CN112671484B

CN112671484B - 一种基于5gnr网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统

Info

Publication number: CN112671484B
Application number: CN201910978330.0A
Authority: CN
Inventors: 刘稳
Original assignee: Guangdong Zhenzi Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Guangdong Zhenzi Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN112671484A

Abstract

本发明提供了一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统，通过天线单元、射频单元、同步模块、中央处理单元、GPS北斗模块、显示控制器以及符号滤波器的组合使用，接收5G NR网络模拟信号的输入，时钟同步快速同步到5G NR基站信号的系统帧开始时间，进而输出5G NR网络实时频谱数据；通过GPS以及北斗导航接收的数据经过同步后，将5G基站信号切分成多个符号单元频谱并使用对应的符号滤波器进行检测；将不同的符号单元频谱经过信号分量符号滤波处理算法分别获取5G NR基站信号分量以及干扰噪声分量，并通过显示控制器显示5G NR网络干扰分量的检测结果，本发明实现了5G NR基站信号分量和干扰信号分量分离提取检测，到达了准确测量干扰信号的目的。

Description

一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统。

背景技术

5g网络所指的就是在移动通信网络发展中的第五代网络，与之前的四代移动网络相比较而言，5g网络在实际应用过程中表现出更加强化的功能，并且理论上其传输速度每秒钟能够达到数十GB，这种速度是4G移动网络的几百倍。对于5g网络而言，其在实际应用过程中表现出更加明显的优势及更加强大的功能，5G网络即支持TDD也支持FDD的双工方式，但是5G网络的基站密度更加大，网络带宽也加大到了100MHz，与FDD的双工方式相比，TDD的频谱灵活性更加好，使得TDD技术成为5G网络技术的主要选择，随着5G网络的推进，干扰问题难以避免，TDD双工的5G NR网络面临着网络干扰排查的技术性难题。

现有5G NR干扰排查技术方案多是使用传统的频谱检测方法由于采样速率无法达到5G的最小符号时间单位(4.46us-71.35us)，干扰信号分量淹没在100MHz的5G基站信号里面，这样的技术清晰无法分辨干扰信号，也就无法对干扰信号进行有效的测向及定位。

基于上述一系列的问题，遂有以下技术方案的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统，实现了5G NR基站信号分量和干扰信号分量分离提取检测，到达了准确测量干扰信号的目的。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，所述方法包括如下步骤：

S1、接收5G NR网络模拟信号的输入，通过时钟同步快速同步到5G NR基站信号的系统帧开始时间，与5G网络无线帧取得同步，进而输出5G NR网络实时频谱数据；

S2、通过GPS以及北斗导航接收的数据经过同步后，将5G基站信号切分成多个符号单元频谱并使用对应的符号滤波器进行检测；

S3、将不同的符号单元频谱经过信号分量符号滤波处理算法分别获取5G NR基站信号分量以及干扰噪声分量，并通过显示控制器显示5G NR网络干扰分量的检测结果。

进一步的，所述时钟同步过程包括接收5G基站的模拟信号并将模拟信号转换为数字信号，进而输出实时频谱数据，根据转换后的频谱数据加入现网变量，所述现网变量为300us。

进一步的，所述多个符号单元频谱包括71.42us、35.71us、17.84us、8.92us、4.46us，对应选择0号符号滤波器检测、1号符号滤波器检测、2号符号滤波器检测、3号符号滤波器检测、4号符号滤波器检测。

进一步的，所述信号分量符号滤波处理算法包括5G NR基站信号分量以及干扰噪声分量，所述5G NR网络实时频谱数据为5G NR基站信号分量和干扰噪声分量的总和。

进一步的，所述5G NR基站信号分量的计算公式为：

5G NR基站信号分量＝S(PDCCH)信号分量-S(PDSCH)信号分量-S(PBCH)信号分量-S(DM-RS)信号分量-S(SRS)信号分量-S(CSI-RS)信号分量-S(PT-RS)信号分量-S(PSS)信号分量-S(SSS)信号分量-S(PUCCH)信号分量-s(PUSCH)信号分量-s(PRACH)信号分量-s(DMRS)信号分量-s(PTRS)信号分量+S(GP)信号分量，

其中，S(GP)信号分量为保护间隔，不发送5G NR信号。

进一步的，所述干扰噪声分量的计算公式为：

干扰噪声信号分量G(t)＝实时频谱总量S(t)-S(PDCCH)信号分量-S(PDSCH)信号分量-S(PBCH)信号分量-S(DM-RS)信号分量-S(SRS)信号分量-S(CSI-RS)信号分量-S(PT-RS)信号分量-S(PSS)信号分量-S(SSS)信号分量-S(PUCCH)信号分量-s(PUSCH)信号分量-s(PRACH)信号分量-s(DMRS)信号分量-s(PTRS)信号分量+S(GP)信号分量。

本发明还提出一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测系统，其特征在于：所述系统包括：

天线单元和射频单元：用于完成空口5G NR网络信号和信号噪声的完整采集，将模拟信号转换为数字信号，输出实时频谱总量S(t)，并由中央处理单元进行滤波和检波处理；

同步模块：用于接收GPS北斗信号，并取得5G NR系统帧开始时间数据，与5G网络无线帧取得同步；

符号滤波器：用于进行多个符号单元频谱的实时检测；

GPS北斗模块：用于接收来自卫星传导的无线信号；

中央处理单元：用于接收5G NR同步时钟，对射频单元的信号进行处理时限基站信号分量和干扰信号分量分离检测；

显示控制器：用于显示5G NR干扰噪声分量的分析结果；

本系统通过天线单元输入5G NR网络模拟信号并经射频单元进行信号形式转换，将模拟信号转换为数据信号，当中央处理单元接收数字信号后通过时钟同步和信号分量符号滤波处理算法获取5G NR网络实时频谱数据，通过符号滤波器检测对应滤波的时隙长度、子载波间隔SUBCARRIER间隔KHz、无线帧的时隙个数、OFDM符号长度以及符号滤波器长度，最终在显示控制器上进行波形长度显示并对比。

进一步的，所述天线单元与射频单元在将模拟信号转换为数据信号过程中包括抽样、量化以及编码，具体包括：

抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。

量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。

编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。上述数字化的过程又称为脉冲编码调制。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明通过精准的时钟同步(同步精度达到微秒级别)，快速同步到5G基站信号的系统帧开始时间，从而获取5G NR实时频谱数据，保证了源数据获取的完整性，以便后续检测的准确性；

2、本发明还通过5G NR符号滤波算法，实现了5G NR基站信号分量和干扰信号分量分离提取检测，到达了准确测量干扰信号的目的；

3、本发明技术无须进行复杂的基站信号小区搜索同步解调，因此大大缩短了信号分量分离检测的时间以及降低了硬件设计的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术当中干扰信号分量淹没在100MHz信号的频谱图

图2是本发明提及的检测系统的组成及运行示意图；

图3是本发明中5G NR无线帧实时频谱检测分析的同步算法原理图；

图4是本发明不同NUMBERLOGY的符号滤波长度示意图；

图5是本发明5G NR实时频谱符号滤波算法结构图；

图6是本发明显示控制器显示出来的分析结果示意图，

图7是本发明所提及检测方法的流程示意图；

图8是本发明所提及系统的组成示意图，

其中，100天线单元；200射频单元；300同步模块；400中央处理单元；500GPS北斗模块；600符号滤波器；700显示控制器

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法及系统。下面将结合图1～图8对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图8所示，为了解决传统频谱检测方法由于采样速率无法达到5G的最小符号时间单位(4.46us-71.35us)，干扰信号分量淹没在100MHz基站信号里面，导致无法分辨干扰信号，从而无法对干扰信号进行有效的测向及定位的问题，问题具体如图1所示，本发明提出一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，如图7所示，其方法包括：

在时钟快速同步过程中，包括接收5G基站的模拟信号并将模拟信号转换为数字信号，进而输出实时频谱数据，根据转换后的频谱数据加入现网变量，所述现网变量为300us。

模拟信号数字化转换包括三个基本环节：抽样、量化以及编码，具体包括：

抽样：所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值)，抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。抽样后的样值序列在时间上是离散的，可进行时分多路复用，也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。

量化：量化有两种方式，量化方式中，取整时只舍不入，即0～1伏间的所有输入电压都输出0伏，1～2伏间所有输入电压都输出1伏等。采用这种量化方式，输入电压总是大于输出电压，因此产生的量化误差总是正的，最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔Δ。

编码：最简单的编码方式是二进制编码。具体说来，就是用n比特二进制码来表示已经量化了的样值，每个二进制数对应一个量化值，然后把它们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。除了上述的自然二进制码，还有其他形式的二进制码，如格雷码和折叠二进制码等。

模拟信号和数字信号之间可以相互转换：

模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8＝256个量级，实用中常采取24位或30位编码；

数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，21世纪在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

如图2所示，经过模拟信号数字化转换后可以将5G基站信号切分成多个符号单元频谱并使用对应的符号滤波器进行检测，其中多个符号单元频谱包括71.42us、35.71us、17.84us、8.92us、4.46us，对应选择0号符号滤波器检测、1号符号滤波器检测、2号符号滤波器检测、3号符号滤波器检测、4号符号滤波器检测。

如图3所示，5G NR无线帧实时频谱检测分析的同步算法在原有3GPP规范规定，5GNR的无线帧长度为10ms，每个无线帧分为10个子帧，每个子帧长度为1ms，采用5ms的循环子帧结构，在本发明中，以NUMBERLOGY-1为例，从GPS基准时间优选300us为变量，当然本发明还包括可根据5G现网设置进行修改的其他变量，到实时频谱检测起始时间往后推算，在第一个1000us波段内划分出S1-S9的九个SUBFRAME子帧，在S1-S5波段内可划分有D/D/D/D/D/D/D/S/U/U顺序排列的时隙，其中在S波段内又包含有D/D/D/D/D/D/GP/GP/GP/GP/U/U/U/U顺序排列的14个时隙，其中D表示5G NR下行物理信道时间，GP表示保护间隔时间，U表示5GNR上行物理信道时间，下行物理信道包括PDCCH、PDSCH、PBCH、DM-RS、SRS、CSI-RS、PT-RS、PSS、SSS，上行物理信道包括PUCCH、PUSCH、PRACH、SRS、DMRS、PTRS，

在本发明中，所述信号分量符号滤波处理算法，如图5所示，具体包括如下算法：

所述5G NR基站信号分量的计算公式为：

其中，S(GP)信号分量为保护间隔，不发送5G NR信号。

所述干扰噪声分量的计算公式为：

所述5G NR网络实时频谱数据为5G NR基站信号分量和干扰噪声分量的总和。

如图2、图8所示，本发明在上述方法的基础上延伸提出一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测系统，所述系统及其系统工作的内容包括：

天线单元100和射频单元200：用于完成空口5G NR网络信号和信号噪声的完整采集，将模拟信号转换为数字信号，输出实时频谱总量S(t)，并由中央处理单元400进行滤波和检波处理；

同步模块300：用于接收GPS北斗信号，并取得5G NR系统帧开始时间数据，与5G网络无线帧取得同步；

符号滤波器600：用于进行多个符号单元频谱的实时检测；

GPS北斗模块500：用于接收来自卫星传导的无线信号；

中央处理单元400：用于接收5G NR同步时钟，对射频单元的信号进行处理时限基站信号分量和干扰信号分量分离检测；

显示控制器700：用于显示5G NR干扰噪声分量的分析结果；

本系统通过天线单元100输入5G NR网络模拟信号并经射频单元200进行信号形式转换，将模拟信号转换为数据信号，当中央处理单元400接收数字信号后通过时钟同步和信号分量符号滤波处理算法获取5G NR网络实时频谱数据，如图4所示，通过符号滤波器600检测对应滤波的时隙长度、子载波间隔SUBCARRIER间隔KHz、无线帧的时隙个数、OFDM符号长度以及符号滤波器长度，最终在显示控制器700上进行波形长度显示并对比，最终结果如图6所示，通过放大频谱图可以明显看到干扰信号的波峰，在色谱瀑布中清洗检测到干扰信号所处的波段。

本发明是在各类无线电波存在干扰电波的问题上设计出的一种可以检测分离干扰信号分量的方法，本发明优选5G信号作为实施例，但是，本发明所提及的方法及其延伸出的方案明显还包括其他用于通信的无线电波。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应当涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S2、通过GPS以及北斗导航接收的数据经过同步后，将5G基站信号切分成多个分段单元频谱并使用对应的滤波器进行检测；

S3、将不同的分段单元频谱经过信号分量符号滤波处理算法分别获取5G NR基站信号分量以及干扰噪声分量，并通过显示控制器显示5G NR网络干扰分量的检测结果。

2.如权利要求1所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述时钟同步包括接收5G基站的模拟信号并将模拟信号转换为数字信号，进而输出实时频谱数据，根据转换后的频谱数据加入现网变量，所述现网变量为300us。

3.如权利要求1所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述多个分段单元频谱包括71.42us、35.71us、17.84us、8.92us、4.46us，对应选择0号滤波器检测、1号滤波器检测、2号滤波器检测、3号滤波器检测、4号滤波器检测。

4.如权利要求1所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述信号分量符号滤波处理算法包括5G NR基站信号分量以及干扰噪声分量，所述5GNR网络实时频谱数据为5G NR基站信号分量和干扰噪声分量的总和。

5.如权利要求4所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述5G NR基站信号分量的计算公式为：

其中，S(GP)信号分量为保护间隔，不发送5G NR信号；

S表示信号分量。

6.如权利要求4所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测方法，其特征在于：所述干扰噪声分量的计算公式为：

干扰噪声信号分量G(t)＝实时频谱总量S(t)-S(PDCCH)信号分量-S(PDSCH)信号分量-S(PBCH)信号分量-S(DM-RS)信号分量-S(SRS)信号分量-S(CSI-RS)信号分量-S(PT-RS)信号分量-S(PSS)信号分量-S(SSS)信号分量-S(PUCCH)信号分量-s(PUSCH)信号分量-s(PRACH)信号分量-s(DMRS)信号分量-s(PTRS)信号分量+S(GP)信号分量；

其中，S表示信号分量。

7.一种基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测系统，其特征在于：所述系统包括：

滤波器：用于进行多个分段单元频谱的实时检测；

GPS北斗模块：用于接收来自卫星传导的无线信号；

中央处理单元：用于接收5G NR同步时钟，对射频单元的信号进行处理时将基站信号分量和干扰信号分量分离检测；

显示控制器：用于显示5G NR干扰噪声分量的分析结果；

通过天线单元输入5G NR网络模拟信号并经射频单元进行信号形式转换，将模拟信号转换为数字信号，当中央处理单元接收数字信号后通过时钟同步和信号分量符号滤波处理算法获取5G NR网络实时频谱数据，通过滤波器检测对应滤波的时隙长度、子载波间隔、间隔频率、无线帧的时隙个数、OFDM符号长度以及滤波器长度，最终在显示控制器上进行波形长度显示并对比。

8.如权利要求7所述的基于5GNR网络同步的实时频谱符号滤波干扰检测系统，其特征在于：所述天线单元与射频单元在将模拟信号转换为数字信号过程中包括抽样、量化以及编码，具体包括：

抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化；

量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值；

编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流；这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线或卫星通道传输；在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号；将模拟信号转换为数字信号过程又称为脉冲编码调制。