CN115665847B - 一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及信号同步技术领域，提供了一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置。该方法包括：在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号，对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列，对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样，基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。本公开实现了直接在窄带物理上行共享通道进行上行信号的同步处理，不依赖同步信道，且同步处理的搜索窗比较大，使上行同步更为简化。

Description

一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置

技术领域

本公开涉及信号同步技术领域，尤其涉及一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置。

背景技术

NB-IoT（Narrowband Internet of Things）是窄频物联网的简称，是由3GPP订定的LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）无线电标准。其中，在NB-IoT终端产品入网以前，需要进行一致性测试，其中就包括射频一致性测试，射频一致性测试是NB-IoT终端产品一致性测试的最基本测试。

在NB-IoT的网络架构中，现有NB-IoT终端产品进行射频一致性测试中一般依赖同步信道进行上行信号同步处理，并且上行同步处理的搜索窗较小，只能对信号中一个CP（Cyclic Prefix的缩写，中文翻译为：循环前缀）的位置为起始位置进行同步，这种同步方式较为复杂，有待改进。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置，以解决NB-IoT终端射频一致性测试中，NB-IoT信号上行同步处理较为复杂的问题。

第一方面，本公开提供了一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法，包括：

在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号；

对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

第二方面，本公开提供了一种窄带物联网单载波信号的上行同步装置，包括：

获取模块，被配置为在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号；

共轭模块，被配置为对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

差分模块，被配置为对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

定时模块，被配置为基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

频偏模块，被配置为基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

同步模块，被配置为基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

第三方面，本公开提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并且可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述窄带物联网单载波信号的上行同步方法的步骤。

第四方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述窄带物联网单载波信号的上行同步方法的步骤。

本公开实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号，对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列，对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样，基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置，基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理，实现了直接在窄带物理上行共享通道进行上行信号的同步处理，不依赖同步信道，并且同步处理的搜索窗比较大，可以对任意一段起始位置的窄带物理上行共享通道信号进行同步处理，克服了现有NB-IoT信号上行同步处理搜索窗较小的问题，使上行信号同步更为简化。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本公开实施例的应用场景的场景示意图；

图2是本公开实施例提供的一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法的流程示意图；

图3是本公开实施例提供的对一个子载波的信号同步过程进行扫描得到的仿真结果；

图4是本公开实施例提供的一种窄带物联网单载波信号的上行同步装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。

下面将结合附图详细说明根据本公开实施例的一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法和装置。

图1是本公开实施例的应用场景的场景示意图。该应用场景可以包括网络终端设备1和测试仪器2，在该应用场景中，测试仪器2与网络终端设备1无线连接，用于对网络终端设备1进行一致性测试。

网络终端设备1支持无线网络连接，能够通过无线网络接入广泛覆盖的蜂窝网络中，例如，网络终端设备1可以基于NB-IoT技术接入IoT核心网络，与上层平台或服务器通信。在公开实施例中，网络终端设备1包括但不限于手机、计算机、智能水表、智能电表、智能监控、智能家居设备、智能穿戴设备等。

测试仪器2与网络终端设备1无线连接，用于对网络终端设备1进行一致性测试。具体地，测试仪器2可以是硬件，也可以是软件。当测试仪器2为硬件时，其可以是综测仪、信号及频谱分析仪和基站模拟器等仪器；当测试仪器2为软件时，其可以安装在如上仪器中。测试仪器2可以实现为多个软件或软件模块，也可以实现为单个软件或软件模块，本公开实施例对此不作限制。进一步地，测试仪器2上可以安装有信号同步处理应用、频偏估计应用、信号分析应用、射频一致性测试应用等。

测试仪器2对网络终端设备1的一致性测试包括射频一致性测试。在本公开实施例中，射频一致性测试涉及NB-IoT射频一致性测试，NB-IoT射频一致性测试是由3GPPTS36.521-1协议定义，可以用来验证被测终端射频性能和物理层相关算法，其中，测试仪器2在对网络终端设备1进行NB-IoT射频一致性测试时，需要对网络终端设备1在上行链路中发送的信号进行同步处理，

对于上行链路，NB-IoT定义了两种物理信道：NPUSCH（NB Physical UplinkShared Channel，翻译为：窄带物理上行共享信道）和NPRACH（NB Physical Random AccessChannel，翻译为：窄带物理随机接入信道），还有上行解调参考信号DMRS（DemodulationReference Signal）。NPUSCH用来传送上行数据以及上行控制信息，并可使用单频或多频传输。此外，上行有两种传输方式：单载波传输（Singleton）和多载波传输（Multitone），其中，单载波传输的子载波带宽可以优选为3.75kHz和15kHz两种。在本公开实施例中，射频一致性测试将通过NPUSCH来接收网络终端设备1发送上行数据进行测试，并对上行数据进行同步处理。

需要说明的是，网络终端设备和测试仪器2的具体类型、数量和连接方式可以根据应用场景的实际需求进行调整，本公开实施例对此不作限制。

图2是本公开实施例提供的一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法的流程示意图。图2的窄带物联网单载波信号的上行同步方法可以由图1的测试仪器2执行。如图2所示，该窄带物联网单载波信号的上行同步方法包括：

S201，在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号；

S202，对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

S203，对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

S204，基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

S205，基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

S206，基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

窄带物联网（NB-IoT）是一种低功耗广域网技术，窄带物联网可以在业已建成的移动网络上更简单、更高效地连接物联网设备，并可安全可靠地处理少量不常见的双向数据。例如，在本公开实施例中，

单载波信号，也即是单个子载波，是频域上的概念，一个信道可以有一个或者多个子载波，子载波就是一个个载波。例如，20Mhz带宽，假设子载波间隔是15kHz，这里面有1200个子载波便是占18MHz带宽，剩下的2MHz带宽是保护带宽。

符号是时域的最小单位，上行数据正是在一个个符号上发送的。每个符号根据调制方式的不同，可以携带不同数量的比特。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号，对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列，对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样，基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置，基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，基于定时位置和频偏估计结果，可见本实施例直接在窄带物理上行共享通道进行上行信号的同步处理，不依赖同步信道，并且同步处理的搜索窗比较大，可以对任意一段起始位置的窄带物理上行共享通道信号进行同步处理，克服了现有NB-IoT信号上行同步处理搜索窗较小的问题，使上行信号同步更为简化。

在一些实施例中，上述调制信号占用一个子载波；根据图2提供的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，在对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘之前，还包括：基于已知的子载波位置，配置生成相应的时域参考相位序列。

具体地，由于调制信号中配置的子载波位置不同，其对应的时域参考相位序列也不同。对于单载波而言，可以根据子载波位置来配置生成对应的时域参考相位序列。

在一些实施例中，调制信号为OFDM调制信号。

具体地，OFDM（正交频分复用（英语全称为：Orthogonal frequency-divisionmultiplexing，中文翻译为：正交频分复用），OFDM使用大量紧邻的正交子载波，每个子载波采用传统的调制方案，进行低符号率调制。

在一些实施例中，子载波的间隔频率包括15kHz和3.75kHz。

具体地，子载波的间隔频率即为子载波间隔。在本公开实施例中，对于NB-IoT而言，子载波间隔优选为15kHz和3.75kHz。

在一些实施例中，对共轭序列进行差分处理，包括：基于字符的预设间隔点数，对共轭序列进行前后差分处理。

具体地，预设间隔点数可以取CP长度内的任何值，在实际应用中，可以根据实验来设置点数，也可以根据数据经验对已经设置的点数进行调制得到新的点数。例如，预设间隔点数可以为3点的间隔、10点的间隔、20点的间隔、30点的间隔、50点的间隔，甚至100点的间隔、200点的间隔或300点的间隔等，本公开实施例对此不作限制。优选地，根据经验值，预设间隔点数可以为32点的间隔。

例如，假设共轭序列表示为cpp，那么对共轭序列进行前后差分处理，可以表示为cpp(32:end) * cpp(1:end-32)，其中，end表示共轭序列的末端或尾部。

在一些实施例中，基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，包括：去除相位时域图样中相位突变特征对应的点；对相位时域图样中剩余的点计算平均值，得到调制信号的频偏估计结果。

具体地，相位突变特征对应的点即为相位时域图样中的跳变点。

进一步地，本公开实施例针对一个子载波的信号同步过程进行扫描，从而得到图2中窄带物联网单载波信号的上行同步方法过程中信号的仿真结果。如图3所示，一共有4个仿真结果，分别为：仿真结果a、仿真结果b、仿真结果c和仿真结果d。其中，仿真结果a表示在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据的实部或虚部的时域图样；仿真结果b表示时域参考相位序列的实部或虚部的时域图样；仿真结果c表示该上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列的相位时域图样；仿真结果d表示对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样，可见在仿真结果d中，求跳变位置，即得到符号位置。通过以上仿真结果，可以形象地了解单个子载波的信号的同步过程。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。

图4是本公开实施例提供的一种窄带物联网单载波信号的上行同步装置的示意图。如图4所示，该窄带物联网单载波信号的上行同步装置包括：

获取模块401，被配置为在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号；

共轭模块402，被配置为对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

差分模块403，被配置为对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

定时模块404，被配置为基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

频偏模块405，被配置为基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

同步模块406，被配置为基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，上行数据包括多个符号，对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列，对共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样，基于相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置，基于相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，基于定时位置和频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理，可见本实施例直接在窄带物理上行共享通道进行上行信号的同步处理，不依赖同步信道，并且同步处理的搜索窗比较大，可以对任意一段起始位置的窄带物理上行共享通道信号进行同步处理，克服了现有NB-IoT信号上行同步处理搜索窗较小的问题，使上行信号同步更为简化。

在一些实施例中，调制信号占用一个子载波；图4中的窄带物联网单载波信号的上行同步装置，还包括：

参考模块407，被配置为在对上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘之前，基于已知的子载波位置，配置生成相应的时域参考相位序列。

在一些实施例中，调制信号为OFDM调制信号。

在一些实施例中，子载波的间隔频率包括15kHz和3.75kHz。

在一些实施例中，图4中的差分模块403基于字符的预设间隔点数，对共轭序列进行前后差分处理。

在一些实施例中，图4中的频偏模块405去除相位时域图样中相位突变特征对应的点；对相位时域图样中剩余的点计算平均值，得到调制信号的频偏估计结果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。

图5是本公开实施例提供的电子设备5的示意图，该电子设备5可以为图1中的测试仪器2。如图5所示，该实施例的电子设备5包括：处理器501、存储器502以及存储在该存储器502中并且可在处理器501上运行的计算机程序503。处理器501执行计算机程序503时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，处理器501执行计算机程序503时实现上述各装置实施例中各模块的功能。

电子设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等电子设备。电子设备5可以包括但不仅限于处理器501和存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是电子设备5的示例，并不构成对电子设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者不同的部件。

处理器501可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），也可以是其它通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

存储器502可以是电子设备5的内部存储单元，例如，电子设备5的硬盘或内存。存储器502也可以是电子设备5的外部存储设备，例如，电子设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。存储器502还可以既包括电子设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储计算机程序以及电子设备所需的其它程序和数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中，上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以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存储介质中。基于这样的理解，本公开实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如，在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，包括：

在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，所述上行数据包括多个符号；

对所述上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

对所述共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

基于所述相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

基于所述相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

基于所述定时位置和所述频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

2.根据权利要求1所述的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，所述调制信号占用一个子载波；

在对所述上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘之前，还包括：

基于已知的子载波位置，配置生成相应的时域参考相位序列。

3.根据权利要求2所述的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，所述调制信号为OFDM调制信号。

4.根据权利要求3所述的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，所述子载波的间隔频率包括15kHz和3.75kHz。

5.根据权利要求1所述的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，所述对所述共轭序列进行差分处理，包括：基于字符的预设间隔点数，对所述共轭序列进行前后差分处理。

6.根据权利要求1-5任一项所述的窄带物联网单载波信号的上行同步方法，其特征在于，基于所述相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果，包括：

去除所述相位时域图样中相位突变特征对应的点；

对所述相位时域图样中剩余的点计算平均值，得到所述调制信号的频偏估计结果。

7.一种窄带物联网单载波信号的上行同步装置，其特征在于，包括：

获取模块，被配置为在窄带物理上行共享通道中获取一个时隙内的上行数据对应的调制信号，所述上行数据包括多个符号；

共轭模块，被配置为对所述上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘，得到共轭序列；

差分模块，被配置为对所述共轭序列进行差分处理，得到差分结果的相位时域图样；

定时模块，被配置为基于所述相位时域图样中符号间的相位突变特征，得到符号的定时位置；

频偏模块，被配置为基于所述相位时域图样在一个符号内的相位旋转特征，得到频偏估计结果；

同步模块，被配置为基于所述定时位置和所述频偏估计结果，对窄带物联网单载波信号进行同步处理。

8.根据权利要求7所述的窄带物联网单载波信号的上行同步装置，其特征在于，所述调制信号占用一个子载波；

该窄带物联网单载波信号的上行同步装置，还包括：

参考模块，被配置为在对所述上行数据与时域参考相位序列进行共轭相乘之前，基于已知的子载波位置，配置生成相应的时域参考相位序列。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并且可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

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