CN104969562A - 用于确定占用信道的测量设备和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从已知频率的多个信道中确定占用信道的测量设备。该设备具有处理装置(11)，该处理装置(11)具有变换装置(20)。该变换装置(20)被设计成将包含占用信道的信号或从所述信号导出的信号(30)变换为频域中的信号(31)。该处理装置(11)还包括检测装置(28)，该检测装置(28)被设计成检测频域中的信号(31)中的占用信道。

Description

用于确定占用信道的测量设备和测量方法

技术领域

本发明涉及用于在已知频率的多个信道中确定占用信道的测量设备和测量方法，上述占用信道尤其为长期演进(Long Term Evolution，LTE)时分双工(TimeDivision Duplexing，TDD)物理随机接入信道(Physical Random Access Channel，PRACH)。

背景技术

为了在若干可能的信道中确定占用信道，按照惯例是相继调整每个可能的单个信道，然后确定是否将在相应的信道上接收信号。例如，美国专利US5,371,550B1示出一种电视接收器，其中，基于上文提出的信道搜索例行方式确定占用信道。这类方法是不利的，这是因为这些方法需要针对每一单个信道的接收进行耗时的微调。

发明内容

本发明基于提供可在已知频率的多个信道中确定占用信道而不需要大的时间消耗的测量设备和测量方法的目的。

根据本发明，通过独立权利要求1的特征实现针对测量设备的目的，通过独立权利要求10的特征实现针对方法的目的。有利的其它实施方式形成后续引用这些权利要求的从属权利要求的主题。

根据本发明的测量设备用于从已知频率的多个信道中确定占用信道。在本上下文中，该测量设备包括处理器，而该处理器包括变换单元。在本上下文中，该变换单元被体现成将包含占用信道的信号或从该信号导出的信号变换到频域。处理器还包括检测单元，该检测单元被体现成检测频域中的信号中的占用信道。因此可以同时研究整个信号(即，被讨论的所有信道)，并且在单个操作中确定哪个信道是占用信道。

优选地，检测单元还包括滤波器单元，该滤波器单元被体现成形成从频域中的信号导出的信号的移动平均值。通过移动平均值的形成，可以采用简单的方式进一步压缩频域中的信号中存在的信息，从而使估计更为简单。

优选地，检测单元还包括功率确定单元，该功率确定单元用于确定频域中的信号的功率。在本上下文中，被滤波器单元处理的信号是频域中的信号的功率。此外，由于功率确定，使通过压缩信号中的信息来确定占用信道变得更简单。

检测单元有利地包括最大值确定单元，该最大值确定单元被体现成确定移动平均值的最大值。因此，可以采用简单的方式确定实际的最大值。

检测单元优选地还包括信道确定单元，该信道确定单元被体现成基于与确定的最大值相关联的频率索引，通过值表确定占用信道。因此，可以利用非常低的计算工作量来确定占用信道。

有利地，测量设备还包括接收器单元，该接收器单元被体现成接收信号并将其数字化。因此，对信号的全部处理可以发生在测量设备内，而无需其它外部部件。

优选地，处理器还包括验证单元，该验证单元被体现成检查已由变换单元输出的待研究的整个波谱是否已经被研究，以及在此基础上确定占用信道是否有效。因此，在已研究整个波谱之前可出现的错误输出可以被排除。

信号优选地为LTE信号。占用信道是LTE TDD PRACH信道。因此，根据本发明的测量设备和测量方法可以用于确定其上实际传输LTE TDD PRACH信道的信道。

优选地，测量设备还包括存储器和振荡器，该存储器用于确定与所确定的占用信道相关联的频率，该振荡器用于将信号或从该信号导出的信号和与占用信道相关联的频率的振荡器信号进行下混频。采用该方式，可以提供对信号的非常简单的且高精度的进一步处理。

根据本发明的测量方法用于从一个信号内的已知频率的多个信道中确定占用信道。首先，对从该信号导出的数字信号实施朝向频域的变换。接着，实施对频域中的信号中的占用信道的检测。因此，可以利用非常低的计算工作量和非常小的时间消耗量来确定占用信道。

附图说明

在下文中，基于附图以示例方式描述本发明，附图呈现出本发明的有利的示例性实施方式。附图示出：

图1以电路框图示出根据本发明的测量设备的第一示例性实施方式；

图2以电路框图示出根据本发明的测量设备的第一示例性实施方式的细节视图；

图3示出根据本发明的测量设备的第二示例性实施方式的电路框图；以及

图4以流程图示出根据本发明的测量方法的示例性实施方式。

具体实施方式

首先，将参照图1至图3阐述根据本发明的测量设备的各种示例性实施方式的构造和运作。然后将基于图4描述根据本发明的测量方法的示例性实施方式的精确运作。在一些情况下，没有重复对类似图中的相同元件的展示和描述。

图1示出根据本发明的测量设备1的示例性实施方式。信号2包含N_信道个可能的占用信道。然而，在本示例性实施方式中，在这些信道中，仅一个单一的信道是占用的。然而，测量设备和测量方法也能够检测多个占用信道。

测量设备1包含接收器单元10，该接收器单元10连接到处理器11。处理器11连接到显示单元12。此外，该测量设备包含控制单元13，该控制单元13连接到接收器单元10、处理器11和显示单元12。

接收器单元10接收信号2并将信号2数字化。数字化信号30被重新路由到处理器11，处理器11被体现成将数字化信号30变换到频域并检测占用信道。将参照图2更为详细地描述处理器11的精确功能。处理器11将占用信道重新路由到显示单元12，显示单元12显示该占用信道。在本上下文中，接收器单元10、处理器11和显示单元12受控制单元13控制。

图2示出图1的根据本发明的测量设备1的细节视图。这里仅显示处理器11。为了清楚起见，这里没有提供对处理器11的本发明非必要的部件的展示。因此，没有详细地呈现出接收和处理信号所需的所有部件。

处理器11包含变换单元20，该变换单元20连接到图1的接收器单元10。此外，该变换单元20连接到检测单元28。而检测单元28连接到验证单元27。

在本上下文中，检测单元28包含存储单元21，该存储单元21连接到变换单元20。存储单元21还连接到功率确定单元22，该功率确定单元22转而连接到滤波器单元23。滤波器单元23连接到最大值确定单元24，该最大值确定单元24转而连接到信道确定单元29。信道确定单元29对应地包含加法单元25和存储器26，该加法单元25连接到最大值确定单元24，该存储器26连接到加法单元25。而存储器26连接到验证单元27。在本上下文中，图2中的处理器所包含的元件20、元件21、元件22、元件23、元件24、元件25、元件26和元件27被联合指定为信道检测器40。

接收器单元10将数字化信号30(优选地包括I/Q采样值)发送到变换单元20。变换单元20将信号30变换到频域，并以该方式生成频域中的信号31。

在本上下文中，X(k)是频域中的信号31，x(n)是时域中的信号，k是频率索引，N_DFT是用于将信号变换到频域的离散傅里叶变换的窗口长度。

频域中的信号31被提供到存储单元21并由存储单元21缓存。从存储单元21读出的、内容上完全对应于信号31的信号32被提供到功率确定单元22，该功率确定单元22确定并输出信号32的每个采样值的功率作为信号33。在替选示例性实施方式中，省去存储单元21。于是信号31被直接提供到功率确定单元22。

形成的信号33被发送到过滤器单元23。过滤器单元23确定信号33的移动平均值并将其输出作为信号34。

$Y\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& 0\&le;k<L-1\\ \underset{r=0}{\overset{L-1}{\&Sigma;}}{\left|X\right|}^2(k-r)& L-1\&le;k\&le;N_{DFT}-1\end{array}\right.$

在本上下文中，Y(k)对应于信号33的移动平均值34，r是平均值形成物的索引，k是上述频率索引。

向最大值确定单元24提供信号34，最大值确定单元24确定信号34中的一个(在一个占用信道的情况下)或多个(在几个占用信道的情况下)最大值以及相关联的频率索引K_max(k)，并向信道确定单元29输出这些(K_max(k))作为信号35。

$k_{max}\left(k\right)=\underset{0\&le;n\&le;k}{\arg max}\left\{Y\left(n\right)\right\}$

在本上下文中，K_max(k)是直到频率索引k才出现的Y(k)的最大值处的频率索引，从而下文应用：

对于所有的n≤k，Y(n)≤Y(k_max(k))

基于由信号35显示的与最大值相关联的频率索引k_max(k)，信道确定单元29现在确定多个占用信道或对应地确定一个占用信道。对于在其处检测多个最大值或对应地检测一个最大值的频率索引，加法单元25首先减去滤波的移动平均值的窗口长度L的一半，以便补偿通过平均滤波器的延迟。形成的信号36寻址存储器26，对于每个频率索引k(0<＝k<＝N_DFT-1)，相关联的信道号(0<＝信道号<＝N_信道-1)被存储在存储器26中(根据信道带宽，一个信道包括几个频率索引)。采用该方式确定一个或多个占用信道。出于该目的，针对与检测到的最大值相关联的每个频率索引，从存储器中读出相关联的信道号。

可选地，存储器26可以直接输出以该方式确定的多个信道或对应地确定的一个信道作为结果。可替选地，对该结果的验证由验证单元27实施。即，验证单元27检查待研究的整个波谱是否已经被研究，并且仅在此之后将确定的信道标记为有效。验证单元可以可选地实施进一步检查，例如，检测到的最大值是否高到足以提供足够的重要性以便当作占用信道。

特别地，在LTE TDD的情况下，测量设备可以用于确定当前正在使用哪个PRACH信道。在本上下文中，清楚地指定潜在信道的数量。通过标准，信道的频率是已知的。为了接收PRACH信道，首先必须确定它正在哪个信道上传输。

在示例性LTE小区中，存在以下配置：

小区带宽＝15MHz

PRACH配置索引＝57

UL/DL配置＝3

在PRACH配置索引为57的情况下，下文应用

N_信道＝6

使用以下接收器配置：

采样频率fs＝30.72MHz

N_DFT＝1024

L＝36

偏移量＝L/2＝18

在本上下文中，L是移动平均值滤波器的窗口长度。L被选择成匹配信号带宽：

$L=\frac{B*N_{DFT}}{fs}=\frac{1,08+1024}{30,72}=36$

B是信道带宽，fs是采样频率。

检测到的信道号寻址存储器，对于每个可能的信道号，相关联的物理频率被存储在该存储器中。

图3示出根据本发明的测量设备的示例性实施方式，其中，使用该频率以便对下游接收所需的PRACH信号进行下混频(例如，借助数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO))，这是因为下游接收器通常要求给定的频率位置。用于确定混频的该方法提供如下优点：如果已正确地确定信道，则确定的混频是准确的。用于确定混频的传统方法试图直接估计频率，这总是与估计误差相关联。此外，相比信道的检测，频率的直接估计对干扰非常更为敏感。

因此，图3仅示出处理器11。这里，处理器11包含在图2中详细示出的信道检测器40，该信道检测器40连接到后面的存储器41，与可能的信道相关联的频率被存储在存储器41中。数控振荡器42也连接到存储器41，数控振荡器42转而连接到基带处理器43。信道检测器还连接到基带处理器43。

如基于图2所示，信道检测器40从可能的信道中确定至少一个占用信道。对于每个确定的占用信道，过程如下。信道检测器将相应的信道号传送到存储器41。基于该信道号，存储器41将该信道的频率传送到数控振荡器42，数控振荡器42以此为基础生成振荡器信号以便对信号30进行下混频。这里示出数字的数控振荡器42，其被提供有数字信号30。然而，作为替选方式，数控振荡器42也可以按照模拟方式进行操作并被提供有仍以模拟形式存在的接收的信号。

数控振荡器42将形成的下混频的信号传送到基带处理器43，基带处理器43进一步处理基带中的信号。此外，信道检测器40将验证信号传送到基带处理器43，该验证信号向基带处理器43传送如下内容：确定的信道是有效的。出于该目的，可以使用图2的验证单元27的结果。基带处理器43进行的进一步处理仅发生在存在有效信道的情况下。

在本上下文中，可以采用可选的方式配置存储器41和图2的存储器26。即，在运行操作期间，存储器26、存储器41可以被重新配置，这是因为它们的内容取决于在操作期间可变的参数，例如PRACH配置索引。

最后，图4示出根据本发明的测量方法的示例性实施方式。在第一步骤100中，接收信号并将其数字化。这也与例如转换到基带中相关联。在第二步骤101中，将数字信号变换到频域。这可以例如通过离散傅里叶变换来实现。在第三步骤102中，确定在频域中形成的信号的功率。在第四步骤103中，对频域中的信号进行滤波。在本上下文中，使用移动平均值滤波器。在第五步骤104中，确定平均值信号的最大值。在第六步骤105中，通过存储器确定与最大值的频率索引相关联的占用信道。

在可选的第七步骤106中，验证确定的信道。即，进行检查以确立所确定的最大值是否高到足以传送占用信道的足够重要的指示。

在另一可选步骤107中，获得的信息现在用于进一步处理原始信号。例如，可以使用确定的信道的频率以便对信号进行下混频。

本发明不限于示出的示例性实施方式。如已经提及的，可以处理极其多样化范围的信号。例如，可想到的是在无线接收器或电视接收器的情况下使用该方法，以便首先粗略地搜索针对可用信道被讨论的整个波谱，然后利用常规的微调方法确定这些信道的准确频率。此外，确定频带内的最强可用信道并随后调整该信道的发送器搜索运行也将是可想到的。可以通过常规方法(RF调谐器)实现频带的切换。发送器在一个频带内的频率可以被存储在存储器中(对照以上示例性实施方式)，利用检测到的信道号寻址该存储器。有利地，在本发明的范围内，上文描述的特征和在图中示出的特征全部都可以彼此任意组合。

Claims (20)

1.一种用于从信号(2)中的已知频率的多个信道中确定占用信道的测量设备，包括处理器(11)，

其特征在于：

所述处理器(11)包括：

-变换单元(20)，所述变换单元用于对从所述信号(2)导出的数字信号(30)进行变换以形成频域中的信号(31)，和

-检测单元(28)，所述检测单元用于检测所述频域中的信号(31)中的所述占用信道。

2.根据权利要求1所述的测量设备，

其特征在于：

所述检测单元(28)包括滤波器单元(23)，所述滤波器单元被体现成形成从所述频域中的信号(31)导出的信号(33)的移动平均值(34)。

3.根据权利要求2所述的测量设备，

其特征在于：

所述检测单元(28)包括功率确定单元(22)，所述功率确定单元被体现成确定所述频域中的信号(31)的功率(33)，以及

从所述频域中的信号(31)导出的、被所述滤波器单元(23)处理的所述信号(33)是所述频域中的信号(31)的所述功率(33)。

4.根据权利要求2或3所述的测量设备，

其特征在于：

所述检测单元(28)包括最大值确定单元(24)，所述最大值确定单元被体现成确定最大值的频率索引(35)和所述移动平均值(34)的最大值。

5.根据权利要求4所述的测量设备，

其特征在于：

所述检测单元(28)包括信道确定单元(29)，所述信道确定单元被体现成基于所述移动平均值(34)的所述最大值的所述频率索引(35)，通过存储器确定所述占用信道。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量设备，

其特征在于：

所述测量设备(1)还包括接收器单元(10)，所述接收器单元被体现成：

-接收所述信号(2)，以及

-将所述信号数字化以形成所述数字信号(30)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量设备，

其特征在于：

所述处理器(11)还包括验证单元(27)，所述验证单元被体现成：

-检查待研究的全部波谱是否已经被研究，以及

-确立所确定的占用信道是否有效。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的测量设备，

其特征在于：

所述信号是LTE信号，以及

所述占用信道是LTE TDD PRACH信道。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量设备，

其特征在于：

所述测量设备(1)包括用于确定与所确定的占用信道相关联的频率的存储器，以及

所述测量设备(1)包括振荡器，所述振荡器用于将所述信号(2)或从所述信号(2)导出的信号(30)和与所述占用信道相关联的所述频率的振荡器信号进行下混频。

10.一种用于从信号(2)中的已知频率的多个信道中确定占用信道的方法，

其特征在于：

将从所述信号(2)导出的数字信号(30)变换为频域中的信号(31)，以及

检测所述频域中的信号(31)中的所述占用信道。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于：

形成从所述频域中的信号(31)导出的信号(33)的移动平均值(34)。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于：

测量所述频域中的信号(31)的功率(33)，以及

从所述频域中的信号(31)导出的所述信号(33)是所述频域中的信号(31)的所述功率(33)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，

其特征在于：

确定最大值的频率索引(35)和所述移动平均值(34)的最大值。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于：

基于所述移动平均值(34)的所述最大值的所述频率索引(35)，通过存储器确定所述占用信道。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，

其特征在于：

接收所述信号(2)，以及

将接收的信号数字化以形成所述数字信号(30)。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，

其特征在于：

检查待研究的全部波谱是否已经被研究，以及

确立所确定的占用信道是否有效。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，

其特征在于：

所述信号是LTE信号，以及

所述占用信道是LTE TDD PRACH信道。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，

其特征在于：

确定与所确定的占用信道相关联的线路频率，以及

将所述信号(2)或从所述信号(2)导出的信号(30)和与所述占用信道相关联的所述频率的振荡器信号进行下混频。

19.一种具有程序代码部件的计算机程序，当在计算机或数字信号处理器上执行所述程序时，所述程序用于实施根据权利要求10至18中任一项所述的所有步骤。

20.一种具有程序代码部件的计算机程序产品，所述计算机程序产品存储在机器可读载体上，当在计算机或数字信号处理器上执行所述程序时，所述计算机程序产品用于实施根据权利要求10至18中任一项所述的所有步骤。