CN112235215B - 一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备,所述方法包括步骤:实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号;对所述IQ数字信号进行粗时偏估计、粗频偏估计、细时偏与细频偏联合估计以及多径参数估计计算,获得无线信道特征参数。本发明可实现在不改变网络架构的情况下,精确地对浮空平台基站无线信道参数进行估计,从而获得准确的无线信道特征参数。

Description

一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,特别涉及一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备。
背景技术
浮空平台空间移动通信(下称浮空平台)是无线基础设施建设的新方向,为了提供高质量的服务,对浮空平台高空无线信道的测量是很有必要的。通过信道探测得到大量的原始数据,从而分析得到信道模型中的参数值,可为浮空平台空间移动通信的研究和系统性能仿真提供基本的无线信道模型参考。
目前,无线信道探测领域仍然严重依赖国外无线信道探测器或由专业的信号产生器作为发射机,频谱分析仪作为接收机等多台仪器设备来搭建复杂的无线信道探测系统,这些国外仪器设备通常价格非常昂贵,而且还存在应用场景的局限性和信道测量精度不够,以及测试方式不灵活等诸多缺点。现有的一些专业测量设备,比如扫频仪,主要的功能还是基于广播信号做小区覆盖的测量,重点关注的是广播信号的RSRP/RSRQ等功率信息,其次是进行信道冲激响应的分析,从而得出瞬时的无线信道参数信息,如多径数目和多径时延等,但是其依然存在分析速度慢,分析精度不够的问题。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足,提供一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备,旨在解决现有无线信道探测技术存在信道测量精度较差的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种无线信道探测方法,其中,包括步骤:
实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号;
对所述IQ数字信号进行粗时偏估计、粗频偏估计、细时偏与细频偏联合估计以及多径参数估计计算,获得无线信道特征参数。
所述的无线信道探测方法,其中,所述实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号的步骤包括:
实时采集浮空平台基站的广播信号;
对所述广播信号进行下变频以及A/D转换处理,得到IQ数字信号,所述IQ数字信号的时域表示符号为r(n),n为时间采样点索引,所述IQ数字信号的频域表示符号为R(k),k为子载波索引,所述IQ数字信号的总长度符号表示为Nt
所述的无线信道探测方法,其中,对所述IQ数字信号进行粗时偏估计的步骤包括:
所述IQ数字信号包括主同步信号和辅同步信号,采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0
采用辅同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S1
计算平均粗时偏估计S3=(S0+S1)/2,并将所述平均粗时偏估计作为无线信道的粗时偏估计参数。
所述的无线信道探测方法,其中,所述采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0的步骤包括:
在接收端生成
Figure BDA0002674273910000021
组本地PSS序列
Figure BDA0002674273910000022
Figure BDA0002674273910000023
组本地SSS序列
Figure BDA0002674273910000024
将所述本地PSS序列与接收信号进行滑动相关,检测到的峰值为PSS序列所在的位置,其中PSS检测与粗时偏估计的时域相关算法表达式为:
Figure BDA0002674273910000031
其中,r*(·)表示取共轭,则
Figure BDA0002674273910000032
为估计的小区ID组内编号。
所述的无线信道探测方法,其中,对所述IQ数字信号进行粗频偏估计的步骤包括:
对接收信号进行粗时偏补偿r1(n)=r(n+S3),检测到的本地PSS序列为
Figure BDA0002674273910000033
使用接收信号与本地PSS序列相乘获得修正后的信号d(n),并进行N点的FFT变换,则粗频偏估计算法表达式如下所示:
Figure BDA0002674273910000034
则粗频偏估计由以下式子得到:
Figure BDA0002674273910000035
其中,kmax为FFT输出的最大值对应的索引,Ts为采样间隔。
所述的无线信道探测方法,其中,对所述IQ数字信号进行细时偏与细频偏联合估计的步骤包括:
对接收信号进行粗频偏补偿
Figure BDA0002674273910000036
其中,0≤n≤Nt
获取本地的频域PSS信号和频域SSS信号,分别表示为
Figure BDA0002674273910000037
Figure BDA0002674273910000038
将接收的时域PSS信号和时域SSS信号通过FFT变换转换为频域信号,分别表示为
Figure BDA0002674273910000039
Figure BDA00026742739100000310
则通过以下公式分别去除PSS和SSS调制序列的影响:
Figure BDA00026742739100000311
将修正后的PSS和SSS序列合并成一个矩阵,如下所示:
Figure BDA0002674273910000041
通过合并后的矩阵,分别估计出细时偏和细频偏,如以下公式所示:
Figure BDA0002674273910000042
Figure BDA0002674273910000043
所述的无线信道探测方法,其中,所述广播信号的时偏估计值S5=S3+S4;所述广播信号的频偏估计值F2=F0+F1
所述的无线信道探测方法,其中,对所述IQ数字信号进行多径参数估计计算的步骤包括:
在通过PSS和SSS同步的过程中,获得SSB信号的相对位置以及小区ID信息;
提取出PBCH信号,其中PBCH为基站发送的广播信道,在PBCH的OFDM符号中,插入DMRS导频信号用于信道估计;
联合PSS、SSS、PBCH以及DMRS,使用MUSIC算法进行多径数目和多径时延估计,获得多径数目L和对应的时延τp(0≤p≤L-1)。
一种计算机可读存储介质,其中,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现本发明所述无线信道探测方法中的步骤。
一种终端设备,其中,包括:处理器、存储器及通信总线;所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序;
所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信;
所述处理器执行所述计算机可读程序时实现本发明所述无线信道探测方法中的步骤。
有益效果:与现有技术相比,本发明提供的无线信道探测方法,在不改变浮空平台基站网络架构的情况下,首先采集浮空平台基站广播信号,经过下变频、A/D转换操作变成IQ数字信号,然后传输给内存进行存储,最后通过对IQ数字信号进行计算实现对无线信道参数进行估计,本发明中的IQ数字信号的频偏估计、时偏估计分为粗/细两步估计,多径参数的估计采用超分辨MUSIC算法,可以较大的提升无线信道参数估计的动态范围和精度。
附图说明
图1为浮空平台覆盖陆地高空无线信道传输模型示意图。
图2为信道探测试验模型示意图。
图3为本发明提供的一种无线信道探测方法较佳实施例的流程图。
图4为SSB信号时频结构示意图。
图5为本发明提供的终端设备的结构原理图。
具体实施方式
本发明提供一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语),具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语,应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样被特定定义,否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图,通过对实施例的描述,对发明内容作进一步说明。
浮空平台无线信道传输模型如图1所示,由于浮空平台基站位于高空位置,其比地面基站的高度要高很多,浮空平台与地面接收机之间的传输存在直射路径分量和非视距反射多径分量,因此其信道模型可视为莱斯信道。图2为信道探测实验模型示意图,基站悬挂在浮空平台上,移动接收机在特定俯仰角下进行数据采集,基站正常做数据业务。
由于无线信道决定了通信系统的性能,因此在真实的传播场景中,信道参数的详细内容和准确表征是至关重要的。一种普遍的信道探测做法是基于专用的设备(包含专用的信号发射机,信号接收机等)。然而,在浮空平台基站覆盖陆地/海洋的无线网络中,使用传统的信道探测器存在成本过高信道测量精度不够以及空域管理限制的问题。
基于现有技术所存在的问题,本发明实施方式提供了一种无线信道探测方法,如图3所示,其包括步骤:
S10、实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号;
S20、对所述IQ数字信号进行粗时偏估计、粗频偏估计、细时偏与细频偏联合估计以及多径参数估计计算,获得无线信道特征参数。
本实施例提出基于基站现有的广播信号,地面基于通用信号接收机和通用数字信号处理平台相结合的方式进行信道探测,其中,IQ数字信号的频偏估计、时偏估计分为粗/细两步估计,多径参数的估计采用超分辨MUSIC算法,可以实现在不改变网络架构的情况下,精确地对浮空平台基站无线信道参数进行估计,从而获得准确的无线信道特征参数。
以下基于浮空平台5G基站的广播信号(SSB)对无线信道探测方法进行描述,为了支持小区搜索,每个5G小区会周期的发送同步信号,所述同步信号由两部分组成:主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary SynchronizationSignal,SSS)。PSS,SSS和物理层广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)一起组合成SSB(Synchronization Signal Block)。
如图4所示,SSB在时域上包含4个正交频分复用技术(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)符号,在频域上包含240个子载波。PSS在SSB的第一个OFDM符号传输,频域包含127个子载波,其他的子载波不发送任何数据。SSS在SSB的第三个OFDM传输,与PSS占用相同数量的子载波。在SSS的两边分别有8个和9个空子载波。物理层广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)在第2、4个OFDM符号位置。并且使用SSS周边的48个子载波。因此每个SSB中PBCH占用的子载波数量为576,其中也包含了用于传输DMRS的子载波。
在一些实施方式中,所述实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号的步骤包括:实时采集浮空平台基站的广播信号;对所述广播信号进行下变频以及A/D转换处理,得到IQ数字信号,所述IQ数字信号的时域表示符号为r(n),n为时间采样点索引,所述IQ数字信号的频域表示符号为R(k),k为子载波索引,所述IQ数字信号的总长度符号表示为Nt
具体来讲,本实施例提供的无线信道探测方法是基于无线信道探测设备来实现的,所述无线信道探测设备可分为信号采集模块以及数据分析模块,所述信号采集模块用于实时采集基站发送的广播信号,进行下变频,A/D转换操作,生成IQ数字信号并缓存,所述IQ数字信号包括同向信号和正交信号,所述正交信号与同向信号的相位差90°;接着将所述IQ数字信号传输至存储模块进行存储,所述数据分析模块可调用所述存储模块中的IQ数字信号进行分析处理,所述数据分析模块为非实时处理模块,其通过通用数字信号处理平台进行实现,可以满足不同的信号格式所需要的不同信道参数估计算法。本实施例将信道探测设备分为实时采集模块和非实时数据分析模块,可以避免采集数据信号的丢失,并且可以提高信道参数估计的精度。作为举例,所述信号采集模块可以为通用信号接收机,所述数据分析模块为通用数字信号处理平台,则本实施例提供的无线信道探测方法可基于通用信号接收机和通用数字信号处理平台相结合的方式进行信道探测,从而实现在不改变网络架构的情况下,准确地进行浮空平台基站无线信道探测。
在一些实施方式中,对所述IQ数字信号进行粗时偏估计的步骤包括:所述IQ数字信号包括主同步信号和辅同步信号,采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0;采用辅同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S1;计算平均粗时偏估计S3=(S0+S1)/2,并将所述平均粗时偏估计作为无线信道的粗时偏估计参数。
具体来讲,在5G系统中,有1008种不同的小区ID,分为336组,每组3个。ID号
Figure BDA0002674273910000081
其中
Figure BDA0002674273910000082
代表组数,
Figure BDA0002674273910000083
代表组内编号,
Figure BDA0002674273910000084
Figure BDA0002674273910000085
分别由主同步信号和辅同步信号确定。粗时偏估计的算法流程为:首先产生3组本地PSS序列
Figure BDA0002674273910000086
和336组本地SSS序列
Figure BDA0002674273910000087
然后分别将本地PSS序列、SSS序列与接收信号进行滑动相关,检测到的峰值即为PSS和SSS所在的位置,PSS检测与时偏估计的时域相关算法表达式为:
Figure BDA0002674273910000091
其中r*(·)表示取共轭,则
Figure BDA0002674273910000092
为估计的小区ID组内编号。在本实施例中,所述接收信号即IQ数字信号,检测到的峰值即为max操作,arg max的意思是在求得参数u,S0以使得表达式取到最大值。
同理,SSS检测与时偏估计的时域相关算法表达式为:
Figure BDA0002674273910000093
其中r*(·)表示取共轭,则
Figure BDA0002674273910000094
为估计的小区ID组编号。
所述的无线信道探测方法,其中,所述采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0的步骤包括:
在接收端生成3组本地PSS序列
Figure BDA0002674273910000095
和336组本地SSS序列
Figure BDA0002674273910000096
将所述本地PSS序列与接收信号进行滑动相关,检测到的峰值为PSS序列所在的位置,其中PSS检测与粗时偏估计的时域相关算法表达式为:
Figure BDA0002674273910000097
其中,r*(·)表示取共轭,则
Figure BDA0002674273910000098
为估计的小区ID组内编号。
在一些实施方式中,对所述IQ数字信号进行粗频偏估计的步骤包括:对接收信号进行粗时偏补偿r1(n)=r(n+S3),进行时偏补偿之后,可以使用PSS符号在时域进行粗频偏估计。假设粗时偏补偿后的接收信号为r1(n),检测到的PSS本地序列为
Figure BDA0002674273910000101
使用接收信号与本地PSS序列相乘获得修正后的信号d(n),并进行N点的FFT变换。则粗频偏估计算法表达式如下所示:
Figure BDA0002674273910000102
则粗频偏估计由以下式子得到:
Figure BDA0002674273910000103
其中,kmax为FFT输出的最大值对应的索引,Ts为采样间隔。
在一些实施方式中,对所述IQ数字信号进行细时偏与细频偏联合估计的步骤包括:对接收信号进行粗频偏补偿
Figure BDA0002674273910000104
其中,0≤n≤Nt假设接收信号的表达式为r2(n)。由于接收信号会因为时偏而产生相位旋转。相位旋转与子载波的频率成正比列,所以可以用频域接收信号中相邻子载波的相位差来估计时偏。另外如果连续发射两个相同的训练符号,那么在频偏为β的情况下,相应两个接收信号之间的关系为:
Figure BDA0002674273910000105
所以使用PSS和SSS进行细时偏/细频偏联合估计算法的步骤如下所示:
1)、获取本地的频域PSS信号和频域SSS信号,分别表示为
Figure BDA0002674273910000106
Figure BDA0002674273910000107
将接收的时域PSS信号和时域SSS信号通过FFT变换转换为频域信号,分别表示为
Figure BDA0002674273910000108
Figure BDA0002674273910000109
则通过以下公式分别去除PSS和SSS调制序列的影响:
Figure BDA00026742739100001010
2)、将修正后的PSS和SSS序列合并成一个矩阵,如下所示:
Figure BDA00026742739100001011
3)、通过合并后的矩阵,分别估计出细时偏和细频偏,如以下公式所示:
Figure BDA0002674273910000111
Figure BDA0002674273910000112
在一些具体的实施方式中,基于上述计算,得到所述广播信号的时偏估计值S5=S3+S4;所述广播信号的频偏估计值F2=F0+F1
在一些实施方式中,根据公式
Figure BDA0002674273910000113
对接收信号进行细时偏和细频偏补偿,在对接收信号进行细时偏和细频偏补偿后,假设接收信号的表达式为r3(n)。另外在通过PSS和SSS同步的过程中,已经获得了SSB信号的相对位置,以及小区ID信息。则可以提取出PBCH信号,其中PBCH为基站发送的广播信道,在PBCH的OFDM符号中,插入了解调参考信号(DMRS)导频信号用于信道估计。本实施例使用此频域上的DMRS符号进行多径数目和多径时延估计。具体来讲,实际的电磁波传播环境存在严重的多径现象,电磁波会在障碍物表面发生反射、散射和绕射等现象,使接收端接收到的信号存在不同的时延和强度。电磁波的达到多径传输信道通常可以表示为如下模型:
Figure BDA0002674273910000114
其中,L为多径信道的路径数目,ap和τp(t)是在t时刻第p条路径接收信号哦的衰减系数和到达实际延迟。τp按照多径信号达到时间先后顺序排列,则τ0为第一条路径信号时延,即浮空平台信道模型下的视距路径。根据信道模型,多径环境下接收信号可以描述为:
Figure BDA0002674273910000115
其中s(n)为发送信号,w(n)为高斯白噪声。
根据信道模型,多径环境下接收信号可以描述为:
Figure BDA0002674273910000116
其中s(n)为发送信号,w(n)为高斯白噪声。
对以上信号经过FFT变换后可以表示为:
Figure BDA0002674273910000121
其中N为PBCH的OFDM符号中,DMRSF符号的个数。S(k)=FFT{s(n)},W{k}=FFT(w(n))。
则信道的频域冲激响应为:
Figure BDA0002674273910000122
则对于N个子信道(对于OFDM符号,每个频域上的DMRS符号可以看成是一个子信道,每一个OFDM子信道传输一个DMRS符号)使用向量表示为:
Figure BDA0002674273910000123
Figure BDA0002674273910000124
Figure BDA0002674273910000125
则矩阵形式表示为:
H=B·A+W′;
计算H的自相关矩阵为:
RHH=E{H·HH};
将RHH进行特征值分解:
RHH=UΣVH,其中Σ=diag[λ12,…,λL],并且自相关矩阵RHH的特征值为:
Figure BDA0002674273910000126
所以当存在加性高斯白噪声时,观测数据向量s自相关矩阵的特征值由两部分组成:前L个特征值等于
Figure BDA0002674273910000131
与白噪声方差
Figure BDA0002674273910000132
之和,后面N-L个特征值全部等于白噪声方差。它们所对应的特征向量分别是信号特征向量和噪声特征向量。因此,对应于信号和噪声的特征向量,包含了信号向量s的N维子空间被划分为两个正交的子空间:信号子空间和噪声子空间。噪声子空间的投影矩阵被定义为:
Figure BDA0002674273910000133
由于向量B(τk)仅存在于信号子空间,而信号子空间正交于噪声子空间,所以B(τk)也正交于噪声子空间,则:PwB(τk)=0;
所以,多径时延参数τk,0≤k≤L-1就能通过搜素下式的MUSIC伪谱峰值获得:
Figure BDA0002674273910000134
在一些实施方式中,还提供一种计算机可读存储介质,其中,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现本发明所述无线信道探测方法中的步骤。
在一些实施方式中,还提供一种终端设备,如图5所示,其包括至少一个处理器(processor)20;显示屏21;以及存储器(memory)22,还可以包括通信接口(CommunicationsInterface)23和总线24。其中,处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令,以执行上述实施例中的方法。
此外,上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器22作为一种计算机可读存储介质,可设置为存储软件程序、计算机可执行程序,如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块,从而执行功能应用以及数据处理,即实现上述实施例中的方法。
存储器22可包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外,存储器22可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器。例如,U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质,也可以是暂态存储介质。
此外,上述存储介质以及终端设备中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明,在这里就不再一一陈述。
在一些具体的实施方式中,所述终端设备为无线信道探测设备,其可包括信号采集模块以及数据分析模块,所述信号采集模块用于实时采集基站发送的广播信号,进行下变频,A/D转换操作,生成IQ数字信号并缓存,所述IQ数字信号包括同向信号和正交信号,所述正交信号与同向信号的相位差90°;接着将所述IQ数字信号传输至存储模块进行存储,所述数据分析模块可调用所述存储模块中的IQ数字信号进行分析处理。
本实施例中,所述信号采集模块为实时处理模块,所述数据分析模块为非实时处理模块,所述实时处理模块负责数据采集和传输,非实时处理模块负责无线信道参数的估计。这样的设计架构能够在数据连续采集的情况下,优先保证参数估计的准确性和精度。并且不需要基站与接收机严格的时间同步。
综上所述,本发明提供的无线信道探测方法,可以在不改变浮空平台基站信号发送格式与组网方式的前提下,采集基站广播信号进行信道探测,不需要对发送端硬件和波形格式进行修改。相对于传统的使用专用发射机和专用接收机进行信道探测,可以节省大量的成本,并且更具灵活性。本发明提出的信号处理算法流程,通过先进行粗时偏估计和粗频偏估计,后进行细时偏估计和细频偏估计,可以同时兼顾估计值的动态范围和精度;并且采用超分辨MUSIC算法进行多径参数的估计,可以摆脱多径时延精度受采样率的限制,从而获得在不改变浮空平台基站网络架构的情况下,首先采集浮空平台基站广播信号,经过下变频、A/D转换操作变成IQ数字信号,然后传输给内存进行存储,最后通过对IQ数字信号进行计算实现对无线信道参数进行估计,本发明中的IQ数字信号的频偏估计、时偏估计分为粗/细两步估计,多径参数的估计采用超分辨MUSIC算法,可以较大的提升无线信道参数估计的动态范围和精度。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无线信道探测方法,其特征在于,包括步骤:
实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号;
对所述IQ数字信号进行粗时偏估计、粗频偏估计、细时偏与细频偏联合估计以及多径参数估计计算,获得无线信道特征参数;
对所述IQ数字信号进行粗时偏估计的步骤包括:
所述IQ数字信号包括主同步信号和辅同步信号,采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0
采用辅同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S1
计算平均粗时偏估计S3=(S0+S1)/2,并将所述平均粗时偏估计作为无线信道的粗时偏估计参数;
对所述IQ数字信号进行粗频偏估计的步骤包括:
对接收信号进行粗时偏补偿r1(n)=r(n+S3),检测到的本地PSS序列为
Figure FDA0003793047320000011
使用接收信号与本地PSS序列相乘获得修正后的信号d(n),并进行N点的FFT变换:
Figure FDA0003793047320000012
则粗频偏估计由以下式子得到:
Figure FDA0003793047320000013
其中,kmax为FFT输出的最大值对应的索引,Ts为采样间隔;
对所述IQ数字信号进行细时偏与细频偏联合估计的步骤包括:
对接收信号进行粗频偏补偿
Figure FDA0003793047320000014
其中,0≤n≤Nt,Nt为IQ数字信号的总长度;
获取本地的频域PSS信号和频域SSS信号,分别表示为
Figure FDA0003793047320000015
Figure FDA0003793047320000016
将接收的时域PSS信号和时域SSS信号通过FFT变换转换为频域信号,分别表示为
Figure FDA0003793047320000021
Figure FDA0003793047320000022
则通过以下公式分别去除PSS和SSS调制序列的影响:
Figure FDA0003793047320000023
将修正后的PSS和SSS序列合并成一个矩阵,如下所示:
Figure FDA0003793047320000024
通过合并后的矩阵,分别估计出细时偏和细频偏,如以下公式所示:
Figure FDA0003793047320000025
Figure FDA0003793047320000026
对所述IQ数字信号进行多径参数估计计算的步骤包括:
在通过PSS和SSS同步的过程中,获得SSB信号的相对位置以及小区ID信息;
提取出PBCH信号,其中PBCH为基站发送的广播信道,在PBCH的OFDM符号中,插入DMRS导频信号用于信道估计;
联合PSS、SSS、PBCH以及DMRS,使用MUSIC算法进行多径数目和多径时延估计,获得多径数目L和对应的时延τp,0≤p≤L-1。
2.根据权利要求1所述的无线信道探测方法,其特征在于,所述实时采集浮空平台基站的广播信号并将所述广播信号转成IQ数字信号的步骤包括:
实时采集浮空平台基站的广播信号;
对所述广播信号进行下变频以及A/D转换处理,得到IQ数字信号,所述IQ数字信号的时域表示符号为r(n),n为时间采样点索引,所述IQ数字信号的频域表示符号为R(k),k为子载波索引,所述IQ数字信号的总长度符号表示为Nt
3.根据权利要求1所述的无线信道探测方法,其特征在于,所述采用主同步信号进行时域粗时偏同步,获取信号的粗起始位置S0的步骤包括:
在接收端生成
Figure FDA0003793047320000031
组本地PSS序列
Figure FDA0003793047320000032
Figure FDA0003793047320000033
组本地SSS序列
Figure FDA0003793047320000034
将所述本地PSS序列与接收信号进行滑动相关,检测到的峰值为PSS序列所在的位置,其中PSS检测与粗时偏估计的时域相关算法表达式为:
Figure FDA0003793047320000035
其中,r*(·)表示取共轭,则
Figure FDA0003793047320000036
为估计的小区ID组内编号。
4.根据权利要求1所述的无线信道探测方法,其特征在于,所述广播信号的时偏估计值S5=S3+S4;所述广播信号的频偏估计值F2=F0+F1
5.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现如权利要求1-4任意一项所述无线信道探测方法中的步骤。
6.一种终端设备,其特征在于,包括:处理器、存储器及通信总线;所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序;
所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信;
所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-4任意一项所述无线信道探测方法中的步骤。
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