CN116886488B - 一种5g下行信号的降采样方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种5G下行信号的降采样方法、系统及设备，方法包括以下步骤：确定采样率降低后的IFFT点数将原始时域数据Dt按照FFT点数分段，分别对每段分段时域数据做FFT变换，获得分段频域数据Df(i，k)；根据原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段分段频域数据做循环移位，获得循环移位后的移位子载波数据 根据目标信号占用的子载波索引，从移位子载波数据中提取出目标子载波数据将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。系统和设备用于执行上述方法。本公开可简化降采样过程中的运算、节省运算量。

Description

一种5G下行信号的降采样方法、系统及设备
技术领域
本公开涉及信号降采样处理技术领域，具体涉及一种5G下行信号的降采样方法、系统及设备。
背景技术
对信号进行降采样处理一般应用于通信系统的下行同步中，对于接收数据的中心频点不是目标信号中心频点的下行同步常采用的处理流程为：将从天线接收到的信号变为零频，然后使用AD模块将模拟信号转换为时域数字信号，接着做搬频处理将目标信号频率中心搬移到信号带宽的频率中心，使用低通滤波器将时域数字信号中的非目标信号过滤掉，对时域数字信号按照降采倍数做间隔抽取，完成降采样，最后将降采样后的时域信号输入到下行同步处理模块中完成下行同步。
如中国专利申请CN 113890591A公开的一种低轨星座系统终端载波同步方法及载波同步解调装置，其即是通过搬频、低通滤波和时域信号抽取步骤完成降采样过程，这种降采样方式，由于需要先进行搬频处理，搬频处理涉及复杂的指数运算，使得降采样过程运算复杂、运算量大。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种5G下行信号的降采样方法、系统及设备。本公开可简化降采样过程中的运算、节省运算量。
本公开所述的一种5G下行信号的降采样方法，包括以下步骤：
S01、根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>
S02、将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i，k)，其中，i＝0，…，Nseg-1表示分段频域数据的编号，k＝0，…，/>表示分段频域数据的子载波索引；
S03、根据所述原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段所述分段频域数据做循环移位，获得循环移位后的移位子载波数据Df,circle(i，k)，k＝0，…，根据目标信号占用的子载波索引，从所述移位子载波数据中提取出目标子载波数据/>
S04、将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。
优选地，步骤S01中，原始时域数据的FFT点数降采样倍数A以及采样率降低后的IFFT点数/>满足：
其中，A为2的幂。
优选地，步骤S02中，分段数Nseg按如下公式计算：
其中，M表示原始时域数据Dt的数据长度。
优选地，步骤S03包括：
S031、计算所述原始时域数据的频点与目标信号中心频点的频点差值，将所得频点差值除以子载波间隔并向下取整，获得所述频点偏移值B；
当所述频点偏移值B＞0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向右循环移|B|位；
当所述频点偏移值B＜0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向左循环移|B|位；
当所述频点偏移值B＝0时，不对所述分段频域数据做循环移位；
S032、根据目标信号占用的K个子载波索引集合 提取所述目标子载波数据/>
优选地，步骤S04包括：
S041、将所述目标子载波数据填充到各个分段的IFFT输入数据/>中，填充方式表示为：
S042、对所得各个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换，获得每个分段的降采样后的时域数据/>为：
其中，n＝0，…，表示进行IFFT变换后序列的索引，/>表示对第i个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换。
本公开的一种5G下行信号的降采样系统，包括：
IFFT点数确定模块，其用于根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>
分段变换模块，其用于将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i，k)，其中，i＝0，…，Nseg-1表示分段频域数据的编号，k＝0，…，表示分段频域数据的子载波索引；
目标子载波提取模块，其用于根据所述原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段所述分段频域数据做循环移位，获得循环移位后的移位子载波数据Df,circle(i，k)，k＝0，…，根据目标信号占用的子载波索引，从所述移位子载波数据中提取出目标子载波数据/>
IFFT变换模块，其用于将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。
本公开的一种计算机设备，包括信号连接的处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载时执行如上所述5G下行信号的降采样方法。
本公开的一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器加载时执行如上所述5G下行信号的降采样方法。
本公开所述的一种5G下行信号的降采样方法、系统及设备，其优点在于，本公开通过对FFT变换之后的频域数据做循环移位来实现对时域数据的搬频操作，无需在搬频时引入复杂的指数运算，简化了降采样过程中的运算，大大节省了运算量；
另一方面，本公开通过在频域数据中抽取目标子载波数据的方式，无需设计低通滤波器过滤非目标信号，进一步简化了降采样操作步骤，提高降采样效率。
附图说明
图1是本实施例所述一种5G下行信号的降采样方法的步骤流程图；
图2是本实施例所述分段频域数据循环移位的示意图；
图3是本实施例所述计算机设备的结构示意图。
附图标记说明：101-处理器，102-存储器。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种5G下行信号的降采样方法，包括以下步骤：
S01、根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>具体的，通过AD采样后的数据作为原始时域数据，上述原始时域数据的FFT点数/>降采样倍数A以及采样率降低后的IFFT点数/>满足：
其中，A为2的幂。
S02、将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i，k)，其中，i＝0，…，Nseg-1表示分段频域数据的编号，k＝0，…，/>表示分段频域数据的子载波索引；
进一步的，分段数Nseg按如下公式计算：
其中，M表示原始时域数据Dt的数据长度。
S03、对每个分段频域数据做循环移位，然后提取目标子载波数据，其具体包括：
S031、首先计算原始时域数据的频点与目标信号中心频点的差值，将所得频点差值除以子载波间隔并向下取整，获得频点偏移值B；
请参阅图2，当频点偏移值B＞0时，将每段分段频域数据以子载波为单位向右循环移|B|位；
当频点偏移值B＜0时，将每段分段频域数据以子载波为单位向左循环移|B|位；
当频点偏移值B＝0时，不对分段频域数据做循环移位；
|B|表示频点偏移值B的绝对值，循环移位后得到移位子载波数据Df,circle(i，k)，k＝0，…，
S032、根据目标信号占用的K个子载波索引集合 提取所述目标子载波数据/>
S04、将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据，具体包括：
S041、将所述目标子载波数据填充到各个分段的IFFT输入数据/>中，填充方式表示为：
S042、对所得各个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换，获得每个分段的降采样后的时域数据/>为：
其中，n＝0，…，表示进行IFFT变换后序列的索引，/>表示对第i个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换。
以下将以一应用实例，详述本实施例的5G下行信号的降采样方法。
以Band N41信号为例，其需要使用的参数如下表：
名称 取值
Band N41
接收数据中心频点 2565MHz
接收数据的采样率 122.88MHz
子载波间隔 30KHz
SSB的中心频点 2524.95MHz
SSB带宽 7.2MHz(20RB)
接收数据的长度 20ms
S01、确定采样率降低后的IFFT点数。
原始时域数据的FFT点数为：
需求为做16倍降采样，将采样率降至7.68MHz，则采样率降低后的IFFT点数为：
S02、对原始时域数据按照FFT点数分段并做FFT变换。
原始时域数据Dt的长度M＝122.88e6*20e-3＝2457600，则分段数Nseg为：
对每一个分段时域数据做FFT变换，获得每个分段FFT变换后的分段频域数据Df(i，k)为：
Df(i，k)＝FFT(Dt(i)，4096)；
其中，i＝0，…，599表示分段的编号，k＝0，…，4095表示FFT变换后子载波的索引，Dt(i)表示第i分段的原始时域数据，FFT(Dt(i)，4096)表示对第i分段的原始时域数据做4096点的FFT变换。
S03、计算原始时域数据的频点与目标信号中心频点之差，将所得差值除以子载波间隔并向下取整，获得频点偏移值B为：
此时B＞0，将Df以子载波为单位向右循环移1335位，循环移位后获得移位子载波数据为Df,circle(i，k)，k＝0，…，4095。
在移位子载波数据Df,circle(i，k)中提取目标子载波数据本实施例中，目标信号SSB占用的子载波个数K＝240，对应的子载波索引集合为S＝{0～119,3976～4095}，提取出来的目标子载波数据/>为：
S04、将所得目标子载波数据填充到各个分段的IFFT输入数据/>中，填充方式表示为：
对每个分段的IFFT输入数据做点的IFFT，得到每个分段的降采后的时域数据/>为：
其中，n＝0，…，255表示变换后序列的索引，表示对第i个分段的IFFT输入数据做256点的IFFT变换。
本公开通过对FFT变换之后的频域数据做循环移位来实现对时域数据的搬频操作，无需在搬频时引入复杂的指数运算，简化了降采样过程中的运算，大大节省了运算量：
另一方面，本公开通过在频域数据中抽取目标子载波数据的方式，无需设计低通滤波器过滤非目标信号，进一步简化了降采样操作步骤，提高降采样效率。
本实施例还提供了一种5G下行信号的降采样系统，包括：
IFFT点数确定模块，其用于根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>
分段变换模块，其用于将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i，k)，其中，i＝0，…，Nseg-1表示分段频域数据的编号，k＝0，…，表示分段频域数据的子载波索引；
目标子载波提取模块，其用于根据所述原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段所述分段频域数据做循环移位，获得循环移位后的移位子载波数据Df,circle(i，k)，k＝0，…，根据目标信号占用的子载波索引，从所述移位子载波数据中提取出目标子载波数据/>
IFFT变换模块，其用于将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。
本实施例的5G下行信号的降采样系统与上述的降采样方法属于相同的发明构思，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。
如图3所示，本实施例还提供了一种计算机设备，包括通过总线信号连接的处理器101和存储器102，所述存储器102中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器101加载时执行如上所述降采样方法。存储器102可用于存储软件程序以及模块，处理器101通过运行存储在存储器102的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用。存储器102可主要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、功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据所述设备的使用所创建的数据等。此外，存储器102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，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器102还可以包括存储器控制器，以提供处理器101对存储器102的访问。
本公开实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行，即上述计算机设备可以包括计算机终端、服务器或者类似的运算装置。该计算机设备的内部结构可包括但不限于：处理器、网络接口及存储器。其中，计算机设备内的处理器、网络接口及存储器可通过总线或其他方式连接。
其中，处理器101(或称CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器))是计算机设备的计算核心以及控制核心。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI、移动通信接口等)。存储器102(Memory)是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的存储器102可以是高速RAM存储设备，也可以是非不稳定的存储设备(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储设备；可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器101的存储装置。存储器102提供存储空间，该存储空间存储了电子设备的操作系统，可包括但不限于：Windows系统(一种操作系统)，Linux(一种操作系统)，Android(安卓，一种移动操作系统)系统、IOS(一种移动操作系统)系统等等，本公开对此并不作限定；并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器101加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。在本说明书实施例中，处理器101加载并执行存储器102中存放的一条或一条以上指令，以实现上述方法实施例所述降采样方法。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器101加载时执行如上所述降采样方法。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种5G下行信号的降采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>
S02、将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i,k)，其中，i＝0,…,Nseg-1表示分段频域数据的编号，/> 表示分段频域数据的子载波索引；
S03、根据所述原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段所述分段频域数据做循环移位，具体为：
计算所述原始时域数据的频点与目标信号中心频点的频点差值，将所得频点差值除以子载波间隔并向下取整，获得所述频点偏移值B；
当所述频点偏移值B>0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向右循环移|B|位；
当所述频点偏移值B<0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向左循环移|B|位；
当所述频点偏移值B＝0时，不对所述分段频域数据做循环移位；
获得循环移位后的移位子载波数据Df,circle(i,k)，根据目标信号占用的子载波索引，从所述移位子载波数据中提取出目标子载波数据/>
S04、将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。
2.根据权利要求1所述5G下行信号的降采样方法，其特征在于，步骤S01中，原始时域数据的FFT点数降采样倍数A以及采样率降低后的IFFT点数/>满足：
其中，A为2的幂。
3.根据权利要求1所述5G下行信号的降采样方法，其特征在于，步骤S02中，分段数Nseg按如下公式计算：
其中，M表示原始时域数据Dt的数据长度。
4.根据权利要求1所述5G下行信号的降采样方法，其特征在于，步骤S03中，
根据目标信号占用的K个子载波索引集合提取所述目标子载波数据/>
5.根据权利要求4所述5G下行信号的降采样方法，其特征在于，步骤S04包括：
S041、将所述目标子载波数据填充到各个分段的IFFT输入数据/>中，填充方式表示为：
S042、对所得各个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换，获得每个分段的降采样后的时域数据/>为：
其中，表示进行IFFT变换后序列的索引，/>表示对第i个分段的IFFT输入数据做/>点的IFFT变换。
6.一种5G下行信号的降采样系统，其特征在于，包括：
IFFT点数确定模块，其用于根据原始时域数据Dt的FFT点数以及所需的降采样倍数A，确定采样率降低后的IFFT点数/>
分段变换模块，其用于将所述原始时域数据Dt按照所述FFT点数分为Nseg段，获得分段时域数据，分别对每段所述分段时域数据做FFT变换，获得每段所述分段时域数据变换后的分段频域数据Df(i,k)，其中，i＝0,…,Nseg-1表示分段频域数据的编号，表示分段频域数据的子载波索引；
目标子载波提取模块，其用于根据所述原始时域数据的频点与目标信号的中心频点，计算获得频点偏移值B，根据所得频点偏移值B将每段所述分段频域数据做循环移位，具体为：计算所述原始时域数据的频点与目标信号中心频点的频点差值，将所得频点差值除以子载波间隔并向下取整，获得所述频点偏移值B；当所述频点偏移值B>0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向右循环移|B|位；当所述频点偏移值B<0时，将每段所述分段频域数据以子载波为单位向左循环移|B|位；当所述频点偏移值B＝0时，不对所述分段频域数据做循环移位；获得循环移位后的移位子载波数据Df,circle(i,k)，根据目标信号占用的子载波索引，从所述移位子载波数据中提取出目标子载波数据/>
IFFT变换模块，其用于将所得目标子载波数据做IFFT变换获得降采样后的时域数据。
7.一种计算机设备，包括信号连接的处理器和存储器，其特征在于，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载时执行如权利要求1-5任一项所述5G下行信号的降采样方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，其特征在于，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器加载时执行如权利要求1-5任一项所述5G下行信号的降采样方法。
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