一种无线信号功率检测方法及系统与流程

1.本公开涉及无线信号检测技术领域，具体涉及一种无线信号功率检测方法及系统。


背景技术：

2.对于特定带宽的无线信号的功率检测，通常是将待测的无线信号依次经过信号放大、滤波、下变频和再滤波处理，然后进行功率计算，该过程主要通过模拟和数字滤波器匹配和保留该特定带宽的无线信号，以提高功率测量分析结果的准确性。
3.现有的无线信号功率检测方法主要存在着以下的缺陷：
4.其一，上述检测方法仅能检测功率，无法判断该无线信号是否有效，即是否位于带宽范围内，这会导致检测结果中存在无效信号，影响检测结果的准确性；
5.其二，当被测无线信号的带宽改变时需要调整滤波器装置的带宽，适用性较小且测试操作不便。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的之一在于提供一种无线信号功率检测方法，目的之二在于提供一种无线信号功率检测系统。本公开具有分析检测准确度高、带宽适应性更强、适用性广泛的优点。
7.本公开所述的一种无线信号功率检测方法，包括以下步骤：
8.s01、采样待测的无线信号，将所述无线信号转换为对应的时域数字信号；
9.s02、将所得时域数字信号分片为n个连续的时间片，获得关于n个时间片的分片时域数据；
10.s03、将所得分片时域数据进行时频域转换，获得与所述分片时域数据相对应的频域数据；
11.s04、计算每个频域数据的子载波功率，按资源格大小对子载波进行功率积分；
12.s05、计算所得n个频域数据的功率积分的功率平均数；
13.s06、根据所得功率平均数，分析该无线信号的带外和带内的功率差，根据所得功率差判断该无线信号是否为有效信号，如是则根据所得功率平均数对该无线信号进行带内功率积分，获得该无线信号的有效测量功率，否则舍弃该无线信号，采样下一无线信号并返回至执行所述步骤s01。
14.优选地，所述步骤s01中，采样待测的无线信号具体包括：
15.获取无线信号并将该无线信号的中频频点搬移至接近零中频，使该无线信号的中心频点为fc
′
，且满足：
[0016][0017]
其中，bw表示该无线信号的带宽，fs表示采样时钟频率。
[0018]
优选地，所述步骤s02中，将所得时域数字信号分片为n个连续的时间片，获得关于n个时间段的分片时域数据具体为：
[0019]
判断该待测的无线信号是否属于ofdm相关波形，如是则采用与ofdm相同的符号长度l进行分片，否则分片长度l需满足：
[0020][0021]
其中，fa表示频率分析精度。
[0022]
优选地，所述步骤s03中，将所得分片时域数据进行时频域转换，获得与所述分片时域数据相对应的频域数据具体为：
[0023]
对所得分片时域数据进行傅里叶变换：
[0024]ys
(n)＝fft(xs(n))；
[0025]
其中，xs(n)表示时间片n、分片长度为l的分片时域数据，ys(n)表示对应的频域数据。
[0026]
优选地，所述步骤s04中，计算每个频域数据的子载波功率具体为：
[0027]
p
fd，n
(l)＝y
s，n
(l)2，l＝0，1...l-1；
[0028]
其中，p
fd，n
(l)表示第n片频域数据的子载波信号，l为子载波索引。
[0029]
优选地，所述步骤s04中，按资源格对子载波进行功率积分具体为：
[0030][0031]
其中，g表示资源格大小。
[0032]
优选地，所述步骤s05中，计算所得n个频域数据的功率积分的功率平均数具体为：
[0033][0034]
优选地，所述步骤s06中，根据所得功率平均数，分析该无线信号的带外和带内的功率差，根据所得功率差判断该无线信号是否为有效信号，如是则根据所得功率平均数对该无线信号进行带内功率积分，获得该无线信号的有效测量功率，否则舍弃该无线信号，采样下一无线信号并返回至所述步骤s01具体为：
[0035]
判断该无线信号的功率是否满足判断条件，所述判断条件为：
[0036][0037]
其中，ns表示该无线信号的起始资源格，ng表示该无线信号的资源格个数，p
t
表示功率判断门限，如满足所述判断条件则判断该无线信号为有效信号，否则判断为无效信号并舍弃；
[0038]
对有效信号进行带内功率积分具体为：
[0039][0040]
所述功率判断门限p
t
：
[0041][0042]
其中，p
ni
表示接收底噪，p
t
表示固定门限。
[0043]
优选地，在所述步骤s06之后还包括：
[0044]
s07、当该待测的无线信号存在多次发射且需要持续观测变化时，对该无线信号进行q次的滑动平均，具体为：
[0045][0046]
其中，pm(t0)表示经滑动平均后的测量结果，t0表示当前测量计数。
[0047]
本公开的一种无线信号功率检测系统，包括：
[0048]
采样单元，其用于采样待测的无线信号；
[0049]
处理单元，其用于将所述无线信号转换为对应的时域数字信号，将所得时域数字信号分片为n个连续的时间片，获得关于n个时间段的分片时域数据，将所得分片时域数据进行时频域转换，获得与所述分片时域数据相对应的频域数据，计算每个频域数据的子载波功率，按资源格大小对子载波进行功率积分，计算所得n个频域数据的功率积分的功率平均数，根据所得功率平均数，分析该无线信号的带外和带内的功率差，根据所得功率差判断该无线信号是否为有效信号，如是则根据所得功率平均数对该无线信号进行带内功率积分，获得该无线信号的有效测量功率，否则舍弃该无线信号，采样下一无线信号。
[0050]
本公开所述的一种无线信号功率检测方法及系统，其优点在于：本公开通过采用频域功率测量和时域连续分析的方法，可以根据功率差判断该无线信号是否为有效信号，避免无效信号对检测结果造成干扰，确保了功率检测结果的准确度，同时对于信号的带宽的适应性更强，适用性更加广泛。
附图说明
[0051]
图1是本公开所述一种无线信号功率检测方法的步骤流程图；
[0052]
图2是无线信号的典型时频域视图；
[0053]
图3是无线信号经变频采样后的频域视图；
[0054]
图4是时域数字信号分片处理的示意图；
[0055]
图5是无线信号的资源格示意图。
具体实施方式
[0056]
如图1-图5所示，本公开所述的一种无线信号功率检测方法，包括以下步骤：
[0057]
s01、采样待测的无线信号，将该无线信号转换为对应的时域数字信号，具体的，首先通过信号放大器对无线信号进行放大，然后通过宽带滤波器对无线信号进行宽带滤波，以对设备进行保护，同时可避免带宽外的强信号对检测结果造成干扰，然后通过模数转换器adc对信号进行采样和转换，将其转换为数字信号格式，即所述的时域数字信号。
[0058]
具体的，为了增强测量方法的适应性，假定被测量的无线信号通常是特定发送周期在频域上占用带宽的信号突发信号(burst)，其典型的时频域视图如图2所示，其中fc表示被测信号的中频频点，bw表示该无线信号的带宽，t为该信号突发信号burst的持续时间，对于已知制式的无线信号来说，上述的fc、bw和t均为已知参数，为了进一步增强本方法的适用性，可认为上述的fc、bw和t的数值在一定范围内变化，如在4g lte系统中手机发送的上行信号，会在整个上行带宽中随机出现。
[0059]
步骤s01中，采样待测的无线信号具体包括：
[0060]
如图2所示的，在获取无线信号后，将该无线信号的中频频点搬移到接近零中频的位置，以方便后续的数字信号处理，经过变频和采样后，信号的中频频点变为fc
′
，若采样时钟频率为fs，则根据奈奎斯特定理，信号的有效区不能超过区间[-fs/2,fs/2]，即需要满足：
[0061][0062]
s02、将所得时域数字信号分片为n个连续的时间片，获得关于n个时间片的分片时域数据，具体的，如图4所示的，在进行时域数据分片时，不需要关注分片起始时刻与burst周期t的对齐关系，根据经验在实际应用中去除头尾处的分片数据对测量精度影响不大。为了方便后续的fft(傅里叶变换)运算，数据分片长度需要满足2的倍数，即2n，取值同时需考虑测量结果的精度，本实施例采用的原则如下：
[0063]
判断该待测的无线信号是否属于ofdm相关波形，如4g let、5g nr等信号，如是则同等采样速率下应当采用与ofdm相同的符号长度l进行分片，这样在进行后续的fft变换时，可以得到子载波级别的精度，也方便安装频域的最小调度单位(rb)进行分析；
[0064]
如果该无线信号不属于ofdm相关波形，则需要根据信号的过采样倍数和频率分析精度进行定位，为了达到频率分析精度fa，分片长度l需满足：
[0065][0066]
s03、将所得分片时域数据进行时频域转换，获得与分片时域数据相对应的频域数据，具体为，对所得分片时域数据进行傅里叶变换运算：
[0067]ys
(n)＝fft(xs(n))；
[0068]
其中，xs(n)表示时间片n、分片长度为l的分片时域数据，ys(n)表示对应的频域数据。
[0069]
s04、计算每个频域数据的子载波功率，按资源格大小对子载波进行功率积分；其中，计算每个频域数据的子载波功率具体为：
[0070]
p
fd，n
(l)＝y
s，n
(l)2，l＝0，1
…
l-1；
[0071]
其中，p
fd，n
(l)表示第n片频域数据的子载波信号，l为子载波索引。
[0072]
按资源格对子载波进行功率积分具体为：
[0073][0074]
其中，g表示资源格大小，具体的，资源格也称为资源块，对于ofdm信号，如lte信号中，其与rb(resource block)等同概念，对于ofdm信号来说，其在时域上最小的资源粒度为一个ofdm符号，在频域上其最小的资源粒度为一个子载波，一个ofdm符号与一个子载波组成的一个时频资源单元，称为re，物理层在进行资源映射时，以re作为基本单位。而资源格(或称资源块)则表示一个时隙内所有的ofdm信号与频域上12个子载波，lte资源调度时通常以资源格作为基本单位。
[0075]
对于非ofdm信号而言，资源格大小可以根据该被测信号的带宽来定义，具体如下：
[0076]
首先计算被测信号带宽占据的频域子载波数：
[0077]
nsc＝round(bw/bscs)；
[0078]
bscs＝fs/l；
[0079]
其中，bw表示该无线信号的带宽，fs表示采样时钟频率，l表示分片长度。
[0080]
若所得nsc远小于l，则资源格大小可取nsc；
[0081]
否则取资源格大小等于n，其中n需满足l/n能够被整除且接近于100。
[0082]
s05、计算所得n个频域数据的功率积分的功率平均数，即具体为对发送时间周期内的n个时间片进行功率平均：
[0083][0084]
s06、根据所得功率平均数，分析该无线信号的带外和带内的功率差，根据所得功率差判断该无线信号是否为有效信号，如是则根据所得功率平均数对该无线信号进行带内功率积分，获得该无线信号的有效测量功率，否则舍弃该无线信号，采样下一无线信号并返回至所述步骤s01。
[0085]
具体的，功率分析过程以具体的4g let的上行信号为例，如图5所示的，假设该发射信号的起始资源格(rb)为ns，资源格个数为ng，则被测信号的功率应出现在p
′g(ns)～p
′g(ns+n
g-1)，为简化分析的复杂度，对于带外和带内的功率差，只需分析带内外相邻的资源格即可，即需判断该无线信号的功率是否满足判断条件，所述判断条件为：
[0086][0087]
其中，ns表示该无线信号的起始资源格，ng表示该无线信号的资源格个数，p
t
表示功率判断门限，如满足所述判断条件则判断该无线信号为有效信号，否则判断为无效信号并舍弃；
[0088]
对有效信号进行带内功率积分具体为：
[0089][0090]
对有效信号进行带内功率积分，从而得到单个burst信号的有效测量功率。
[0091]
p
t
为功率判断门限，为进一步提高性能，可以根据实测信号的功率和底噪的关系来选取动态门限，具体如下，功率判断门限p
t
：
[0092][0093]
其中，p
ni
表示接收底噪，可以在启动测量之间得到；p
t
表示固定门限，经过实际实施验证，取3db可到达较好的效果。
[0094]
若被测信号存在多次发射且需要持续观测变化时，则在步骤s06之后还包括：
[0095]
s07、当该待测的无线信号存在多次发射且需要持续观测变化时，对该无线信号进行q次的滑动平均，具体为：
[0096][0097]
其中，pm(t0)表示经滑动平均后的测量结果，t0表示当前测量计数，以使测量结果更加稳定准确。
[0098]
本公开通过采用频域功率测量和时域连续分析的方法，可以根据功率差判断该无线信号是否为有效信号，避免无效信号对检测结果造成干扰，确保了功率检测结果的准确度。
[0099]
同时，当待测信号的起始频率在采样信号的带内变化时，只需要相应调整s6及以后的步骤中的ns参数即可进行功率测量；当待测信号的带宽在采样信号的带宽内变化时，只需要相应调整步骤s6及后续步骤中的ng参数即可进行功率测量，因此本公开的功率检测方法，相较于传统的时域测量方法，不需要频率变化时需要重新锁定本振频点、带宽变化时不需要变更滤波器配置，本公开对于信号的带宽的适应性更强，适用性更加广泛，更加简单高效。
[0100]
本实施例还提供了一种无线信号功率检测系统，用于执行如上所述的无线信号功率检测方法，其包括：
[0101]
采样单元，其用于采样待测的无线信号；
[0102]
处理单元，其用于将所述无线信号转换为对应的时域数字信号，将所得时域数字信号分片为n个连续的时间片，获得关于n个时间段的分片时域数据，将所得分片时域数据进行时频域转换，获得与所述分片时域数据相对应的频域数据，计算每个频域数据的子载波功率，按资源格大小对子载波进行功率积分，计算所得n个频域数据的功率积分的功率平均数，根据所得功率平均数，分析该无线信号的带外和带内的功率差，根据所得功率差判断该无线信号是否为有效信号，如是则根据所得功率平均数对该无线信号进行带内功率积分，获得该无线信号的有效测量功率，否则舍弃该无线信号，采样下一无线信号。
[0103]
处理单元具体可为处理器(或称cpu(centralprocessingunit，中央处理器))是计算机设备的计算核心以及控制核心。
[0104]
本实施例的无线信号功率检测系统与上述的无线信号检测方法实施例基于相同的发明构思，可参照上文关于完成方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
[0105]
本实施例的无线信号功率检测系统具有分析检测准确度高、带宽适应性更强、适用性广泛的优点。
[0106]
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
[0107]
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。