TDD‑LTE上下行切换时间点的获取方法及其系统与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法及其系统。

背景技术：

当下tdd-lte作为4g通信系统中的重要组成部分，已经被非常广泛的应用于无线蜂窝通讯系统中。因为tdd-lte是一种时分通信系统，诸如直放站(repeater)一类的无线通讯设备需要得到准确的上下行时间点来进行上下行模式切换才能正常工作。目前应用比较广泛的是使用tdd-ltemodem来解决这个问题。其优点是灵敏度高，抗干扰能力强，缺点也很明显，成本太高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法及其系统，可方便快速地获得tdd-lte的上下行切换时间点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法，包括：

采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列；

根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值；

根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列；

若所述第二数字信号序列中存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，则将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号；

将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号；

根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

本发明还涉及一种tdd-lte上下行切换时间点的获取系统，包括：

第一转换模块，用于采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列；

计算模块，用于根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值；

第二转换模块，用于根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列；

第一标记模块，用于若所述第二数字信号序列中存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，则将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号；

第二标记模块，用于将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号；

确定模块，用于根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

本发明的有益效果在于：通过采集下行信号，只对下行信号进行分析，减少了数据处理量，提高了上下行切换时间点的获取效率；通过将下行信号先转换为数字信号再转换为第一信号或第二信号，滤除了上行信号的干扰，保证获取结果的准确性；根据tdd-lte协议中下行信号间隙时长的特点，在第一信号和第二信号所组成的第二数字信号序列中获取表示下行开始时刻的下行开始信号以及表示下行结束时刻的下行结束信号，然后根据tdd-lte协议中的子帧配比模式进行比较修正，从而确定最终的上下行切换时间点。本发明可方便快速地获得tdd-lte的上下行切换时间点，且成本低，兼容性好。

附图说明

图1为本发明一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法的流程图；

图2为本发明实施例一的方法流程图；

图3为本发明实施例二的方法流程图；

图4为本发明实施例二中一个周期的第二数字信号序列的绘图结果示意图；

图5为本发明实施例二中三个周期的第二数字信号序列的绘图结果的叠加示意图；

图6为本发明一种tdd-lte上下行切换时间点的获取系统的结构示意图；

图7为本发明实施例三的系统结构示意图；

标号说明：

1、第一转换模块；2、计算模块；3、第二转换模块；4、第一标记模块；

5、第二标记模块；6、确定模块；

11、采集单元；12、功率检测单元；13、第一转换单元；

21、第一获取单元；22、计算单元；

31、第二转换单元；32、第三转换单元；

61、第二获取单元；62、第一得到单元；63、第二得到单元；

64、确定单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：对下行信号进行分析，得到下行信号中的下行开始信号和下行结束信号，再根据下行的始末时刻确定上下行切换时间点。

请参阅图1，一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法，包括：

采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列；

根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值；

根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列；

若所述第二数字信号序列中存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，则将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号；

将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号；

根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可方便快速地获得tdd-lte的上下行切换时间点，且成本低，兼容性好。

进一步地，所述“采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列”具体为：

根据预设的采集时间，通过定向天线采集tdd-lte的下行信号；

通过功率检测电路对所述下行信号进行功率检测；

根据预设的采样率，通过模数转换器将功率检测后的下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列。

由上述描述可知，利用定向天线的空间隔离度，尽可能隔离空间中的上行信号，衰减上行信号的输入，初步滤除上行信号的干扰，保证只对下行信号的采集；通过对下行信号进行功率检测，得到下行信号的功率谱，然后根据预设的采样率，将模拟信号转换为数字信号，此时，数字信号的值表示电压值。

进一步地，所述“根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值”具体为：

依次获取第一数字信号序列中的一数字信号作为当前数字信号；

根据第一数字信号组中各数字信号的数值，计算得到所述当前数字信号对应的平均值，所述第一数字信号组包括当前数字信号及其之后的与其相邻的连续n-1个数字信号，所述n为预设的信号个数。

进一步地，所述“根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号”具体为：

若当前数字信号的数值小于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第一信号，所述第一信号的数值为第一数值；

若当前数字信号的数值大于或等于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第二信号，所述第二信号的数值为第二数值。

由上述描述可知，将下行信号划分为表示无功率的第一信号和表示有功率的第二信号，后续可以区分出下行信号时刻和下行信号的间隙时刻，从而得到下行信号的时间信息；且由于经过定向天线的初步滤除后，下行信号的功率会比上行信号的功率大很多，因此，还可以进一步滤除上行信号的干扰。

进一步地，所述“根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点”具体为：

根据预设的周期时间，获取至少两个周期的第二数字信号序列；

依序获取处于同一周期的被标记为下行开始信号和下行结束信号的第二信号作为第三信号，并计算所述第三信号相对于所述同一周期的开始时间的偏移时间，得到对应所述同一周期的第一偏移时间序列；

依次从各周期的第一偏移时间序列中取出一偏移时间，并计算取出的偏移时间的平均值，得到第二偏移时间序列；

根据所述第二偏移时间序列，确定上下行切换时间点。

由上述描述可知，通过对多个周期的第二数字信号序列进行分析，得到更准确的上下行切换时间点。

请参照图6，本发明还提出了一种tdd-lte上下行切换时间点的获取系统，包括：

第一转换模块，用于采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列；

计算模块，用于根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值；

第二转换模块，用于根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列；

第一标记模块，用于若所述第二数字信号序列中存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，则将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号；

第二标记模块，用于将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号；

确定模块，用于根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

进一步地，所述第一转换模块包括：

采集单元，用于根据预设的采集时间，通过定向天线采集tdd-lte的下行信号；

功率检测单元，用于通过功率检测电路对所述下行信号进行功率检测；

第一转换单元，用于根据预设的采样率，通过模数转换器将功率检测后的下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列。

进一步地，所述计算模块包括：

第一获取单元，用于依次获取第一数字信号序列中的一数字信号作为当前数字信号；

计算单元，用于根据第一数字信号组中各数字信号的数值，计算得到所述当前数字信号对应的平均值，所述第一数字信号组包括当前数字信号及其之后的与其相邻的连续n-1个数字信号，所述n为预设的信号个数。

进一步地，所述第二转换模块包括：

第二转换单元，用于若当前数字信号的数值小于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第一信号，所述第一信号的数值为第一数值；

第三转换单元，用于若当前数字信号的数值大于或等于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第二信号，所述第二信号的数值为第二数值。

进一步地，所述确定模块包括：

第二获取单元，用于根据预设的周期时间，获取至少两个周期的第二数字信号序列；

第一得到单元，用于依序获取处于同一周期的被标记为下行开始信号和下行结束信号的第二信号作为第三信号，并计算所述第三信号相对于所述同一周期的开始时间的偏移时间，得到对应所述同一周期的第一偏移时间序列；

第二得到单元，用于依次从各周期的第一偏移时间序列中取出一偏移时间，并计算取出的偏移时间的平均值，得到第二偏移时间序列；

确定单元，用于根据所述第二偏移时间序列，确定上下行切换时间点。

实施例一

请参照图2，本发明的实施例一为：一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法，包括如下步骤：

s1：采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列。具体地，包括如下步骤：

s11：根据预设的采集时间，通过定向天线采集tdd-lte的下行信号；由于上行信号由手机等用户终端设备发出，而定向天线指向基站，对于其他方向上的用户终端所发出的信号是具有一定的隔离度的，因此，利用定向天线的空间隔离度，尽可能隔离空间中的上行信号，衰减上行信号的输入，初步滤除上行信号的干扰，保证只对下行信号的采集。

s12：通过功率检测电路对所述下行信号进行功率检测。由于tdd-lte的空间信号传播的电磁波频率很高，普通低速adc(模数转换器)是无法直接采样的，而这个信号在时域上的功率可以很简单地被普通低速adc采样，因此，先通过功率检测电路对下行信号进行处理。进一步地，对所述下行信号进行滤波放大，过滤掉空间中其他频率的无用信号，滤除其他频率信号以及上行信号的干扰，再通过包络检波器对滤波放大后的下行信号进行包络检波。

s13：根据预设的采样率，通过模数转换器将功率检测后的下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列。即通过模数转换器根据预设的采样率对连续的下行信号进行采样并转换为数字信号；优选地，采样率为1mhz，也即每1μs采集得到一个数字信号。此时，数字信号的数值表示电压值。

s2：根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值。具体地，可先依次获取第一数字信号序列中的一数字信号作为当前数字信号；根据第一数字信号组中各数字信号的数值，计算得到所述当前数字信号对应的平均值，所述第一数字信号组包括当前数字信号及其之后的与其相邻的连续n-1个数字信号，所述n为预设的信号个数。所述n的值根据步骤s1中数字信号的采样率而定，优选地，所述n的值为16。

滑动平均相当于低通滤波器，采用滑动平均法的话，n个数据可以得到n-k+1个平滑值，k为滑动长度。编程计算时可采用这样的形式：首先将序列的前k个数据求和得到一个值，然后依次用这个值减去当前的k个数据中的第一个数据，并加上第k+1个数据，再用求出的值除以k，循环这样的过程计算出n-k+1个平滑值。本实施例中，分别将这n-k+1个平滑值作为第一数字信号序列中第1，2，…，n-k+1个数字信号对应的平均值。

上述方法也可当作利用一个滑动窗依序从第一数字序列中获取k个数字信号，然后计算这k个数字信号的平均值，然后将计算出的平均值作为这k个数字信号中的第一个数字信号对应的平均值，也即滑动窗内第一个数字信号对应的平均值；滑动窗的窗口长度为k，每次移动的距离为1，即每移动一次窗口，都会有一个数据被移出，一个数据被移入，移除的数据为窗口内最早的数据，移入的数据为窗口后的第一个数据。

例如，第一数字信号序列为a1，a2，…，an，滑动窗的窗口长度k＝16，第一次窗口内的数据为a1至a16，然后计算a1至a16的平均值作为a1对应的平均值；然后窗口向后滑动一个数据，此时，窗口内的数据为a2至a17，然后计算a2至a17的平均值作为a2对应的平均值；以此类推。

s3：根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列。

具体地，若当前数字信号的数值小于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第一信号，所述第一信号的数值为第一数值，例如为0；若当前数字信号的数值大于或等于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第二信号，所述第二信号的数值为第二数值，例如为1。此时，第二数字信号序列即为由0和1组成的序列。其中，第二数字信号序列中第一信号所处的时刻可以表示为下行信号中无功率的时刻，第二信号所处的时刻可以表示为下行信号中有功率的时刻。

由于经过定向天线的初步滤除后，下行信号的功率会比上行信号的功率大很多，因此，该步骤还可以进一步滤除上行信号的干扰。

s4：判断所述第二数字信号序列中是否存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，若是，则执行步骤s5。所述第一时间为0.25ms。

根据tdd-lte协议可知，下行无信号间隙不小于0.25ms，因此，当发现连续的第一信号超过0.25ms，也即发现到超过0.25ms的间隙，此时，真实的下行信号结束时间点其实已经过去，因此，这些连续的第一信号之前的最后一个第二信号所处的时间点才是正确的下行信号结束时间点。

进一步地，当采样率为1mhz时，每1μs采集得到一个数字信号，因此，该步骤也可以判断是否存在连续的超过预设个数的第一信号，所述预设个数等于第一时间乘以采样率；因此，判断条件可以为是否存在连续的超过250个的第一信号。

s5：将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号。

s6：将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号。

s7：根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

tdd-lte的上下行切换时间点不是随机的也不是任意长度的，而是有规定的几种子帧配比模式，且一旦设定为某种切换配比，就会一直沿用这个配比，直至由基站管理员重新人工设定。tdd-lte帧分成5ms帧、10ms帧以及特殊的10ms帧。表1为tdd-lte的子帧配比模式。

表1：

其中特殊时隙s还能进一步被分配为下行(dwpts)、上行(uppts)以及两者之间的切换保护间隔(gp)。其中，dwpts：gp：uppts三者间的比例关系可能有表2所示的几种情况。

表2：

因此，可获取一个周期(5ms或10ms)的第二数字信号序列，根据这个周期中被标记为下行开始信号和下行结束信号的第二信号，计算出下行信号的时间占比，然后根据表1和表2，采用最接近测算值的一组配比来进行最终的上下行切换时间点的确定。

本实施例通过定向天线采集下行信号，滤除了上行信号的干扰；通过将下行信号先转换为数字信号再转换为第一信号或第二信号，进一步滤除了上行信号的干扰，保证获取结果的准确性；根据tdd-lte协议中下行信号间隙时长的特点，在第一信号和第二信号所组成的第二数字信号序列中获取表示下行开始时刻的下行开始信号以及表示下行结束时刻的下行结束信号，然后根据tdd-lte协议中的子帧配比模式进行比较修正，从而确定最终的上下行切换时间点。通过从功率上对下行信号进行分析，得到下行时间信息，余下的就是上行时间信息，整体上减少了数据处理量，提高了上下行切换时间点的获取效率；可方便快速地获得tdd-lte的上下行切换时间点，且成本低，兼容性好。

实施例二

本实施例是实施例一的进一步拓展，相同之处不再累述，区别在于，在步骤s7中，可以通过对多个周期的第二数字信号序列进行分析，利用对下行时间的不断累积叠加逐渐逼近实际上下行切换时间点。

如图3所示，所述步骤s7包括如下步骤：

s71：根据预设的周期时间，获取至少两个周期的第二数字信号序列；优选地，所述周期时间为10ms。

s72：依序获取处于同一周期的被标记为下行开始信号和下行结束信号的第二信号作为第三信号，并计算所述第三信号相对于所述同一周期的开始时间的偏移时间，得到对应所述同一周期的第一偏移时间序列；

s73：依次从各周期的第一偏移时间序列中取出一偏移时间，并计算取出的偏移时间的平均值，得到第二偏移时间序列；

s74：根据所述第二偏移时间序列，确定上下行切换时间点。

例如，假设根据第二数字信号序列进行绘图，绘图结果类似方波信号，假设一个周期的第二数字信号序列的绘图结果如图4所示，图4中从0变1的上升沿位置的1即为下行开始信号，从1变0的下降沿位置的1即为下行结束信号，分别计算该周期中各下行开始信号和各下行结束信号相对于该周期开始时间的偏移时间，得到该周期的第一偏移时间序列为{t11，t12，t13，t14，t15，t16}；获取三个周期的第二数字信号序列并叠加在同一个图中，如图5所示；假设三个周期的第一偏移时间序列分别为{t11，t12，t13，t14，t15，t16}、{t21，t22，t23，t24，t25，t26}、{t31，t32，t33，t34，t35，t36}，然后计算得到t11、t21和t31的平均值t1，t12、t22和t32的平均值t2，t13、t23和t33的平均值t3，t14、t24和t34的平均值t4，t15、t25和t35的平均值t5，t16、t26和t36的平均值t6，得到第二偏移时间序列{t1，t2，t3，t4，t5，t6}；其中，t1、t3、t5对应的是下行开始信号，即下行信号开始时刻，t2、t4、t6对应的是下行结束信号，即下行信号结束时刻，因此可以计算出下行信号在周期中所占的时间比例，然后再根据表1和表2，采用最接近一组配比来确定最终的上下行切换时间点。

由于空间信号不稳定，单个周期获取的下行开始结束信息和实际信息会有时间偏差，因此通过多个周期的叠加求平均，再对照子帧配比模式，得到准确的上下行切换时间点。

实施例三

请参照图7，本实施例是对应上述实施例的一种tdd-lte上下行切换时间点的获取系统，包括：

第一转换模块1，用于采集下行信号，并将所述下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列；

计算模块2，用于根据滑动平均法，计算得到第一数字信号序列中各数字信号对应的平均值；

第二转换模块3，用于根据所述第一数字信号序列中各数字信号的数值及其对应的平均值的比较结果，将所述各数字信号转换为第一信号或第二信号，得到第二数字信号序列；

第一标记模块4，用于若所述第二数字信号序列中存在超过预设的第一时间的连续的第一信号，则将所述连续的第一信号之前的最后一个第二信号标记为下行结束信号；

第二标记模块5，用于将所述下行结束信号之后的第一个第二信号标记为下行开始信号；

确定模块6，用于根据所述下行开始信号和下行结束信号，确定上下行切换时间点。

进一步地，所述第一转换模块1包括：

采集单元11，用于根据预设的采集时间，通过定向天线采集tdd-lte的下行信号；

功率检测单元12，用于通过功率检测电路对所述下行信号进行功率检测；

第一转换单元13，用于根据预设的采样率，通过模数转换器将功率检测后的下行信号转换为数字信号，得到第一数字信号序列。

进一步地，所述计算模块2包括：

第一获取单元21，用于依次获取第一数字信号序列中的一数字信号作为当前数字信号；

计算单元22，用于根据第一数字信号组中各数字信号的数值，计算得到所述当前数字信号对应的平均值，所述第一数字信号组包括当前数字信号及其之后的与其相邻的连续n-1个数字信号，所述n为预设的信号个数。

进一步地，所述第二转换模块3包括：

第二转换单元31，用于若当前数字信号的数值小于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第一信号，所述第一信号的数值为第一数值；

第三转换单元32，用于若当前数字信号的数值大于或等于其对应的平均值，则将当前数字信号转换为第二信号，所述第二信号的数值为第二数值。

进一步地，所述确定模块6包括：

第二获取单元61，用于根据预设的周期时间，获取至少两个周期的第二数字信号序列；

第一得到单元62，用于依序获取处于同一周期的被标记为下行开始信号和下行结束信号的第二信号作为第三信号，并计算所述第三信号相对于所述同一周期的开始时间的偏移时间，得到对应所述同一周期的第一偏移时间序列；

第二得到单元63，用于依次从各周期的第一偏移时间序列中取出一偏移时间，并计算取出的偏移时间的平均值，得到第二偏移时间序列；

确定单元64，用于根据所述第二偏移时间序列，确定上下行切换时间点。

综上所述，本发明提供的一种tdd-lte上下行切换时间点的获取方法及其系统，通过采集下行信号，只对下行信号进行分析，减少了数据处理量，提高了上下行切换时间点的获取效率；通过将下行信号先转换为数字信号再转换为第一信号或第二信号，滤除了上行信号的干扰，保证获取结果的准确性；根据tdd-lte协议中下行信号间隙时长的特点，在第一信号和第二信号所组成的第二数字信号序列中获取表示下行开始时刻的下行开始信号以及表示下行结束时刻的下行结束信号，然后根据tdd-lte协议中的子帧配比模式进行比较修正，从而确定最终的上下行切换时间点。本发明可方便快速地获得tdd-lte的上下行切换时间点，且成本低，兼容性好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。