CN102196536B - 一种利用基站实现信号扫描和分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用基站实现信号扫描和分析的方法，包括：预先在基站中保存多种不同干扰信号对应的成形滤波系数和带宽、中心频点；在将中频信号下变频为基带信号时，选择需要排查的干扰信号对应的成形滤波系数、带宽和中频频点，进行下变频操作，得到对应不同干扰信号的基带信号，再对得到的基带信号其进行分析。应用本发明，能够利用基站灵活地实现对多种典型干扰信号的扫描和分析。

Description

一种利用基站实现信号扫描和分析的方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的干扰分析技术，特别涉及一种利用基站实现信号扫描和分析方法。

背景技术

在移动通信的网络中，会存在各种各样的信号，有些干扰信号会对通信性能造成影响，需要进行排查。目前，均是使用频谱分析仪来排查干扰。具体频谱分析仪的结构图如图1所示，射频输入信号进入频谱分析仪后与本振信号混频，混频产生的中频信号输入检波器，检波器输出信号功率。扫描控制器一方面控制本振信号的频率，另一方面对应信号功率控制输出相应频率。

上述频谱分析仪，多数只能扫描频域信号，仅有少数可以分析基带的波形，而其中能够分析基带波形的频谱分析仪，其分析的基带波形也是经过扩频和加扰后的基带信号。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用基站实现信号扫描和分析的方法，能够利用基站灵活地实现对多种典型干扰信号的扫描和分析。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种利用基站实现信号扫描和分析的方法，包括：

预先在基站中针对不同的干扰信号，保存多组成形滤波系数和带宽，并对应每组成形滤波系数和带宽，保存多个中心频点；所述多个中心频点为根据所述基站的中频频谱范围和所述带宽确定出的等间隔分布的多个用于成形滤波的中心频点；

所述基站接收射频信号，并通过下变频将其转换为中频信号；

从保存的成形滤波系数和带宽中选择成形滤波系数和带宽，对选择出的每组成形滤波系数和带宽，利用该组成形滤波系数和带宽，在其对应的各个中心频点上分别对所述中频信号进行下变频，得到基带信号；再分析各个所述基带信号的时域特征。

较佳地，该方法进一步包括：

对各个所述基带信号利用预设的扩频码进行解扩频，输出解扩频后的星座图，计算解扩频后信号的误差矢量幅度EVM；

选择解扩频后信号的EVM小于预设第一EVM门限的信号，判断其是否符合已知发射信号的星座图特征，当不符合时，确定该信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

较佳地，该方法进一步包括：

对解扩频后的各个信号利用预设的扰码进行解扰，输出解扰后的星座图，计算解扩频后信号的误差矢量幅度EVM；

选择解扰后信号的EVM小于预设第二EVM门限的信号，判断其是否符合已知发射信号的星座图特征，当不符合时，确定该信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

较佳地，对所述中频信号进行时域和频域的扫描和分析。

较佳地，所述对所述中频信号进行时域扫描和分析为：对所述中频信号进行扫描，将扫描的时域信号按时间顺序进行滤波，确定所述中频信号的时域特征。

较佳地，在对所述中频信号进行频域扫描前，进一步将所述中频信号按时间顺序分段，对每一段中频信号进行傅立叶变换，得到频域信号；

所述对所述中频信号进行频域扫描和分析为：扫描各段所述频域信号，将每段频域信号与其之前的所有频域信号一起进行滤波，确定中频信号的频域特征。

较佳地，所述将扫描的时域信号按时间顺序进行滤波为：

对扫描完的所有时域信号幅度计算平均值；或者，

对扫描完的所有时域信号幅度以递归方式计算加权平均值。

较佳地，所述将每段频域信号与其之前的所有频域信号一起进行滤波为：

对当前频域信号段与其之前所有频域信号幅度计算平均值；

对当前频域信号段与其之前所有频域信号的幅度，以段为单位、采用递归方式计算加权平均值。

由上述技术方案可见，本发明中，预先在基站中保存多种不同干扰信号对应的成形滤波系数和带宽、中心频点；在将中频信号下变频为基带信号时，选择需要排查的干扰信号对应的成形滤波系数、带宽和中频频点，进行下变频操作，得到对应不同干扰信号的基带信号，再对得到的基带信号其进行分析。

进一步地，利用基站的基带数字信号处理能力，对得到的基带信号进行相应的解扩频和解扰，再对解扩频和/或解扰后的信号输出星座图，计算各种信号特征。

附图说明

图1为现有频谱分析仪的具体结构图。

图2为本发明进行信号扫描和分析方法的具体流程图。

图3为中频信号进行下变频时的中心频点示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的基本思想是：对应不同干扰信号的特性，利用基站实现信号的扫描，并进一步利用基站中对基带数字信号的处理能力，对基带信号进行解扩频和解扰，再对处理信号进行分析。

接下来，通过具体实施例说明本发明的具体实现。图2为本发明方法的具体流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤101，预先在基站中针对不同的干扰信号，保存多组成形滤波系数和带宽，并对应每组成形滤波系数和带宽，保存多个中心频点。

在通信系统中，存在各种干扰，为实现多种干扰信号的排查，本发明在基站中对应不同的干扰信号，保存多组成形滤波系数和带宽。即，对应一种干扰信号的带宽和成形特性，保存一组成形滤波系数和带宽，从而能够将中频信号下变频为相应的基带干扰信号。

进一步地，对应每组成形滤波系数和带宽，需要保存多个中心频点，从而在整个中频信号带宽内，排查在多种可能频点上的干扰信号。具体地，多个中心频点为根据基站的中频频谱范围和不同干扰信号的带宽确定出的等间隔分布的多个用于成形滤波的中心频点。

举个具体的例子，对于TD-SCDMA系统所产生的干扰，TD-SCDMA系统的带宽为1.6MHz，成形特性是根升余弦滤波，在设置成形滤波系数和带宽时，带宽为1.6MHz，成形滤波系数为任意方法得到的符合根升余弦特性的成形滤波系数，例如，可通过MATLAB函数rcosfir(1,8,16,8,’root’)产生成形滤波系数；中频信号带宽为10MHz，即频谱范围是-5MHz～+5MHz，而干扰信号带宽为1.6MHz，因此，对应的中心频点为-4.2MHz,-4.0MHz,-3.8MHz,....,+3.8MHz,+4.0MHz,+4.2MHz。

对于GSM系统所产生的干扰，GSM系统的带宽为200kHz，成形特性是GMSK升余弦滤波，在设置该干扰信号对应的一组成形滤波系数和带宽时，带宽为200kHz，成形滤波系数为任意方法得到的符合GMSK升余弦特性的成形滤波系数，例如，可通过MATLAB函数gmsk(2*10^7,8)产生成形滤波系数；中频信号带宽为10MHz，即频谱范围是-5MHz～+5MHz，而干扰信号带宽为1.6MHz，因此，对应的中心频点为-4.2MHz,-4.0MHz,-3.8MHz,....,+3.8MHz,+4.0MHz,+4.2MHz，如图3所示。

对于其他类型的干扰，同样对应其带宽和成形特性设置该干扰对应的成形滤波系数和带宽，再结合中频信号的频谱范围设置中心频点。

步骤102，基站接收射频信号，通过下变频将其转换为中频信号。

本步骤的处理与现有基站的射频处理相同，这里就不再赘述。

通过本步骤，即能够得到本系统的中频信号，该中频信号为中频的时域信号。可选地，可以通过步骤103～104的处理对该中频信号进行扫描和分析，以获取该中频信号的时域和频域特性。

步骤103，基站对中频信号进行时域扫描，分析该信号的时域特性。

现有的基站中没有对中频信号进行时域扫描和分析的处理及相应的功能模块。在本发明中，基站在得到中频信号后，进一步对该中频信号进行时域扫描，分析其时域特性。其中，扫描中频信号时域图样的方式与现有频谱仪中的实现相同，根据扫描结果分析信号的中频时域特征，如脉冲、周期性、起伏、噪底等。具体方式与现有频谱仪中分析方式也相同。具体上述扫描和分析中频信号的处理可以在基站中的FPGA或ASIC芯片中实现。

另外，本发明中在进行中频信号的时域扫描和分析时，可选地，还可以对扫描的时域信号按时间顺序进行滤波，具体滤波的方式可以为取所有已扫描采样值的平均值，或者对已扫描值以递归的方式取加权平均，然后，再分析滤波后的时域特性。这样，通过滤波处理可以得到中频信号在时域上的平均统计特性，从而降低突发信号对特性分析带来的影响。其中，对于递归的滤波方式，可以为历史值和当前扫描值设置相应的加权值，然后计算当前扫描的采样值之前已经扫描完的所有时域信号幅度的历史值与设置的相应加权值的乘积，再计算当前扫描的采样值与设置的相应加权值的乘积，将两个乘积相加，得到加权平均值；在计算下一个扫描的采样值时，将之前计算得到的加权平均值作为历史值参与下一个加权平均值的计算。

步骤104，将中频信号转换为频域信号，进行频域扫描，分析频域特征。

现有的基站中没有对中频信号进行频域扫描和分析的处理及相应的功能模块。

本发明中，为实现对中频信号进行频域扫描，基站首先将步骤102中得到的中频信号进行FFT变换，其中，进行变换时，将中频的时域信号进行分段，将每一段时域信号进行FFT得到相应段的频域信号，每段时域信号的长度可以根据基站的处理能力设置。在得到各段频域信号后，扫描每段频域信号，并分析信号的频域特征，如多载波、窄带干扰、宽带干扰等。与时域扫描和分析相类似地，对时域信号进行的FFT变换、以及频域信号扫描和分析的具体处理方式，与现有频谱仪中的处理方式相同。具体上述扫描和分析频域信号的处理可以在基站中的FPGA或ASIC芯片中实现。

另外，本发明中在进行中频信号的频域扫描和分析时，可选地，还可以将每一段频域数据，和之前各段频域数据进行滤波，具体滤波的方式可以为取所有已扫描频域数据段的平均值，或者对已扫描的频域数据段以递归的方式取加权平均，然后，再分析滤波后的频域特性。这样，通过滤波处理可以得到中频信号在频域上的平均统计特性，从而降低突发信号对特性分析带来的影响。其中，对于递归的滤波方式，可以为历史值和当前扫描的频域数据段设置相应的加权值，然后计算之前已经扫描完的所有频域信号幅度的历史值与设置的相应加权值的乘积，再计算当前扫描的频域数据段与设置的相应加权值的乘积，将两个乘积相加，得到加权平均值；在计算下一个扫描的频域数据段时，将之前计算得到的加权平均值作为历史值参与下一个加权平均值的计算。

步骤105，基站从保存的成形滤波系数和带宽中选择成形滤波系数和带宽，并利用选择的成形滤波系数和带宽，在其对应的各个中心频点上分别对步骤102得到的中频信号进行下变频，得到基带信号。

本发明中，基站在将中频信号下变频为基带信号时，可以根据需排查的干扰信号来进行。

具体中频信号下变频为基带信号时，需要进行成形滤波，再进行时域抽取。不同的成形滤波系数、滤波时的中心频点和带宽，可以得到不同中心频点、不同带宽、不同成形特性的基带信号。如果在下变频过程中，采用与干扰信号特性相匹配的成形滤波系数、中心频点和带宽进行下变频处理，得到的基带信号就是该干扰信号。

如前所述，在基站中针对不同的干扰信号，保存多组成形滤波系数和带宽。本步骤中，根据需排查的干扰信号，选择成形滤波系数和带宽，并在其对应的各个中心频点上，对中频信号进行下变频处理，得到相应的基带信号。

例如，假定存在TD-SCDMA小区的干扰，则可以选择对应TD-SCDMA系统的成形滤波系数和带宽，例如，步骤101中通过MATLAB函数rcosfir(1,8,16,8,’root’)产生成形滤波系数和1.6MHz的带宽；若存在GSM小区的干扰，则可以选择对应GSM系统的成形滤波系数和带宽，例如，步骤101中通过MATLAB函数gmsk(2*10^7,8)产生成形滤波系数和200kHz的带宽。

其中，可以根据需要排查的一种或多种干扰，对应选择出一组或多组成形滤波系数及带宽。

然后，对应选择出的每组成形滤波系数和带宽，利用该组成形滤波系数和带宽，在该组成形滤波系数和带宽对应的多个中心频点上，分别对中频信号进行下变频，得到基带信号。

例如，对应TD-SCDMA系统的干扰，选择出的一组成形滤波系数和带宽，在图3所示的各个中心频点上进行下变频，得到多个基带信号。

在选择出成形滤波系数和带宽、并确定中心频点后，进行下变频的操作时，具体实现与现有基站中进行下变频的处理相同，这里就不再赘述。本步骤的处理可以在FPGA或ASIC芯片中实现。

步骤106，扫描并分析步骤105中得到的基带信号的时域特性。

对步骤105得到的多个基带信号，分别扫描和分析各个基带信号的时域特性，如脉冲、周期性、起伏、噪底、星座图等。具体扫描和分析的具体方式可以采用步骤103中所示的方式，区别仅在于扫描和分析对象为基带信号。

通过上述方式，即可以根据需要，选择需要排查的干扰信号，并通过基站的处理得到相应干扰信号的基带信号，并分析该基带信号的时域特征。

进一步优选地，本发明还可以通过下面的步骤对前述得到的基带信号进行解扩频和解扰，并扫描分析相应得到的符号图样。

步骤107，对于步骤105中得到的各个基带信号，分别采用各基带信号对应的扩频码进行解扩频操作，并分析解扩频后的符号图样。

其中，如前所述，在将中频信号下变频为基带信号时，根据干扰信号选择对应的成形滤波系数、带宽和中心频点，相应地，对于每种干扰信号，存在其对应的扩频方式和扩频码。例如，对于TD-SCDMA系统，扩频码为Walsh序列，长度可以为1、2、4、8、16，具体扩频码在3GPP协议中有详细规定。利用这些对应的扩频码对相应基带信号进行解扩频处理，从而得到解扩频后的符号图样。

在分析解扩频后的信号时，可以输出信号的星座图，并测量输出EVM、SNR等数据。具体获取信号星座图、测量EVM、SNR等数据的方式，与现有频谱仪中的处理方式相同，区别在于，本发明的基站中对解扩频后的信号执行相应操作。

进一步地，在得到各个解扩频后信号的EVM值后，优选地，还可以根据该EVM值判决已知发射信号和干扰信号。其中，EVM是指误差矢量幅度，EVM值越小，说明与已知发射信号的匹配度越高。基于此，本发明中，预设第一EVM门限，在解扩频后的信号中选择EVM值低于预设的第一EVM门限的信号，作为比较可信的检测信号；然后，分析选择出的各个信号的星座图，若信号的星座图特征符合已知发射信号的星座图特征，则判定相应信号为已知发射信号，若信号的星座图特征不符合已知发射信号的星座图特征，则判定相应的信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

其中，第一EVM门限根据当前信道的性能要来确定。

步骤108，对解扩频后的各个信号进行相应的解扰操作，并对解扰后的符号图样进行扫描和分析。

与步骤107相类似地，本步骤对解扩频后的各个信号，采用相应的扰码进行解扰操作。对解扰后的信号输出信号星座图，并测量EVM、SNR等数据，具体处理方式与步骤107相同。

进一步地，在得到各个解扰后信号的EVM值后，优选地，还可以根据该EVM值判决已知发射信号和干扰信号。具体地，预设第二EVM门限，在解扩频后的信号中选择EVM值低于预设的第二EVM门限的信号，作为比较可信的检测信号；然后，分析选择出的各个信号的星座图，若信号的星座图特征符合已知发射信号的星座图特征，则判定相应信号为已知发射信号，若信号的星座图特征不符合已知发射信号的星座图特征，则判定相应的信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

其中，第二EVM门限根据当前信道的性能要来确定。具体取值可以与第一EVM门限相同，也可以不同。

至此，本发明中的方法流程结束。通过本发明，能够直接、快速、准确的在基站实现频谱和基带扫描仪的功能，并能够通过预先设定的不同成形滤波系数、扩频码、扰码等，自动寻找可信的信号，定位干扰信号，测量干扰幅度和特性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用基站实现信号扫描和分析的方法，其特征在于，该方法包括：

预先在基站中针对不同的干扰信号，保存多组成形滤波系数和带宽，并对应每组成形滤波系数和带宽，保存多个中心频点；所述多个中心频点为根据所述基站的中频频谱范围和所述带宽确定出的等间隔分布的多个用于成形滤波的中心频点；

所述基站接收射频信号，并通过下变频将其转换为中频信号；

从保存的成形滤波系数和带宽中选择成形滤波系数和带宽，对选择出的每组成形滤波系数和带宽，利用该组成形滤波系数和带宽，在其对应的各个中心频点上分别对所述中频信号进行下变频，得到基带信号；再分析各个所述基带信号的时域特征。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

对各个所述基带信号利用预设的扩频码进行解扩频，输出解扩频后的星座图，计算解扩频后信号的误差矢量幅度EVM；

选择解扩频后信号的EVM小于预设第一EVM门限的信号，判断其是否符合已知发射信号的星座图特征，当不符合时，确定该信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

对解扩频后的各个信号利用预设的扰码进行解扰，输出解扰后的星座图，计算解扰后信号的误差矢量幅度EVM；

选择解扰后信号的EVM小于预设第二EVM门限的信号，判断其是否符合已知发射信号的星座图特征，当不符合时，确定该信号为干扰信号，星座图坐标点幅度为干扰幅度。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，对所述中频信号进行时域和频域的扫描和分析。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述中频信号进行时域扫描和分析为：对所述中频信号进行扫描，将扫描的时域信号按时间顺序进行滤波，确定所述中频信号的时域特征。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在对所述中频信号进行频域扫描前，进一步将所述中频信号按时间顺序分段，对每一段中频信号进行傅立叶变换，得到频域信号；

所述对所述中频信号进行频域扫描和分析为：扫描各段所述频域信号，将每段频域信号与其之前的所有频域信号一起进行滤波，确定中频信号的频域特征。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将扫描的时域信号按时间顺序进行滤波为：

对扫描完的所有时域信号幅度计算平均值；或者，

对扫描完的所有时域信号幅度以递归方式计算加权平均值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将每段频域信号与其之前的所有频域信号一起进行滤波为：

对当前频域信号段与其之前所有频域信号幅度计算平均值；

对当前频域信号段与其之前所有频域信号的幅度，以段为单位、采用递归方式计算加权平均值。

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