一种适用于tdd-lte系统外干扰的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，具体涉及TDD-LTE系统排查系统外的干扰，既可以应 用于专用的TDD-LTE测试仪器、频谱仪，也可以应用于LTE基站等通讯设备。
【背景技术】
[0002] 传统IDD-LTE系统外干扰的分析方法采用通用频谱仪，利用扫频的原理分析空中 信号的频谱。但是这种方法无法将系统内信号与系统外干扰分离，往往系统内信号的功率 大于系统外干扰，干扰信号隐藏在系统内信号的频谱以下，无法分辨，更无从知道干扰信号 的频点、带宽、功率等信息。
[0003] 现代频谱仪集成了TDD-LTE解调的功能，可以利用对TDD-LTE的解调，分离系统内 信号和干扰信号。这种方法依赖于对信号的解调质量非常良好，才能分析出干扰信号的频 点，但是现场环境非常复杂，想要得到良好的解调结果基本不可行，所以限制了这种查找系 统外干扰的方法的应用。
[0004] 为了快速准确的定位干扰信号的频点，需要将干扰和有用信号彻底分离，本文提 供了一种能够分离系统内信号和系统外干扰的方法，从而快速的定位干扰信号。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是解决现有通用频谱仪无法分离IDD-LTE上下行信号的问题，并且可 以通过分离的上行频谱高效的查找系统外的干扰信号。
[0006] 本发明提供的适用于IDD-LTE系统外干扰的分析方法，包含以下步骤：
[0007] 第UTDD-LTE射频信号经过下变频后变换至中频，利用高速AD对信号进行中频采 样，采样速率为中频带宽的2倍以上，并且为LTE20M带宽的信号采样率30. 72M的整数倍；
[0008] 第2、通过数字NCO将采集的中频信号搬移至基带，亦即将中频信号混频到零频。
[0009]第3、为了降低对后续计算能力的要求，将原有符号率Fsh变为低速符号率Fsl， Fsl为I. 92M，或者I. 92M的整数倍，Fsh/Fsl为整数；
[0010] 第4、利用本地PSS时域序列与低速符号率的信号做互相关运算，得到低速符号率 信号的PSS同步位置，并将此位置折算成原有符号率信号的PSS位置，即PSS粗同步位置。 其中，PSS频域图样共有三种，分别对应了TDD-LTE的三个SectorID;由于初始同步的时 候并不知道SectorID是多少，所以三种图样都要做相关，最大相关值出现在那个图样中， SectorID即为相应图样对应的ID;每一种图样的PSS为62个载波的频域数据，需要进行插 值得到128个载波，插值方法为对62个载波以外的载波位置填0 ;对128个载波做逆傅里 叶变换，得到128点的时域信号；利用128点的时域信号和符号率变换后的信号做互相关运 算，窗口滑动长度为半帧以上，相关结果的峰值位置代表了接收到的信号中PSS符号的起 始时刻，但是这只是PSS粗同步的位置。
[0011] 得到本地3种PSS频域图样的方法为：
[0015] 第5、为了进一步精确定时，需要在原有采样率信号的粗同步位置上，向前后各滑 动N个采样点，N取Fsh/Fsl，每滑动一个点计算一次FFT，并且和PSS频域序列做一次相 关，得到一个相关值，窗口滑动完成以后，最大相关值的窗口起始位置即精确同步的PSS符 号位置；
[0016] 得到PSS精确同步的方法如下：PSS精确同步需要对符号率变换前的数据进行处 理，在粗同步的位置左右各取N个点，作为待测位置，N为Fsh/Fsl，基于每一个起始位置向 后取得一个符号长度的数据，并对数据做FFT，取出中间的62个载波，与本地已经确定图样 的PSS频域序列做相关，得到一个相关值；得到N个相关值后，最大相关结果出现的位置即 为精确同步的位置。
[0017] 第6、基于PSS精确同步的位置找到SSS辅同步序列所在的符号，并利用此符号和 本地SSS序列相关能够确定当前半帧是前半帧还是后半帧，从而得到帧同步的位置；得到 了PSS精确同步的位置，进一步可以得到帧同步。依据PSS精确同步的位置向前偏移3个符 号的长度，从此基准时刻向后取出一个符号长度的数据，即SSS符号，对这个符号进行FFT 运算，取出中间的62个载波，将这62个载波与TDD-LTE协议中规定的336种SSS序列做相 关，相关峰值出现在0-167,说明当前半帧为前半帧；相关峰值出现在168-335中，说明当前 为后半帧，即确定了帧同步的位置。
[0018] 第7、基于帧同步的位置得到GP时隙或者上行子帧的时域数据，对此时域数据行 加窗处理和FFT运算，对处理后的数据取模和检波处理，并以对数的形式表示功率谱；对信 号进行加窗处理，加窗方法如下：以帧头的位置为起始，取出GP符号或者上行子帧，GP在子 帧1中，上行子帧在子帧2中；GP时隙或者上行子帧的数据与窗函数进行逐点相乘，以减少 频谱泄露的影响，窗函数采用高斯窗或布莱克曼窗。
[0019] 信号进行检波的方法如下：对GP符号或者上行子帧做分析需要取出相应时隙位 置的信号，无论IDD-LTE采取何种配置，子帧2固定为上行子帧，对上行子帧内的14个符号 分别做FFT，得到14组频域数据，对14组频域数据行正峰值、负峰值和均值检波操作；GP位 置特殊子帧，子帧号为1，依据特殊子帧的不同配置，取得属于GP的符号；同样，对GP的多 个符号分别做FFT处理，进行正峰值、负峰值和均值检波操作。
[0020] 第8、基于得到的频谱能够分析系统外干扰的特征，并且利用定向天线查找干扰的 方向以及具体位置。当没有外界干扰的时候，GP时隙既不发送上行信号，也不发送下行信 号，所以出现在GP时隙的信号均为系统外干扰，这种方法直观有效；也可以利用子帧2中的 上行子帧进行分析，上行子帧持续时间长，不用担心上下行延时挤占的问题；虽然引入了上 行信号，但是上行信号以180kHz为最小宽度分配资源，能够通过频谱包络轻松的分辨上行 信号和系统外干扰。
[0021] 利用定向天线观察干扰的信号的强度和包络，通过改变天线的角度和方向，观察 干扰信号强度的变化，从而确定干扰的大致方向；通过在多个位置定位干扰源的方向，能够 基本确定干扰源的位置。
[0022] 本发明的优点和有益效果：
[0023] 本发明方法可以清晰分离TDD-LTE上下行信号，在不关闭基站的情况下，对上行 干扰进行排查，可以高效的查找干扰源。
【附图说明】：
[0024] 图1为系统框图。
[0025] 图2为FPGA和DSP的实现框图。
[0026] 图3为SSS相关的结果。
[0027]图4为干扰排查的环境搭建。
[0028] 图5为干扰排查实测图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实例，详细描述本发明的技术方案。
[0030] 本发明所有方案均在FPGA和DSP内实现。
[0031]第I、TDD-LTE射频信号经过模拟混频滤波以后，中频信号为138. 24M，利用时钟为 61. 44M的AD对中频信号进行带通采样，AD的带通采样本身也是一种混频操作，采样后的信 号位于15. 36M。
[0032] 第2、利用FPGA采集AD的输出结果，FPGA内部的DDC模块完成以下功能：
[0033] 如图2所示，1/4FS模块完成混频的操作，由于15. 36M的中频信号正好是61. 44M 的四分之一，可以采用简化算法将15. 36M的中频信号混频到零频。方法如下：
[0034] 频率为fs/4的本振可以表示为：
[0037] 对于实信号的Fs/4移频过程，可以得到输出结果：
[0038]n= 4kJout=x(n)Qout= 0
[0039]n= 4k+lJout= 0Qout=-x(n)
[0040]n= 4k+2:Iout=-x(n)Qout= 0
[0041]n= 4k+3Jout= 0Qout=x(n)
[0042] 所以简单的取反和置0,即可将信号混频到零频。
[0043] 混频后的信号经过5级半带滤波器，每一级的输出采样率降为输入的一半，如图2 所示。HBO的输出用于后续的频谱分析，HB4的输出用于PSS的粗同步运算。
[0044] HB4的输出符号率已经降为了 I. 92M，送入FPGA的PSS_SYNC模块中，3组本地PSS 时域序列采用128点。3组序列分别于HB4的输出做滑动相关，滑动长度为半帧以上。依 据最大值出现的组号得到SectorlD，依据最大值出现的位置得到低符号率的粗同步位置 PSS_index_ls。FPGA 将 PSS_index_ls、Sector ID 和 HBO 的输出传输给 DSP，如图 2 所示。
[0045] 在DSP中PSS_SYNC2模块中进一步计算细同步的位置。HBO的输出为30. 72M采 样率，粗同步位置为16*PSS_index_ls，需要在这个位置前后各滑动8个位置，来确定哪一 个位置才是准确的PSS符号的起始时刻。滑动一个Ts，基于这个位置向后取出一个符号长 度的信号，对其做FFT，取FFT输出的中间的62个载波，和本地PSS的频域序列做相关运算。 由于滑动了N个位置，得到了N个相关