CN101031126B - 路测接收机及其基带信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明路测接收机包括：射频接收装置，通过天线从空中耦合TD-SCDMA信号，输出I、Q差分的基带信号；基带信号处理装置，基于上述IQ基带信号测量出各种网络性能参数；参数显示装置，将各种网络性能参数实时显示。此外还公开了其基带信号处理方法，包括：A、将下行信号转换为数字格式；B、进行同步，找到TD-SCDMA信号的帧的起始位置和最佳采样点；C、取出时隙0的Midamble数据估计出无线信道特性；D、利用无线信道特性与Midamble数据，进行多径的合并与解扩、解扰处理，输出广播信道数据；E、对广播信道进行解码成比特数据；F、对各个网络性能参数进行测量。本发明通过新的结构实现了新的网络性能参数测量方式，适应于TD-SCDMA系统。

Description

路测接收机及其基带信号处理方法

【技术领域】

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种TD-SCDMA路测接收机，以及涉及该种路测接收机的基带信号处理方法。

【背景技术】

随着目前通信网络布网工程力度的不断加大，各地移动通信运营商对各个厂家的现场模拟测试要求越来越严格，通信网络系统在布站前需要有一个准确的评估，评估出布站的地点与信号的覆盖情况，所以工程人员需要一个能够较好模拟基站信号的发射机，在一端发射出信号，在另一端接收并进行测试分析，如此，方可准确评估出布站的地点和信号的覆盖情况。实现发射信号的一端的设备称为基站模拟发射机，在另一端接收并进行测试分析的设备则称为路测接收机。

路测接收机是一种网络信号覆盖检测设备，主要用于测量出各种网络性能参数，并且找出信号的覆盖盲点、存在的频率干扰、基站之间的相互干扰、以及影响网络覆盖的各种原因，为改善网络信号、提高网络服务质量提供可靠有效的数据信息。在通信网络建设初期与网络优化时，在一端使用基站模拟发射机模拟基站发射信号，能很好地模拟基站的信号覆盖情况，另一端则使用路测接收机相配合，通过接收模拟发射机的下行信号，能为基站选点提供较有价值的参考数据。

此前的一些路测接收机，主要对应第二代移动通信协议而构建，因此，并不适用于新协议。随着移动通信技术的发展，第三代移动通信系统的建设也日趋完善，因此，急需开发新的路测接收机以适应新的协议，如TD-SCDMA和WCDMA等。

【发明内容】

本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种适应第三代通信协议的TD-SCDMA路测接收机；

本发明的另一目的在于提供一种路测接收机的基带信号处理方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明应用于TD-SCDMA的路测接收机，包括：

射频接收装置，通过天线从空中耦合TD-SCDMA下行信号，输出I、Q差分的基带信号；

基带信号处理装置，基于上述IQ基带信号测量出各种网络性能参数；

参数显示装置，将各种网络性能参数实时显示。

其中，所述基带信号处理装置包括：

模数转换器，将射频接收装置的I、Q基带信号转换为数字格式；

滤波模块，对数字格式的下行信号进行匹配滤波；

载波搜索模块，在滤波后的下行信号中寻找特定频段内信号能量最强，并且能够同步上的频点；

锁相环模块，将射频接收装置锁定在由载波搜索模块确定的频点上；

同步模块，对滤波后的下行信号进行同步检测，进行同步，输出同步后的时隙0的Midamble数据和广播信道；

信道估计模块，用所述Midamble数据估计出同步后的信号的无线信道的特性；

联合检测模块，利用无线信道特性和同步后的信号进行多径合并与解扩、解扰处理，形成广播信道数据；

信道解码模块，对广播信道数据进行解码，解出广播信道的比特数据；

参数测试模块，对广播信道数据进行性能参数的测量；

主控模块，用于控制及协调整个基带信号处理装置，并提供与参数显示装置电性连接的接口以实现数据交互。

为适应TD-SCDMA协议的需要，所述射频接收装置仅接收频段为2010至2025MHz的射频信号。

在硬件的具体实现中，所述锁相环模块、载波搜索模块、同步模块、信道估计模块、以及联合检测模块通过集成在FPGA芯片中实现；所述信道解码模块集成在DSP芯片中实现；所述主控模块集成在ARM芯片中实现；所述参数测试模块由FPGA芯片和DSP芯片共同实现。

此外，该路测接收机还包括GPS模块，与所述基带信号处理系统的主控模块电性连接，由主控模块通过GPS模块接收全球定位信息。

一般而言，所述参数显示装置为配置了专用软件的计算机系统。

本发明的第二目的是提供一种用于TD-SCDMA路测接收机中处理I、Q基带信号最终输出信号的性能参数的基带信号处理方法，包括如下步骤：

A、将下行信号进行采样，将模拟的IQ基带信号转化为数字格式；

B、对数字基带信号进行同步检测，对信号进行同步，找到TD-SCDMA信号的帧的起始位置，并且找出最佳采样点；

C、取出时隙0的Midamble数据进行信道估计，估计出无线信道特性；

D、利用无线信道特性，并取出同步之后的时隙0的Midamble数据，进行多径的合并与解扩、解扰处理，输出广播信道的数据；

E、对广播信道进行信道解码，解出广播信道的比特数据；

F、对各个网络性能参数进行测量。

具体地，步骤F所述的网络性能参数包括如下任意一种或几种：下行同步码、P-CCPCH信道的接收信号码功率、干扰信号码功率、信号功率干扰信号功率比、码功率与干扰信号功率比、接收信号强度指示以及下行同步码的干扰。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：与基站模拟发射机配合，为第三代移动通信系统提供了一种全新的路测接收仪，通过新的结构实现了新的网络性能参数测量方式，解决了TD-SCDMA网络覆盖优化的问题；此外，由于本发明的路测接收机采用FPGA、DSP、ARM等芯片实现，实现了高集成度，使整机体积较小，方便应用。

【附图说明】

图1为本发明路测接收机的整机原理框图；

图2为本发明基带信号处理装置的原理结构示意图；

图3为本发明基带信号处理装置的硬件结构示意图，

图4为本发明射频接收装置的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请参阅图1本发明路测接收机主要由基带信号处理装置2、参数显示装置3、射频接收装置1、GPS模块4以及天线组成，天线与射频接收装置1之间通过SMA头连接，射频接收装置1通过天线从空中耦合基站或基站模拟发射机的TD-SCDMA下行信号，进行滤波处理后，通过20针的排插接口传输给基带信号处理装置2进行一系列的信号处理，最终获取该物理位置中获得的信号的各种网络性能参数，输出至参数显示装置3进行显示。通常，所述参数显示装置3采用配备了专用软件的计算机系统实现，主要是实现测量参数的图形化实时显示，为用户提供一个实时直接的参数观测平台，提供数据实时图形化显示、回放、电子地图、数据分析、报表生成等功能，关于软件的具体实现，在此不行详叙。而GPS模块4则可通过RS232接口为基带信号处理装置2提供全球定位信息。

基带信号处理装置2与射频接收装置1之间为互相作用的关系：射频接收装置1传输给基带信号处理装置2的信号主要是模拟的基带IQ信号和锁相环的稳定指示信号，而基带信号处理装置2传输给射频接收装置1的信号主要是电源，以便支持射频接收装置1工作；数字增益控制信号，以及控制其增益；频偏控制模拟电压信号，以控制射频接收装置1的压控晶振，以控制射频接收装置1与基站的频率偏差；锁相环的配置信号，以控制射频接收装置1的锁相环配置，配置锁相环的频点。

请参阅图4，揭示了所述射频接收装置1的硬件构成。射频接收装置1采用超外差式设计，接收TD-SCDMA频段2010～2025MHz的射频信号，输出IQ差分的基带信号，具有75dB的输入动态范围。

射频接收装置1包括射频滤波器芯片、中频滤波器芯片、低噪放芯片、混频器芯片、解调器芯片、增益控制芯片等构成。其中天线通过SMA头与第一个射频滤波器电性连接，实现第一级的射频滤波；第一个射频滤波器与一个低噪声放大器电性连接，实现射频信号的放大；低噪声放大器与第二个射频滤波器电性连接，实现第二级的射频滤波处理；第二级的射频滤波器与混频器电性连接，实现将射频信号转化为中频信号；混频器与中频滤波器电性连接，实现中频信号的滤波处理；中频滤波器与增益控制芯片电性连接，实现信号的增益控制；增益控制芯片与解调芯片电性连接，实现将中频信号解调为基带IQ信号，然后输出到基带信号处理装置2进行数据采样处理。

请参阅图3，基带信号处理装置2采用模块化流水线处理的方式进行设计，每个模块相对独立，模块之间关联少，数据交互少。具体包括：

双路的模数转换装置20，对射频接收装置1输出的差分的I、Q基带信号进行4倍采样，将模拟的I、Q基带信号转换为数字格式；

滤波模块21，采用FIR滤波器对数字格式的I、Q信号进行进行匹配滤波处理；

载波搜索模块22，使用新的搜索方法，修改增益值，搜索所有的频点，并且对信号能量进行排序，对能量最强的前8个频点进行同步搜索，如果在某一个增益下没有同步上，则将增益加大，继续同步搜索，直到搜索成功。这样保证了同步上的频点是能量最强的频点。

锁相环模块，载波搜索模块22的频点一经确定，便可由该锁相环模块向射频接收装置1发送锁相环配置信号，将射频接收装置1锁定在由载波搜索模块22确定的频点上；

同步模块23，搜索到载波后进行同步检测，包括采样点同步、帧同步、多帧同步、采样点选择等，找出TD-SCDMA信号的帧的起始位置，最终输出同步后的时隙0的Midamble数据和广播信道；

信道估计模块24，取出所述时隙0的Midamble数据进行信道估计，估计出同步后的信号的无线信道的特性，然后将估计的结果送给联合检测模块；

联合检测模块25，采用Rake接收机，利用信道估计模块24的结果即射频接收装置1的无线信道特性和同步之后的时隙0的数据，进行多径合并与解扩、解扰处理，最后输出广播信道数据；

信道解码模块26，对广播信道数据进行解码，解出广播信道的比特数据；

参数测试模块28，分布在基带信号处理装置2的各个模块中，或者独立存在，具体而言，参数测试模块28主要对广播信道数据进行性能参数的测试，包括RSSI(接受信号强度指示)、RSCP(接收信号误码率)、ISCP(干扰信号误码率)、SIR(信号功率干扰信号功率比)、Ec/Io(码功率与干扰信号功率比)、DwPTS(下行同步码)以及DwPTS的干扰率等参数；

主控模块27，用于控制及协调整个基带信号处理装置2，并提供与参数显示装置3电性连接的接口以实现数据交互。主控模块27可通过USB、RS232和/或485监控接口与参数显示装置3进行连接，还提供与所述GPS模块4连接的RS232接口，视情况而定。

请参阅图4，主要揭示基带信号处理装置2的具体硬件实现，由一个双路的模数转换装置20、串行数模转换器、FPGA芯片、DSP芯片、ARM芯片、FLASH闪存芯片、SDRAM内存芯片、RS232接口芯片、USB接口芯片、485监控接口芯片等构成。

FPFA芯片与ADC芯片、串行DAC芯片、DSP芯片、ARM芯片、FLASH芯片、SDRAM芯片、射频接收装置1的锁相环、增益控制芯片电性连接。其中FPGA与双路的ADC使用12个IO口电性连接，接收ADC的IQ采样数据；FPGA与串行DAC使用3个IO口电性连接，使用SPI协议用于DAC配置；FPGA与DSP芯片使用16个IO口与DSP数据总线、8个IO口与DSP地址总线电性连接，用于与DSP芯片进行数据交互；FPGA与ARM芯片使用16位的数据总线、8位的地址总线电性连接，用于与ARM芯片实现数据交互；FPGA使用16个IO口与FLASH芯片的数据总线，8个IO口与FLASH的地址总线电性连接，用于FPGA从FLASH芯片中读取数据与存储数据；FPGA使用32个IO口与SDRAM的数据总线，21个IO口与SDRAM的地址总线电性连接，用于FPGA与SDRAM之间交互数据。FPGA芯片使用3个IO口与射频接收装置1的锁相环的SPI接口电性连接，用于锁相环配置；FPGA使用9个IO口与射频接收装置1的数字增益控制芯片电性连接，用于射频接收装置1的增益控制；FPGA还使用1个IO口与射频接收装置1的锁相环稳定指示信号电性连接，用于检测射频接收装置1的锁相环稳定状态。

ARM芯片分别与FPGA芯片、DSP芯片、FLASH芯片、SDRAM芯片、USB芯片、RS232芯片、485芯片电性连接。其中ARM使用16位数据总线、8位地址总线与FPGA芯片电性连接，实现与FPGA的数据交互；ARM芯片使用8位数据总线与DSP芯片使用HPI接口进行连接，用于ARM芯片与DSP芯片进行数据交互；ARM芯片使用32位数据总线与SDRAM电性连接，用于ARM芯片运行的程序、数据在SDRAM上进行交互。ARM芯片使用16位的数据总线与FLASH芯片电性连接，实现程序的存储；ARM芯片与RS232、USB和/或485芯片电性连接，实现与计算机的数据交互。

DSP芯片与ARM芯片、FPGA芯片电性连接。其中DSP芯片使用HPI口与ARM芯片的数据总线电性连接，实现与ARM芯片的数据交互；DSP芯片使用16位数据总线与FPGA电性连接，实现与FPGA的数据交互。

基带信号处理装置2还包括电源管理、时钟管理模块，其中电源管理模块实现整个系统，包括基带信号处理装置2、射频接收装置1的电源供应与管理，并且实现对电池的充电管理。时钟管理模块实现整个系统的时钟管理，提供ADC、FPGA、DSP、ARM提供时钟信号。

在硬件的具体实现中，所述锁相环模块、载波搜索模块22、同步模块23、信道估计模块24、以及联合检测模块25通过集成在FPGA芯片中实现；所述信道解码模块26集成在DSP芯片中实现；所述主控模块27集成在ARM芯片中实现；所述参数测试模块28由FPGA芯片和DSP芯片共同实现。

具体的，参数测试模块28中具体参数的解析：

1、RSCP的参数测量

接收DwPTS数据或者是P-CCPCH信道的数据，然后计算其每个码元的能量，平均之后即为RSCP参数。

2、ISCP的参数测量

接收DwPTS数据或者是P-CCPCH信道的数据，使用相关的方式计算出DwPTS或者是P-CCPCH的非相关能量，即为ISCP参数。

3、SIR的参数测量

SIR＝RSCP/ISCP×SF，其中SF为扩频因子。

4、Ec/Io的参数测量

Ec/Io只针对P-CCPCH信道，首先计算接收到P-CCPCH信道的码元功率，在计算干扰功率，码元功率比干扰功率：RSCP/ISCP。

其中，RSSI可合并在FPGA芯片的载波搜索模块22中实现，RSCP、ISCP、SIR、Ec/Io可合并在DSP芯片中实现。

载波搜索模块22的目的是在TD-SCDMA频段内(2010～2025MHz)寻找信号能量最强，并且能够同步上的频点。其具体工作流程为：

1.配置射频接收装置1增益，配置方式从低到高配置。射频增益的初始配置值配置衰减最大。

2.在射频接收装置1配置固定增益的情况下，将所有频点的能量计算一次，并且将超过能量门限的能量进行能量排序。找出信号能量最强的前8个频点。

3.对能量最强的前8个频点按由高到低的顺序进行同步搜索。

4.判断是否能够同步上。

5.所有频点都同步失败，修改射频接收机的增益，衰减值减少，重复步骤1～3。直到同步上，如果衰减值已经是最小，还是同步失败，那么表示同步失败。

同步模块23实现下行同步码的搜索，找到信号最强的下行同步码，并且实现同步跟踪，使得路测接收机能够实时进行参数测量。其具体工作流程为：

1、下行同步码搜索

A.使用下行同步码码号0的数据与完整的一帧接收信号进行相关运算。

B.相关结果求模平方。

C.在模平方中找到最大值。

D.修改下行同步码，循环步骤A～C，直到所有的下行同步码码号都运算完毕。

E.找出32个最大值中的最大值。

F.判断该最大值是否过门限。

G.如果不过门限，同步搜索失败。

H.过门限，该最大值的序号就是下行同步码码号。同步搜索完毕。

2、同步跟踪

a)使用同步上的下行同步码与接收到的信号进行相关。

b)将相关结果求模平方。

c)对一帧的模平方结果求最大值，找到最大值的位置。

d)最大值的位置就是DwPTS的所在位置。

e)根据所在位置与目前的下行同步码的位置进行比较，修正帧同步指示信号。

f)每帧都进行同步跟踪搜索。

本发明适应第三代TD-SCDMA通信协议，通过应用新的基带信号处理方法，提供一种新的路测接收机，具有高速、实时性等特点，能实现参数的实时测量，能够对每一帧的TD-SCDMA信号进行参数测量，速度达200点/秒。TD-SCDMA协议规定，TD-SCDMA帧时间长度为5ms，如果能够实现实时参数测量，则需要每帧进行一次参数测量，速度为200点/秒。已经是TD-SCDMA路测仪的最高测量速度。

本发明的路测接收机可以同时对32个下行同步码进行参量跟踪。TD-SCDMA协议规定下行同步码共有32种，用于区分基站，不同的基站使用不同的下行同步码。下行同步码用于下行同步。目前TD-SCDMA路测仪可以实现全部下心同步码的测量跟踪，是TD-SCDMA路测仪对下行同步码的测量极限。

本发明还具有高的同步检测灵敏度。TD-SCDMA路测仪在频点锁定的情况下，利用同步检测的算法，实现了很高的同步灵敏度。

本发明通过能自动寻找频段内信号最佳的TD-SCDMA信号。载波搜索使用新的搜索方法，修改增益值，搜索所有的频点，并且对信号能量进行排序，对能量最强的前8个频点进行同步搜索，如果在某一个增益下没有同步上，则将增益加大，继续同步搜索，直到搜索成功。这样保证了同步上的频点是能量最强的频点。其他载波搜索是进行逐个频点的搜索，搜索到的是排序在前面的频点，并不是信号强度最大的频点。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和描述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制，本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。所附的权利要求书覆盖了本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。

Claims (10)

1.一种路测接收机，其特征在于包括：

射频接收装置，通过天线从空中耦合TD-SCDMA下行信号，输出I、Q差分的基带信号；

基带信号处理装置，基于上述I、Q基带信号测量出各种网络性能参数；

参数显示装置，将各种网络性能参数实时显示；

所述基带信号处理装置包括：

模数转换器，将射频接收装置的I、Q基带信号转换为数字格式；

滤波模块，对数字格式的下行信号进行匹配滤波；

载波搜索模块，在滤波后的下行信号中寻找特定频段内信号能量最强，并且能够同步上的频点；

锁相环模块，将射频接收装置锁定在由载波搜索模块确定的频点上；

同步模块，对滤波后的下行信号进行同步检测，进行同步，输出同步后的时隙0的Midamble数据和广播信道的数据；

信道估计模块，用所述Midamble数据估计出同步后的信号的无线信道的特性；

联合检测模块，利用无线信道特性和同步后的时隙0的Midamble数据和广播信道的数据进行多径合并与解扩、解扰处理，形成广播信道数据；

信道解码模块，对广播信道数据进行解码，解出广播信道的比特数据；

参数测试模块，对广播信道数据进行性能参数的测量；

主控模块，用于控制及协调整个基带信号处理装置，并提供与参数显示装置电性连接的接口以实现数据交互。

2.根据权利要求1所述的路测接收机，其特征在于：所述射频接收装置仅接收频段为2010至2025MHz的射频信号。

3.根据权利要求2所述的路测接收机，其特征在于：所述锁相环模块、载波搜索模块、同步模块、信道估计模块、以及联合检测模块通过集成在FPGA芯片中实现。

4.根据权利要求3所述的路测接收机，其特征在于：所述信道解码模块集成在DSP芯片中实现。

5.根据权利要求4所述的路测接收机，其特征在于：所述主控模块集成在ARM芯片中实现。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的路测接收机，其特征在于：所述参数测试模块由FPGA芯片和DSP芯片共同实现。

7.根据权利要求6所述的路测接收机，其特征在于：该路测接收机还包括GPS模块，与所述基带信号处理装置的主控模块电性连接，由主控模块通过GPS模块接收全球定位信息。

8.根据权利要求7所述的路测接收机，其特征在于：所述参数显示装置为配置了专用软件的计算机系统。

9.一种基带信号处理方法，用于TD-SCDMA路测接收机中处理I、Q基带信号最终输出信号的性能参数，其特征在于包括如下步骤：

A、将下行信号进行采样，将模拟的I、Q基带信号转化为数字格式；

B、对数字基带信号进行同步检测，对信号进行同步，找到TD-SCDMA信号的帧的起始位置，并且找出最佳采样点；

C、取出时隙0的Midamble数据进行信道估计，估计出无线信道特性；

D、利用无线信道特性，并取出同步之后的时隙0的Midamble数据，进行多径的合并与解扩、解扰处理，输出广播信道的数据；

E、对广播信道的数据进行解码，解出广播信道的比特数据；

F、对各个网络性能参数进行测量。

10.根据权利要求9所述的基带信号处理方法，其特征在于所述网络性能参数包括如下任意一种或几种：下行同步码、P-CCPCH信道的接收信号码功率、干扰信号码功率、信号功率干扰信号功率比、码功率与干扰信号功率比、接收信号强度指示以及下行同步码的干扰。

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