CN202652539U - Td-lte系统空中接口信号分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种TD-LTE系统空中接口信号分析装置，包括天线单元，天线单元与射频单元无线射频通讯，第一、二本振单元输出本振信号至射频单元，射频单元的输出端与中频单元的输入端相连，中频单元的输出端通过传输单元与控制器的输入端相连，控制器通过信号分层解析单元与用于显示解析结果的显示单元相连。本实用新型通过射频单元控制输入的TD-LTE信号的功率大小，提升TD-LTE信号最大输入信号能力；通过中频单元，提升TD-LTE信号的输入动态范围，进行并行处理，可达到多个频点的TD-LTE空口信号分析功能，通过TD-LTE信号上下行分开处理的方法，可提升TD-LTE空口信号分析的精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及TD-LTE系统领域，尤其是一种TD-LTE系统空中接口信号分析装置。
背景技术
无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称为空中接口。LTE系统中，空中接口是终端和基站之间的接口，用于建立、重配置和释放各种无线承载业务。另外，LTE系统设计时为了减少延迟、提高系统效率，系统没有采用中心控制节点，缺少中心控制节点的一个后果就是，如果外场测试出现问题时，很难分析出问题的原因，空中接口测试的重要性随之提升，成为LTE系统测试的重要手段。
传统路测仪对于空中接口数据的解析，仅能提供信令流、信令参数是否正常等功能，底层的解析全部交由IC芯片来处理，IC芯片会根据3GPP协议自动丢弃异常数据而不传递到高层，因此无法对物理层、MAC层发生的错误进行详细分析。TD-LTE建网初期，网络及终端设备都不够成熟完善，并且空间无线环境复杂等因素的影响，多家TD-LTE终端、系统之间互联互通测试、规模实验网测试中必然会出现大量问题，包含物理层、MAC层、高层等问题。对于路测设备来说，仅仅依靠信令来进行网络测试和网络优化很难解决上述问题，有时能在RRC层看到问题，但也必须通过分析物理层及MAC层的数据，找到问题出现的深层次原因，这样才能精确定位故障，提高网络及终端设备的稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够实现大动态范围、高精度、多频点的TD-LTE系统空中接口信号分析装置。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种TD-LTE系统空中接口信号分析装置，包括用于接收空间TD-LTE信号的天线单元，天线单元与射频单元无线射频通讯，第一、二本振单元输出本振信号至射频单元，射频单元的输出端与中频单元的输入端相连，中频单元的输出端通过传输单元与控制器的输入端相连，控制器通过信号分层解析单元与用于显示解析结果的显示单元相连。
由上述技术方案可知，本实用新型通过前端射频单元控制输入的TD-LTE信号的功率大小，提升TD-LTE信号最大输入信号能力，使之在20MHz信号带宽下最大输入信号+30 dBm；通过中频单元，提升TD-LTE信号的输入动态范围，使之在20MHz信号带宽下输入动态范围125dB，进行并行处理，可达到多个频点的TD-LTE空口信号分析功能，通过TD-LTE信号上下行分开处理的方法，可提升TD-LTE空口信号分析的精度；解析结果输出满足3GPP协议对TD-LTE系统和终端的物理层、协议栈的要求。
附图说明
图1是本实用新型的系统原理图；
图2是本实用新型的TD-LTE物理层帧结构；
图3是本实用新型的TD-LTE层一到层三的解析图。
具体实施方式
一种TD-LTE系统空中接口信号分析装置，包括用于接收空间TD-LTE信号的天线单元1，天线单元1与射频单元2无线射频通讯，第一、二本振单元3、4输出本振信号至射频单元2，射频单元2的输出端与中频单元5的输入端相连，中频单元5的输出端通过传输单元6与控制器的输入端相连，控制器通过信号分层解析单元9与用于显示解析结果的显示单元10相连。所述的控制器采用工业控制板7，工业控制板7的输出端与存储单元8相连，如图1所示。所述的第一本振单元3由一个小数环构成，外部控制信号先通过同步控制模块将本振输出信号频率转换成分频比，以控制小数分频模块将VCO输出信号频率理论分频到10MHz，与参考10MHz在鉴相器中鉴相，鉴相电压同积分器控制VCO输出，最终VCO信号输出频率达到预期目标，此时VCO信号输出信号为第一本振单元3信号输出；所述的第二本振单元4由一个整数环构成，整数分频模块将VCO输出信号频率理论分频到10MHz，与参考10MHz在鉴相器中鉴相，鉴相电压同积分器控制VCO输出，最终VCO信号输出频率达到预期目标，此时VCO信号输出信号为第二本振单元4信号输出。
如图1所示，所述的射频单元2包括衰减器2a，其输入端接收天线单元1发送的无线射频信号，其输出端与滤波器F1的输入端相连，滤波器F1的输出端、第一本振单元3的输出端均与混频器M1的输入端相连，混频器M1的输出端与滤波器F2的输入端相连，滤波器F2的输出端与放大器A1的输入端相连，放大器A1的输出端、第二本振单元4的输出端均与混频器M2的输入端相连，混频器M2的输出端与滤波器F3的输入端相连，滤波器F3的输出端与放大器A2的输入端相连，放大器A2的输出端与限幅器的输入端相连，限幅器的输出端与中频单元5的输入端相连。滤波器F1的截止频率为3GHz，滤波器F2的截止频率为846.4MHz，滤波器F3的截止频率为153.6MHz。
如图1所示，所述的中频单元5包括自动幅度控制单元5a，其信号输入端与射频单元2的信号输出端相连，其信号输出端分别与滤波器F4、F5的输入端相连，滤波器F4的输出端与第一A/D转换器的输入端相连，滤波器F5的输出端与第二A/D转换器的输入端相连，第一、二A/D转换器的输出端均与多频点并行处理单元5b的输入端相连，多频点并行处理单元5b的输出端与传输单元6的输入端相连。滤波器F4的截止频率为153.6MHz，滤波器F5的截止频率为153.6MHz。
多频点并行处理单元5b根据TD-LTE小区配置和测试需求对多个频点TD-LTE信号分析，先对多个数字下变频并行处理，再将对数字下变频后信号进行数字滤波，完成多频点通信信号提取处理，最后进行并串转换，通过SRIO串行快速总线接口总线送给传输单元6。
另外数字滤波后信号通过多频点并行处理单元5b的功率计算单元计算采集的TD-LTE上下行信号的功率，如果多频点并行处理单元5b计算的功率值小于-60dBm，多频点并行处理单元5b的数字幅度控制模块将控制自动幅度控制单元5a的中频衰减器为0dB；如果多频点并行处理单元5b计算的功率值大于-60dBm，每增加1dB,控制自动幅度控制单元5a的中频衰减量增加1dB，即计算的功率值等于-60dBm，控制自动幅度控制单元5a的中频衰减器为0dB；计算的功率值等于-59dBm，控制自动幅度控制单元5a的中频衰减器为1dB；计算的功率值等于-58dBm，控制自动幅度控制单元5a的中频衰减器为2dB；以此类推，计算的功率值等于-20dBm，控制自动幅度控制单元5a的中频衰减器为40dB，实现信号采集时信号功率幅度自动控制。
如图1所示，所述的传输单元6包括第一、二DDR存储器，第一、二DDR存储器的输入端与中频单元5的输出端相连，第一、二DDR存储器的输出端与控制器的输入端相连。所述的存储单元8采用磁盘阵列，工业控制板7的输出端通过SAT3.0总线与存储单元8相连。所述的第一本振单元3输出的本振信号的频率为2646.4MHz～3646.4MHz，第二本振单元4输出的本振信号的频率为1GHz。
图2是本实用新型的TD-LTE物理层帧结构,10ms的无线帧包含两个半帧，长度各为5ms（153600×Ts）,每个半帧包含5个子帧，长度为30720×Ts=1ms。
图3是本实用新型的TD-LTE层一到层三的解析图,空中接口协议部分主要由物理层（层一）、数据链路层（层二）和RRC协议模块（层三）组成。物理层提供物理介质中比特流传输所需的所有功能；数据链路层包含MAC、RLC和PDCP 3个子层；RRC协议模块功能主要包括系统信息广播、寻呼、RRC连接建立/维护/释放等。
以下结合图1对本实用新型作进一步的说明。
根据国家相关标准规定，在我国TD-LTE信号工作频段要求为2300～2400MHz、2570～2620MHz，本实用新型装置工作频段能力为1800MHz～2800MHz，覆盖TD-LTE信号工作频段，满足TD-LTE信号空口接收要求，从而从空中接收TD-LTE信号，分析TD-LTE信号各层信息，查找系统问题。
本实用新型在工作时，通过天线单元1从空间接收TD-LTE信号，信号送给射频单元2；
TD-LTE信号进入射频单元2，先进入衰减器2a，衰减器2a的范围为0～50dB,信号为+30dBm～+20dBm时，衰减器2a衰减量为50dB, 信号为+20dBm～+10dBm时，衰减器2a衰减量为40dB, 信号为+10dBm～+0dBm时，衰减器2a衰减量为30dB, 信号为+0dBm～-10dBm时，衰减器2a衰减量为20dB, 信号为-10dBm～-20dBm时，衰减器2a衰减量为10dB,信号小于-20dBm时，衰减器2a衰减量为0dB，使得进入后级处理信号不超过-20dBm；
然后进入滤波器F1滤波，降低外界干扰，提升信号纯度；滤波后信号通过混频器M1与第一本振单元3输出的本振信号混频，混频调谐方程为：LO1-RF=846.4MHz，其中，LO1为2646.4MHz～3646.4MHz的高性能第一本振信号，RF为滤波后的TD-LTE射频信号，混频后产生846.4MHz第一中频信号；通过滤波器F2对846.4MHz的 TD-LTE中频信号进行再次滤波，消除混频带来的其它不需要的混频产物；滤波后的信号经过放大器A1再放大，提高信号增益，消除前级混频差损；放大后的TD-LTE信号通过混频器M2与第二本振单元4输出的本振信号混频，产生153.6MHz的中频信号；对153.6MHz 的TD-LTE中频信号通过滤波器F3进行滤波,在通过放大器A2进行放大，再通过限幅器，限幅器能够防止外界信号突变而导致的中频信号过大而溢出，信号最后输出至中频单元5；
中频单元5分两路对TD-LTE上下行信号分别处理；在中频单元5中，先经过自动幅度控制单元5a，再通过第一、二A/D转换器进行A/D采集，将模拟信号数字化；信号数字化后，根据小区配置和测试需求，多频点并行处理单元5b可对6个频点TD-LTE信号分析，进行6个数字下变频并行处理，完成多频点通信信号提取处理；
数字下变频后数字滤波，先计算采集的TD-LTE上下行信号的功率，如果计算的功率值小于-60dBm，将控制中频衰减器为0dB；如果计算的功率值大于-60dBm，每增加1dB,控制中频衰减量增加1dB。也就是说，计算的功率值等于-60dBm，控制中频衰减器为0dB；计算的功率值等于-59dBm，控制中频衰减器为1dB；计算的功率值等于-58dBm，控制中频衰减器为2dB；以此类推，计算的功率值等于-20dBm，控制中频衰减器为40dB。中频单元5实现信号采集时信号功率幅度自动控制，提升信号采集精度，同时将滤波后的信号通过SRIO（串行快速总线接口）总线送给传输模块；
传输单元6先将信号数据存储到第一、二DDR存储器中，即先将信号数据存入第一DDR存储器中，存满后，再信号数据存入第二DDR存储器中，同时通过PCIe数据总线DMA传输方式将第一DDR存储器中存储的数据传输给工业控制板7；等到第二DDR存储器存满后，再将信号数据存入第一DDR存储器中，同时通过PCIe DMA方式将第二DDR存储器中存储的数据传输给工业控制板7；以此类推，乒乓切换将采集数据传输给工业控制板7；
工业控制板7再通过SAT3.0总线将数据存储到磁盘阵列；信号数据再通过信号分层解析单元9对TD-LTE信号的PHY、MAC、RLC、PDCP、RRC和NAS控制面协议栈和PHY、MAC、RLC、PDCP、IP、Application用户面协议栈进行解析；将解析结果送给显示单元10，进行列表显示。
本实用新型通过前端衰减器2a控制输入的TD-LTE信号的功率大小，提升TD-LTE信号最大输入信号能力，使之在20MHz信号带宽下最大输入信号+30 dBm；通过自动幅度控制单元5a，提升TD-LTE信号的输入动态范围，使之在20MHz信号带宽下输入动态范围125dB(即+30 dBm～-95dBm)；通过多个数字下变频模块并行处理，可达到多个频点的TD-LTE空口信号分析功能；通过TD-LTE信号上下行分开处理的方法，可提升TD-LTE空口信号分析的精度；通过SAT3.0总线磁盘阵列方式实现采集信号的海量实时存储；解析结果输出满足3GPP协议对TD-LTE系统和终端的物理层、协议栈的要求。
综上所述，本实用新型前端射频设计采用宽带信号混频原理，不区分输入信号的类型，依靠后端数字下变频处理，实现TD-LTE信号多频点分析，因此，该电路只需改变控制参数，就实现其他通信标准信号的多频点解析，具有较强的通用性；可以快速、并行、实时地对多频点的TD-LTE信号进行PHY、MAC、RLC、PDCP、RRC和NAS控制面协议栈和PHY、MAC、RLC、PDCP、IP、Application用户面协议栈进行解析，同时上下行独立处理，可以满足实际外场复杂环境的测试需求。
Claims (7)
1.一种TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：包括用于接收空间TD-LTE信号的天线单元（1），天线单元（1）与射频单元（2）无线射频通讯，第一、二本振单元（3、4）输出本振信号至射频单元（2），射频单元（2）的输出端与中频单元（5）的输入端相连，中频单元（5）的输出端通过传输单元（6）与控制器的输入端相连，控制器通过信号分层解析单元（9）与用于显示解析结果的显示单元（10）相连。
2.根据权利要求1所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的控制器采用工业控制板（7），工业控制板（7）的输出端与存储单元（8）相连。
3.根据权利要求1所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的射频单元（2）包括衰减器（2a），其输入端接收天线单元（1）发送的无线射频信号，其输出端与滤波器F1的输入端相连，滤波器F1的输出端、第一本振单元（3）的输出端均与混频器M1的输入端相连，混频器M1的输出端与滤波器F2的输入端相连，滤波器F2的输出端与放大器A1的输入端相连，放大器A1的输出端、第二本振单元（4）的输出端均与混频器M2的输入端相连，混频器M2的输出端与滤波器F3的输入端相连，滤波器F3的输出端与放大器A2的输入端相连，放大器A2的输出端与限幅器的输入端相连，限幅器的输出端与中频单元（5）的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的中频单元（5）包括自动幅度控制单元（5a），其信号输入端与射频单元（2）的信号输出端相连，其信号输出端分别与滤波器F4、F5的输入端相连，滤波器F4的输出端与第一A/D转换器的输入端相连，滤波器F5的输出端与第二A/D转换器的输入端相连，第一、二A/D转换器的输出端均与多频点并行处理单元（5b）的输入端相连，多频点并行处理单元（5b）的输出端与传输单元（6）的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的传输单元（6）包括第一、二DDR存储器，第一、二DDR存储器的输入端与中频单元（5）的输出端相连，第一、二DDR存储器的输出端与控制器的输入端相连。
6.根据权利要求2所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的存储单元（8）采用磁盘阵列，工业控制板（7）的输出端通过SAT3.0总线与存储单元（8）相连。
7.根据权利要求3所述的TD-LTE系统空中接口信号分析装置，其特征在于：所述的第一本振单元（3）输出的本振信号的频率为2646.4MHz～3646.4MHz，第二本振单元（4）输出的本振信号的频率为1GHz。
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