本发明属于频谱分析领域，具体涉及一种手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统及方法。
背景技术：
1、随着技术的发展，频谱资源越来越紧张，时分双工技术tdd(time-divisionduplexing)上行信号与下行信号采用了相同的频段，可实现灵活的上下行时隙配比，tdd凭借充分利用有限的频率资源的优势得到了广泛的应用，同时空间电磁频谱环境越来越复杂，移动终端发出的上行信号功率较弱，极易被外界信号的干扰，会对基站性能造成影响乃至使业务受阻，传统的频谱检测查找干扰的方法已经不能满足测试需求。
2、tdd上行与下行信号在频谱上完全重叠，高功率的基站下行信号又会完全覆盖干扰信号，移动终端发出的上行信号功率较弱，极易被下行信号和外界信号干扰，出现终端无法与基站建立连接的情况，为了保证终端与基站的正常通信，需要能够在外场快速定位排查上行干扰的便携式测量仪器。目前已有的普通的频谱仪或接收机基于频域的传统无线电监测方法，极难在较宽的tdd频段内侦测和追踪定位干扰信号；需要对上下行信号进行分离，消除基站持续下行信号带来的影响，行信号往往较弱，发射占用较少，上行频谱通常显示为底噪。如有干扰信号，将明显存在于频谱中，不会被持续的下行信号淹没。
3、目前已有的频谱仪也具有时间门功能，时域模式与频域模式只能二选一，时域模式是工作在零扫款模式下，频域模式通过门控制本振的方式实现的，门控开的时候本振扫描并通过信号、门控关本振不扫描并且屏蔽信号，这种频域扫描方式在干扰信号出现的时间内无法完成整个信号带宽的扫描频段，扫描时间太长无法检测tdd符号级信号的干扰。一些带有时间门的频谱仪没有gps，无法与基站同步，也有一些带有gps，但是面对一些相对封闭的建筑物内，gps丢失无法与基站同步，同样不能排查干扰。
4、如图1所示，传统的时间门，时域模式与频域模式只能二选一，时域模式是工作在零扫款模式下，频域模式通过门控制本振的方式实现的，门控开的时候本振扫描并通过信号、门控关本振不扫描并且屏蔽信号，这种频域扫描方式在干扰信号出现的时间内无法完成整个信号带宽的扫描频段，扫描时间太长无法检测tdd符号级信号的干扰。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，包括adc单元、fpga和arm；adc单元、fpga和arm通过线路依次连接；
4、其中，fpga包括数字下变频单元、分辨率带宽滤波单元、包络检波单元、视频滤波单元、视频检波单元、数字域门控单元、触发/内部定时单元、多速率抽取滤波单元、加窗单元、宽带频谱实时处理单元、检波单元和双域并行数据调度单元；
5、数字下变频单元、分辨率带宽滤波单元、包络检波单元、视频滤波单元、视频检波单元和双域并行数据调度单元通过线路依次连接；数字下变频单元、多速率抽取滤波单元、加窗单元、宽带频谱实时处理单元、检波单元和双域并行数据调度单元通过线路依次连接；触发/内部定时单元、数字域门控单元通过线路连接；数字域门控单元分别与视频滤波单元、加窗单元通过线路连接。
6、优选地，adc单元，被配置为用于对接收的信号进行采样数字化、数字下变频、抽取滤波处理，输出120mhz带宽的iq数据，120mhz带宽包括5g nr在内的常用时分复用信号的瞬时带宽。
7、优选地，分辨率带宽滤波单元，其分辨率带宽范围为1hz～20mhz，以1、2、3、5、8步进，分辨率带宽相差10倍的滤波器采用归一化的方法，不同挡位采用系数重载的方法。
8、优选地，视频滤波单元，被配置为采用一阶、可变系数的iir滤波器完成视频平滑滤波，递归方程为如式(1)所示：
9、
10、其中，vbw为视频带宽，fs是经过抽取后的采样频率，用fpga实现只需要计算一个系数就能够实现1hz～20mhz的视频带宽。
11、优选地，视频检波单元，被配置为用于进行视频检波；视频检波包括标准检波、峰值检波、取样检波、均值、和均方根检波；每个进程中的n个点序列{x1,x2,x3…xn}，标准检波将每个进程中的最大和最小幅值同时用于显示；峰值检波将每个进程中的最大或最小幅值用于显示；取样检波在每个进程的固定时刻对信号的瞬时值用于显示；均值检波xavg以及均方根xrms分别如式(2)、(3)所示：
12、
13、优选地，宽带频谱实时处理单元，被配置为用于采用连续可变带宽的时域转频域的方式，将时域长度为n的iq时域数据变换为长度为m的频域数据，转换式如(4)所示：
14、
15、其中，f(n)和h(n)的表达式如式(5)、(6)所示：
16、
17、其中，θ0是起始采样点的相角；是两相邻点之间角频率差，w为一个复数。
18、优选地，检波单元，被配置为用于将m帧原始的频谱[y11、y12……y1(n-1)、y1n]、[y21、y22……y2(n-1)、y2n]，……，[ym1、ym2……ymn-1、ymn]压缩成一帧新的[y1、y2……y(n-1)、yn]，对上一帧数据以及当前帧进行最大值、最小值、取样或者累加操作；频域数据yn如式(9)所示：
19、
20、优选地，触发/内部定时单元，包括外触发模块、gps触发模块以及内部定时触发模块，gps触发模块是与基站进行同步；内部定时触发模块用于解决在封闭的建筑物内gps丢失而不能同步的困难。
21、优选地，数字域门控单元，被配置为用于通过触发定时、以此为基准的门控延时以及门控时间来控制时域和频域分析的原始数据；通过时域可以区分上下行，然后分析上行频域可以发现干扰频率，并通过转动天线改变信号的幅度大小发现干扰位置。
22、此外，本发明还提到一种手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理方法，该方法采用如上所述的一种手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，具体包括如下步骤：
23、步骤1：空中无线信号经过定向天线进入射频前端，两级混频、中频调理后变为固定中心频率、带宽为120mhz的模拟中频信号，进入adc单元；
24、步骤2：adc单元对模拟中频信号进行采样数字化、数字下变频、抽取滤波，输出120mhz带宽的iq数据，并通过jesd204b高速接口发送给fpga；
25、步骤3：iq数据分为全并行的两路，并发的一路进行时域分析、一路进行频域分析；
26、步骤4：时域分析通道iq数据经过分辨率带宽滤波单元、包络检波单元、视频滤波单元、视频检波单元产生时域测量数据；
27、步骤5：频域分析通道iq数据经过多速率抽取滤波单元、加窗单元、宽带频谱实时处理、检波单元产生频域测量数据；
28、步骤6：通过触发/内部定时单元进行外触发、gps以及内部定时形成时间对齐用来做门控，控制数据的分析；
29、步骤7：数字域门控单元通过门延迟、门宽度选取相应时间的iq数据进行时域和频域分析；
30、步骤8：通过双域并行数据调度单元对时域数据和频域数据进行并行调度，通过pcie总线协议送给arm，arm对时域和频域的双域数据进行处理和绘制。
31、本发明所带来的有益技术效果：
32、本发明基于手持式仪器平台，采用低成本、低功耗fpga实现时域与频域全并行数字信号处理方式，时域模式与频域模式完成独立并行，频域模式门控开的时候本振不扫描并通过信号，采用宽带实时处理方式，频域扫描时间短，并通过gps构造内部触发功能解决室内干扰排查由于gps丢失无法与基站同步的问题，满足移动通信基站特别是采用tdd的制式的基站上行符号级干扰排查的测试的需求。
1.手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，包括adc单元、fpga和arm；adc单元、fpga和arm通过线路依次连接；
2.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，adc单元，被配置为用于对接收的信号进行采样数字化、数字下变频、抽取滤波处理，输出120mhz带宽的iq数据，120mhz带宽包括5g nr在内的常用时分复用信号的瞬时带宽。
3.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，分辨率带宽滤波单元，其分辨率带宽范围为1hz～20mhz，以1、2、3、5、8步进，分辨率带宽相差10倍的滤波器采用归一化的方法，不同挡位采用系数重载的方法。
4.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，视频滤波单元，被配置为采用一阶、可变系数的iir滤波器完成视频平滑滤波，递归方程为如式(1)所示：
5.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，视频检波单元，被配置为用于进行视频检波；视频检波包括标准检波、峰值检波、取样检波、均值、和均方根检波；每个进程中的n个点序列{x1,x2,x3…xn}，标准检波将每个进程中的最大和最小幅值同时用于显示；峰值检波将每个进程中的最大或最小幅值用于显示；取样检波在每个进程的固定时刻对信号的瞬时值用于显示；均值检波xavg以及均方根xrms分别如式(2)、(3)所示：
6.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，宽带频谱实时处理单元，被配置为用于采用连续可变带宽的时域转频域的方式，将时域长度为n的iq时域数据变换为长度为m的频域数据，转换式如(4)所示：
7.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，检波单元，被配置为用于将m帧原始的频谱[y11、y12……y1(n-1)、y1n]、[y21、y22……y2(n-1)、y2n]，……，[ym1、ym2……ymn-1、ymn]压缩成一帧新的[y1、y2……y(n-1)、yn]，对上一帧数据以及当前帧进行最大值、最小值、取样或者累加操作；频域数据yn如式(9)所示：
8.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，触发/内部定时单元，包括外触发模块、gps触发模块以及内部定时触发模块，gps触发模块是与基站进行同步；内部定时触发模块用于解决在封闭的建筑物内gps丢失而不能同步的困难。
9.根据权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，其特征在于，数字域门控单元，被配置为用于通过触发定时、以此为基准的门控延时以及门控时间来控制时域和频域分析的原始数据；通过时域能够区分上下行，然后分析上行频域能够发现干扰频率，并通过转动天线改变信号的幅度大小发现干扰位置。
10.手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1所述的手持式频谱仪时频全并行时间门的信号处理系统，具体包括如下步骤：
