一种可用于LTE小区搜索的便携式装置的制作方法

本实用新型属于电通信技术领域，特别涉及一种基于软件无线电技术和移动应用开发技术的可用于LTE小区搜索的便携式装置，实现对LTE小区信号的搜索、跟踪和频域分析。

背景技术：

软件无线电(Software Defined Radio,SDR)，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于：传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。

LTE小区搜索指的是在LTE系统中用户终端(UE)和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。这个过程通常包括：检测小区的物理层ID，完成时间、频率同步，下行CP模式检测，读取PBCH信号等。

本实用新型利用SDR设备作为硬件支持，并开发移动端应用，实现能够在手机、平板等便携设备上使用的装置，进而能够实现对LTE小区信号的搜索、跟踪及频域分析。鉴于现今市面上暂无同类产品，这无疑是软件无线电技术的又一应用，对于科研、教学等都有重大的意义。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于SDR设备的便携式装置，为高校、实验室和电子爱好者提供一种操作简便、成本较低、搜索灵敏度和稳定性俱佳的LTE小区搜索装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案实现：

一种可用于LTE小区搜索的便携式装置，包括天线模块、SDR接收机模块、移动设备；天线模块的输出端与SDR接收机模块的输入端a相连接，SDR接收机模块的双向输入/输出端b和移动设备的双向输入/输出端c通过USB3.0数据线相连接，进行数据传输。

所述SDR接收机模块包含混频器子模块、抗混叠滤波子模块、宽带ADC子模块、FIR滤波子模块；移动设备包括移动客户端、频谱分析模块、云端存储模块；

混频器子模块、抗混叠滤波子模块、宽带ADC子模块、FIR滤波子模块依次连接；频谱分析模块分别与移动客户端、云端存储模块连接。

所述的天线模块选用MAX2837无线宽带射频收发器，工作频带在2.3GHz到2.7GHz之间；

所述SDR接收机模块选用RFFC5071混频器，提供80MHz到4200MHz的本振；选用MAX7414作为抗混叠滤波器；选用MAX5864ADC/DAC，采样率为22MHz；选用LPC4320/4330ARM Cortex M4处理器作为数字信号处理器以实现FIR滤波，主频为204MHz。

其中，天线模块用于接收空间中的电波信号。

SDR接收机模块用于进行信号的模拟/数字变换和对数字信号的基本处理，其中包含如下子模块：

(1)混频器子模块：用于混频，使得到的中频信号比原始信号的频率低；

(2)抗混叠滤波子模块：为防止模拟信号进行离散化时出现频谱混叠，在采样前使用低通滤波器限制信号带宽；

(3)宽带ADC子模块：实现宽带的模拟/数字转换；

(4)FIR滤波子模块：用于滤除接收数据中的噪声。

频谱分析模块是整个系统中最为核心的部分，是用于实现多线程LTE小区搜索及频域分析的核心处理部分，硬件上主要由移动设备的CPU支持，若移动设备的GPU支持OpenCL，则将用其提升搜索速度。

移动客户端是主要用户交互界面，用于发出操作指令和显示分析结果，可以是基于各种移动端平台的APP。

云端存储模块是针对LTE搜索过程及后续的频谱分析过程中可能产生的大量数据的存储而设计的，用于将分析结果和部分中间数据上传至云端，以减轻移动设备自身存储空间的压力。

各模块之间的连接如下：天线模块的输出端与SDR接收机模块的输入端a相连接，二者由外部SDR设备提供。频谱分析模块、移动客户端以及云端存储模块基于软件算法，其硬件支持由用户的移动设备提供。考虑到工作过程中的大数据量，SDR设备的一个双向输入/输出端b和移动设备的双向输入/输出端c通过USB3.0数据线相连接，进行数据传输。

本实用新型的工作流程如下：在移动客户端发出启动搜索的指令，模拟信号由天线接收并送至SDR接收机；经混频器、抗混叠滤波、宽带A/D变换等环节后，数字信号被送至频谱分析模块中由多种算法处理，得到附近不同运营商的全部LTE小区信息，将结果交由移动客户端显示；而整个过程中产生的大量结果和中间数据均可利用成熟的云计算技术存储在云端，可用作进一步处理。

本实用新型具有以下优点：

(1)具有很强的灵活性和开放性；

(2)宽频特性，通用性强；

(3)移动端交互，操作简单，携带方便；

(4)硬件电路简单，稳定性高；

(5)价格较为低廉。

附图说明

图1为本实用新型的总体架构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步具体的说明。如图1所示，本实用新型具体实施方式采用如下的技术方案：一种可用于LTE小区搜索的便携式装置，由天线模块、SDR接收机模块(包含混频器子模块、抗混叠滤波子模块、宽带ADC子模块、FIR滤波子模块)、频谱分析模块、移动客户端与云端存储模块组成。

实施例：

接收设备的硬件部分具体实施如下：采用MAX2837无线宽带射频收发器，工作频带在2.3GHz到2.7GHz之间；

所述SDR接收机模块选用RFFC5071混频器，提供80MHz到4200MHz的本振；选用MAX7414作为抗混叠滤波器；选用MAX5864ADC/DAC，采样率为22MHz；选用LPC4320/4330ARM Cortex M4处理器作为数字信号处理器以实现FIR滤波，主频为204MHz。

移动设备采用基于Android 4.2操作系统的魅族MX3智能手机。魅族MX3的CPU型号为三星Exynos 5410，为双四核CPU；GPU型号为Imagination SGX544，支持OpenCL；内存为2GB，本例中用机的ROM容量为128GB。

具体实施步骤如下：

步骤1.用户发出指令，移动设备向外设发送一个启动搜索信号。

步骤2.由移动客户端控制对SDR设备执行初始化配置操作，SDR接收机开始对天线获取的模拟信号进行处理，通过一系列DSP环节后将其转换为移动设备可识别的数字信号。数据通过USB3.0接口传输至移动设备。

步骤3.执行搜索前检测操作，确保移动设备能够提供足够的运行内存和存储空间。检测到移动设备支持OpenCL，故可使用并行计算技术对搜索加速。执行OpenCL的初始化操作。

步骤4.移动端根据用户的设定生成搜索用的中心频率和偏移频率列表。

步骤5.启动多线程：搜索线程用于检测和识别不同中心频率和频偏下LTE小区的主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)，解码PBCH，从而获取LTE小区信息；显示线程用于将搜索线程得到的信息实时输出到移动设备显示器；生产者线程用于协调控制各线程间的数据交互；预生产者线程(主线程)用于将SDR设备接收到的信息拷贝至生产者线程。在搜索过程中，运算的中间数据和最终结果均存储在移动设备上开辟的缓冲区。

步骤6.搜索结束，移动设备通过USB数据线向外设发送结束搜索信号，SDR接收机停止工作。

步骤7.根据需要，将搜索结果和部分中间数据上传至云端。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。本实用新型只对硬件装置进行创新，不涉及到创新的软件或者方法。本实用新型利用到的软件、方法等属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，本实用新型的保护范围并不限于Android平台上、使用魅族M3作为移动端的便携式装置。不同的设备选择或是基于相同原理开发的不同平台上的应用，如使用iPhone7作为移动设备、工作在IOS平台上，也并不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些选择与改动属于实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则实用新型的意图也包含这些选择与改动在内。