CN111464245B - 适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，包括以下步骤：判断信号中是否包含TDMA信号；将平均后的信号数据映射到频域，通过不同制式信号带宽不同的特性对信号种类进行粗判定；借助同步信号的相关性对信号种类进行细判定；根据信号种类判定结果分别进行对应的帧同步；进行信号质量测量。本发明采用软硬件联合处理的形式，借助时分复用信号的时域特性、不同制式信号带宽存在差异性的特点以及各制式同步信号都具有良好自相关性的特点，分级处理实现了多制式信号的甄别并进行了相应的发射质量测量。

Description

适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制 的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及信号测量领域，具体是指一种适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法。
背景技术
随着通信技术的高速发展，短短几十年中已有5代通信系统相继面世，现阶段运营商面临大规模基站建设需求与有限的建网投资的冲突。传统基站通常基于专用平台，不能实现基站间、系统间的资源共享，这将会带来巨大的人力、财力消耗。多制式基站可以在同一平台上实现多制式的系统，实现包括基带、射频和传输等资源共享，在很大程度上可以解决运行商面临的困境。基站的研发过程离不开测试仪表的助力，尤其是信号分析仪。从成本的角度考虑，在实际操作过程中研发人员更希望单台信号分析仪就可以完成多制式信号的信号发射质量的测量，这也是本发明的出发点。
本发明主要针对信号分析仪接收的信号含有GSM、WCDMA、TD-SCDMA、TD-LTE、以及FR1频段的5G NR中的一种或者多种。主要实现对信号制式种类的甄别以及信号发射质量的测量。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足功率准确、操作简便、适用范围较为广泛的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法。
为了实现上述目的，本发明的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法如下：
该适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)校准分析仪平台，搭建测试环境；
(2)借助于第一FIFO存储器对A/D采集的数据进行降噪预处理；
(3)对采集的数据是否包含TDMA信号进行判断并将判断结果存入第二FIFO存储器，如果判定结果是不包含TDMA信号，则直接判定所接收的信号为WCDMA信号，直接进入步骤(8)；
(4)上位机从第一FIFO存储器中读取数据并将读取到的数据映射到频域；
(5)通过不同制式信号带宽不同的特性对信号种类进行粗判定；
(6)根据粗判定的结果进行对应的匹配滤波，通过同步信号的相关性对信号种类进行细判定；
(7)根据信号种类判定结果分别进行对应的帧同步；
(8)进行信号质量测量。
较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)平台的A/D模块以245.76MHz的采样率采集数据，采集数据的同时更新计数器；
(2.2)计数器控制累加状态机，如果计数器的取值为2457600的倍数则触发累加状态机，允许数据以对位累加的方式存入第一FIFO存储器，通过累加的方式实现对数据的降噪处理；
(2.3)当计数器的取值为24576000时触发数据上传状态机，上位机从第一FIFO存储器、第二FIFO存储器中读取所需信息；
(2.4)当上位机读取所需信息后，触发计数器清零状态机和FIFO清空状态机分别实现对计数器的清零和对第一FIFO存储器、第二状态机的清空。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)在计数器和预判断状态机联合作用下，分析仪平台在A/D模块采集数据的同时计算各数据点的功率；
(3.2)将功率高于底噪功率15dB的数据作为统计样本点；
(3.3)设定样本统计容量，在指定长度范围内计算样本功率波动幅度，如果波动幅度超过10dB，则判断信号中包含TDMA信号，将判断结果存入第二FIFO存储器，并触发预判断状态机停止计算数据功率，样本容量设定为172032，对应0.7ms长度的数据。
较佳地，所述的步骤(5)具体包括以下步骤：
(5.1)计算频域数据底噪功率，剔除底噪，从分析带宽有效频点处往中心频率处依次滑动，得出有效带宽的个数以及有效带宽的宽度；
(5.2)根据有效带宽个数判断信号个数，根据有效带宽的宽度判断信号种类，将有效带宽约为200kHz的信号判定为GSM，将有效带宽约为1.28MHz的信号判定为TD-SCDMA，将有效带宽大于1.28MHz的信号归为WCDMA、TD-LTE、5G NR信号的某一种。
较佳地，所述的步骤(5.1)具体包括以下步骤：
(5.1.1)以200kHz的宽度作为搜索窗，对带宽两端各10组的频域数据分别计算平均功率；
(5.1.2)去掉这20组平均功率最大值、次大值、最小值和次小值，对剩下的16个功率平均值再次求平均值，计算得到频域底噪平均功率。
较佳地，所述的步骤(6)具体包括以下步骤：
(6.1)对信号做匹配滤波，提高信号的信噪比；
(6.2)将数据降采样后与本地生成的WCDMA主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为WCDMA信号；如果不是则进行(6.3)操作；
(6.3)将数据降采样后与本地生成的TD-LTE主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为TD-LTE信号；如果不是则判定为5G NR信号。
本发明采用软硬件联合处理的形式，借助时分复用(TDMA)信号的时域特性、不同制式信号带宽存在差异性的特点以及各制式信号同步信号都具有良好自相关性的特点，分级处理实现了多制式信号的甄别并进行了相应的发射质量测量。
附图说明
图1为本发明的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法的流程图。
图2为本发明的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法的判断信号包含TDMA信号的流程图。
图3为本发明的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法的计算功率并选择统计样本的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，其中包括以下步骤：
(1)校准分析仪平台，搭建测试环境；
(2)借助于第一FIFO存储器对A/D采集的数据进行降噪预处理；
(2.1)平台的A/D模块以245.76MHz的采样率采集数据，采集数据的同时更新计数器；
(2.2)计数器控制累加状态机，如果计数器的取值为2457600的倍数则触发累加状态机，允许数据以对位累加的方式存入第一FIFO存储器，通过累加的方式实现对数据的降噪处理；
(2.3)当计数器的取值为24576000时触发数据上传状态机，上位机从第一FIFO存储器、第二FIFO存储器中读取所需信息；
(2.4)当上位机读取所需信息后，触发计数器清零状态机和FIFO清空状态机分别实现对计数器的清零和对第一FIFO存储器、第二状态机的清空。
(3)对采集的数据是否包含TDMA信号进行判断并将判断结果存入第二FIFO存储器，如果判定结果是不包含TDMA信号；则直接判定所接收的信号为WCDMA信号；直接进入步骤(8)；
(3.1)在计数器和预判断状态机联合作用下，分析仪平台在A/D模块采集数据的同时计算各数据点的功率；
(3.2)将功率高于底噪功率15dB的数据作为统计样本点；
(3.3)设定样本统计容量，在指定长度范围内计算样本功率波动幅度，如果波动幅度超过10dB，则判断信号中包含TDMA信号，将判断结果存入第二FIFO存储器，并触发预判断状态机停止计算数据功率，样本容量设定为172032，对应0.7ms长度的数据。
(4)上位机从第一FIFO存储器中读取数据并将读取到的数据映射到频域；
(5)通过不同制式信号带宽不同的特性对信号种类进行粗判定；
(5.1)计算频域数据底噪功率，剔除底噪，从分析带宽有效频点处往中心频率处依次滑动，得出有效带宽的个数以及有效带宽的宽度；
(5.1.1)以200kHz的宽度作为搜索窗，对带宽两端各10组的频域数据分别计算平均功率；
(5.1.2)去掉这20组平均功率最大值、次大值、最小值和次小值，对剩下的16个功率平均值再次求平均值，计算得到频域底噪平均功率。
(5.2)根据有效带宽个数判断信号个数，根据有效带宽的宽度判断信号种类，将有效带宽约为200kHz的信号判定为GSM，将有效带宽约为1.28MHz的信号判定为TD-SCDMA，将有效带宽大于1.28MHz的信号归为WCDMA、TD-LTE、5G NR信号的某一种。
(6)根据粗判定的结果进行对应的匹配滤波，通过同步信号的相关性对信号种类进行细判定；
(6.1)对信号做匹配滤波，提高信号的信噪比；
(6.2)将数据降采样后与本地生成的WCDMA主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为WCDMA信号；如果不是则进行(6.3)操作；
(6.3)将数据降采样后与本地生成的TD-LTE主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为TD-LTE信号；如果不是则判定为5G NR信号。
(7)根据信号种类判定结果分别进行对应的帧同步；
(8)进行信号质量测量。
本发明的具体实施方式中，采用软硬件联合方式通过多级处理实现对接收信号所含制式种类的甄别并对信号发射质量进行测量，其具体操作主要包括：1.判断接收数据是否包含时分复用(TMDA)信号；2.将信号映射到频域，利用不同制式信号带宽不同的特性进行信号种类粗判定；3.根据粗判定的结果进行对应的匹配滤波并利用同步信号具有很好的相关性进行信号种类的细判定；4.根据信号种类判定结果分别进行对应的帧同步；5.信号质量测量。其中步骤1由硬件完成，其他步骤由软件完成，本发明合理利用硬件处理速度快、软件处理灵活度的特点，实现对多制式信号发射质量的测量。
本发明实现分析仪平台对多制式信号发射质量测量，该方法包括以下步骤：
步骤1、分析仪平台校准。借助于领域内可靠性顶尖的信号源对分析仪平台进行校准，削弱相位噪声、弥补功率不准等问题。
步骤2、搭建测试环境。利用传输导线将基站的射频输出端口与分析仪射频输入端口相连，为了消除信号分析仪平台本身的时钟延迟带来的干扰，减少由于发送频率偏移而引发的相位噪声等问题，基站与信号分析仪之间需要连接10MHz参考线以及Trigger线。
步骤3、判断信号中是否包含时分复用(TDMA)信号。具体流程如图2所示。
具体流程如下：
(1)由分析仪平台A/D模块以245.76MHz的采样率采集数据，每2467600长度为一轮送入第一FIFO存储器，第一FIFO存储器对每一轮的数据进行对位累加；
(2)在获得数据的同时，计算其功率，选出高于底噪功率15dB的数据点作为统计样本，以172032长度为一段，当该段内样本功率波动幅度超过10dB，则判断存在TDMA信号，当预判为存在TDMA信号时，判断结果存入第二FIFO存储器，同时控制预判断状态机，不再读取数据计算功率，其中长度172032对应0.7ms的数据，具体操作流程如图3所示；
(3)检测过程涉及到几个状态机，具体作用如下：
A.计数器控制累加状态机、预判断状态机以及数据上传状态机。
当计数器的数值满足为2457600的倍数，触发累加状态机，第一FIFO寄存器以对位累加的方式存入数据；
当计数器的数值满足2457600的倍数时，触发预判断状态机，开始计算数据点功率；
当计数器中数值等于24576000时触发数据上传状态机，上位机读取第一FIFO存储器中的数据以及第二存储器中的信号种类预判断结果。
B.上位机读取数据后会改变FIFO清空状态机以及计数器清零状态机，两者分别完成清空FIFO内数据以及重置计数器，为一下次上位机读取数据做准备。
步骤4、软件将上位机读取的数据求平均，以提高数据信噪比。
步骤5、如果步骤3结果判断出所采集的数据不含有TDMA信号，则直接判定所采集的数据只包含WCDMA信号，转到步骤8；如果步骤3判断出含有TDMA信号则将平均后的数据映射到频域。
步骤6、信号种类粗判断。计算频域数据底噪功率，剔除底噪，从分析带宽有效频点处往中心频率处依次滑动，大致得出有效带宽的个数以及有效带宽的宽度，根据带宽个数判断信号个数、依据有效带宽的宽度大致判断信号种类，GSM信号带宽200kHz、WCDMA信号带宽5MHz左右、TD-SCDMA信道带宽1.28MHz、LTE最低带宽1.4M最高带宽20MHz，FR1频段的5GNR最低带宽5M最高带宽100MHz。其中频域底噪功率计算方式如下：已200kHz的宽度作为搜索窗，分别计算分析带宽两端各10组的频域数据分别计算平均功率，去掉这20组平均功率最大值、次大值、最小值、次小值，对剩下的16个功率平均值再次求平均，得到频域底噪平均功率。
步骤7、信号种类细判断。由步骤6可知，WCDMA、TD-LTE和FR1频段的5G NR信号由于带宽种类有可能相同，因此需要另外的操作进行区分，具体操作为：对信号做匹配滤波，提高信号的信噪比，将数据降采样后先与与本地生成的WCDMA主同步信号做滑动相关，如果出现相关峰，则信号为WCDMA信号，否则需要将信号降采样后与本地生成的LTE主同步信号做滑动相关，如果出现相关峰，则信号为TD-LTE,否则信号判定为5G NR信号。步骤8、信号质量测量。
采用了本发明的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，本发明采用软硬件联合处理的形式，借助时分复用(TDMA)信号的时域特性、不同制式信号带宽存在差异性的特点以及各制式信号同步信号都具有良好自相关性的特点，分级处理实现了多制式信号的甄别并进行了相应的发射质量测量。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (3)

1.一种适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)校准分析仪平台，搭建测试环境；
(2)借助于第一FIFO存储器对A/D采集的数据进行降噪预处理；
(3)对采集的数据是否包含TDMA信号进行判断并将判断结果存入第二FIFO存储器，如果判定结果是不包含TDMA信号，则直接判定所接收的信号为WCDMA信号，直接进入步骤(8)；
(4)上位机从第一FIFO存储器中读取数据并将读取到的数据映射到频域；
(5)通过不同制式信号带宽不同的特性对信号种类进行粗判定；
(6)根据粗判定的结果进行对应的匹配滤波，通过同步信号的相关性对信号种类进行细判定；
(7)根据信号种类判定结果分别进行对应的帧同步；
(8)进行信号质量测量；
所述的步骤(5)具体包括以下步骤：
(5.1)计算频域数据底噪功率，剔除底噪，从分析带宽有效频点处往中心频率处依次滑动，得出有效带宽的个数以及有效带宽的宽度；
(5.2)根据有效带宽个数判断信号个数，根据有效带宽的宽度判断信号种类，将有效带宽约为200kHz的信号判定为GSM，将有效带宽约为1.28MHz的信号判定为TD-SCDMA，将有效带宽大于1.28MHz的信号归为WCDMA、TD-LTE、5G NR信号的某一种；
所述的步骤(5.1)中计算频域数据底噪功率的步骤具体包括以下处理过程：
(5.1.1)以200kHz的宽度作为搜索窗，对带宽两端各10组的频域数据分别计算平均功率；
(5.1.2)去掉这20组平均功率最大值、次大值、最小值和次小值，对剩下的16个功率平均值再次求平均值，计算得到频域底噪平均功率；
所述的步骤(6)具体包括以下步骤：
(6.1)对信号做匹配滤波，提高信号的信噪比；
(6.2)将数据降采样后与本地生成的WCDMA主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为WCDMA信号；如果不是则进行(6.3)操作；
(6.3)将数据降采样后与本地生成的TD-LTE主同步信号做滑动相关，如果相关结果出现相关峰则判定为TD-LTE信号；如果不是则判定为5G NR信号。
2.根据权利要求1所述的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)平台的A/D模块以245.76MHz的采样率采集数据，采集数据的同时更新计数器；
(2.2)计数器控制累加状态机，如果计数器的取值为2457600的倍数则触发累加状态机，允许数据以对位累加的方式存入第一FIFO存储器，通过累加的方式实现对数据的降噪处理；
(2.3)当计数器的取值为24576000时触发数据上传状态机，上位机从第一FIFO存储器、第二FIFO存储器中读取所需信息；
(2.4)当上位机读取所需信息后，触发计数器清零状态机和FIFO清空状态机分别实现对计数器的清零和对第一FIFO存储器、第二状态机的清空。
3.根据权利要求1所述的适用于信号分析仪平台的实现多制式信号发射质量测量控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)在计数器和预判断状态机联合作用下，分析仪平台在A/D模块采集数据的同时计算各数据点的功率；
(3.2)将功率高于底噪功率15dB的数据作为统计样本点；
(3.3)设定样本统计容量，在指定长度范围内计算样本功率波动幅度，如果波动幅度超过10dB，则判断信号中包含TDMA信号，将判断结果存入第二FIFO存储器，并触发预判断状态机停止计算数据功率，样本容量设定为172032，对应0.7ms长度的数据。
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