CN109302721A - 一种LTE_Advanced空口信号分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LTE_Advanced空口信号分析装置，所述空口射频信号通过四路端口输入四个混频模块进行分析，所述分析装置包括本振模块，混频模块，A/D控制模块，FPGA模块，ARM模块。本发明通过独立信号分析通道来分析不同天线端口的信号，采用多级FPGA模块化处理FFT(傅里叶变换)、同步、信道估计、信道均衡以及小区遍历搜索实现空信号的实时分析，采用RTOS系统的高速操作系统实现协议调度、基带处理以上下行空口信令分析，同时用户可以通过移动电脑，手机APP对本发明装置进行控制，在满足稳定空口信号分析的同时，也方便了用户。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种LTE_Advanced空口信号分析装置。
背景技术
LTE-Advanced是LTE的演进，满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，LTE以其高速率低时延等优点，得到世界各主流通信设备商和运营商的广泛关注。
随着LTE_Advanced技术发展的不断深入推进，LTE_Advanced技术的逐步成熟，运营商的大规模布网，空口信号分析测试仪器作为产业链的关键组成部分受到业界的广泛关注。作为运营商网络稳定、正常的运行重要保障，空口信号分析测试仪器发挥着越来越重要的作用。空口信号分析仪表作为前期布网、以及后期网络优化的一个重要环节，发挥着越来重要的作用。
对于空口信号分析，传统的测量装置通常会采用数据采集卡对数据进行海量采集，然后进行离线分析，这种方式往速度会很慢，浪费大量的人力、物力，同时还需要专业的研发人员进行分析，对于偶发问题不太容易捕捉。
因此，现有技术还有待发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种LTE_Advanced空口信号分析装置，旨在实现可以实时对空信号进行监控、分析，上报问题提示，同时可以实时将测量数据，以及故障定位信息根据时间和地理位置坐标进行存储，以便工程技术人员进行查看分析的目的。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种LTE_Advanced空口信号分析装置，所述空口射频信号通过四路端口输入四个混频模块进行分析，所述分析装置包括本振模块，混频模块，A/D控制模块，FPGA模块，ARM处理器模块，所述第一本振模块输出端与第一混频模块输出端连接，所述第一混频模块的输出端与第一A/D控制模块的输入端相连，所述第一A/D控制模块的输出端与第一FPGA输入端连接，所述第一FPGA输入输出端与第二FPGA输入输出端相连；
所述第二本振模块输出端与第二混频模块输出端连接，所述第二混频模块输出端与第二A/D控制模块输入端相连，所述第二A/D控制模块的输出端与第二FPGA输入端连接；
所述第三本振模块输出端与第三混频模块输出端连接，所述第三混频模块输出端与第三A/D控制模块输入端相连，所述第三A/D控制模块输出端与第三FPGA输入端相连，所述第三FPGA输入输出端与第二FPGA输入输出端相连；
所述第四本振模块输出端与第四混频模块输出端连接，所述第四混频模块输出端与第四A/D控制模块输入端相连，所述第四A/D控制模块输出端与第四FPGA输入端相连，所述第四FPGA输入输出端与第三FPGA输入输出端相连；
所述第二FPGA输入输出端还与第五FPGA输入输出端相连，所述第三FPGA输入输出端还与第六FPGA输入输出端相连，所述第五FPGA输入输出端与第六FPGA输入输出端相连，所述第五FPGA输入输出端与第六FPGA输入输出端还分别与第七FPGA输入输出端相连，所述第七FPGA输入输出端与第一ARM处理器输入输出端相连，所述第一ARM处理器输入输出端与第二ARM处理器输入输出端相连，所述第二ARM处理器输入输出端与控制显示模块的输入输出端相连。
进一步的，所述第一A/D控制模块、第二A/D控制模块、第三A/D控制模块、第四A/D控制模块的四路数模转换单元的采样时钟为245.76MHZ。
进一步的，所述第一FPGA模块、第二FPGA模块、第三FPGA模块、第四FPGA模块，用于同步不同天线端口信号和傅里叶变换。
进一步的，所述天线端口信号通过主同步信号和辅同步信号同步来定位当前空间主基站无线帧起始位置，采用如下方程计算产生不同小区号的主同步信号和辅同步信号：
其中，其中du(n)为主同步序列且序列长度为62，u为ZC根序列索引，j为虚数单位，n为序列位置；d(n)为辅同步序列且序列长度为62，m0/m1为物理层小区标识，和为循环移位，c0(n)和c1(n)为扰码序列，和为加扰序列，n为序列位置。
进一步的，所述不同小区号的主同步信号和辅同步信号通过傅里叶变换，与接收到的数据进行相关，得出主基站小区ID以及无线帧起始位置。
进一步的，所述第五FPGA模块负责不同天线端口数据的信道估计以及信道均衡。
进一步的，所以信道估计采用基于最小二乘的信道估计算法。
进一步的，所述的第六FPGA模块负责不同小区的遍历搜索，采用如下方程产生本地产生小区专用参考信号：
将小区专用参考信号与接收到数据进行相关，判决当前环境下的小区数量，其中，为参考信号序列，j为虚数单位，ns为时隙号，L为时隙中的符号位置，RB为资源单元，DL为下行信道，c(i)为为随机序列。
进一步的，所述第七FPGA模块负责MAC层的解码处理，包括CRC、卷积、Turbo、速率匹配以及维特比译码等信道解码过程。
进一步的，所述第一ARM处理器模块主要负责基带和协议调度，辅助SIC计算，解析以及MIMO信号分析，UE信令分析；
所述第二ARM处理器模块主要负责界面显示控制模块与第一ARM处理器模块的接口数据传输以及界面显示参数的传递。
本发明与现有技术相比的有益效果：本发明通过独立信号分析通道来分析不同天线端口的信号，采用多级FPGA模块化处理FFT(傅里叶变换)、同步、信道估计、信道均衡以及小区遍历搜索实现空信号的实时分析，采用RTOS系统的高速操作系统实现协议调度、基带处理以上下行空口信令分析，同时用户可以通过移动电脑，手机APP对本发明装置进行控制，在满足稳定空口信号分析的同时，也方便了用户。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LTE_Advanced空口信号分析装置的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的LTE_Advanced空口信号分析装置的空口信令解析结果图；
图3为本发明实施例提供的LTE_Advanced空口信号分析装置小区搜索结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示，为本发明具体实施例的一种LTE_Advanced空口信号分析装置，
一种LTE_Advanced空口信号分析装置，所述空口射频信号通过四路端口输入四个混频模块进行分析，所述分析装置包括本振模块，混频模块，A/D控制模块，FPGA模块，ARM处理器模块，所述第一本振模块1输出端与第一混频模块5输出端连接，所述第一混频模块5的输出端与第一A/D控制模块9的输入端相连，所述第一A/D控制模块9的输出端与第一FPGA13输入端连接，所述第一FPGA13输入输出端与第二FPGA14输入输出端相连；
所述第二本振模块2输出端与第二混频模块6输出端连接，所述第二混频模块6输出端与第二A/D控制模块10输入端相连，所述第二A/D控制模块10的输出端与第二FPGA14输入端连接；
所述第三本振模块3输出端与第三混频模块7输出端连接，所述第三混频模块7输出端与第三A/D控制模块11输入端相连，所述第三A/D控制模块11输出端与第三FPGA15输入端相连，所述第三FPGA15输入输出端与第二FPGA14输入输出端相连；
所述第四本振模块4输出端与第四混频8模块输出端连接，所述第四混频模块8输出端与第四A/D控制模块12输入端相连，所述第四A/D控制模块12输出端与第四FPGA16输入端相连，所述第四FPGA16输入输出端与第三FPGA15输入输出端相连；
所述第二FPGA14输入输出端还与第五FPGA17输入输出端相连，所述第三FPGA11输入输出端还与第六FPGA18输入输出端相连，所述第五FPGA17输入输出端与第六FPGA18输入输出端相连，所述第五FPGA17输入输出端与第六FPGA18输入输出端还分别与第七FPGA19输入输出端相连，所述第七FPGA19输入输出端与第一ARM处理器20输入输出端相连，所述第一ARM处理器20输入输出端与第二ARM处理器21输入输出端相连，所述第二ARM处理器21输入输出端与控制显示模块22的输入输出端相连。
具体的，所述第一A/D控制模块9、第二A/D控制模块10、第三A/D控制模块11、第四A/D控制模块12的四路数模转换单元的采样时钟为245.76MHZ。用于中频数据采样。
具体的，所述第一FPGA模块13、第二FPGA模块14、第三FPGA模块15、第四FPGA模块16，用于同步不同天线端口信号和傅里叶变换。
具体的，所述天线端口信号通过主同步信号和辅同步信号同步来定位当前空间主基站无线帧起始位置，采用如下方程计算产生不同小区号的主同步信号和辅同步信号：
其中，其中du(n)为主同步序列且序列长度为62，u为ZC根序列索引，j为虚数单位，n为序列位置；d(n)为辅同步序列且序列长度为62，m0/m1为物理层小区标识，和为循环移位，c0(n)和c1(n)为扰码序列，和为加扰序列，n为序列位置。采用上述公式可以产生不同小区号的本地主同步信号和辅同步信号。
具体的，根据上一步获取的，本地主同步信号和辅同步信号，之后不同小区号的主同步信号和辅同步信号通过傅里叶变换，与接收到的数据进行相关，得出主基站小区ID以及无线帧起始位置。
具体的，所述第五FPGA模块17负责不同天线端口数据的信道估计以及信道均衡。
所以信道估计采用基于最小二乘的信道估计算法。
具体的，如图3所示，所述的第六FPGA模块18负责不同小区的遍历搜索，采用如下方程产生本地产生小区专用参考信号：
将小区专用参考信号与接收到数据进行相关，判决当前环境下的小区数量，其中，为参考信号序列，j为虚数单位，ns为时隙号，L为时隙中的符号位置，RB为资源单元，DL为下行信道，c(i)为为随机序列。通过本地产生小区专用参考信号后，与接收到的数据进行相关，取不同小区号相关峰值与预设的峰值判决门限比较来判定当前环境下的小区数量。
具体的，所述第七FPGA模块19负责MAC层的解码处理，包括CRC、卷积、Turbo、速率匹配以及维特比译码等信道解码过程。
具体的，所述第一ARM处理器模块20主要负责基带和协议调度，辅助SIC计算，解析以及MIMO信号分析，UE信令分析；
所述第二ARM处理器模块21主要负责界面显示控制模块22与第一ARM处理器模块20的接口数据传输以及界面显示参数的传递。由于要求心灵的实时解析，因此第一ARM处理器模块20操作系统采用RTOS系统，该系统通过快速运算，可以满足协议信令的快速解析，由于数据处理没有太高要求，因此第二ARM处理器模块21操作系统采用Linux系统。
本发明通过独立信号分析通道来分析不同天线端口的信号，采用多级FPGA模块化处理FFT(傅里叶变换)、同步、信道估计、信道均衡以及小区遍历搜索实现空信号的实时分析，采用RTOS系统的高速操作系统实现协议调度、基带处理以上下行空口信令分析，同时用户可以通过移动电脑，手机APP对本发明装置进行控制，在满足稳定空口信号分析的同时，也方便了用户的监控和使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述空口射频信号通过四路端口输入四个混频模块进行分析，所述分析装置包括本振模块，混频模块，A/D控制模块，FPGA模块，ARM处理器模块，所述第一本振模块输出端与第一混频模块输出端连接，所述第一混频模块的输出端与第一A/D控制模块的输入端相连，所述第一A/D控制模块的输出端与第一FPGA输入端连接，所述第一FPGA输入输出端与第二FPGA输入输出端相连；
所述第二本振模块输出端与第二混频模块输出端连接，所述第二混频模块输出端与第二A/D控制模块输入端相连，所述第二A/D控制模块的输出端与第二FPGA输入端连接；
所述第三本振模块输出端与第三混频模块输出端连接，所述第三混频模块输出端与第三A/D控制模块输入端相连，所述第三A/D控制模块输出端与第三FPGA输入端相连，所述第三FPGA输入输出端与第二FPGA输入输出端相连；
所述第四本振模块输出端与第四混频模块输出端连接，所述第四混频模块输出端与第四A/D控制模块输入端相连，所述第四A/D控制模块输出端与第四FPGA输入端相连，所述第四FPGA输入输出端与第三FPGA输入输出端相连；
所述第二FPGA输入输出端还与第五FPGA输入输出端相连，所述第三FPGA输入输出端还与第六FPGA输入输出端相连，所述第五FPGA输入输出端与第六FPGA输入输出端相连，所述第五FPGA输入输出端与第六FPGA输入输出端还分别与第七FPGA输入输出端相连，所述第七FPGA输入输出端与第一ARM处理器输入输出端相连，所述第一ARM处理器输入输出端与第二ARM处理器输入输出端相连，所述第二ARM处理器输入输出端与控制显示模块的输入输出端相连。
2.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述第一A/D控制模块、第二A/D控制模块、第三A/D控制模块、第四A/D控制模块的四路数模转换单元的采样时钟为245.76MHZ。
3.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述第一FPGA模块、第二FPGA模块、第三FPGA模块、第四FPGA模块，用于同步不同天线端口信号和傅里叶变换。
4.根据权利要求3所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述天线端口信号通过主同步信号和辅同步信号同步来定位当前空间主基站无线帧起始位置，采用如下方程计算产生不同小区号的主同步信号和辅同步信号：
其中，其中du(n)为主同步序列且序列长度为62，u为ZC根序列索引，j为虚数单位，n为序列位置；d(n)为辅同步序列且序列长度为62，m0/m1为物理层小区标识，和为循环移位，c0(n)和c1(n)为扰码序列，和为加扰序列，n为序列位置。
5.根据权利要求4所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述不同小区号的主同步信号和辅同步信号通过傅里叶变换，与接收到的数据进行相关，得出主基站小区ID以及无线帧起始位置。
6.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述第五FPGA模块负责不同天线端口数据的信道估计以及信道均衡。
7.根据权利要求6所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所以信道估计采用基于最小二乘的信道估计算法。
8.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述的第六FPGA模块负责不同小区的遍历搜索，采用如下方程产生本地产生小区专用参考信号：
将小区专用参考信号与接收到数据进行相关，判决当前环境下的小区数量，其中，为参考信号序列，j为虚数单位，ns为时隙号，L为时隙中的符号位置，RB为资源单元，DL为下行信道，c(i)为为随机序列。
9.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述第七FPGA模块负责MAC层的解码处理，包括CRC、卷积、Turbo、速率匹配以及维特比译码等信道解码过程。
10.根据权利要求1所述的LTE_Advanced空口信号分析装置，其特征在于：所述第一ARM处理器模块主要负责基带和协议调度，辅助SIC计算，解析以及MIMO信号分析，UE信令分析；
所述第二ARM处理器模块主要负责界面显示控制模块与第一ARM处理器模块的接口数据传输以及界面显示参数的传递。
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