CN110708132B

CN110708132B - 一种tdd-lte上行信号频域检测方法

Info

Publication number: CN110708132B
Application number: CN201910870309.9A
Authority: CN
Inventors: 刘泷; 曹浩; 谢纪岭
Original assignee: NANJING SINOVATIO TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: NANJING SINOVATIO TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2039-09-16
Also published as: CN110708132A

Abstract

本发明公开了一种TDD‑LTE上行信号频域检测方法，定义了上行信号存在的二元假设统计模型H，并基于模型H推导出上下行域计算因子；以帧为单位统计深度为N的带内极大值，得序列{m(i),i＝1,2,……,N}；然后对极值序列降序排序，再根据TDD‑LTE的上下行配比，以及二元模型H确定上下行域计算因子K_uplink和K_downlink；对上行域计算因子修正后，与下行域计算因子比较，根据二元检测模型判断上行存在情况；最后根据上下行域计算因子的差值给出判断结果的置信度。本发明能够快速实现TDD上行信号存在性的判断，为无线环境安全性检测提供方便。

Description

一种TDD-LTE上行信号频域检测方法

技术领域

本发明涉及TDD-LTE通信技术领域，尤其是一种TDD-LTE上行信号频域检测方法。

背景技术

TDD-LTE以子帧为单位，上下行采用时分复用的方式共用频段资源。当前在电磁环境安全领域中需要检测是否有TDD上行信号时，不得不在时域进行DDC、滤波、OFDM解调、下行同步等一系列相关处理，计算复杂度较高，且当需要同时检测多个频段时，上行信号时域检测将耗去系统的大量处理资源，实时性也将很难保证，不利于TDD-LTE上行信号的快速检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种TDD-LTE上行信号频域检测方法，能够快速实现TDD上行信号存在性的判断，为无线环境安全性检测提供方便。

为解决上述技术问题，本发明提供一种TDD-LTE上行信号频域检测方法，包括如下步骤：

(1)定义二元检测模型如下：

其中K_downlink为下行域计算因子,K'_uplink为上行域计算因子K_uplink的修正值；

(2)记采样数据为{x(n),n＝1,2,……}，采样率为f_s，依次取L个采样点为一帧计算功率谱，其中要求

即每帧数据对应时间不超过TDD-LTE一个子帧所对应的时间1ms，记第i帧功率谱为

查找目标频段内功率谱的最大值，记录每帧带内最大值得序列{m(i),i＝1,2,……,N}，其中

默认M＝1；

(3)对{m(i),i＝1,2,……,N}进行降序排序得{m'(i),i＝1,2,……,N}；

(4)记目标TDD-LTE信号对应的上下行配比为F，其中F∈{0,1,2,3,4,5,6}，进而查表可得上行子帧在每个TDD-LTE物理帧中时间占用百分比记为p_uplink，并进一步计算得到上下行域因子K_uplink和K_downlink；

(5)由于在上下行统计中将S帧当做下行帧来进行处理，故需要对上行域计算因子进行修正得K'_uplink＝K_uplink+K_fix，默认K_fix＝1.25dB；

(6)比较上下行域计算因子，当K'_uplink＞K_downlink时，判断有TDD-LTE上行信号；否则判断当前采样数据里仅有下行信号，并根据上下行域计算因子给出置信度。

优选的，步骤(4)中，上下行域因子计算式为：当F≠6时，p_uplink≠50％，定义上下行统计子帧数N_uplink、N_downlink分别为

再定义上下行域计算因子为

优选的，步骤(4)中，上下行域因子计算式为：当F＝6时，p_uplink＝50％，定义上下行比较子帧数N_uplink、N_downlink以及参考子帧数N_compare为

再定义上下行域计算因子为

优选的，步骤(6)中，置信度计算方法为：先计算上下行域计算因子差值δ_K＝|K'_uplink-K_downlink|，再计算置信度

其中C为比较门限，默认C＝5dB。

本发明的有益效果为：本发明通过建立TDD-LTE上行信号频域检测的二元模型，仅在频域对目标频段范围的峰值统计分析，从而判断出是否存在上行信号，计算得到对应的置信度；能够快速实现TDD上行信号存在性的判断，为无线环境安全性检测提供方便。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明上下行配比F＝2时上下行域计算因子K_uplink和K_downlink示意图。

图3为本发明上下行配比F＝6时上下行域计算因子K_uplink和K_downlink示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种TDD-LTE上行信号频域检测方法，包括如下步骤：

步骤1、定义二元检测模型

其中K’_uplink和K_downlink分别为上下行域计算因子；记{x(n),n＝1,2,……}为采样率f_s下得到的采样数据；

步骤2、以L个采样点为一帧数据长度，进行傅叶变换后，再计算功率谱，记第i帧功率谱为

其中

即每帧采样数据对应时间长度不能超过TDD-LTE一个子帧的时间1ms，这是因为TDD-LTE中资源调度，上下行配置等都是以子帧为单位的；

步骤3、在第i帧功率谱序列{Power_i(freq)}的目标频段内比较查找得到最大值点，记为m_i；连续记录N帧功率谱目标频段内的最大值点，得序列{m(i),i＝1,2,……,N}，其中

默认M＝1，即统计M秒内所有帧的峰值点；

步骤4、对峰值序列{m(i),i＝1,2,……,N}降序排序得{m'(i),i＝1,2,……,N}；

步骤5、在假设H₁的条件下，对于序列{m'(i),i＝1,2,……,N}其前百分比为p_uplink的值为上行频谱值，后百分比为(1-p_uplink)的值为下行频谱值；反之，在假设H₀的条件下降序排序后，其前百分比p_downlink的值为下行频谱值，后百分比(1-p_downlink)为上行值，其中p_uplink为上行子帧在每个TDD-LTE物理帧中时间占用百分比，p_downlink为下行子帧及S子帧在每个TDD-LTE物理帧中时间占用百分比，且p_downlink＝1-p_uplink，根据目标频段的上下行配置值F查表可得，表格如下；

步骤6、故推导并定义上下行域计算因子为：则当F≠6时，即F＝{0|1|2|3|4|5}，p_uplink≠50％，定义上下行统计子帧数N_uplink、N_downlink分别为

再定义上下行域计算因子为

当F＝6时，p_uplink＝50％，上式结果为K_uplink≡K_downlink计算因子将失去二元表征特性，故定义F＝6条件下的上下行比较子帧数N_uplink、N_downlink以及参考子帧数N_compare为

再定义上下行域计算因子为

步骤7、由于在上下行子帧占比统计中将S帧当做下行帧来进行处理，故需要对上行计算因子进行一定修正：定义计算式为K'_uplink＝K_uplink+K_fix，其中默认K_fix＝1.25dB；

步骤8、比较上下行域计算因子K'_uplink和K_downlink，当K'_uplink＞K_downlink时，判断有TDD-LTE上行信号；否则判断当前采样数据里无上行信号，仅有下行信号；

步骤9、进一步计算上下行域因子的差值δ_K，计算式为δ_K＝|K'_uplink-K_downlink|，进而再计算置信度

其中C为比较门限，默认C＝5dB。

下面以频段号band＝40，频点号earfch＝38950，对应频点freq＝2.33GHz的TDD上行信号为例对频域检测的二元模型进行举例说明。

步骤1、触发TDD-LTE终端在38950频点号上产生上行业务流量，采集设备较基站离终端距离更近，配置本振NCO＝2.1GHz，以f_s＝750MSps的采样速率采样得到时域数据{x(n),n＝1,2,……}；

步骤2、以L＝16384个采样点为一帧长度，加汉宁窗；再进行傅叶变换得到频域数据{X(f),f＝1,2,……,16384}，再计算功率谱；为了平滑消噪，连续取32帧数据求功率谱平均值；之后取平均功率谱中间600M带宽作为有效带宽，得有效功率谱为{Power_i(freq),freq＝1.8GHz,1.8G+45.77K,1.8G+91.54K,,……,2.4GHz}；

步骤3、已知目标带宽为{freq_t|freq≥2.32GHz且freq≤2.34GHz}，则提取对应频段的功率谱{Power_i(freq_t)}；再在提取的功率谱序列中，查找最大值

步骤4、重复步骤2～3，直到length(m(i))≥200，即统计深度N取值为200；

步骤5、对序列{m(i),i＝1,2,……,200}由大到小降序排序，得序列{m'(i),i＝1,2,……,200}，其中满足m'(i)≥m'(i+1)；

步骤6、已知当前现网环境上下行配比F＝2，查表可得p_uplink＝20％；则上行统计子帧数N_uplink＝N*p_uplink＝200*0.2＝40，下行统计子帧数N_downlink＝N-N_uplink＝200-40＝160；

步骤7、由输入参数，从序列{m'(i),i＝1,2,……,200}中提取上下行域计算因子，上行域计算因子

下行域计算因子

步骤8、对上行域计算因子修正K'_uplink＝K_uplink+K_fix＝24.133+1.25＝25.3833dB；

步骤9、根据频域检测二元模型

比较K'_uplink和K_downlink大小，得K_downlink<K'_uplink，即判断当前统计的采样数据中存在上行信号；

步骤10、计算δ_K＝|K'_uplink-K_downlink|＝4.6555dB，则步骤9判决为存在上行信号的置信度为p_trust＝δ_K/C＝4.6555/5.0＝93.11％。

如图2所示，为上下行配比为F＝2，终端有上行业务流量，采集设备较基站离终端距离更近情况下采集数据：对计算所得的排序后的序列{m(i),i＝1,2,……,200}做图，然后分别计算m序列对应的上下行统计长度N_uplink、N_downlink及统计所得均值画横线；接着根据上下行域计算因子的计算公式，计算得K_uplink和K_downlink画竖线。其中K_uplink＝24.1333dB，K_downlink＝20.7278dB；再对K_uplink修正得K'_uplink＝25.3833dB；最后得K'_uplink＞K_downlink，故判断有上行，置信度为p_trust＝93.11％。

同理，如图3所示，为上下行配比为F＝6，终端有上行业务流量，采集设备较基站离终端距离更近情况下采集数据：对m序列做图，并计算出N_uplink、N_downlink、K_uplink、K_downlink在图中标识出对应值的大小，其中K_uplink＝15.5095dB，K_downlink＝3.7875dB；再对K_uplink修正得K'_uplink＝16.7595dB；最后得K'_uplink＞K_downlink，故判断有上行，且δ_K＝12.072dB＞5dB，则置信度p_trust＝100％。

Claims

1.一种TDD-LTE上行信号频域检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)定义二元检测模型如下：

其中K_downlink为下行域计算因子,K’_uplink为上行域计算因子K_uplink的修正值；

默认M＝1；

(3)对{m(i),i＝1,2,……,N}进行降序排序得{m'(i),i＝1,2,……,N}；

(4)记目标TDD-LTE信号对应的上下行配比为F，其中F∈{0,1,2,3,4,5,6}，进而查表可得上行子帧在每个TDD-LTE物理帧中时间占用百分比记为p_uplink，并进一步计算得到上下行域计算因子K_uplink和K_downlink；

(6)比较上行域计算因子的修正值与下行域计算因子，当K'_uplink＞K_downlink时，判断有TDD-LTE上行信号；否则判断当前采样数据里仅有下行信号，并根据上下行域计算因子给出置信度。

2.如权利要求1所述的TDD-LTE上行信号频域检测方法，其特征在于，步骤(4)中，上下行域因子计算式为：当F≠6时，p_uplink≠50％，定义上下行统计子帧数N_uplink、N_downlink分别为

再定义上下行域计算因子为

3.如权利要求1所述的TDD-LTE上行信号频域检测方法，其特征在于，步骤(4)中，上下行域因子计算式为：当F＝6时，p_uplink＝50％，定义上下行比较子帧数N_uplink、N_downlink以及参考子帧数N_compare为

再定义上下行域计算因子为

4.如权利要求1所述的TDD-LTE上行信号频域检测方法，其特征在于，步骤(6)中，置信度计算方法为：先计算上行域计算因子的修正值与下行域计算因子的差值δ_K＝|K'_uplink-K_downlink|，再计算置信度

其中C为比较门限，默认C＝5dB。