成了TDD-LTE解調(diào)的功能，可以利用對(duì)TDD-LTE的解調(diào)，分離系統(tǒng)內(nèi) 信號(hào)和干擾信號(hào)。這種方法依賴于對(duì)信號(hào)的解調(diào)質(zhì)量非常良好，才能分析出干擾信號(hào)的頻 點(diǎn)，但是現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜，想要得到良好的解調(diào)結(jié)果基本不可行，所以限制了這種查找系 統(tǒng)外干擾的方法的應(yīng)用。
[0004] 為了快速準(zhǔn)確的定位干擾信號(hào)的頻點(diǎn)，需要將干擾和有用信號(hào)徹底分離，本文提 供了一種能夠分離系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)和系統(tǒng)外干擾的方法，從而快速的定位干擾信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有通用頻譜儀無法分離IDD-LTE上下行信號(hào)的問題，并且可 以通過分離的上行頻譜高效的查找系統(tǒng)外的干擾信號(hào)。
[0006] 本發(fā)明提供的適用于IDD-LTE系統(tǒng)外干擾的分析方法，包含以下步驟：
[0007] 第UTDD-LTE射頻信號(hào)經(jīng)過下變頻后變換至中頻，利用高速AD對(duì)信號(hào)進(jìn)行中頻采 樣，采樣速率為中頻帶寬的2倍以上，并且為LTE20M帶寬的信號(hào)采樣率30. 72M的整數(shù)倍；
[0008] 第2、通過數(shù)字NCO將采集的中頻信號(hào)搬移至基帶，亦即將中頻信號(hào)混頻到零頻。
[0009]第3、為了降低對(duì)后續(xù)計(jì)算能力的要求，將原有符號(hào)率Fsh變?yōu)榈退俜?hào)率Fsl， Fsl為I. 92M，或者I. 92M的整數(shù)倍，F(xiàn)sh/Fsl為整數(shù)；
[0010] 第4、利用本地PSS時(shí)域序列與低速符號(hào)率的信號(hào)做互相關(guān)運(yùn)算，得到低速符號(hào)率 信號(hào)的PSS同步位置，并將此位置折算成原有符號(hào)率信號(hào)的PSS位置，即PSS粗同步位置。 其中，PSS頻域圖樣共有三種，分別對(duì)應(yīng)了TDD-LTE的三個(gè)SectorID;由于初始同步的時(shí) 候并不知道SectorID是多少，所以三種圖樣都要做相關(guān)，最大相關(guān)值出現(xiàn)在那個(gè)圖樣中， SectorID即為相應(yīng)圖樣對(duì)應(yīng)的ID;每一種圖樣的PSS為62個(gè)載波的頻域數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行插 值得到128個(gè)載波，插值方法為對(duì)62個(gè)載波以外的載波位置填0 ;對(duì)128個(gè)載波做逆傅里 葉變換，得到128點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)；利用128點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)和符號(hào)率變換后的信號(hào)做互相關(guān)運(yùn) 算，窗口滑動(dòng)長度為半幀以上，相關(guān)結(jié)果的峰值位置代表了接收到的信號(hào)中PSS符號(hào)的起 始時(shí)刻，但是這只是PSS粗同步的位置。
[0011] 得到本地3種PSS頻域圖樣的方法為：
[0015] 第5、為了進(jìn)一步精確定時(shí)，需要在原有采樣率信號(hào)的粗同步位置上，向前后各滑 動(dòng)N個(gè)采樣點(diǎn)，N取Fsh/Fsl，每滑動(dòng)一個(gè)點(diǎn)計(jì)算一次FFT，并且和PSS頻域序列做一次相 關(guān)，得到一個(gè)相關(guān)值，窗口滑動(dòng)完成以后，最大相關(guān)值的窗口起始位置即精確同步的PSS符 號(hào)位置；
[0016] 得到PSS精確同步的方法如下：PSS精確同步需要對(duì)符號(hào)率變換前的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，在粗同步的位置左右各取N個(gè)點(diǎn)，作為待測位置，N為Fsh/Fsl，基于每一個(gè)起始位置向 后取得一個(gè)符號(hào)長度的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)做FFT，取出中間的62個(gè)載波，與本地已經(jīng)確定圖樣 的PSS頻域序列做相關(guān)，得到一個(gè)相關(guān)值；得到N個(gè)相關(guān)值后，最大相關(guān)結(jié)果出現(xiàn)的位置即 為精確同步的位置。
[0017] 第6、基于PSS精確同步的位置找到SSS輔同步序列所在的符號(hào)，并利用此符號(hào)和 本地SSS序列相關(guān)能夠確定當(dāng)前半幀是前半幀還是后半幀，從而得到幀同步的位置；得到 了PSS精確同步的位置，進(jìn)一步可以得到幀同步。依據(jù)PSS精確同步的位置向前偏移3個(gè)符 號(hào)的長度，從此基準(zhǔn)時(shí)刻向后取出一個(gè)符號(hào)長度的數(shù)據(jù)，即SSS符號(hào)，對(duì)這個(gè)符號(hào)進(jìn)行FFT 運(yùn)算，取出中間的62個(gè)載波，將這62個(gè)載波與TDD-LTE協(xié)議中規(guī)定的336種SSS序列做相 關(guān)，相關(guān)峰值出現(xiàn)在0-167,說明當(dāng)前半幀為前半幀；相關(guān)峰值出現(xiàn)在168-335中，說明當(dāng)前 為后半幀，即確定了幀同步的位置。
[0018] 第7、基于幀同步的位置得到GP時(shí)隙或者上行子幀的時(shí)域數(shù)據(jù)，對(duì)此時(shí)域數(shù)據(jù)行 加窗處理和FFT運(yùn)算，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)取模和檢波處理，并以對(duì)數(shù)的形式表示功率譜；對(duì)信 號(hào)進(jìn)行加窗處理，加窗方法如下：以幀頭的位置為起始，取出GP符號(hào)或者上行子幀，GP在子 幀1中，上行子幀在子幀2中；GP時(shí)隙或者上行子幀的數(shù)據(jù)與窗函數(shù)進(jìn)行逐點(diǎn)相乘，以減少 頻譜泄露的影響，窗函數(shù)采用高斯窗或布萊克曼窗。
[0019] 信號(hào)進(jìn)行檢波的方法如下：對(duì)GP符號(hào)或者上行子幀做分析需要取出相應(yīng)時(shí)隙位 置的信號(hào)，無論IDD-LTE采取何種配置，子幀2固定為上行子幀，對(duì)上行子幀內(nèi)的14個(gè)符號(hào) 分別做FFT，得到14組頻域數(shù)據(jù)，對(duì)14組頻域數(shù)據(jù)行正峰值、負(fù)峰值和均值檢波操作；GP位 置特殊子幀，子幀號(hào)為1，依據(jù)特殊子幀的不同配置，取得屬于GP的符號(hào)；同樣，對(duì)GP的多 個(gè)符號(hào)分別做FFT處理，進(jìn)行正峰值、負(fù)峰值和均值檢波操作。
[0020] 第8、基于得到的頻譜能夠分析系統(tǒng)外干擾的特征，并且利用定向天線查找干擾的 方向以及具體位置。當(dāng)沒有外界干擾的時(shí)候，GP時(shí)隙既不發(fā)送上行信號(hào)，也不發(fā)送下行信 號(hào)，所以出現(xiàn)在GP時(shí)隙的信號(hào)均為系統(tǒng)外干擾，這種方法直觀有效；也可以利用子幀2中的 上行子幀進(jìn)行分析，上行子幀持續(xù)時(shí)間長，不用擔(dān)心上下行延時(shí)擠占的問題；雖然引入了上 行信號(hào)，但是上行信號(hào)以180kHz為最小寬度分配資源，能夠通過頻譜包絡(luò)輕松的分辨上行 信號(hào)和系統(tǒng)外干擾。
[0021] 利用定向天線觀察干擾的信號(hào)的強(qiáng)度和包絡(luò)，通過改變天線的角度和方向，觀察 干擾信號(hào)強(qiáng)度的變化，從而確定干擾的大致方向；通過在多個(gè)位置定位干擾源的方向，能夠 基本確定干擾源的位置。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0023] 本發(fā)明方法可以清晰分離TDD-LTE上下行信號(hào)，在不關(guān)閉基站的情況下，對(duì)上行 干擾進(jìn)行排查，可以高效的查找干擾源。
【附圖說明】：
[0024] 圖1為系統(tǒng)框圖。
[0025] 圖2為FPGA和DSP的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0026] 圖3為SSS相關(guān)的結(jié)果。
[0027]圖4為干擾排查的環(huán)境搭建。
[0028] 圖5為干擾排查實(shí)測圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0030] 本發(fā)明所有方案均在FPGA和DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
[0031]第I、TDD-LTE射頻信號(hào)經(jīng)過模擬混頻濾波以后，中頻信號(hào)為138. 24M，利用時(shí)鐘為 61. 44M的AD對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行帶通采樣，AD的帶通采樣本身也是一種混頻操作，采樣后的信 號(hào)位于15. 36M。
[0032] 第2、利用FPGA采集AD的輸出結(jié)果，F(xiàn)PGA內(nèi)部的DDC模塊完成以下功能：
[0033] 如圖2所示，1/4FS模塊完成混頻的操作，由于15. 36M的中頻信號(hào)正好是61. 44M 的四分之一，可以采用簡化算法將15. 36M的中頻信號(hào)混頻到零頻。方法如下：
[0034] 頻率為fs/4的本振可以表示為：
[0037] 對(duì)于實(shí)信號(hào)的Fs/4移頻過程，可以得到輸出結(jié)果：
[0038]n= 4kJout=x(n)Qout= 0
[0039]n= 4k+lJout= 0Qout=-x(n)
[0040]n= 4k+2:Iout=-x(n)Qout= 0
[0041]n= 4k+3Jout= 0Qout=x(n)
[0042] 所以簡單的取反和置0,即可將信號(hào)混頻到零頻。
[0043] 混頻后的信號(hào)經(jīng)過5級(jí)半帶濾波器，每一級(jí)的輸出采樣率降為輸入的一半，如圖2 所示。HBO的輸出用于后續(xù)的頻譜分析，HB4的輸出用于PSS的粗同步運(yùn)算。
[0044] HB4的輸出符號(hào)率已經(jīng)降為了 I. 92M，送入FPGA的PSS_SYNC模塊中，3組本地PSS 時(shí)域序列采用128點(diǎn)。3組序列分別于HB4的輸出做滑動(dòng)相關(guān)，滑動(dòng)長度為半幀以上。依 據(jù)最大值出現(xiàn)的組號(hào)得到SectorlD，依據(jù)最大值出現(xiàn)的位置得到低符號(hào)率的粗同步位置 PSS_index_ls。FPGA 將 PSS_index_ls、Sector ID 和 HBO 的輸出傳輸給 DSP，如圖 2 所示。
[0045] 在DSP中PSS_SYNC2模塊中進(jìn)一步計(jì)算細(xì)同步的位置。HBO的輸出為30. 72M采 樣率，粗同步位置為16*PSS_index_ls，需要在這個(gè)位置前后各滑動(dòng)8個(gè)位置，來確定哪一 個(gè)位置才是準(zhǔn)確的PSS符號(hào)的起始時(shí)刻?；瑒?dòng)一個(gè)Ts，基于這個(gè)位置向后取出一個(gè)符號(hào)長 度的信號(hào)，對(duì)其做FFT，取FFT輸出的中間的62個(gè)載波，和本地PSS的頻域序列做相關(guān)運(yùn)算。 由于滑動(dòng)了N個(gè)位置，得到了N個(gè)相關(guān)