全文摘要
本申请公开了一种物联网窄带信号的接收系统。接收天线及射频器件用来接收射频信号，并由UE配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点。下变频模块将接收天线及射频器件接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号。模数转换模块将基带信号转换为高采样率的数字信号。频率搬移模块将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置。降采样模块将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量。数字信号处理模块对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，获得其中的数据信息。本申请通过频率搬移和降采样来规避窄带切换和直流分量带来的不利影响，克服了传统的窄带信号接收方式的缺点。
主设计要求
1.一种物联网窄带信号的接收系统，其特征是，包括接收天线及射频器件、下变频模块、模数转换模块、频率搬移模块、降采样模块和数字信号处理模块；所述接收天线及射频器件用来接收射频信号，并由UE配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点；所述下变频模块将接收天线及射频器件接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号；所述模数转换模块将基带信号转换为高采样率的数字信号；所述频率搬移模块将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置；所述降采样模块将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量；所述数字信号处理模块对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，从而获得窄带信号中的数据信息。
设计方案
1.一种物联网窄带信号的接收系统，其特征是，包括接收天线及射频器件、下变频模块、模数转换模块、频率搬移模块、降采样模块和数字信号处理模块；
所述接收天线及射频器件用来接收射频信号，并由UE配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点；
所述下变频模块将接收天线及射频器件接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号；
所述模数转换模块将基带信号转换为高采样率的数字信号；
所述频率搬移模块将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置；
所述降采样模块将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量；
所述数字信号处理模块对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，从而获得窄带信号中的数据信息。
2.根据权利要求1所述的物联网窄带信号的接收系统，其特征是，所述下变频模块输出的基带信号在零频位置引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠。
3.根据权利要求1所述的物联网窄带信号的接收系统，其特征是，所述频率搬移模块输出的零频位置窄带信号中，窄带信号分布在零频位置，而下变频模块引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。
4.根据权利要求1所述的物联网窄带信号的接收系统，其特征是，所述降采样模块输出的低采样率信号的采样频率大于或等于零频位置窄带信号最高频率的两倍。
5.根据权利要求1所述的物联网窄带信号的接收系统，其特征是，所述降采样模块将允许通过的频率范围设置为覆盖降采样后的窄带信号的带宽范围，直流分量不在允许通过的频率范围内因此被过滤掉。
6.一种物联网窄带信号的接收方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤S802：接收射频信号，并配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点；
步骤S804：将接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号；
步骤S806：将基带信号转换为高采样率的数字信号；
步骤S808：将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置；
步骤S810：将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量；
步骤S812：对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，从而获得窄带信号中的数据信息。
7.根据权利要求6所述的物联网窄带信号的接收方法，其特征是，所述步骤S804中，所述基带信号在零频位置会引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠。
8.根据权利要求7所述的物联网窄带信号的接收方法，其特征是，所述步骤S808中，所输出的零频位置窄带信号中，窄带信号分布在零频位置附近，而步骤S804引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。
9.根据权利要求6所述的物联网窄带信号的接收方法，其特征是，所述步骤S810中，所输出的低采样率信号的采样频率大于或等于零频位置窄带信号最高频率的两倍。
10.根据权利要求6所述的物联网窄带信号的接收方法，其特征是，所述步骤S810中，所述过滤直流分量是将允许通过的频率范围设置为覆盖降采样后的窄带信号的带宽范围，直流分量不在允许通过的频率范围内因此被过滤掉。
设计说明书
技术领域
本申请涉及一种针对物联网（Internet of Things，IoT）协议的窄带信号的接收系统及方法。
背景技术
在eMTC（enhanced Machine Type Communication，增强机器类型通信）、NB-IoT（Narrow Band IoT，窄带物联网）等物联网协议中，eNB（eNodeB，基站）使用LTE小区的一部分带宽给UE（User Equipment，用户设备）发送窄带（Narrow Band）信号，并且存在连续两个下行子帧之间发生窄带切换的场景。
请参阅图1，这是现有的物联网窄带信号接收系统的接收频点的示意图。窄带信号n是eNB在子帧n发送给UE的下行信号，窄带信号n的带宽是子帧n的LTE小区带宽的一部分。窄带信号n+1是eNB在子帧n+1发送给UE的下行信号，窄带信号n+1的带宽是子帧n+1的LTE小区带宽的一部分。可以发现，窄带信号n和窄带信号n+1处于不同的频域位置（纵坐标不同），并在子帧n和子帧n+1的边界处发生了切换。传统的UE以窄带信号的中心频点作为每个子帧的接收频点，这样的接收方式有以下两个缺点。
缺点一：当窄带信号在连续两个下行子帧的边界处发生切换时，UE也需要改变其接收频点。由于UE的射频器件在切换频点后需要一段时间才能稳定到正常工作状态，所以在接收频点发生变化后的一段时间内下行数据无法被UE正确接收到，这个不稳定时段位于图1中的窄带信号n+1的起始位置。这会降低UE对窄带信号n+1的接收性能。
缺点二：请参阅图2，当UE接收的窄带信号下变频到基带（零频）信号后，在零频位置会引入直流分量。而窄带信号在零频位置附近的子载波m、子载波n均与直流分量有部分重叠，这两个子载波m和n上的数据会被直流分量干扰，因此降低了UE对窄带信号的接收性能。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种物联网窄带信号的接收系统，能够克服上述两个缺点。为此，本申请还要提供一种物联网窄带信号的接收方法。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种物联网窄带信号的接收系统，包括接收天线及射频器件、下变频模块、模数转换模块、频率搬移模块、降采样模块和数字信号处理模块。所述接收天线及射频器件用来接收射频信号，并由UE配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点。所述下变频模块将接收天线及射频器件接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号。所述模数转换模块将基带信号转换为高采样率的数字信号。所述频率搬移模块将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置。所述降采样模块将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量。所述数字信号处理模块对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，从而获得窄带信号中的数据信息。
上述物联网窄带信号的接收系统保持各下行子帧的接收频点不变且与窄带信号的频率范围无关，通过频率搬移和降采样来规避窄带切换和直流分量带来的不利影响，从而克服了传统的窄带信号接收方式的缺点。
进一步地，所述下变频模块输出的基带信号在零频位置引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠。这是下变频模块的一种具体实现方式。
进一步地，所述频率搬移模块输出的零频位置窄带信号中，窄带信号分布在零频位置，而下变频模块引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。这是频率搬移模块的一种具体实现方式。
进一步地，所述降采样模块输出的低采样率信号的采样频率大于或等于零频位置窄带信号最高频率的两倍。降采样后的窄带信号由于采样频率更低，有利于数字信号处理模块的实现。
进一步地，所述降采样模块将允许通过的频率范围设置为覆盖降采样后的窄带信号的带宽范围（可以是恰好覆盖或略大），由于直流分量所处的频域位置不在允许通过的频率范围内，因此会从接收信号中被过滤掉。这是降采样模块的另一种具体实现方式。
本申请还提供了一种物联网窄带信号的接收方法，包括如下步骤：步骤S802：接收射频信号，并配置接收频点；每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点。步骤S804：将接收到的射频信号通过下变频转换为基带信号。步骤S806：将基带信号转换为高采样率的数字信号。步骤S808：将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置。步骤S810：将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量。步骤S812：对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码，从而获得窄带信号中的数据信息。
上述物联网窄带信号的接收方法保持各下行子帧的接收频点不变且与窄带信号的频率范围无关，通过频率搬移和降采样来规避窄带切换和直流分量带来的不利影响，从而克服了传统的窄带信号接收方式的缺点。
进一步地，所述步骤S804中，所述基带信号在零频位置会引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠。这是步骤S804的一种具体实现方式。
进一步地，所述步骤S808中，所输出的零频位置窄带信号中，窄带信号分布在零频位置附近，而步骤S804引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。这是步骤S808的一种具体实现方式。
进一步地，所述步骤S810中，所输出的低采样率信号的采样频率大于或等于零频位置窄带信号最高频率的两倍。降采样后的窄带信号由于采样频率更低，有利于数字信号处理模块的实现。
进一步地，所述步骤S810中，所述滤除直流分量是将允许通过的频率范围设置为覆盖降采样后的窄带信号的带宽范围（可以是恰好覆盖或略大），由于直流分量所处的频域位置不在允许通过的频率范围内，因此会从接收信号中被过滤掉。这是步骤S810的另一种具体实现方式。
本申请取得的技术效果是保持各下行子帧的接收频点不变且与窄带信号的频率范围无关，通过频率搬移和降采样来规避窄带切换和直流分量带来的不利影响，从而克服了传统的窄带信号接收方式的缺点。
附图说明
图1是现有的物联网窄带信号接收系统的接收频点的示意图。
图2是窄带信号下变频到基带信号后零频位置的直流分量与子载波重叠的示意图。
图3是本申请的物联网窄带信号接收系统的结构示意图。
图4是本申请的物联网窄带信号接收系统的接收频点的示意图。
图5是下变频模块输出的基带信号的示意图。
图6是频率搬移模块输出的零频位置窄带信号的示意图。
图7是降采样模块输出的低采样率的滤除直流分量后的零频位置窄带信号的示意图。
图8是本申请的物联网窄带信号接收方法的流程示意图。
图中附图标记说明：10为物联网窄带信号接收系统；102为接收天线及射频器件；104为下变频模块；106为模数转换模块；108为频率搬移模块；110为降采样模块；112为数字信号处理模块。
具体实施方式
请参阅图3，这是本申请提供的针对物联网窄带信号的接收系统。所述系统10包括接收天线及射频器件102、下变频模块104、模数转换模块106、频率搬移模块108、降采样模块110和数字信号处理模块112。
所述UE的接收天线及射频器件102用来接收射频信号，并由UE配置接收频点。每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点，而与每个子帧中的窄带信号的频率范围无关。
所述下变频模块104将UE在接收天线及射频器件102接收到的射频信号通过下变频转换为零频（基带）信号。
所述模数转换模块106将基带信号转换为高采样率的数字信号。由于窄带信号相对零频位置较远，因此数模转换需要采用较高的采样率以保证窄带信号被完整的转化为数字信号。
所述频率搬移模块108将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置。
所述降采样模块110将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量，降低后的采样频率一般等于或稍大于零频位置窄带信号最高频率的两倍，以满足奈奎斯特–香农采样定理（Nyquist–Shannon sampling theorem）。降采样后的窄带信号由于采样率更低，有利于数字信号处理模块112的实现。
所述数字信号处理模块112对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码等处理，从而获得窄带信号中的数据信息。
请参阅图4，这是所述接收天线及射频器件102配置接收频点的示意图。UE在子帧n的接收频点n被配置为LTE小区的中心频点，并接收整个LTE小区带宽范围的信号，eNB发送给UE的窄带信号n是LTE小区带宽的一部分。UE在子帧n+1的接收频点n+1仍被配置为LTE小区的中心频点，并接收整个LTE小区带宽范围的信号，eNB发送给UE的窄带信号n+1是LTE小区带宽的一部分。因为UE在子帧n和子帧n+1的接收频点均为LTE小区中心频点，没有发生变化，所以射频器件不需要切换接收频点并能一直保持正常工作状态。因此子帧n+1的信号可以被UE完全正确地接收到，不会影响UE的接收性能，从而解决了传统接收方式的缺点一。
请参阅图5，这是所述下变频模块104输出的基带信号的示意图。所述基带信号在零频位置会引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠，因此直流分量不会对窄带信号产生干扰，因此不会降低UE的接收性能，从而解决了传统接收方式的缺点二。
请参阅图6，这是所述频率搬移模块108输出的零频位置窄带信号的示意图。可以发现，窄带信号分布在零频位置附近，而下变频模块104引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。
请参阅图7，这是所述降采样模块110输出的低采样率的滤除直流分量后的零频位置窄带信号的示意图。所述滤除直流分量例如是将允许通过的频率范围设置为恰好覆盖降低采样率后的窄带信号的带宽范围或略大，由于直流分量所处的频域位置不在允许通过的频率范围内，因此会从接收信号中被过滤掉。
请参阅图8，这是本申请提供的针对物联网窄带信号的接收方法，其包括如下步骤。
步骤S802：接收射频信号，并配置接收频点——每个子帧的接收频点均被配置为LTE小区带宽的频率范围的中心频点。这一步例如由图3中的接收天线及射频器件102执行。
步骤S804：将接收到的射频信号通过下变频转换为零频（基带）信号。所述基带信号在零频位置会引入直流分量，但窄带信号所有的子载波和零频位置的直流分量均没有重叠，因此直流分量不会对窄带信号产生干扰，因此不会降低UE的接收性能。这一步例如由图3中的下变频模块104执行。
步骤S806：将基带信号转换为高采样率的数字信号。这一步例如由图3中的模数转换模块106执行。
步骤S808：将高采样率的数字信号中的窄带信号搬移到零频位置。所输出的零频位置窄带信号中，窄带信号分布在零频位置附近，而步骤S804引入的直流分量经过频率搬移后已远离零频位置。因此零频位置附近的窄带信号所有的子载波和远离零频位置的直流分量均没有重叠。这一步例如由图3中的频率搬移模块108执行。
步骤S810：将零频位置的窄带信号从高采样率信号降为低采样率信号并过滤掉直流分量。允许通过的频率范围设置为恰好覆盖降低采样率后的窄带信号的带宽范围或略大，由于直流分量所处的频域位置不在允许通过的频率范围内，因此会从接收信号中被过滤掉。这一步例如由图3中的降采样模块110执行。
步骤S812：对降采样后的窄带信号进行信道估计、解调、解码等处理，从而获得窄带信号中的数据信息。这一步例如由图3中的数字信号处理模块112执行。
本申请提供的物联网窄带信号的接收系统及方法保持各下行子帧的接收频点不变且与窄带信号的频率范围无关，通过频率搬移和降采样的方法来规避窄带切换和直流分量带来的不利影响，从而克服了传统的窄带信号接收方式的缺点。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910668873.2
申请日:2019-07-24
公开号:CN110190865A
公开日:2019-08-30
国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN110190865B
授权时间:20191015
主分类号:H04B 1/30
专利分类号:H04B1/30;H04B1/16
范畴分类:39B;
申请人:翱捷科技（上海）有限公司
第一申请人:翱捷科技（上海）有限公司
申请人地址:201203 上海市浦东新区张江高科技园区科苑路399号2幢
发明人:滕跃;张文硕;陈肖虎
第一发明人:滕跃
当前权利人:翱捷科技（上海）有限公司
代理人:殷晓雪
代理机构:31286
代理机构编号:上海恒锐佳知识产权代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计