CN109155679A - 用于远程分析远程无线电头的rf环境的系统和方法 - Google Patents

用于远程分析远程无线电头的rf环境的系统和方法 Download PDF

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Abstract

围绕安装在塔上的远程无线电头(RRH)的无线电环境以及该远程无线电头的内部操作可以被监控，而无需攀爬到安装有该RRH的塔上。可以在不攀爬塔的情况下进行诸如时间/频率测量的多种测量。

Description

用于远程分析远程无线电头的RF环境的系统和方法
技术领域
最新一代的远程无线电头(RRH)被安装在无线电塔顶部，因此，监测射频(RF)环境(例如，发射和接收的RF信号)和RRH的操作极其困难。通常，技术人员必须攀爬上塔以将测量设备(例如，频谱分析仪)插入到RRH的监测端口，或者技术人员至少必须开车到塔的位置并且接入位于电气设备结构(例如，小型建筑)内的塔底部处的监测端口。
背景技术
通常，对围绕RRH的RF环境的分析以及其操作是在时域和频域两者中完成的。分析的一种类型涉及检测：给定RRH所经受的无线电干扰量，可能由附近发送器引起的干扰，该发送器可能属于由不同电信提供商操作的另一个RRH。即，给定的无线电塔可以具有多个RRH，每个RRH由不同的提供商操作。当附近的发送器不正确地将能量辐射进入由环境和操作正在被分析的特定RRH使用的同一个率信道中时，或者该同一个频率信道的临近频率信道时，这种干扰需要被快速检测到并且缩减，以免防止RRH的正确操作。
类似地，源自安装在附近其他塔上的发送器的干扰，或者源自电源线、荧光灯、电机等其他电气设备干扰需要被检测到并且减轻。
至今，检测这种干扰需要技术人员爬上无线电塔或者开车到塔的位置处。
因此，期望能够更快速地并且更精确地测量围绕RRH的RF环境中信号的频域和时域特性，而不必爬到无线电塔上或者开车到塔的位置处。
发明内容
用于远程分析RRH的RF环境的系统和相关的方法。
在一个实施例中，用于分析射频(RF)远程无线电头的系统可以包括：第一接收部分，第一接收部分可操作为接收来自安装在塔上的远程无线电头(RRH)的信号，该信号包括与来自RRH处的RF环境的信号相关的信息；信号处理部分，信号处理部分可操作为在时域和频域中处理接收的信号，以及识别由来自RRH处的RF环境的内部或外部干扰信号引起的一个或多个异常；以及接口，该接口用于显示一个或多个异常的可视化。
第一接收部分、信号处理部分和接口可以是定位在远离RRH、或者在RRH附近的网络元件管理系统的一部分。
接收的信号可以包括以下类型的数据中的一项或多项：RF干扰、交调失真、频谱内容、闪烁噪声、加性高斯白噪声、有色噪声、相位噪声、载波频率、延迟、RF信号强度。
在一个实施例中，信号处理部分可以进一步操作为，通过基于接收的信号向量估计RRH处的RF环境中的信号的频谱内容来检测异常。例如，信号处理部分可以进一步包括周期序列估计器，用于估计频谱内容，周期序列估计器由以下关系表示：
备选地，信号处理部分可以进一步包括加权窗口功率密度估计器，用于减少估计的方差，其中加权窗口功率频谱密度估计器由以下关系重新定向：
在另一实施例中，信号处理部分可以进一步操作为通过以下来检测异常：基于时间和频率分析，更具体地，使用 这一关系，基于多分量RF信号的时间和频率估计，从接收的信号识别RRH处的RF环境中的一个或多个可接受的或者干扰RF信号。信号处理部分可以进一步包括具有在频率上重叠的传递函数的滤波器组，以避免信号分量伪像，其中滤波器组结构可以由以下关系表示：Cs＝{s*hk|k＝1…Nfilters}。
更进一步，信号处理部分可以进一步操作为，完成子带分析过程以识别信号结构。
在又一实施例中，信号处理部分可以进一步可操作为通过以下来检测异常：识别一个或多个RF载波、以及基于每个经识别的载波的功率和频率估计从接收的所述信号向量识别所述RRH处的所述RF环境中的每个经识别的载波的接入方案；或者通过从接收的信号估计RRH处的RF环境中的信号的频谱相干性来检测异常。
在这种实施例中，信号处理部分可以操作为，基于以下关系来计算由干扰信号引起的频率响应：
信号处理部分可以进一步操作为，通过从接收信号估计RRH处的RF环境中的信号的频谱密度来检测异常。
本文所述的系统可以附加地包括一个或多个数据存储部分，该一个或多个数据存储部分可操作为存储：接收的信号向量、检测到的异常和显示的可视化。
除了上述组件以外，由本发明提供的系统可以包括定位在RRH处的组件。例如，这种系统可以包括：RRH、RF转换和滤波部分，RRH、RF转换和滤波部分用于将空中RF信号下变频到数字信号；RRH信号捕获部分，RRH信号捕获部分用于捕获经下变频的数字信号，以及预处理信号；以及RRH处的第二收发部分，第二收发部分用于通过网络将经预处理的信号从RRH发送到第一接收部分。
除了上述系统以外，本发明提供了相关的方法。在一个实施例中，说明性方法可以通过以下来分析射频(RF)远程无线电头的操作：从安装在塔上的远程无线电头(RRH)接收信号，该信号包括与来自RRH处的RF环境的信号相关的信息；在时域和频域中处理接收的信号，以识别由来自RRH处的RF环境的内部或者外部干扰信号引起的一个或多个异常；以及显示一个或多个异常的可视化。
这种方法可以进一步涉及：通过基于接收的信号估计RRH处的RF环境中的信号的频谱内容来进行异常的检测；和/或通过基于时间和频率分析，从接收的信号识别RRH处的RF环境中的一个或多个可接受的或者干扰RF信号来进行异常的检测。
通过以下详细描述和附图，本领域技术人员将清楚本发明的附加装置，系统，相关方法，特征和优点。
附图说明
图1描绘了根据实施例的系统的简化框图。
图2描绘了根据实施例的系统的另一简化框图。
图3描绘了根据实施例的远程无线电头的简化框图。
图4示出了用于单个片段的示例性UDP分组格式。
图5描绘了根据一个实施例的数据捕获序列。
图6描绘了根据实施例的信号的频谱捕获。
图7描绘了根据实施例的数据捕获模型。
具体实施方式
用于远程监测RRH的RF环境的示例性实施例在本文中进行描述，并且以附图中示例的方式被示出。在整个以下描述和附图中，相同的附图标记/字符指代相同的元件。
应当理解，尽管具体示例性实施例在本文中讨论，但是并非旨在将本发明的范围限制到这种实施例。相反，应当理解，本文所述的示例性实施例是用于说明性目的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，修改和备选的实施例可以被实现。
还应当注意，一个或多个示例性实施例可以被描述为过程或方法。尽管过程/方法可以被描述为顺序的，但是应当理解这种过程/方法可以被并行、并发或者同时地执行。另外，过程/方法内每个步骤的顺序可以被重新布置。过程/方法在完成时可以被终止，并且还可以包括在过程/方法的描述中没有包括的附加步骤。
如本文所使用的，术语“和/或”一个或多个相关联的所列项目的任意和所有组合。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式，除非上下文和/或常识另有指示。
如本文所示用的，术语“实施例”是指本发明的示例。
应当理解，在适用的情况下，措辞“信号”是指信号向量。
应当理解，当使用时，词语“远程无线电头”或“RRH”意味着一个或多个设备，诸如一个或多个远程无线电头或者RRH，除非上下文或者常识另有指示。
应当理解，当本文的描述在描述：“控制器”、“信号处理部分”、“信号预处理部分”、“信号捕获部分”、“信号捕获预处理部分”、“信号可视化部分”、“接收部分”、“收发部分”、或者“计算机”时，这种组件或设备包括一个或多个处理器或者处理电路以及用于完成相关联的、所述特征和功能的专门指令。这种指令可以被存储在板上存储器中或者单独的存储器设备中。这种指令被设计为将专门功能和特征集成到控制器、微控制器、计算设备、或者计算机中，该控制器、微控制器、计算设备、或者计算机被用于通过控制在处理中使用的一个或多个发明的系统或者设备/元件/组件，来完成与处理包含不希望的材料的液体相关的发明的功能、方法和过程。
现在参考图1，图1描绘了用于远程监测一个或多个安装在塔上的RRH 1的系统100的实施例的概述。如图所示，系统100可以可操作为分析围绕RRH 1的RF环境、以及RRH 1的内部操作。如图所示，系统100可以包括网络元件管理系统4(简称“NEM”)以及一个或多个RRH 1，RRH 1可操作为通过一个或多个网络(诸如，例如，本地网络3A(例如，长期演进或者“LTE”网络)和公共网络3B(例如，因特网))彼此通信。如图所示，本地网络3A可以包括：移动管理实体(MME)、归属订户服务器(HSS)、服务网关(SGW)、具有策略和计费规则功能(PCRF)的分组数据网络网关(PGW)。还如图1所示，演进节点B(eNB)2用作LTE网络3A的基站，并且包括调制解调器，该调制解调器用于将从RRH 1接收的模拟信号变频到数字信号，以及随后将这种数字化的信号传送(即，传输和接收或者“收发”)到本地网络3A并且经由网络3B最终传输到NEM 4。
尽管所示的NEM 4和RRH 1通过基于LTE接入的网络3A(使用正交频分复用(OFDM))和网络3B通信，但是应当理解，任意数目的基于不同的接入的网络可以被用于促进NEM 4与RRH 1之间的通信。例如，基于GSM、TD-SCDMA、WCDMA、和高级长期演进(LTE-A)接入的网络。
此外，尽管NEM 4可以被定位在远离RRH 1处，但是NEM 4还可以例如被定位在基站的设备室内RRH 1的附近处。
现在参考图2，图2描绘了系统100的概述的另一框图。如图所示，在一个实施例中，NEM 4可以包括：信号捕获部分41、信号捕获预处理部分42、信号处理部分43、信号可视化部分44和信号存储或者存储器部分45(“存储器部分”)。尽管NEM 4被描绘为由五个组件41至45组成，但是应当理解，组件的数目可以少于五个(即，一些组件可以被组合)，或者多于五个(一些组件可以被进一步分离成另外的部分)。信号捕获部分41和信号捕获预处理部分42可以在下文中一起被称为“接收部分”41、42。此外，在本发明的实施例中、以及如本文中的进一步描述，信号捕获和预处理的功能可以由RRH(或者本地连接到RRH的电子设备)和NEM4(接收部分41、42)部分地完成。
在这个实施例中，接收部分41、42可以可操作为，经由eNB 2和网络3A、3B接收来自RRH 1的多维信号(即，信号可以被表示为向量)。接收的信号可以包括与来自围绕(外部信号)并且包括(即，内部信号)RRH 1的RF环境的信号相关的信息。
信号处理部分43可以可操作为，在时域和频域中处理接收的多维信号，以及标识来自RRH 1处的RF环境的一个或多个RF异常(例如，由于内部或外部干扰信号所引起)。
信号可视化部分44可以包括接口，例如，诸如图形用户接口(GUI)，用于显示一个或多个经标识的异常的可视化。
存储器部分45可以包括一个或多个电子存储器，诸如电子数据库，以用于存储接收的多维信号和来自信号处理部分43的结果(例如，检测到的异常、用于在GUI上创建显示的可视化的数据等)。
更详细地，接收的信号可以包括围绕并且包括RRH 1中的每个RRH的RF环境的数据表示。例如，这种数据可以包括：RF干扰、交调失真、频谱内容、闪烁噪声、加性高斯白噪声、有色噪声、相位噪声、载波频率、延迟、RF信号强度。
在一个实施例中，在接收到来自接收部分41、42的信号(即，数据)后，信号处理部分43可以可操作为，例如，通过完成以下过程来检测数据内的一个或多个异常：取决于所接收数据的类型的一个或多个过程，和/或取决于由NEM 4的用户输入的预编程的过程集合的一个或多个过程，和/或取决于由用户使用部分44内的接口选择的过程集合的一个或多个过程。
例如，处理部分43可以可操作为，使用周期序列估计过程(可以由以下的序列估计器关系表示)，基于接收的信号(即，这种信号内的向量信息)估计RRH处的RF环境中的信号的频谱内容，该周期序列估计过程可以由以下序列估计器关系表示：
其中，x(n)是长度为N的信号向量，以及e-jωk是指数函数。通过由以下关系给出的加权窗口过程(即，加权窗口功率谱密度估计)，估计的方差可以被降低。
其中ω(k)是时域加权函数，rxx(k)是系数，以及e-jωk是指数函数。
信号处理部分可以进一步可操作为，通过基于时间和频率分析，从接收的信号(向量)识别来自RRH 1处的RF环境的一个或多个可接受的或者干扰RF信号，来检测异常。在实施例中，诸如，分析可以包括使用以下关系来完成多分量RF信号的时频(TFR)估计：
是信号的第k个分量的相律(phase law)的一阶导数，*ω是频谱卷积算子。
其中τ是用于计算TFR(t,ω)的时滞以及Qk(t,τ)是测量第k个分量的时频能量在其瞬时频率定律(IFL)附近的扩散的函数。这有助于单声道信号分量的情况，它有助于测量内部干扰项，理想情况下该干扰项趋于零。XT表示从每个可能的分量组合的TFR的组合发出的交叉项。
更详细地，处理部分43可以包括一个或多个滤波器组，利用在频率中重叠的传递函数配置该一个或多个滤波器组。使用这种滤波器组，信号分量的不需要的伪像可以被消除或忽略。在实施例中，滤波器组可以是包括处理和存储器的电路的组合，该电路的组合可操作为，使用存储为处理部分43内的电信号的指令来控制。
在实施例中，滤波器组结构可以由以下关系表示：
Cs＝{s*hk|k＝1…Nfilters} (6)
以及
其中hk是针对不同频率和子带滤波器的指数函数的乘积的总和，以及Nfilters与所用的子带滤波器的数目相关。
另外，时频分析可以包括用于识别接收的信号的结构的子带分析，以用于提取与分析相关的具体信息。
信号处理部分43可以进一步操作为通过以下来检测异常：识别一个或多个RF载波、以及基于每个经识别的载波的功率和频率估计从接收的信号(信号内的向量)识别RRH1处的RF环境中的每个经识别的载波的接入方案(例如，OFDMA、CDMA、TDMA)。
更进一步，信号处理部分43可以可操作为通过以下来检测异常：从接收的信号(信号内的向量)估计RRH 1处的RF环境的中的信号的频谱相干性。这种估计有助于确定由于RRH 1处的干扰信号引起的被捕获的信号(即，信号向量)的频率响应的质量。在实施例中，使用以下关系，可以计算频谱相干性。
其中是给定的两个信号向量x和y的复数形式的双侧频谱密度的平均值，和分别是信号x和信号y的复数形式的双侧频谱密度的平均值。
在附加实施例中，信号处理部分43可以进一步操作为通过以下来检测异常：从接收的信号(再一次，这种信号内的向量信息)估计RRH 1处的RF环境中的信号的频谱密度。
现在参考图3，图3描绘了可以是RRH 1的一部分或者本地定位到(即，被定位在RRH1附近，并且被连接到RRH 1)RRH 1的系统100的组件的简化框图。如图所示，系统100可以包括RRH 1处的RF转换和滤波部分13，除了其他方面，RF转换和滤波部分13可操作为：将由每个RRH 1接收的空中模拟信号从400MHz—6GHz下变频，例如，对这种经下变频的信号采样，以及将采样的信号转换成数字版本，数字版本包括每个经下变频的信号的实部和虚部(来自数学表示；其都是现实世界信息)，以形成这种信号的向量表示。
RRH 1处(即，被定位在RRH处，或者在RRH附近)的系统100可以进一步包括信号捕获部分11，信号捕获部分11可操作为：捕获数字化的信号，并且预处理这种信号内的向量信息，以用于由NEM 4进行数据传输、信息提取和最终分析。
RRH 1处的系统100还可以包括收发部分12，收发部分12可操作为：例如，经由网络3A、3B，将数字信号传输到NEM 4，或者接收来自NEM 4的数字信号。
已经呈现了本发明的实施例的概述，发明人现在提供更详细的讨论。
参考回图2，信号捕获部分41被示出。在实施例中，该部分41可以可操作为：通过检测信号是复信号(实分量和虚分量)还是实信号，来从接收自RRH 1的信号内检测数字化和格式化的相位信息，以及将相位数据组装到允许处理数据的结构中。在组装所需的结构之后，如此组装的信息被发送到信号捕获预处理部分42，以用于进一步处理。
在接收到所组装的信息后，预处理部分42可以可操作为，在信息被发送到信号处理部分43以用于建模和分析之前，应用平滑技术来细化信息。预处理部分42可以使用对各种带宽的滤波器(电子滤波器或者电子与基于固件的滤波器的组合)的选择，来使信息成形，其中滤波器可以被预先选择或者由用户基于最初将信息发送到NEM4的RRH类型来选择(例如，频带25或者1930MHz至1995MHz(仅发送)，(1850MHz至1915MHz(仅接收)，频带25外部的干扰(发送/接收))。
继续，经预处理的信息随后被发送到信号处理部分43。如上所述，信号处理部分43可以可操作为，在时域和频域中处理所接收的多维信号，以及识别例如由于内部或外部干扰信号引起的来自RRH 1处的RF环境的一个或多个RF异常。
发明人现在提供对可以由信号处理部分43执行来识别不同RF异常的数目的过程的更详细描述。
通常，信号处理部分43可操作为执行在存储器(或者多个存储器)中存储为电信号的指令，其中指令表示预测性的、真实世界函数，该函数基于具有一些精确性残差的其他变量来标识变量之中的关系以及评估变量。在基于预测性的过程(或者方法)中，
Y＝αX+β+e (9)
其中Y是X的函数，以及其中α和β在针对X值的给定范围预测Y时使误差最小化。在本发明的实施例中，分析模型基于这种准则被发明，这种准则描述了将被分析的信号以传递结果。
在实施例中，信号处理部分43可以可操作为使用频谱分析过程来分析从RRH 1接收的信号的频谱特性。
例如，一个过程涉及执行在存储器中被存储为电信号的指令，该电信号表示使用离散傅里叶变换(DFT)或者快速傅里叶变换(FFT)以及对自相关函数(ACF)的估计的频谱估计过程。
更具体地，频谱估计可以使用部分43的周期序列过程或者“加权窗口”过程而被计算。应当理解，两种过程中的任何一个可以被顺序地或者并行地使用。
在实施例中，加权窗口过程将窗函数施加到所估计的自相关函数，来降低频谱估计的方差。
周期序列过程通过计算随机过程的有线长度实现的幅度平方傅里叶变化，来估计所接收的信号(或者多个信号)的功率谱密度。在实施例中，使用周期序列过程进行估计可以利用以下关系：
该关系与本文先前讨论的关系(1)是相同的关系。随着信号样本数目的增加，来自(1)的估计的方差不会接近零，而序列的方差近似为：
通过对生成自随机过程的M个非重叠的、独立同分布的、有限实现进行平均，估计中的方差可以被降低，其中经平均的周期序列可以被表示为：
发明人发现，当与现有周期序列估计相比时，使用上文和本文所述的过程的平均周期序列估计的方差可以通过因子M降低。
如上所述，除了周期序列估计过程，在备选实施例中，加权窗口过程也可以被用于估计频谱特性。也就是说，两个过程均可以在优选实施例中被使用。
因此，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令来完成加权窗口估计过程，加权窗口估计过程使用“数据窗口”以便通过数据窗口降低频谱估计的方差。这种过程可以由以下关系表示：
该关系与本文先前所述的关系(2)是相同的关系，其中ω(k)是时域加权函数(“加权函数”)。处理部分43可以可操作为将加权函数应用到经预处理的数据，以便降低估计的自相关序列的后者的时滞中的方差，其中，应当理解，时滞不是先验已知的，因此需要被估计。过程被假设是广义平稳的，并且自相关矩阵是共轭矩阵(埃米特矩阵)，因为：
其中rxx(k)是自相关系数，并且xn是信号向量。
因为后者的时滞使用越来越少的样本来估计，所以将加权函数应用到经预处理的信号具有从加权窗口估计导致的降低频谱估计的方差的效果，其方差近似为：
在附加的实施例中，由于加窗过程导致频域中发生了对应的卷积过程，该对应的卷积过程引起额外的偏移。
“逐渐减小(tapering)”过程可以通过处理部分43而被应用于估计。逐渐减小可以被应用于改善频谱估计的统计特性。
频谱分析中使用的时间序列被视为无线长序列的有限样本。在实施例中，无线长序列的特点可以从有限样本推导出。
在实施例中，处理部分43可以可操作为执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成逐渐减小过程。更具体地，为了完成过程，由此经平均调整的时间序列的末端可以被改变，使得末端(即，最后一个信号样本或者估计)逐渐“减小”到零。在实施例中，作为初步过程，样本信号的均值估计可以从频谱估计中减去，使得该序列具有零均值。数学上的逐渐减小可以基于以下关系而被应用：
其中p是希望被逐渐减小的数据的比例，t是时间索引，以及wp(t)是逐渐减小权重。
在附加的实施例中，处理部分43可以可操作为执行在存储器(或者多个存储器)中存储为电信号的被存储的指令，来完成使用交叉验证的信号稳定过程(例如，通过将对应于接收的、经预处理的信号的信息分割成段，以及检查跨各个信号段的分析是否成立(即，逐渐减小权重是否适当)。更进一步，处理部分43可以可操作为执行在存储器中(或者多个存储器)被存储为电信号的被存储的指令，来完成灵敏度过程，以在全局参数变化(即，基于所获得的结果改变模型的参数)时研究模型的行为。
信号处理部分43可以进一步可操作为，执行在存储器中(或者多个存储器)被存储为电信号的被存储的指令，通过基于时间和频率(“TFR”)分析从接收的信号标识来自RRH 1处的RF环境的一个或多个可接收或者干扰RF信号，来完成检测异常的过程。
在一般情况下，任何多分量RF信号都可以表示为：
在时频(即，在时域和频域中的同时分析)中可以被表示为：
其与上文中的关系(3)相同，其中
其与上文中的关系(4)相同，其中，仍然为信号的第k个分量的相律的一阶导数，*ω是频谱卷积算子，并且其中
其与上文中的关系(5)相同，其中，τ仍然是用于计算TFR(t,ω)的时滞，Qk(t,τ)是测量第k个分量的时频能量在其瞬时频率定律(IFL)附近的扩散的函数。这有助于单声道信号分量的情况，以测量内部干扰项，理想情况下该干扰项趋于零。XT表示从每个可能的分量组合的TFR的组合发出的交叉项。
在实施例中，为了分析来自RRH 1的包含噪声或者干扰的、未知的、一般非平稳的(多个)多分量信号，处理部分43可以可操作为，执在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成TFR分析过程。
在本发明的实施例中，为了避免不希望的信号分量伪像，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成该功能，以及相关的滤波器组的处理，该滤波器组的传递函数在频率中重叠。这种滤波器组可以由以下关系表示：
Cs＝{s*hk|k＝1…Nfilters}
该关系与本文先前阐述的关系(6)相同，以及其中hk可以由上文的关系(7)表示，即：
在本公开的实施例中，总体而言，从RRH 1接收的信号可以具有复杂的时频结构。然而，通过使用若干子频带，它们的表示复杂度被降低。也就是说，在一个实施例中，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)被存储为电信号的被存储的指令，来完成如下过程：分析接收自RRH 1的给定信号以及围绕其邻域的信号的子带，以便比必须完成对整个时频域的分析更加容易地来识别信号的时频结构。
在实施例中，局部能量准则可以被用作识别准则，以描绘其能量高于局部阈值的时频结构。
信号处理部分43可以进一步可操作为，完成相对频率的功率的估计来检测异常。更详细地，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，通过以下来完成检测异常的过程：识别一个或多个RF载波、以及基于每个经识别的载波的功率和频率估计从接收的信号(信号内的向量)识别RRH 1处的RF环境中的每个经识别的载波的接入方案(例如，OFDMA、CDMA、TDMA)。
在实施例中，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，通过将傅里叶变换应用到信号内的信息上，以及通过执行对信号的功率谱中所检测到的峰值附近的频率的加权平均，来完成对从RRH 1接收的信号的离散频率分量的实际频率的高分辨估计过程。
其中，Pi是功率，以及Δ_f＝F_s/N，
以及
在实施例中，处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成以下过程：估计来自RRH 1的信号的给定峰值离散频率的Vrms 2中的功率。在实施例中，诸如，估计可以通过对峰值周围的频点内的功率求和来计算：
其中，Pnoise是窗口带宽内的总噪声功率。
信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，通过从接收自RRH 1的信号估计RRH 1处的RF环境中的信号的频谱相关性，来完成检测异常的过程。这种估计有助于确定由于RRH 1处的干扰信号而引起的捕获信号(信号向量)的频率响应。
在实施例中，这种过程可以从实现给定的两个信号x和y开始，处理部分43可以计算双侧频谱，其复数形式被表示为：
其中k＝1…N-1，以及互谱的频谱相干性可以被表示为：
在实施例中，信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成计算频率响应的过程H(f)，该频率响应给出了系统(例如，RRH 1)的相对频率的增益和相位。频率响应可以由以下关系表示：
以及
其中k＝1…N-1，并且自相关谱的谱相干性可以由以下关系表示：
信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成计算信号(即，信号向量)的时间响应的过程，该时间响应可以由以下关系表示：
为了确定信号(即，信号向量)的频率响应的质量，以及确定多少能量与另一信号(诸如，传输的信号(来自其他RRH)、过度的噪声或干扰)相关，信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，根据分析Cxy(f)来完成计算信号(信号向量)的频谱相干性的过程。频谱相干性可以由以下关系表示：
该关系是本文先前讨论的关系(6)。
在本发明的实施例中，信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成与性能度量相关的过程。
更具体地，处理部分43可以可操作为计算误差向量，计算误差向量是对参考波形R与具有波形M的接收信号向量之间的差异的测量。在实施例中，处理部分43可以可操作为，通过对定时偏移和RF频率偏移进行采样来校正测量的波形，之后，载波泄露可以从测量的波形中被移除。处理部分43可以进一步操作为，通过选择信号的绝对相位和绝对幅度来修改测量的波形。
信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令，来完成与以百分比或以dB为单位计算误差向量的幅度相关的过程。
这种幅度可以由以下关系来表示：
因为信号的内部随机性和非一致性，所以难以量化将被分析的、来自RRH 1的信号的特性。通过该信号中功率电平的统计描述，有用信息可以从类噪声信号中被提取出来，并且分布函数曲线被计算出来，分布函数曲线显示信号处于给定功率电平或者高于给定功率电平所度过的时间。功率电平可以以相对于平均功率的dB被表示。信号处于每条线或者高于每条线所度过的时间的百分比定义了针对该特定功率电平的概率。因此，信号处理部分43可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的被存储的指令以便完成与完成相关于提取类噪声信号的过程相关的过程、计算分布函数曲线(其中，功率电平可以以相对于平均功率的dB被表示)、以及计算信号处于或者高于每条线所度过的时间的百分比，以定义针对该特定功率电平的概率。
除了处理部分43之外，NEM 4还包括信号可视化部分44和存储器部分45。
在本发明的实施例中，可视化部分包括GUI和用于将信息清楚和有效地传送给NEM4的用户的其他能力。GUI可以可操作为生成以及显示频谱图形、表和图表，以有助于传送包含在从RRH 1接收的信号中的关键特性。表还可以被生成和显示以协助用户引用特定数字。图表可以被生成和显示以阐明包含在从RRH接收的信号中的量化特性。
一旦信息(数据)已经被NEM 4的其他组件分析，该信息便可以以多种格式被传送给NEM 4的用户以支持用户需求，以及以适当的格式被存储器部分45存储，以用于附加的分析。
现在参考图3，图3描绘了根据实施例的RRH 1的简化框图。如图所示，RRH 1包括：信号捕获部分11、收发部分12、RF转换和滤波部分以及一个或多个天线14。
在一个实施例中，RF转换和滤波部分13可以可操作为将空中RF信号下变频到数字信号(向量)，信号捕获部分11可以可操作为捕获经下变频的数字信号以及预处理信号，而收发部分12可以可操作为通过网络将经预处理的信号从RRH 1发送到NEM 4(图3中未示出)。在实施例中，信号捕获部分11可以包括现场可编程门阵列(FPGA)。
在实施例中，NEM 4可以可操作为将端口使能消息转发到RRH 1中的相应端口。在接收到该消息后，与RRH 1的被使能端口相关联的相应电路将被激活，以向NEM 4发送与RRH1周围的RF环境以及RRH 1的内部操作相关的数据。尽管RRH 1可以具有4个或更多端口，但是仅一个端口和接收该消息的关联电路将被激活以向NEM 4发送数字信号。
现在参考示例性NEM 4的操作，在一个实施例中，在上电后，NEM 4可以可操作为以流传输模式操作。在实施例中，可视化部分44可以可操作为生成并显示流传输捕获模式配置数据屏幕，用于由用户查看。用户可以输入目标RFM信息和期望捕获参数，来启动RF流传输捕获功能。应当理解，“RFM信息”是指例如标识针对RRH的每个端口的硬件、控制单元、功率放大器部分、以及收发部分12的信息。
此后，NEM 4可以可操作为基于RFM信息和期望捕获参数将端口使能消息发送给RRH 1。
在实施例中，示例性端口使能消息可以包括以下各项：
无线电和天线路径标识以及捕获设置
流传输目标(例如，端口、RRH)的IP地址和UDP端口号
配置参数
许可检查
在实施例中，在接收到来自NEM 4的消息后，收发部分12(例如，部分12内的基带单元)可以可操作为转发响应，诸如“请求理解”或者“许可激活错误”，其中前者启动信号从RRH 1到NEM 4的转发，而后者不会。
此后，NEM 4和RRH 1可以可操作为设置UDP流传输信道，UDP流传输信道配置UDP/IP层。
在实施例中，在RRH 1内的收发部分12(例如，基带单元)或者另一部分可以可操作为使用消息请求来自RFM的流传输模式捕获，此后，IP地址和UDP端口号由基带单元提供，以及RRH 1的收发部分12或者其他部分将“请求被执行”消息以及RFM属性一起作为响应返回给NEM 4。
在实施例中，收发部分12可操作为例如使用UDP作为传输协议启动去往NEM 4的流传输捕获分组、以及启动10分钟的定时器。收发部分12(例如，基带单元)可以将UDP分组(保持有效载荷不变)转发给NEM 4。
收发部分12可操作为将单个捕获流内的数据分割成最大为1044字节大小的多个UDP分组。这是需要避免IP级别的分组分割(一些运营商的OAM网络配置存在问题)。收发部分12可以可操作为，将组成一个捕获流的分组以不低于NEM 4图形刷新率所需的速率(例如32k比特/秒)发送给NEM 4，以满足1秒的图像刷新率。
如上文简要讨论的，使用UDP分组，数据在RRH 1和NEM 4之间被传输。在实施例中，使用UDP分组的数据传输实现上行链路和下行链路的I/Q样本的捕获，以用于在RF频谱分析中使用。一个I/Q样本由16比特I数据和16比特Q数据组成。IQ数据起源于收发部分12内的基带信号转换到收发部分12中的实际传输频带之前、以及在传输频带转换到收发部分12中的基带之后。I/Q数据捕获可以被NEM 4使用，以生成在所选择的天线端口上接收或者发送的信号的频谱图。
由于不可能将全部IQ数据流发送到NEM 4进行频谱分析，所以捕获可以周期性地进行以及发送给NEM 4。每个这种捕获由多个连续的IQ数据样本组成。单个捕获内的样本的数目由以下关系给出：
CaptureSize＝DATACAP:CAPDURATION*RFHEADDESC:ADCSAMPLERATE(ADC采样频率)(或DACSAMPLERATE(DAC采样频率))*0.001
这种单个捕获可以在多个UDP分组(以下称为“片段”)内被发送到NEM 4。该捕获协议将UDP分组有效载荷大小限制为1044个八位字节。捕获协议报头的长度为20个八位字节。因此，片段内的样本的最大数目为：
·MaxSamplesInFragment＝(1044-20)/4＝256；
并且单个捕获所需的片段的数目为：
·Number Fragments＝ceiling(捕获大小/256)；
捕获可以以DATACAP:CAPINT进行周期性重复。单个捕获的片段可以不在单批中被发送，而是以等间隔时间被发送，等间隔时间由下式给出：
·FragmentTransmissionInterval＝
DATACAP:CAPINT/NumberFragments；
(适当四舍五入，近似值足够)
该传输过程有助于避免回程网络(例如，网络3A、3B或者另一网络)中的拥塞。UDP协议被选择用于传输，因为UDP协议产生最小的开销，并且适合用于连续的数据流。然而，UDP不能提供有保证的有序传送。
因此，在实施例中，NEM 4的接收部分41、42必须可操作为：
·提供片段组装功能
·提供片段重排序(通常是片段组装的一部分)
·容忍片段丢失
所有片段具有在1与MaxSamplesInFragment之间的数目的样本。因此，在一个实施例中，每个捕获的样本的总数目可以在片段之间基本相等地分配。
图4示出了用于单个片段的示例性UDP分组格式。
参考图4，应用报头信息如下(所有字段是4个八位字节，并且按照网络字节顺序)：
·捕获ID-用于该捕获的唯一标识符，由DATACAP:CAPID提供
·捕获时间-从捕获序列开始以秒计的相对时间(对于属于同一捕获的片段，捕获时间将是相同的)
·捕获大小-样本中的捕获的大小
·片段偏移-多个样本中的片段偏移，这是该片段中的第一个样本的编号。该编号以零开始。
·片段中的样本的数目-(FS(i))-片段#i中的样本的总数目
·数据-包含被捕获的样本。每个样本的长度是4个八位字节，前2个八位字节包含I值，后2个八位字节包含Q值，均按照MSB比特顺序。这些值以二进制补码表示。(如果RFM中的自然IQ值具有少于16比特，则它们被符号扩展到16比特以保持二进制补码表示。如果RFM中的IQ值具有多于16比特，则最低有效位被截短)。
在UDP报头内，重点注意，源端口ID必须由RRH 1硬编码，其中示例性数字是数字8,111。目标端口ID由NEM 4指定。
在实施例中，用于RF频谱成像的数据捕获由NEM 4通过发送具有要求字段的ARD属性DATACAP(数据捕获)来启动。该属性被用于启动捕获，以及与RRH 1的发送或接收路径相对应的数字IF的流。支持这些捕获类型的RRH 1的能力由RFHEADDESC属性来指示。一旦DATACAP被使能，则RRH 1将启动10分钟的定时器，例如，如果在下一个10分钟期间没有新的DATACAP属性被接收，则捕获和流将终止。可以被使用的数据字段如下：
·状态(STATE)指示被捕获的数据的流传输是被使能还是被禁用，如果被使能，
则在接收到STATE:DISABLE(状态：禁用)后，该流传输操作将被终止。
·天线端口(ANTPORT)指示与捕获相关联的RTU内的RF路径
·捕获持续时间(CAPDURATION)指示采样时段的持续时间。
·捕获类型(CAPTYPE)指示捕获的类型。从发送侧(后PA)、采用RRH 1的采样接收器，TXCAP被使用。针对接收(上行链路)侧，RXCAP被使用。
·UDP服务器地址(ADDR)-捕获数据被流传输到的目标IP地址。
·UDP目标端口(PORT)-捕获数据被流传输到的目标UDP端口。
·捕获ID(CAPID)-允许RTU外部的捕获处理实体在不同捕获之间进行区分的数字。
·捕获间隔(CAPINT)-每次连续捕获之间的时间。如果数据字段未被发送，则默认值被实现。
·超帧号(SFN)是可选的，并且仅在捕获的启动需要与LTE超帧进行同步时被使用。
在实施例中，在DATACAP属性被解析之后，图5中所示的I/Q捕获序列可以被启动。
在实施例中，通过((片段偏移+片段中的样本的数目)>＝捕获大小)，片段偏移可以被用于检测捕获中的最后一个片段。连续的数据流被包含在捕获序列和单独捕获两者之内，如果必要，则连续的数据流被分成等间隔的片段。捕获间隔被定义为间隔之间的时间，该时间具有由DATACAP:CAPINT指定的一至十秒的范围。
在实施例中，在DATACAP动作被NEM 4终止、超时或者被其他方式停止时，捕获序列结束。如果其超时，则警报将被发送。任何处理器过载情况都可以暂时中止数据流传输，因此该流传输能力不得使系统性能下降。
RRH 1的信号(频谱)捕获部分11可以可操作为，执行在存储器(或者多个存储器)中被存储为电信号的指令，来完成RRH 1内的信号的频谱捕获。在一个实施例中，RRH 1内的信号的频谱捕获可以被建模，如图6中所示。
如图6中的模型所示，SACAPT目前存在用于在接收端口上进行数据捕获。与该子系统相关的类是SACapture(SA捕获)，SACapture将被扩展，添加流传输模式捕获以及使用指定IP地址和所定义的UDP端口将捕获的数据传输到目的BBU所需的新方法。
在RRH 1处接收到消息(例如，ARD消息)后，属性被解析，并且对应的数据字段被提取，以指示该ARD消息是针对发送端口还是接收端口的数据捕获请求、以及捕获的持续时间。
图7描绘了根据本发明的实施例的数据捕获模型的更详细模型。
如图所示，如果数据捕获是针对发送端口，则开始发送捕获SM(startTxCaptureSM)用于以流传输模式捕获数据，缓冲区大小相当于307.2MHz采样率下的10ms捕获，例如，被分配并且取决于捕获的持续时间，10ms捕获完成所需的次数。一旦10ms捕获被完成，则数据被2个中抽取1个以保持与接收相同的采样率(例如，153.6MHz)。然后，数据以本文其他位置处所讨论分组格式被分解为1044字节或八位字节的分组。通过调用UDP传输，所得到的I/Q数据的296个样本可以被传输给指定的UDP端口。
类似地，如果数据捕获是针对接收端口，则开始接收捕获SM(startRxCaptureSM)用于以流传输模式捕获数据，缓冲区大小相当于153.6MHz采样率下的10ms捕获，被分配并且取决于捕获的持续时间，10ms捕获完成所需的次数。
用于发送数据捕获和接收数据捕获的相应缓冲区需要被分配，并且需要在完成时被释放，并且相关的定时器和计数器需要针对持续时间和数据片段的数目而被设置。标识需要被相应地定义，以确保在任何给定时间仅支持针对相应端口和发送或接收的一次捕获，并且在数据捕获正在进行时，针对捕获的其他请求将不被支持。
总之，示例性数据捕获过程可以包括以下内容：
-将指定的发送/接收端口(0、1、2、3)上的发送/接收数据捕获到SDRAM2中
-用于发送的采样率是307.2M个样本/s，以及用于接收的采样率是153.6M的样本/s
-在发送的情况下，将数据速率抽取成153.6M的样本/s
-捕获的持续时间在采样率(6144000字节)/捕获下为10ms
-将SDRAM2数据存储到被分配用于发送或者接收捕获的缓冲区
-通过使用分组格式的UDP/IP，将数据从缓冲区传输到BBU
在实施例中，控制和管理平台或“平面”(C&M)层2协议可以是用于传输捕获数据的以太网平台或平面。每个无线电帧可以由192个超帧组成，并且每个超帧可以由256个控制字组成。C&M数据可以被复用到控制字的特定子集(子信道)上。超帧的256个控制字可以被组织成被称为子信道的4个段，并且因此有64个子信道，其中子信道0-28可以被用于逗点字节、同步/定时、慢速C&M/HDLC第2层协议、协议版本和供应商特定数据。子信道中的一些子信道可以被保留以用于未来使用。子信道29-63可以被用于以太网(例如，快速C&M链路)。
应当理解的是，前面仅描述了本发明的所选实施例。在不脱离本发明的一般精神和范围的情况下，可以对本文公开的实施例进行多种改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于分析射频(RF)远程无线电头的操作的系统，包括：
第一接收部分，所述第一接收部分可操作为接收来自安装在塔上的远程无线电头(RRH)的信号，所述信号包括与来自所述RRH处的RF环境的信号相关的信息；
信号处理部分，所述信号处理部分可操作为在时域和频域中处理接收的所述信号，以及识别由来自所述RRH处的所述RF环境的内部或外部干扰信号引起的一个或多个异常；以及
接口，所述接口用于显示所述一个或多个异常的可视化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中接收的所述信号包括以下类型的数据中的一项或多项：RF干扰、交调失真、频谱内容、闪烁噪声、加性高斯白噪声、有色噪声、相位噪声、载波频率、延迟、RF信号强度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理部分进一步可操作为，通过基于接收的所述信号估计所述RRH处的所述RF环境中的所述信号的所述频谱内容来检测异常。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理部分进一步可操作为，通过基于时间和频率分析从接收的所述信号识别所述RRH处的所述RF环境中的一个或多个可接受的或者干扰RF信号来检测异常。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理部分进一步可操作为通过以下来检测异常：识别一个或多个RF载波、以及基于每个经识别的载波的功率和频率估计从接收的所述信号向量识别所述RRH处的所述RF环境中的每个经识别的载波的接入方案。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理部分进一步可操作为，通过从接收的所述信号估计所述RRH处的所述RF环境中的所述信号的频谱相干性来检测异常。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理部分进一步可操作为，通过从接收的所述信号估计所述RRH处的所述RF环境中的所述信号的频谱密度来检测异常。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括数据存储部分，所述数据存储部分可操作为存储接收的信号向量、检测到的异常以及显示的所述可视化。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
RRH、RF转换和滤波部分，用于将空中RF信号下变频到数字信号；
RRH信号捕获部分，用于捕获经下变频的所述数字信号以及预处理所述信号；以及
所述RRH处的第二收发部分，用于通过网络将经预处理的所述信号从所述RRH发送到所述第一接收部分。
10.一种用于分析射频(RF)远程无线电头的操作的方法，包括：
从安装在塔上的远程无线电头(RRH)接收信号，所述信号包括与来自所述RRH处的RF环境的信号相关的信息；
在时域和频域中处理接收的所述信号，以识别由来自所述RRH处的所述RF环境的内部或外部干扰信号引起的一个或多个异常；以及
显示所述一个或多个异常的可视化。
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