TDD‑LTE上下行切換時間點的獲取方法及其系統與流程
2023-12-02 00:51:47 2
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法及其系統。
背景技術：
當下tdd-lte作為4g通信系統中的重要組成部分，已經被非常廣泛的應用於無線蜂窩通訊系統中。因為tdd-lte是一種時分通信系統，諸如直放站(repeater)一類的無線通訊設備需要得到準確的上下行時間點來進行上下行模式切換才能正常工作。目前應用比較廣泛的是使用tdd-ltemodem來解決這個問題。其優點是靈敏度高，抗幹擾能力強，缺點也很明顯，成本太高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法及其系統，可方便快速地獲得tdd-lte的上下行切換時間點。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法，包括：
採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列；
根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值；
根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列；
若所述第二數位訊號序列中存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，則將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號；
將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號；
根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
本發明還涉及一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取系統，包括：
第一轉換模塊，用於採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列；
計算模塊，用於根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值；
第二轉換模塊，用於根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列；
第一標記模塊，用於若所述第二數位訊號序列中存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，則將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號；
第二標記模塊，用於將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號；
確定模塊，用於根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
本發明的有益效果在於：通過採集下行信號，只對下行信號進行分析，減少了數據處理量，提高了上下行切換時間點的獲取效率；通過將下行信號先轉換為數位訊號再轉換為第一信號或第二信號，濾除了上行信號的幹擾，保證獲取結果的準確性；根據tdd-lte協議中下行信號間隙時長的特點，在第一信號和第二信號所組成的第二數位訊號序列中獲取表示下行開始時刻的下行開始信號以及表示下行結束時刻的下行結束信號，然後根據tdd-lte協議中的子幀配比模式進行比較修正，從而確定最終的上下行切換時間點。本發明可方便快速地獲得tdd-lte的上下行切換時間點，且成本低，兼容性好。
附圖說明
圖1為本發明一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法的流程圖；
圖2為本發明實施例一的方法流程圖；
圖3為本發明實施例二的方法流程圖；
圖4為本發明實施例二中一個周期的第二數位訊號序列的繪圖結果示意圖；
圖5為本發明實施例二中三個周期的第二數位訊號序列的繪圖結果的疊加示意圖；
圖6為本發明一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取系統的結構示意圖；
圖7為本發明實施例三的系統結構示意圖；
標號說明：
1、第一轉換模塊；2、計算模塊；3、第二轉換模塊；4、第一標記模塊；
5、第二標記模塊；6、確定模塊；
11、採集單元；12、功率檢測單元；13、第一轉換單元；
21、第一獲取單元；22、計算單元；
31、第二轉換單元；32、第三轉換單元；
61、第二獲取單元；62、第一得到單元；63、第二得到單元；
64、確定單元。
具體實施方式
為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。
本發明最關鍵的構思在於：對下行信號進行分析，得到下行信號中的下行開始信號和下行結束信號，再根據下行的始末時刻確定上下行切換時間點。
請參閱圖1，一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法，包括：
採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列；
根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值；
根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列；
若所述第二數位訊號序列中存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，則將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號；
將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號；
根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
從上述描述可知，本發明的有益效果在於：可方便快速地獲得tdd-lte的上下行切換時間點，且成本低，兼容性好。
進一步地，所述「採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列」具體為：
根據預設的採集時間，通過定向天線採集tdd-lte的下行信號；
通過功率檢測電路對所述下行信號進行功率檢測；
根據預設的採樣率，通過模數轉換器將功率檢測後的下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列。
由上述描述可知，利用定向天線的空間隔離度，儘可能隔離空間中的上行信號，衰減上行信號的輸入，初步濾除上行信號的幹擾，保證只對下行信號的採集；通過對下行信號進行功率檢測，得到下行信號的功率譜，然後根據預設的採樣率，將模擬信號轉換為數位訊號，此時，數位訊號的值表示電壓值。
進一步地，所述「根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值」具體為：
依次獲取第一數位訊號序列中的一數位訊號作為當前數位訊號；
根據第一數位訊號組中各數位訊號的數值，計算得到所述當前數位訊號對應的平均值，所述第一數位訊號組包括當前數位訊號及其之後的與其相鄰的連續n-1個數位訊號，所述n為預設的信號個數。
進一步地，所述「根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號」具體為：
若當前數位訊號的數值小於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第一信號，所述第一信號的數值為第一數值；
若當前數位訊號的數值大於或等於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第二信號，所述第二信號的數值為第二數值。
由上述描述可知，將下行信號劃分為表示無功率的第一信號和表示有功率的第二信號，後續可以區分出下行信號時刻和下行信號的間隙時刻，從而得到下行信號的時間信息；且由於經過定向天線的初步濾除後，下行信號的功率會比上行信號的功率大很多，因此，還可以進一步濾除上行信號的幹擾。
進一步地，所述「根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點」具體為：
根據預設的周期時間，獲取至少兩個周期的第二數位訊號序列；
依序獲取處於同一周期的被標記為下行開始信號和下行結束信號的第二信號作為第三信號，並計算所述第三信號相對於所述同一周期的開始時間的偏移時間，得到對應所述同一周期的第一偏移時間序列；
依次從各周期的第一偏移時間序列中取出一偏移時間，並計算取出的偏移時間的平均值，得到第二偏移時間序列；
根據所述第二偏移時間序列，確定上下行切換時間點。
由上述描述可知，通過對多個周期的第二數位訊號序列進行分析，得到更準確的上下行切換時間點。
請參照圖6，本發明還提出了一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取系統，包括：
第一轉換模塊，用於採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列；
計算模塊，用於根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值；
第二轉換模塊，用於根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列；
第一標記模塊，用於若所述第二數位訊號序列中存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，則將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號；
第二標記模塊，用於將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號；
確定模塊，用於根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
進一步地，所述第一轉換模塊包括：
採集單元，用於根據預設的採集時間，通過定向天線採集tdd-lte的下行信號；
功率檢測單元，用於通過功率檢測電路對所述下行信號進行功率檢測；
第一轉換單元，用於根據預設的採樣率，通過模數轉換器將功率檢測後的下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列。
進一步地，所述計算模塊包括：
第一獲取單元，用於依次獲取第一數位訊號序列中的一數位訊號作為當前數位訊號；
計算單元，用於根據第一數位訊號組中各數位訊號的數值，計算得到所述當前數位訊號對應的平均值，所述第一數位訊號組包括當前數位訊號及其之後的與其相鄰的連續n-1個數位訊號，所述n為預設的信號個數。
進一步地，所述第二轉換模塊包括：
第二轉換單元，用於若當前數位訊號的數值小於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第一信號，所述第一信號的數值為第一數值；
第三轉換單元，用於若當前數位訊號的數值大於或等於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第二信號，所述第二信號的數值為第二數值。
進一步地，所述確定模塊包括：
第二獲取單元，用於根據預設的周期時間，獲取至少兩個周期的第二數位訊號序列；
第一得到單元，用於依序獲取處於同一周期的被標記為下行開始信號和下行結束信號的第二信號作為第三信號，並計算所述第三信號相對於所述同一周期的開始時間的偏移時間，得到對應所述同一周期的第一偏移時間序列；
第二得到單元，用於依次從各周期的第一偏移時間序列中取出一偏移時間，並計算取出的偏移時間的平均值，得到第二偏移時間序列；
確定單元，用於根據所述第二偏移時間序列，確定上下行切換時間點。
實施例一
請參照圖2，本發明的實施例一為：一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法，包括如下步驟：
s1：採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列。具體地，包括如下步驟：
s11：根據預設的採集時間，通過定向天線採集tdd-lte的下行信號；由於上行信號由手機等用戶終端設備發出，而定向天線指向基站，對於其他方向上的用戶終端所發出的信號是具有一定的隔離度的，因此，利用定向天線的空間隔離度，儘可能隔離空間中的上行信號，衰減上行信號的輸入，初步濾除上行信號的幹擾，保證只對下行信號的採集。
s12：通過功率檢測電路對所述下行信號進行功率檢測。由於tdd-lte的空間信號傳播的電磁波頻率很高，普通低速adc(模數轉換器)是無法直接採樣的，而這個信號在時域上的功率可以很簡單地被普通低速adc採樣，因此，先通過功率檢測電路對下行信號進行處理。進一步地，對所述下行信號進行濾波放大，過濾掉空間中其他頻率的無用信號，濾除其他頻率信號以及上行信號的幹擾，再通過包絡檢波器對濾波放大後的下行信號進行包絡檢波。
s13：根據預設的採樣率，通過模數轉換器將功率檢測後的下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列。即通過模數轉換器根據預設的採樣率對連續的下行信號進行採樣並轉換為數位訊號；優選地，採樣率為1mhz，也即每1μs採集得到一個數位訊號。此時，數位訊號的數值表示電壓值。
s2：根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值。具體地，可先依次獲取第一數位訊號序列中的一數位訊號作為當前數位訊號；根據第一數位訊號組中各數位訊號的數值，計算得到所述當前數位訊號對應的平均值，所述第一數位訊號組包括當前數位訊號及其之後的與其相鄰的連續n-1個數位訊號，所述n為預設的信號個數。所述n的值根據步驟s1中數位訊號的採樣率而定，優選地，所述n的值為16。
滑動平均相當於低通濾波器，採用滑動平均法的話，n個數據可以得到n-k+1個平滑值，k為滑動長度。編程計算時可採用這樣的形式：首先將序列的前k個數據求和得到一個值，然後依次用這個值減去當前的k個數據中的第一個數據，並加上第k+1個數據，再用求出的值除以k，循環這樣的過程計算出n-k+1個平滑值。本實施例中，分別將這n-k+1個平滑值作為第一數位訊號序列中第1，2，…，n-k+1個數位訊號對應的平均值。
上述方法也可當作利用一個滑動窗依序從第一數字序列中獲取k個數位訊號，然後計算這k個數位訊號的平均值，然後將計算出的平均值作為這k個數位訊號中的第一個數位訊號對應的平均值，也即滑動窗內第一個數位訊號對應的平均值；滑動窗的窗口長度為k，每次移動的距離為1，即每移動一次窗口，都會有一個數據被移出，一個數據被移入，移除的數據為窗口內最早的數據，移入的數據為窗口後的第一個數據。
例如，第一數位訊號序列為a1，a2，…，an，滑動窗的窗口長度k＝16，第一次窗口內的數據為a1至a16，然後計算a1至a16的平均值作為a1對應的平均值；然後窗口向後滑動一個數據，此時，窗口內的數據為a2至a17，然後計算a2至a17的平均值作為a2對應的平均值；以此類推。
s3：根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列。
具體地，若當前數位訊號的數值小於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第一信號，所述第一信號的數值為第一數值，例如為0；若當前數位訊號的數值大於或等於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第二信號，所述第二信號的數值為第二數值，例如為1。此時，第二數位訊號序列即為由0和1組成的序列。其中，第二數位訊號序列中第一信號所處的時刻可以表示為下行信號中無功率的時刻，第二信號所處的時刻可以表示為下行信號中有功率的時刻。
由於經過定向天線的初步濾除後，下行信號的功率會比上行信號的功率大很多，因此，該步驟還可以進一步濾除上行信號的幹擾。
s4：判斷所述第二數位訊號序列中是否存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，若是，則執行步驟s5。所述第一時間為0.25ms。
根據tdd-lte協議可知，下行無信號間隙不小於0.25ms，因此，當發現連續的第一信號超過0.25ms，也即發現到超過0.25ms的間隙，此時，真實的下行信號結束時間點其實已經過去，因此，這些連續的第一信號之前的最後一個第二信號所處的時間點才是正確的下行信號結束時間點。
進一步地，當採樣率為1mhz時，每1μs採集得到一個數位訊號，因此，該步驟也可以判斷是否存在連續的超過預設個數的第一信號，所述預設個數等於第一時間乘以採樣率；因此，判斷條件可以為是否存在連續的超過250個的第一信號。
s5：將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號。
s6：將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號。
s7：根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
tdd-lte的上下行切換時間點不是隨機的也不是任意長度的，而是有規定的幾種子幀配比模式，且一旦設定為某種切換配比，就會一直沿用這個配比，直至由基站管理員重新人工設定。tdd-lte幀分成5ms幀、10ms幀以及特殊的10ms幀。表1為tdd-lte的子幀配比模式。
表1：
其中特殊時隙s還能進一步被分配為下行(dwpts)、上行(uppts)以及兩者之間的切換保護間隔(gp)。其中，dwpts：gp：uppts三者間的比例關係可能有表2所示的幾種情況。
表2：
因此，可獲取一個周期(5ms或10ms)的第二數位訊號序列，根據這個周期中被標記為下行開始信號和下行結束信號的第二信號，計算出下行信號的時間佔比，然後根據表1和表2，採用最接近測算值的一組配比來進行最終的上下行切換時間點的確定。
本實施例通過定向天線採集下行信號，濾除了上行信號的幹擾；通過將下行信號先轉換為數位訊號再轉換為第一信號或第二信號，進一步濾除了上行信號的幹擾，保證獲取結果的準確性；根據tdd-lte協議中下行信號間隙時長的特點，在第一信號和第二信號所組成的第二數位訊號序列中獲取表示下行開始時刻的下行開始信號以及表示下行結束時刻的下行結束信號，然後根據tdd-lte協議中的子幀配比模式進行比較修正，從而確定最終的上下行切換時間點。通過從功率上對下行信號進行分析，得到下行時間信息，餘下的就是上行時間信息，整體上減少了數據處理量，提高了上下行切換時間點的獲取效率；可方便快速地獲得tdd-lte的上下行切換時間點，且成本低，兼容性好。
實施例二
本實施例是實施例一的進一步拓展，相同之處不再累述，區別在於，在步驟s7中，可以通過對多個周期的第二數位訊號序列進行分析，利用對下行時間的不斷累積疊加逐漸逼近實際上下行切換時間點。
如圖3所示，所述步驟s7包括如下步驟：
s71：根據預設的周期時間，獲取至少兩個周期的第二數位訊號序列；優選地，所述周期時間為10ms。
s72：依序獲取處於同一周期的被標記為下行開始信號和下行結束信號的第二信號作為第三信號，並計算所述第三信號相對於所述同一周期的開始時間的偏移時間，得到對應所述同一周期的第一偏移時間序列；
s73：依次從各周期的第一偏移時間序列中取出一偏移時間，並計算取出的偏移時間的平均值，得到第二偏移時間序列；
s74：根據所述第二偏移時間序列，確定上下行切換時間點。
例如，假設根據第二數位訊號序列進行繪圖，繪圖結果類似方波信號，假設一個周期的第二數位訊號序列的繪圖結果如圖4所示，圖4中從0變1的上升沿位置的1即為下行開始信號，從1變0的下降沿位置的1即為下行結束信號，分別計算該周期中各下行開始信號和各下行結束信號相對於該周期開始時間的偏移時間，得到該周期的第一偏移時間序列為{t11，t12，t13，t14，t15，t16}；獲取三個周期的第二數位訊號序列併疊加在同一個圖中，如圖5所示；假設三個周期的第一偏移時間序列分別為{t11，t12，t13，t14，t15，t16}、{t21，t22，t23，t24，t25，t26}、{t31，t32，t33，t34，t35，t36}，然後計算得到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，得到第二偏移時間序列{t1，t2，t3，t4，t5，t6}；其中，t1、t3、t5對應的是下行開始信號，即下行信號開始時刻，t2、t4、t6對應的是下行結束信號，即下行信號結束時刻，因此可以計算出下行信號在周期中所佔的時間比例，然後再根據表1和表2，採用最接近一組配比來確定最終的上下行切換時間點。
由於空間信號不穩定，單個周期獲取的下行開始結束信息和實際信息會有時間偏差，因此通過多個周期的疊加求平均，再對照子幀配比模式，得到準確的上下行切換時間點。
實施例三
請參照圖7，本實施例是對應上述實施例的一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取系統，包括：
第一轉換模塊1，用於採集下行信號，並將所述下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列；
計算模塊2，用於根據滑動平均法，計算得到第一數位訊號序列中各數位訊號對應的平均值；
第二轉換模塊3，用於根據所述第一數位訊號序列中各數位訊號的數值及其對應的平均值的比較結果，將所述各數位訊號轉換為第一信號或第二信號，得到第二數位訊號序列；
第一標記模塊4，用於若所述第二數位訊號序列中存在超過預設的第一時間的連續的第一信號，則將所述連續的第一信號之前的最後一個第二信號標記為下行結束信號；
第二標記模塊5，用於將所述下行結束信號之後的第一個第二信號標記為下行開始信號；
確定模塊6，用於根據所述下行開始信號和下行結束信號，確定上下行切換時間點。
進一步地，所述第一轉換模塊1包括：
採集單元11，用於根據預設的採集時間，通過定向天線採集tdd-lte的下行信號；
功率檢測單元12，用於通過功率檢測電路對所述下行信號進行功率檢測；
第一轉換單元13，用於根據預設的採樣率，通過模數轉換器將功率檢測後的下行信號轉換為數位訊號，得到第一數位訊號序列。
進一步地，所述計算模塊2包括：
第一獲取單元21，用於依次獲取第一數位訊號序列中的一數位訊號作為當前數位訊號；
計算單元22，用於根據第一數位訊號組中各數位訊號的數值，計算得到所述當前數位訊號對應的平均值，所述第一數位訊號組包括當前數位訊號及其之後的與其相鄰的連續n-1個數位訊號，所述n為預設的信號個數。
進一步地，所述第二轉換模塊3包括：
第二轉換單元31，用於若當前數位訊號的數值小於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第一信號，所述第一信號的數值為第一數值；
第三轉換單元32，用於若當前數位訊號的數值大於或等於其對應的平均值，則將當前數位訊號轉換為第二信號，所述第二信號的數值為第二數值。
進一步地，所述確定模塊6包括：
第二獲取單元61，用於根據預設的周期時間，獲取至少兩個周期的第二數位訊號序列；
第一得到單元62，用於依序獲取處於同一周期的被標記為下行開始信號和下行結束信號的第二信號作為第三信號，並計算所述第三信號相對於所述同一周期的開始時間的偏移時間，得到對應所述同一周期的第一偏移時間序列；
第二得到單元63，用於依次從各周期的第一偏移時間序列中取出一偏移時間，並計算取出的偏移時間的平均值，得到第二偏移時間序列；
確定單元64，用於根據所述第二偏移時間序列，確定上下行切換時間點。
綜上所述，本發明提供的一種tdd-lte上下行切換時間點的獲取方法及其系統，通過採集下行信號，只對下行信號進行分析，減少了數據處理量，提高了上下行切換時間點的獲取效率；通過將下行信號先轉換為數位訊號再轉換為第一信號或第二信號，濾除了上行信號的幹擾，保證獲取結果的準確性；根據tdd-lte協議中下行信號間隙時長的特點，在第一信號和第二信號所組成的第二數位訊號序列中獲取表示下行開始時刻的下行開始信號以及表示下行結束時刻的下行結束信號，然後根據tdd-lte協議中的子幀配比模式進行比較修正，從而確定最終的上下行切換時間點。本發明可方便快速地獲得tdd-lte的上下行切換時間點，且成本低，兼容性好。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。