CN108848526B - 一种td-lte中基于pusch的场强测量设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TD‑LTE中基于PUSCH的场强测量设备及方法，设备包括射频前端接收模块、下行数字处理模块、上行精同步模块和能量测量模块，所述上行精同步模块用于根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；通过纠正后得到上行精同步位置的实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；根据上行精同步位置，可完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。

Description

一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量设备及方法
技术领域
本发明涉及移动通信领域中的TD-LTE上行同步技术领域，尤其涉及一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量技术方案。
背景技术
随着LTE移动终端的普及，专网无线通信及其灾害搜救中对用户的精确探测，可及时准确的挽救受困的人民群众。然而实际的无线环境复杂可变，想要对LTE移动终端信号的能量进行精确探测，首先需要和移动终端进行严格的上行同步。
由于TD-LTE采用时隙划分的方式来区分上行信号与下行信号的发射时间，想要获得手机上行发射的同步位置，传统的场强仪是通过检测基站下行信号起始位置，根据TD-LTE上下行子帧配比关系推导出上行同步位置，进而在对应的位置上进行信号功率测量，并给出上行场强测量输出。
只有当现有TD-LTE上行信号场强仪能够准确地获取下行同步位置，场强仪的功率测量结果才能保证准确。然而在实际使用中，TD-LTE场强仪通常处于楼宇楼道间、过道、电梯等位置，基站信号受到严重遮蔽，导致下行接收同步失效，从而无法完成上行同步和场强测量。可见传统的场强仪存在较大劣势，亟待提供一种改进的场强测量方法以克服上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种TD-LTE上行信号场强测量技术方案，目的在于解决现有场强仪因收到的基站下行信号过弱导致基带同步失效，进而无法完成上行同步以及场强测量的问题。
本发明所采用的技术方案为一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量设备，包括射频前端接收模块、下行数字处理模块、上行精同步模块和能量测量模块，
所述射频前端接收模块，用于对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同时完成射频信号到基带信号的转换；
所述下行数字处理模块，用于对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，提取上行资源分配信息，并解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置；
所述上行精同步模块，用于根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；所述通过纠正后得到上行精同步位置，实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；
所述能量测量模块，用于根据上行精同步位置，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。
而且，所述峰均比PMR计算公式为，PMR＝PeakPow/AvgPow，PeakPow为峰值功率，AvgPow为均值功率。
而且，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算，实现方式为，基于上行精同步的位置得到上行子帧的数据，通过信道估计得到信道系数，计算LTE手机终端的参考信号接收功率RSRP。
本发明还相应提供一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量方法，包括以下步骤，
步骤1，射频前端接收，包括对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同时完成射频信号到基带信号的转换；
步骤2，下行数字处理，包括对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，提取上行资源分配信息，并解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置；
步骤3，上行精同步，包括根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；所述通过纠正后得到上行精同步位置，实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；
步骤4，能量测量，包括根据上行精同步位置，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。
而且，所述峰均比PMR计算公式为，PMR＝PeakPow/AvgPow，PeakPow为峰值功率，AvgPow为均值功率。
而且，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算，实现方式为，基于上行精同步的位置得到上行子帧的数据，通过信道估计得到信道系数，计算LTE手机终端的参考信号接收功率RSRP。
本发明与现有场强仪的场强测量方法相比，具有如下特点：
1.本发明在现有场强仪粗同步的基础上，增加了精同步过程，通过准确纠正上行同步的位置，进一步提升了能量测量的性能；
2.本发明不需要解析C-RNTI参数，也不需要进行数据解码等操作，大大简化了流程，减少了运算量；
3.在某些复杂场景，基站信号受到严重屏蔽会导致下行接收同步失效，本发明可以适用于这些场景，实现复杂度较低，有利于工程实现。
附图说明
图1是本发明实施例系统的结构框图；
图2是本发明实施例上行精同步模块操作流程示意图；
图3是本发明实施例滑窗取数据的操作流程示意图；
图4是本发明实施例时域PDP示意图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。
本发明提供一种应用在TD-LTE无线通信系统中对LTE手机终端进行场强测量的方法，主要思想是在传统场强仪的基础上，增加了上行精同步过程，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，然后做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的PDP和PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与门限进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整，得到上行精同步位置后，计算LTE手机终端的能量，通过该低复杂度算法实现对手机终端场强的准确测量。
在本发明中，LTE手机终端的能量是指LTE上行PUSCH的参考信号功率(ReferenceSignal Receiving Power，RSRP)。
本发明提供一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量方法，包括以下步骤，
步骤1，射频前端接收，包括对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同时完成射频信号到基带信号的转换；
步骤2，下行数字处理，包括对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，提取上行资源分配信息，并解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置；
步骤3，上行精同步，包括根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；所述通过纠正后得到上行精同步位置，实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；
步骤4，能量测量，包括根据上行精同步位置，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。
具体实施时，可以采用软件方式实现流程的运行，也可以采用模块化方式实现相应设备。
如图1所示，系统中包括现有LTE基站和LTE终端，以及实施例提供的场强测量设备，其中LTE基站和LTE终端都是基于国际3GPP标准的通用设备，场强测量设备包括：射频前端接收模块、下行数字处理模块、上行精同步模块和能量测量模块。射频前端接收模块分别连接下行数字处理模块、上行精同步模块，下行数字处理模块连接上行精同步模块，上行精同步模块连接能量测量模块。
射频前端接收模块，用于对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同是完成射频信号到基带信号的转换功能。
下行数字处理模块，用于对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，从而获取LTE终端的物理层参数，提取上行资源分配信息，包括上行无线帧号和子帧号，上行频域资源起始位置及其长度，同时解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置。
上行精同步模块，根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置。本发明进一步提出纠正实现的步骤如下：
1)根据下行同步的位置，获取完整的一帧长度(10ms)的数据；
2)依据上下行定时关系，获得上行粗同步位置，以此位置作为基准点，进行前后滑窗操作，取固定上行子帧数据以进行精同步；
3)对滑窗所取的一个上行子帧的数据进行前端处理操作，包括：去除该上行子帧每个SC-FDMA符号的循环前缀，对上行发送端的7.5KHz频偏补偿，进行FFT变换将时域信号转换到频率信号，最后根据频域起始位置和长度进行解映射，提取PUSCH的两列导频信号；
4)对提取的频域导频信号做信道估计，为获得更好的估计性能，采用基于DFT的信道估计算法：首先用提取的PUSCH DMRS信号与本地产生的导频信号做频域相关；然后添加虚拟子载波进行信道系数扩展，对扩展后的信道系数执行IDFT变换到时域；在时域上加合适长度的矩形窗，保留有用信号的同时滤除部分噪声；最后执行DFT变换到频域，并去除虚拟子载波后得到频域信道估计的系数；
5)计算PMR：在上述信道估计过程中，执行IDFT变换到时域后，计算PDP(PowerDelay Profile，功率延时谱)，根据PDP计算峰均比PMR。如果此时滑窗次数还没达到预设的滑窗次数，则返回2)继续执行；如果此时滑窗次数已经达到预设次数，则执行6)；
6)找出所有滑窗操作中获得的PMR的最大值maxPMR，并记录此时滑窗的位置；
7)判断maxPMR是否大于门限值：如果maxPMR大于门限值，则根据其对应的滑窗位置，对上行粗同步位置进行调整，完成上行精同步位置；如果maxPMR小于门限值，则返回1)，重新获取数据进行同步。
能量测量模块，用于在得到上行精同步位置后，完成基于PUSCH的RSRP的计算和上报。即根据上行精同步的位置，得到上行子帧的数据，通过信道估计得到信道系数，计算LTE手机终端的RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)。根据信道估计提取RSRP是现有技术，本发明不予赘述。
参见图2，本实施例中，LTE系统带宽为5MHz，上行子帧指定为子帧2，分配给上行频域资源块的大小为4个RB，实施例的上行精同步模块操作流程步骤如下：
步骤1，根据下行同步的位置，获取一帧完整的长度为10ms的数据。这段数据的起点是下行同步的位置，即子帧0的起始位置，将此位置标记为0；
步骤2，依据上下行定时关系，获得上行粗同步位置，以此位置作为基准点，进行前后滑窗操作，取固定上行子帧数据以进行精同步；
具体地，对于带宽为5M的LTE系统，根据3GPP协议的规定，一帧长度为10ms的数据包含76800点，一帧数据包括10个子帧，每个子帧有7680点。对于上行子帧2，其起始位置为7680*2＝15360，15360即为上行粗同步位置。以15360作为基准点，进行前后滑窗取数据，优先地，滑窗取数据的操作如图3所示。
上行滑窗包括不滑窗、向前滑窗、向后滑窗解码三部分，将滑窗次数预设为11次(滑窗次数可根据实际应用进行更改)，滑窗的窗长设置为一个CP(Cyclic Prefix，循环前缀)长度，对于5M带宽，CP＝40。对于TDD在固定上行子帧2上，按照不滑窗→向前滑窗→向后滑窗的顺序依次取数据进行每个窗中的PMR计算；
(1)不滑窗：当配置及数据准备完成后，首先将收到的10ms数据从start＝7680*2开始的位置取子帧2的数据，取数据的长度为完整的1个子帧7680点；
(2)向前滑窗：向前进行滑窗，将start置为7680*2-CP*N，N是向前滑窗的次数，其中CP＝40，N＝1,…,5；按该起始位置取1个子帧数据进行PMR计算；
(3)向后滑窗：向后进行滑窗，将start置为7680*2+CP*M，M是向后滑窗的次数，其中CP＝40，M＝1,…,5；按该起始位置取1个子帧数据进行PMR计算。
步骤3，对滑窗所取的一个上行子帧的数据进行前端处理操作，包括：去除该上行子帧每个SC-FDMA符号的循环前缀，对上行发送端的7.5KHz频偏补偿，进行FFT变换将时域信号转换到频率信号，最后根据频域起始位置和长度进行解映射，提取PUSCH的两列导频信号。
步骤4，对提取的频域导频信号做信道估计，为获得更好的估计性能，采用基于DFT的信道估计算法。
实施例中，首先用提取的PUSCH DMRS信号与本地产生的导频信号做频域相关，得到包含噪声的频域信道系数H'；然后在H'的尾部添加长度为Nsc的虚拟子载波，对于分配给上行资源块个数为4RB的情况，添加的虚拟子载波个数Nsc＝12，则进行扩展后的信道系数长度变为L＝4*12+12＝60；对扩展后的信道系数执行IDFT变换到时域，得到包含噪声的时域信道系数h'；在时域上加适合长度的矩形窗，这样在保留有用信号的同时可以滤除部分噪声；最后执行DFT变换到频域，并去除尾部添加的Nsc个虚拟子载波，得到滤除噪声以后的频域信道估计的系数H，完成信道估计操作。
步骤5，计算PMR：在上述步骤4的信道估计过程中，执行IDFT变换到时域后，计算PDP(Power Delay Profile，功率延时谱)，根据PDP计算峰均比PMR。如果此时滑窗次数还没达到预设的滑窗次数，则返回步骤2继续执行；如果此时滑窗次数已经达到预设次数，则执行步骤6。
实施例在上述步骤4的信道估计过程中，执行IDFT变换到时域后，得到了包含噪声的时域信道系数h'，对h'求平方，即得到时域各点PDP的值，如图4所示，横坐标是扩展后的子载波个数，纵坐标是对应的子载波上所求得的时域PDP值。
PMR的计算方法：
1)求峰值功率PeakPow，即求PDP最大值：PeakPow＝max(PDP)；
2)求均值功率，是指去除峰值功率后的平均功率值，即AvgPow＝(sum(PDP)-PeakPow)/(L-1)其中，函数sum()是求和，用于对所有PDP值进行求和；L是扩展后的信道系数长度。
3)计算PMR＝PeakPow/AvgPow。
按步骤2的方法依次滑窗取数据，并执行步骤3、4、5，得到每个窗下的PMR值，总共执行11次滑窗操作，得到11组PMR值，所表1所示。
表1
Figure BDA0001752002530000061
步骤6，找出所有滑窗操作中获得的PMR的最大值maxPMR，并记录此时滑窗的位置；如表1所示，11次滑窗中PMR最大值maxPMR＝749，对应的向后滑窗的起点位置是start＝7680*2+CP*M，CP＝40，M＝1。
步骤7，判断maxPMR是否大于门限值：如果maxPMR大于门限值，则根据其对应的滑窗位置，对上行粗同步位置进行调整，完成上行精同步位置。
如果对应的滑窗位置是向前滑窗，则上行子帧2准确起始位置start＝7680*2+CP*N
如果对应的滑窗位置是向后滑窗，则上行子帧2准确起始位置start＝7680*2-CP*M
其中，CP＝40，M和N的含义参见步骤2。
如果maxPMR小于门限值，则返回步骤1，重新获取10ms数据进行精同步操作。
优选地，根据仿真以及实际测试的经验，选取PMR门限值为600(可根据实际应用调整)，maxPMR＝749大于门限值，根据对应的滑窗位置进行上行同步位置的调整，即上行子帧2实际的起始位置应该是start＝7680*2-CP*M,其中CP＝40,M＝1，通过对粗同步的纠正，得到上行精同步位置，完成上行同步操作。
具体实施时，以上步骤可基于软件技术实现自动运行流程。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量设备，其特征在于：包括射频前端接收模块、下行数字处理模块、上行精同步模块和能量测量模块，
所述射频前端接收模块，用于对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同时完成射频信号到基带信号的转换；
所述下行数字处理模块，用于对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，提取上行资源分配信息，并解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置；
所述上行精同步模块，用于根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；所述通过纠正后得到上行精同步位置，实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；实现方式包括以下步骤，
1)根据下行同步的位置，获取完整的一帧长度的数据；
2)依据上下行定时关系，获得上行粗同步位置，以此位置作为基准点，进行前后滑窗操作，取固定上行子帧数据以进行精同步；
3)对滑窗所取的一个上行子帧的数据进行前端处理操作，包括：去除该上行子帧每个SC-FDMA符号的循环前缀，对上行发送端的频偏补偿，进行FFT变换将时域信号转换到频率信号，最后根据频域起始位置和长度进行解映射，提取PUSCH的两列导频信号；
4)对提取的频域导频信号做信道估计，为获得更好的估计性能，采用基于DFT的信道估计算法，包括：首先用提取的PUSCH DMRS信号与本地产生的导频信号做频域相关；然后添加虚拟子载波进行信道系数扩展，对扩展后的信道系数执行IDFT变换到时域；在时域上加合适长度的矩形窗，保留有用信号的同时滤除部分噪声；最后执行DFT变换到频域，并去除虚拟子载波后得到频域信道估计的系数；
5)计算PMR，包括在上述信道估计过程中，执行IDFT变换到时域后，计算功率延时谱PDP，根据PDP计算峰均比PMR，如果此时滑窗次数还没达到预设的滑窗次数，则返回2)继续执行；如果此时滑窗次数已经达到预设次数，则执行6)；
6)找出所有滑窗操作中获得的PMR的最大值maxPMR，并记录此时滑窗的位置；
7)判断maxPMR是否大于门限值：如果maxPMR大于门限值，则根据其对应的滑窗位置，对上行粗同步位置进行调整，完成上行精同步位置；如果maxPMR小于门限值，则返回1)，重新获取数据进行同步；
所述能量测量模块，用于根据上行精同步位置，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。
2.根据权利要求1所述TD-LTE中基于PUSCH的场强测量设备，其特征在于：所述峰均比PMR计算公式为，PMR＝PeakPow/AvgPow，PeakPow为峰值功率，AvgPow为均值功率。
3.根据权利要求1或2所述TD-LTE中基于PUSCH的场强测量设备，其特征在于：完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算，实现方式为，基于上行精同步的位置得到上行子帧的数据，通过信道估计得到信道系数，计算LTE手机终端的参考信号接收功率RSRP。
4.一种TD-LTE中基于PUSCH的场强测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，射频前端接收，包括对LTE基站发射的信号及LTE手机终端发射的信号进行采集，同时完成射频信号到基带信号的转换；
步骤2，下行数字处理，包括对从射频前端接收模块接收到的LTE下行信号进行处理，提取上行资源分配信息，并解析得到物理小区ID号和下行同步起始位置；
步骤3，上行精同步，包括根据上下行的定时关系，获得上行粗同步位置，通过纠正后得到上行精同步位置；所述通过纠正后得到上行精同步位置，实现方式为，通过对接收数据进行滑窗取固定上行子帧的数据，做基于DFT的信道估计，计算每次滑窗数据的功率延时谱PDP和峰均比PMR，找出所有窗中最大的PMR，并与预设的门限值进行比较，如果大于门限值，则根据最大PMR对应的滑窗位置进行上行同步位置的纠正调整；实现方式包括以下步骤，
1)根据下行同步的位置，获取完整的一帧长度的数据；
2)依据上下行定时关系，获得上行粗同步位置，以此位置作为基准点，进行前后滑窗操作，取固定上行子帧数据以进行精同步；
3)对滑窗所取的一个上行子帧的数据进行前端处理操作，包括：去除该上行子帧每个SC-FDMA符号的循环前缀，对上行发送端的频偏补偿，进行FFT变换将时域信号转换到频率信号，最后根据频域起始位置和长度进行解映射，提取PUSCH的两列导频信号；
4)对提取的频域导频信号做信道估计，为获得更好的估计性能，采用基于DFT的信道估计算法，包括：首先用提取的PUSCH DMRS信号与本地产生的导频信号做频域相关；然后添加虚拟子载波进行信道系数扩展，对扩展后的信道系数执行IDFT变换到时域；在时域上加合适长度的矩形窗，保留有用信号的同时滤除部分噪声；最后执行DFT变换到频域，并去除虚拟子载波后得到频域信道估计的系数；
5)计算PMR，包括在上述信道估计过程中，执行IDFT变换到时域后，计算功率延时谱PDP，根据PDP计算峰均比PMR，如果此时滑窗次数还没达到预设的滑窗次数，则返回2)继续执行；如果此时滑窗次数已经达到预设次数，则执行6)；
6)找出所有滑窗操作中获得的PMR的最大值maxPMR，并记录此时滑窗的位置；
7)判断maxPMR是否大于门限值：如果maxPMR大于门限值，则根据其对应的滑窗位置，对上行粗同步位置进行调整，完成上行精同步位置；如果maxPMR小于门限值，则返回1)，重新获取数据进行同步；
步骤4，能量测量，包括根据上行精同步位置，完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算和上报。
5.根据权利要求4所述TD-LTE中基于PUSCH的场强测量方法，其特征在于：所述峰均比PMR计算公式为，PMR＝PeakPow/AvgPow，PeakPow为峰值功率，AvgPow为均值功率。
6.根据权利要求4或5所述TD-LTE中基于PUSCH的场强测量方法，其特征在于：完成基于PUSCH的参考信号接收功率RSRP的计算，实现方式为，基于上行精同步的位置得到上行子帧的数据，通过信道估计得到信道系数，计算LTE手机终端的参考信号接收功率RSRP。
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