1.一种支持多模的并行多通道快速扫频系统,其特征在于,系统包括宽带射频模块、多模中频模块、基带扫频算法模块和软件配置模块;
所述宽带射频模块,对接收的射频信号进行模拟放大、滤波、混频和A/D变换处理;
所述多模中频模块,对数字中频信号进行下变频处理,在下变频之前对信号进行数字混频,目的在于对数字中频信号零中频处理和频点选择;将所述多模中频模块处理后的数据复制成N路,分别传给相应N条通道的多模中频模块处理,频率控制器控制N路数字控制振荡器NCO的混频频率,实现扫频频率的遍历,控制每条通道协同工作;每条通道通过并行处理机制对信号做下变频处理,下变频包括多级抽取和抗混叠滤波,中频信号经过数字混频和下变频处理成为基带信号;所述多通道的硬件平台选取FPGA芯片;
所述基带扫频算法模块,包括频点检测模块和功率计算模块,完成频点检测和功率计算,确定主基站频点和临小区基站频点;
所述软件配置模块,通过上位机对射频和中频的在线配置,实现宽带射频和多模中频,兼容多种通信模式。
2.一种支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,主要包括以下步骤:a、通过电脑软件配置模块向射频和中频模块在线配置,设置射频的混频频率、放大器和采样率参数,实现射频宽带化;设置中频的数字混频频率、抽取和滤波系数实现多模中频;
b、宽带射频模块通过天线接收空中射频后,对信号进行宽频处理,包括两级模拟混频、模拟放大和抗混叠滤波等,参数由步骤a软件配置模块配置;射频信号经过混频滤波后变成中频信号,对中频信号进行模数变换,把模拟信号变为数字信号;
c、将步骤b处理后的数据复制成N路,分别传给相应N条通道的多模中频模块处理,频率控制器控制N路数字控制振荡器NCO的混频频率,实现扫频频率的遍历,控制每条通道协同工作;每条通道通过并行处理机制对信号做下变频处理,下变频包括多级抽取和抗混叠滤波,中频信号经过数字混频和下变频处理成为基带信号;
d、将步骤c中N条通道下变频处理完成后的基带数据分别传给相应的N个频点检测模块,各通道的频点检测模块并行地对相应的频点作信号同步处理,经过同步处理即可以确定有用信号的频点;
f、经过步骤d处理后,确定了扫频区域内的有效的频点号,通过功率计算模块计算有效频点信号的功率值,通过功率排序从而快速准确的确定主基站和临小区基站的工作频点;
步骤b中,宽带射频模块要根据接收信号的频率和带宽,结合带宽采样定理和基带信号的速率确定采样率和中频频点,最后确定模拟混频频率;
采样率fs必须满足宽带采样定律,并且采样率fs是基带速率的整数倍,宽带采样定律:fL和fH分别是信号频谱的上下边带,n是一个不超过 的最大整数;
中频频率f0与采样率fs的关系: m为正整数;
射频混频频率:f=f0±fr,fr表示接收空中信号的中心频点,f0表示中频频率,加号表示高混频,减号表示低混频;
模拟混频频率、功放和采样率通过软件在线配置。
3.根据权利要求2所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,步骤c中,所述数字控制振荡器实现中频信号的零中频处理和频点的选择;
数字正交混频频点计算方法:fNCO=f0-fs+B1/2+(n-1)*B2,B1是所有频点的频谱带宽,B2为两个相邻频点的频率间隔,n为频点号。
4.根据权利要求2所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,步骤c中,下变频分多级抽取和滤波处理,抗混叠滤波器的选取为:CIC滤波器、HBF滤波器和FIR滤波器,其中,高速率下滤波采用CIC滤波器;2倍抽取滤波采用HBF滤波器;其它情况使用滤波采用FIR滤波器。
5.根据权利要求2所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,步骤d中,频点检测模块对不同的通信模式根据其信号的特征对信号进行基带同步处理,对于GSM通信系统,同步处理包括粗同步和精同步,经过同步确定是否含有FCCH和SCH信道,从而判断该频点是否有效。
6.根据权利要求5所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,所述粗同步即搜寻FCCH,步骤如下:①FB是FCCH信道的频率校正突发脉冲序列,相位变化比较稳定,而其他位置的数据无该特性,可以根据这一特点,采用滑动窗口的方法判断相位变化相对稳定的区域,设置窗长为BL=142*OSR,142是频率校正突发脉冲序列的长度,OSR是采样倍率,搜索数据长度设置为len;
②在窗口内取相位差的最大值与最小值,并且求解最大值与最小值之差,相位差公式如下:其中信号相位为 相邻符号间的相位差为 对连续142个接收符号计算最大值与最小值相位差③在所有的相位差值数组中,求出其中最小值 并记录最小值 所在位置,标记为position;
④ 为参考门限值,当最小相位差 满足 时,则表示找到了频率突
发,同步成功,参考门限值设置如下:
因为FB是连续142个0,其相邻符号之间的相位差都是π/2,在不考虑误差和干扰的情况下,在FB接收期间 可以达到理论的最小值0,而其它信息序列由于不全为0,其相邻符号相位有-π/2或π/2两种可能,因此 应该为π,门限⑤FCCH的粗略位置为:Fb_Position=Start+position,Start为同步的起始位置。
7.根据权利要求5所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,所述精同步是FCCH与SCH的相对位置关系,SCH位于FCCH之后8个时隙的位置,在一个较小的范围内搜索SCH的训练序列,完成更精细的同步,步骤如下:①在采样倍率是OSR时,滑动窗的长度为64*OSR样点,64为SCH信道突发脉冲序列为SB的长度;
②在FCCH的粗略起始位置后的8个时隙的位置,可以推动该滑动窗在小范围内滑动,其中滑动步长为1个样点,每滑动一次;
③使用本地参考序列与每次滑动窗所对应的数据作相关,求得该次相关运算的结果,依次类推,可求得所有的相关值,相关公式如下:式中xi是本地训练序列,yi是接收的信号,n为滑动窗的长度。
④相关值在SB训练序列处达到最大,故可取其中相关值的最大值,最大相关系数要超过门限值δ,即精同步成功,最大相关值对应的位置即为SB的训练序列所在位置,然后根据SB的结构即可得到同步突发SB的起始位置,至此已完成精同步,实现初始同步,频点检测通过。
8.根据权利要求2所述的支持多模的并行多通道快速扫频方法,其特征在于,步骤f中,功率计算模块计算有效频点下的功率值,其计算过程采用如下公式:式中,M为计算平均功率点的点数,I(n)数字混频后的同相分量,Q(n)数字混频后的正交分量;功率值最大的为主基站频点,其它为临小区基站频点。