时域信号预处理方法及装置、存储介质、接收机与流程
本申请是申请日为2017年8月8日，申请号为201710673398.9，发明名称为“时域信号预处理方法及装置、可读存储介质、接收机”的专利申请的分案申请。
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种时域信号预处理方法及装置、存储介质、接收机。
背景技术：
为了解决蜂窝网容量有限问题，第三代合作伙伴计划(3rdgenerationpartnershipproject,3gpp)组织在通信标准版本13(release13)中引入基于蜂窝的窄带物联网(narrowbandinternetofthing,nb-iot)技术。同时为了保证与现有长期演进(longtermevolution,lte)系统的兼容性，保证其物理层特性基本一致，nb-iot的系统带宽为180khz(千赫兹)。根据奈奎斯特采样率定理，nb-iot系统的采样率可以极大的降低，从而节省系统功耗。
现有技术中，传统lte网络中，循环前缀(cyclicprefix,cp)的最小整数采样率为1.92mhz(兆赫兹)。在1.92mhz采样率下，每个时隙(slot)对应的符号0的cp长度为10个采样点，其他符号为9个采样点。在nb-iot中，伴随着采样率的降低，采样率低于1.92mhz时，其cp的采样点数量为非整点，需考虑并处理cp的非整数采样问题，将会导致每个符号的频域信号的初始相位无法对齐，不能进行信道估计。为了保证cp的整数点采样，一种做法就是保持数字前端上最低采样率为1.92mhz，另一种就是在去cp之前增加数字上采样机制。
但是，采用上述方式保证cp的整数采样点的话，在去cp前采样率均不能低于1.92mhz，增加系统功耗。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是如何在节约系统功耗的前提下实现cp的整数点采样，保证数据接收的准确性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种时域信号预处理方法，时域信号预处理方法包括：对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分；利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样，并去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点；对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据。
可选的，所述根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分包括：在对所述数字信号进行滤波之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
可选的，所述根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分包括：在对所述数字信号进行滤波之后，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
可选的，所述循环前缀的第二采样点的数目为整数。
可选的，所述对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换包括：对所述数据在所述第二采样率下采样得到的第二采样点进行fft变换。
可选的，所述在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分包括：在利用所述第二采样率对所述数字信号进行最后一次下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
本发明实施例还公开了一种时域信号预处理装置，用于接收机，时域信号预处理装置包括：转换模块，适于对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；预处理模块，适于在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分；去除模块，适于利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样，并去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点；时频变换模块，适于对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据。
可选的，所述预处理模块包括：第一预处理单元，适于在对所述数字信号进行滤波之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
可选的，所述预处理模块包括：第二预处理单元，适于在对所述数字信号进行滤波之后，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
可选的，所述循环前缀的第二采样点的数目为整数。
可选的，所述时频变换模块对所述数据在所述第二采样率下采样得到的第二采样点进行fft变换。
可选的，所述预处理模块在利用所述第二采样率对所述数字信号进行最后一次下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
本发明实施例还公开了一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述时域信号预处理方法的步骤。
本发明实施例还公开了一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述时域信号预处理方法的步骤。
本发明实施例还公开了另一种时域信号预处理方法，所述方法包括以下步骤：对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，去除所述循环前缀在第二采样率下的第二采样点的一部分，以得到去除循环前缀后的信号，所述第二采样率小于所述第一采样率；对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换和相位补偿，以得到频域数据。
可选的，所述在对所述数字信号进行滤波之后，根据第二采样率与所述第一采样率的比例，去除所述循环前缀在第二采样率下的第二采样点的一部分包括：在对所述数字信号进行滤波且利用所述第二采样率进行下采样之后，去除所述循环前缀在第二采样率下的第二采样点的整数样点，所述整数样点的数值是通过所述循环前缀的第一采样点的数目与所述比例计算得到的。
可选的，所述对所述去除循环前缀后的信号进行fft变换包括：利用所述循环前缀的第二采样点的非整数样点的数值对所述频域数据进行相位补偿。
可选的，所述利用所述循环前缀的第二采样点的非整数样点的数值对所述频域数据进行相位补偿包括:利用所述非整数样点的数值计算相位补偿因子，以用以对频域数据进行相位补偿。
可选的，采用以下公式计算所述相位补偿因子：
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分；利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样，并去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点；对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据。本发明技术方案通过根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，从而在利用第二采样率对数字信号进行下采样后，得到的第二采样点的数量为整数，从而可以通过去除循环前缀的全部第二采样点，以去除全部的循环前缀，进而保证经过时频转换得到的频域数据是数字的信号的数据部分，保证了数据接收的准确性。进一步地，通过本发明技术方案可以使得第二采样率满足奈奎斯特采样定理即可，去循环前缀之前可以采用较小的采样率，极大的减小了数字前端的时钟频率，降低接收机功耗。
进一步，所述根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分包括：在对所述数字信号进行滤波之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。本发明技术方案通过在数字滤波之前丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，可以减小数字滤波操作与后续下采样操作的硬件部分的耦合复杂度，从而在保证数据接收的准确性的基础上，实现数据接收系统的简便和易于实施。
进一步，所述根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分包括：在对所述数字信号进行滤波之后，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。本发明技术方案通过在数字滤波之后丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，可以使得循环前缀的全部第一采样点在数字滤波部分得充分利用，减少信号的符号间干扰(intersymbolinterference,isi)，进一步保证数据接收的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例一种时域信号预处理方法的流程图；
图2是本发明实施例一种时域信号预处理装置的结构示意图；
图3是本发明实施例一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，采用上述方式保证cp的整数采样点的话，在去cp前采样率均不能低于1.92mhz，增加系统功耗。
本发明技术方案通过根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，从而在利用第二采样率对数字信号进行下采样后，得到的第二采样点的数量为整数，从而可以通过去除循环前缀的全部第二采样点，以去除全部的循环前缀，进而保证经过时频转换得到的频域数据是数字的信号的数据部分，保证了数据接收的准确性。进一步地，通过本发明技术方案可以使得第二采样率满足奈奎斯特采样定理即可，去循环前缀之前可以采用较小的采样率，极大的减小了数字前端的时钟频率，降低接收机功耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种时域信号预处理方法的流程图。
图1所示的时域信号预处理方法可以用于接收机，所述时域信号预处理方法可以包括以下步骤：
步骤s101：对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；
步骤s102：在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分；
步骤s103：利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样，并去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点；
步骤s104：对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据。
具体实施中，接收机接收到的是模拟信号，故在步骤s101中，可以对接收到的信号进行模数转换。模拟信号包括循环前缀(cyclicprefix,cp)和数据(data)；而模数转换操作相当于采样操作，故经过步骤s101可以得到循环前缀在第一采样率下的第一采样点，以及数据在所述第一采样率下的第一采样点。采用第一采样率对模拟信号进行采样，可以保证循环前缀在第一采样率下的第一采样点的数量是整数。
具体而言，第一采样率为n×1.92mhz，其中，n为正整数。例如，在lte系统中，单载波最大带宽为20m，第一采样率为30.72mhz。
本领域技术人员应当理解的是，所述循环前缀可以是普通循环前缀(normalcyclicprefix)，也可以是扩展循环前缀(extendedcyclicprefix)。
具体实施中，采用窄带物联网(narrowbandinternetofthing,nb-iot)技术时，信号的系统带宽变窄，例如可以是180khz。在这种情况下，可以采用更低的采样率以降低接收机功耗。也就是说，在步骤s101之后，还可以采用第二采样率对所述数字信号进行下采样。但是为了保证循环前缀在第二采样率下的第二采样点的数量是整数，可以通过步骤s102，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
具体而言，第一采样率和第二采样率可以用采样频率来表示，也可以用采样时间来表示。例如，采样频率为fs，则采样时间ts＝1/fs。具体地，第二采样率可以是240khz、480khz等频率。
进而，在步骤s103中，利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样后，循环前缀在第二采样率下的第二采样点的数量是整数。则可以去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点，从而达到去除数字信号中的全部循环前缀的目的。经过步骤s103，得到的数字信号中仅包括数据(data)部分。
进而，在步骤s104中，对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据，以便后续步骤对频域数据进行进一步的处理。例如，对频域数据进行信道估计、插值滤波等操作。
本发明实施例通过根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，从而在利用第二采样率对数字信号进行下采样后，得到的第二采样点的数量为整数，从而可以通过去除循环前缀的全部第二采样点，以去除全部的循环前缀，进而保证经过时频转换得到的频域数据是数字的信号的数据部分，保证了数据接收的准确性。进一步地，通过本发明技术方案可以使得第二采样率满足奈奎斯特采样定理即可，去循环前缀之前可以采用较小的采样率，极大的减小了数字前端的时钟频率，降低接收机功耗。
优选地，所述循环前缀的第二采样点的数目为整数。
本实施例中，根据第二采样率与所述第一采样率的比例丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分后，循环前缀的第二采样点的数目为整数。例如，在第一采样率为30.72mhz时，循环前缀的第一采样点数目为160；在第二采样率为480khz时，第一采样率与第二采样率的比例为64；第一采样点数目160不能整除比例64，故需要丢掉第一采样点的一部分，也即丢掉32个第一采样点；剩余128个第一采样点可以整除比例64，也即循环前缀在第二采样率下的第二采样点数目为2(也即128与比例64的比值)。
本发明另一优选实施例中，利用第二采样率进行采样前的采样率大于1.92mhz时，则先将该采样率进行下采样降低至1.92mhz，以作为第一采样率。再根据第一采样率与第二采样率的比例，丢掉循环前缀的第一采样点的一部分。
例如，在第一采样率为1.92mhz时，循环前缀的第一采样点数目为10；在第二采样率为480khz时，第一采样率与第二采样率的比例为4；第一采样点数目10不能整除比例4，故需要丢掉第一采样点的一部分，也即丢掉2个第一采样点；剩余8个第一采样点可以整除比例4，也即循环前缀在第二采样率下的第二采样点数目为2(也即8与比例4的比值)。
优选地，步骤s102可以包括以下步骤：在对所述数字信号进行滤波之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
本发明实施例通过在数字滤波之前丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，可以减小数字滤波操作与后续下采样操作的硬件部分的耦合复杂度，从而在保证数据接收的准确性的基础上，实现数据接收系统的简便和易于实施。
优选地，步骤s102可以包括以下步骤：在对所述数字信号进行滤波之后，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
本发明实施例通过在数字滤波之后丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，可以使得循环前缀的全部第一采样点在数字滤波部分得充分利用，减少信号的符号间干扰(intersymbolinterference,isi)，进一步保证数据接收的准确性。
优选地，步骤s104可以包括以下步骤：对所述数据在所述第二采样率下采样得到的第二采样点进行快速傅里叶变换(fastfouriertransformation,fft)变换。
优选地，步骤s102可以包括以下步骤：在利用所述第二采样率对所述数字信号进行最后一次下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
本实施例中，在接收机接收信号到得到频域数据的过程中，可能会进行多次下采样操作。为了达到完全去除循环前缀的目的，只需保证在最后一次下采样操作后循环前缀的采样点的数目是整数即可。也就是说，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分是在最后一次下采样之前进行的。
例如，信号的预处理过程中共有4次下采样操作，在第3次采样后，得到循环前缀的第一采样点，则在第4次采样之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
图2是本发明实施例一种时域信号预处理装置的结构示意图。
图2所示的时域信号预处理装置20可以用于接收机，时域信号预处理装置20可以包括转换模块201、预处理模块202、去除模块203和时频变换模块204。
其中，转换模块201适于对接收到的信号进行模数转换，以得到数字信号，所述接收到的信号包括循环前缀和数据，所述数字信号包括所述循环前缀在第一采样率下采样得到的第一采样点和所述数据在所述第一采样率下采样得到的第一采样点；
预处理模块202适于在利用第二采样率对所述数字信号进行下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分；
去除模块203适于利用所述第二采样率对丢掉操作后的所述数字信号进行下采样，并去除所述循环前缀在所述第二采样率下采样得到的第二采样点；
时频变换模块204适于对所述去除循环前缀后的信号进行时频变换，以得到频域数据。
本发明实施例通过根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉循环前缀的第一采样点的一部分，从而在利用第二采样率对数字信号进行下采样后，得到的第二采样点的数量为整数，从而可以通过去除循环前缀的全部第二采样点，以去除全部的循环前缀，进而保证经过时频转换得到的频域数据是数字的信号的数据部分，保证了数据接收的准确性。进一步地，通过本发明技术方案可以使得第二采样率满足奈奎斯特采样定理即可，去循环前缀之前可以采用较小的采样率，极大的减小了数字前端的时钟频率，降低接收机功耗。
优选地，预处理模块202可以包括第一预处理单元2021，第一预处理单元2021适于在对所述数字信号进行滤波之前，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
优选地，预处理模块202可以包括第二预处理单元2022，第二预处理单元2022适于在对所述数字信号进行滤波之后，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分，以使得丢掉操作后的循环前缀的第一采样点的数目是所述比例的整数倍。
优选地，所述时频变换模块204对所述数据在所述第二采样率下采样得到的第二采样点进行fft变换。
优选地，所述预处理模块202在利用所述第二采样率对所述数字信号进行最后一次下采样之前，根据所述第一采样率与所述第二采样率的比例，丢掉所述循环前缀的第一采样点的一部分。
关于所述时域信号预处理装置20的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照对图1所示实施例的相关描述，这里不再赘述。
图3是本发明实施例一种接收机的结构示意图。
如图3所示，基于正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,ofdm)的系统接收机一般性结构如下，
射频接收器301接收模拟信号。模数转换器(analog-to-digitalconverter,adc)302利用采样率fs＝x×1.92mhz将模拟信号转换为数字信号。数字控制振荡器(numericallycontrolledoscillator,nco)303接收转换后的数字信号，并产生对应的正交的正弦和余弦样本。
在具体的应用场景中，需要将采样率降低到1.92mhz，因此还可以通过配置数字滤波器链304，实现数字信号的x倍下采样，以达到大小为1.92mhz的采样率。
本发明一个实施例中，接收机还可以包括丢样点模块311、数字滤波器312、下采样模块313、去cp模块314和fft模块315。在第一采样率达到1.92mhz后，丢样点模块311根据第一采样率和第二采样率的比例，丢掉第一采样点的一部分。在剩余数字信号经过数字滤波器312后，下采样模块313对其进行下采样，达到第二采样率fs为480khz。去cp模块314对循环前缀的第二采样点进行去除，剩余数据的第二采样点传送至fft模块315，转换为频域数据。
本发明另一个实施例中，接收机还可以包括数字滤波器316、丢样点模块317、下采样模块318、去cp模块319和fft模块320。与上一实施例不同的是，丢样点模块317位于数字滤波器316的后续步骤处，也即数字滤波器316先执行数字滤波，丢样点模块317再执行丢样点操作。
本发明又一个实施例中，接收机还可以包括数字滤波器305、下采样模块306、去cp模块307、fft模块308和相位补偿模块309。本实施例中，在第一采样率达到1.92mhz后，数字信号经过数字滤波器305，下采样模块306对其进行下采样，达到第二采样率fs为480khz。去cp模块307对循环前缀的第二采样点进行去除，剩余第二采样点传送至fft模块308，转换为频域数据。由于本实施例中，经过下采样模块306后，循环前缀的第二采样点的数目为非整数，例如，在1.92mhz的采样率下，循环前缀的第一采样点的数目为10，经过下采样模块306后，循环前缀的第二采样点的数目为2.5。此时去cp模块307只能去除循环前缀的2个第二采样点，还剩余0.5个采样点；经过fft模块308后，每个符号的频域信号的初始相位没有对齐，因此，需要相位补偿模块309对频域信号的初始相位进行补偿，以使得每个符号的频域信号的初始相位对齐。
具体实施中，相位补偿模块309可以采用以下公式计算所述相位补偿因子：
需要说明的是，如图3所示，标号1、2和3所示的多个模块可以择一配置在接收机中，而不必全部配置在接收机中。
本发明实施例还公开了一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时可以执行图1中所示时域信号预处理方法的步骤。所述存储介质可以包括rom、ram、磁盘或光盘等。
本发明实施例还公开了一种接收机，所述接收机可以包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令。所述处理器运行所述计算机指令时可以执行图1中所示时域信号预处理方法的步骤。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
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