NB‑IoT导频信号发生装置及其导频信号发生方法与流程

本发明涉及物联网通信技术领域，具体涉及到NB-IoT导频信号发生装置及其导频信号发生方法。

背景技术：

物联网市场潜力巨大，即将进入大规模井喷式发展。目前大众消费市场日趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点，根据麦肯锡等多家机构的报告预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展。万物互联已成为全球运营商、科技企业和产业联盟积极布局的重要战略方向。目前蜂窝网已覆盖全球90％的人口，覆盖超过50％的地理位置。基于现有的蜂窝网络，运营商能够提供一个非常有竞争力的物联网技术，就是NB-IoT。NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能最优，最符合LPWA类业务需求。

测试是无线通信产业链中的重要一环，长期以来，测试仪器仪表始终是制约我国通信产业发展的瓶颈。在测试设备方面，我国更是几乎为空白，测试仪器基本上为Keysight公司、R/S公司等所垄断。NB-IoT产业处于研发加速阶段，但是，在产业发展过程中，测试仪表仍然落后于其它设备和系统的发展，目前在市场上能够见着的NB-IoT类测试仪表目前很难见到，设备和系统厂商目前都是通过多种仪表组合搭建，因此推动NB-IoT技术发展的NB-IoT类仪表还有待开发。目前NB-IoT(R13)标准制定工作已经冻结，但NB-IoT要取得商业成功，还需要与标准开发同步的早期测试解决方案，对测量仪表提出了更大的挑战。因此研发出一款NB-IoT导频信号发生仪表已经非常紧迫。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种NB-IoT导频信号发生装置及其导频信号发生方法，方便进行开发时的早期测试。

为实现上述目的，本发明设计一种NB-IoT导频信号发生装置，其特征在于：包括用于NB-IoT导频信号基带产生的NB-IoT导频基带产生单元，NB-IoT导频基带产生单元的输出端与用于插值变频、数模转换的中频控制单元输入端相连；中频控制单元的输出端连接混频器的一个输入端，混频器的另一个输入端连接第一本振单元的输出端，混频器的输出端连接另一混频器的一个输入端，另一混频器的另一个输入端与第二本振单元相连输出射频信号；另一混频器的输出端依次连接可控滤波单元输入端、用于调节通道增益的增益调理单元输入端、用于大功率放大的固定增益放大单元输入端，固定增益放大单元的输出端输出大功率射频信号。

所述的中频控制单元输出的中频载波频率为35MHz，中频输出功率为-5dBm。

所述的第一本振单元为点频输出，输出频率固定为435MHz，输出功率范围为-20dBm～0dBm。

所述的第二本振单元输出的射频信号的射频输出频率为700MHz～2800MHz，用于NB-IoT导频信号以及其他通信制式导频信号发射的频率覆盖，功率输出范围为-20dBm～+45dBm。

一种NB-IoT导频信号发生装置的导频信号发生方法，其特征在于：包括窄带主同步信号NPSS、窄带辅同步信号NSSS以及窄带参考信号的基带信号产生；所述的窄带主同步信号NPSS、窄带辅同步信号NSSS以及窄带参考信号NRS的基带信号产生包括以下几个步骤：

(1)、窄带主同步信号NPSS信号产生，窄带主同步信号映射在NB-IoT载波的每个无线帧第6个子帧的第1个到第11个子载波上，根据3GPP协议其生成公式为：

$d_l\left(n\right)=S\left(l\right)\·e^{-j\frac{\mathrm{\π}un(n+1)}{11}},n=0,1,...,10,$

(2)、窄带辅同步信号NSSS信号产生，窄带辅同步信号映射在NB-IoT载波的每隔一个无线帧的第10个子帧上最后11符号的全部12个子载波上，根据3GPP协议其生成公式为：

其中，N_Cell_ID为小区ID号；

(3)、窄带参考信号NRS信号产生，窄带参考信号映射在NB-IoT载波的除了映射NPSS和NSSS的所有下行子帧的最后两个符号上，起始位置为天线端口号以及NB-IoT小区ID号相关，其生成公式为：

$a_{k,l}^{\left(p\right)}=r_{l,n_s}\left(m^{\′}\right),$

其中：

$r_{l,n_s}\left(m\right)=1/\sqrt{2}*(1-2*c(2m\left)\right)+j*1/\sqrt{2}*(1-2*c(2m+1\left)\right),m=0,1,...,2N_{RB}^{\max ,DL}-1$

n_s为时隙号，l为符号序号，为NB-IoT小区号，N_CP为1；

(4)、将资源映射完成的数据进行2048点的IFFT变换进行OFDM调制，OFDM调制的公式为：

将OFDM调制后的符号，在一个时隙的符号0插入长度为160个符号的CP，其他符号插入长度为144个符号的CP，组成码元速率为30.72Mbs的一个或多个无线帧数据。

本发明与现有技术相比，通过射频通道的多级变频来满足NB-IoT信号的频率覆盖范围，通过可调跟踪滤波来实现高相噪、低杂散的性能，利用可调通道增益以及固定增益放大来满足NB-IoT导频信号的大范围覆盖要求，产生窄带主同步信号、窄带辅同步信号以及窄带参考信号的基带信号，满足了NB-IoT终端对基站导频信号的搜索需求以及终端接收机的校准需求；在大功率放大的情况下，有效的提高信号输出质量，同时频率覆盖除了用于NB-IoT的800MHz～1990MHz外，覆盖到700MHz～2800MHz，为其他通信制式提供了硬件空间。

附图说明

图1是本发明在实施例中的电路的原理框图。

图2是本发明中NB-IoT的窄带参考信号的时频分布图。

图3是本发明中NB-IoT导频信号发射的时域图。

图4是本发明中NB-IoT导频信号发射的频域图。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步地说明。

实施例1

如图1所示，一种NB-IoT导频信号发生装置，包括用于NB-IoT导频信号基带产生的NB-IoT导频基带产生单元，NB-IoT导频基带产生单元的输出端与用于插值变频、数模转换的中频控制单元输入端相连；中频控制单元的输出端连接混频器1的一个输入端，混频器1的另一个输入端连接第一本振单元的输出端，混频器1的输出端连接另一混频器2的一个输入端，另一混频器2的另一个输入端与第二本振单元相连输出射频信号；另一混频器2的输出端依次连接可控滤波单元输入端、用于调节通道增益的增益调理单元输入端、用于大功率放大的固定增益放大单元输入端，固定增益放大单元的输出端输出大功率射频信号。

进一步的，所述的中频控制单元输出的中频载波频率为35MHz，中频输出功率为-5dBm。

进一步的，所述的第一本振单元为点频输出，输出频率固定为435MHz，输出功率范围为-20dBm～0dBm。

进一步的，所述的第二本振单元输出的射频信号的射频输出频率为700MHz～2800MHz，用于NB-IoT导频信号以及其他通信制式导频信号发射的频率覆盖，功率输出范围为-20dBm～+45dBm。

实施例2

本例是基于实施例1所述的发生装置的基础上的导频信号发生方法，其特征在于：

包括窄带主同步信号NPSS、窄带辅同步信号NSSS以及窄带参考信号的基带信号产生；所述的窄带主同步信号NPSS、窄带辅同步信号NSSS以及窄带参考信号NRS的基带信号产生包括以下几个步骤：

(1)、窄带主同步信号NPSS信号产生，窄带主同步信号映射在NB-IoT载波的每个无线帧第6个子帧的第1个到第11个子载波上，根据3GPP协议其生成公式为：

$d_l\left(n\right)=S\left(l\right)\·e^{-j\frac{\mathrm{\π}un(n+1)}{11}},n=0,1,...,10,$

(2)、窄带辅同步信号NSSS信号产生，窄带辅同步信号映射在NB-IoT载波的每隔一个无线帧的第10个子帧上最后11符号的全部12个子载波上，根据3GPP协议其生成公式为：

$d\left(n\right)=b_q\left(m\right)e^{-j2{\mathrm{\π\θ}}_{f}n}{e}^{-j\frac{{\mathrm{\πun}}^{\′}(n^{\′}+1)}{131}},$

其中，N_Cell_ID为小区ID号。

(3)、窄带参考信号NRS信号产生，窄带参考信号映射在NB-IoT载波的除了映射NPSS和NSSS的所有下行子帧的最后两个符号上，起始位置为天线端口号以及NB-IoT小区ID号相关，参见图2，其生成公式为：

$a_{k,l}^{\left(p\right)}=r_{l,n_s}\left(m^{\′}\right),$

其中：

$r_{l,n_s}\left(m\right)=1/\sqrt{2}*(1-2*c(2m\left)\right)+j*1/\sqrt{2}*(1-2*c(2m+1\left)\right),m=0,1,...,2N_{RB}^{\max ,DL}-1$

n_s为时隙号，l为符号序号，为NB-IoT小区号，N_CP为1。

(4)、将资源映射完成的数据进行2048点的IFFT变换进行OFDM调制，OFDM调制的公式为：

将OFDM调制后的符号，在一个时隙的符号0插入长度为160个符号的CP，其他符号插入长度为144个符号的CP，组成码元速率为30.72Mbs的一个或多个无线帧数据。

如图3所示，此图为本发明NB-IoT导频信号发射的时域图，中心频率为1950MHz，扫描时间为一个无线帧(10ms)，测试的是NB-IoT的子帧符号分布，以及时域信号功率。

如图4所示，此图为本发明NB-IoT导频信号发射的频域图，中心频率为1950MHz，扫描宽度为1MHz，测试的是NB-IoT的信道带宽分布。

综上所述，本发明通过射频通道的多级变频来满足NB-IoT信号的频率覆盖范围，通过可调跟踪滤波来实现高相噪、低杂散的性能，利用可调通道增益以及固定增益放大来满足NB-IoT导频信号的大范围覆盖要求，产生窄带主同步信号、窄带辅同步信号以及窄带参考信号的基带信号，满足了NB-IoT终端对基站导频信号的搜索需求以及终端接收机的校准需求。本发明在大功率放大的情况下，有效的提高信号输出质量，同时频率覆盖为其他通信制式提供了硬件空间。