一种基于手持终端的高铁GSM-R信号检测方法及系统与流程

一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法及系统
技术领域
1.本发明涉及无线信号检测技术领域，尤其涉及一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法及系统。


背景技术：

2.gsm-r移动通信系统是铁路专用的数字无线通信系统，用于提供无线列控信息传输、应急通信和组呼通信等功能，保障列车的安全运行。gsm-r移动通信系统的工作频段上行885mhz～889mhz，下行930mhz～934mhz，可用带宽较窄，频率复用多，容易受到外部干扰，从而引起gsm-r移动通信系统故障，需要对gsm-r无线环境进行干扰监测，而现有的高铁gsm-r移动通信系统维护主要采用频谱仪进行检测，只能测量无线环境的频谱波形，无法有效的进行干扰监测和识别。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法及系统，能够及时发现信号数据的干扰并对其进行定位排查从而缩减外部无线干扰排障时间。
4.本发明所采用的第一技术方案是：一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法，包括以下步骤：
5.对gsm-r信号进行转换处理，得到基带数据并输入至终端解码系统；
6.基于终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据；
7.对基带数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，得到gsm-r频谱数据；
8.基于终端设备，通过图形化界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据。
9.进一步，所述对gsm-r信号进行转换处理，得到基带数据并输入至终端解码系统这一步骤，其具体包括：
10.获取gsm-r信号；
11.对gsm-r信号进行带宽射频采样处理，得到采样后的gsm-r信号；
12.通过低通滤波器对采样后的gsm-r信号进行滤波处理，得到滤波后的gsm-r信号；
13.对滤波后的gsm-r信号进行抽样判决处理，输出基带数据并输入至终端解码系统。
14.进一步，所述基于终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据这一步骤，其具体包括：
15.获取无线帧标准比特序列；
16.根据无线帧标准比特序列，通过匹配滤波方法对基带数据进行搜索匹配处理，得到同步后的基带数据；
17.基于同步后的基带数据，提取常规时隙中的训练序列并对其进行信道估计处理，得到信道估计值；
18.基于同步后的基带数据，提取常规时隙中的数据序列并对其进行均衡与标准维特
比解码处理，得到gsm-r解码数据。
19.进一步，所述匹配滤波方法的具体计算过程如下所示：
[0020][0021]
上式中，k
*
表示最佳匹配定时点，x表示基带数据，k表示定时偏移量，i表示采样点索引，l
*
(i)表示根据标准生成的本地同步序列的共轭。
[0022]
进一步，所述信道估计值的计算公式如下所示：
[0023][0024]
上式中，y(n)表示常规时隙中的训练序列，l
*
表示本地生成的训练数列，h表示信道估计值，n表示数据的索引。
[0025]
进一步，所述同步后的基带数据均衡处理的计算公式如下所示：
[0026]
f(n)＝d(n)h
*
[0027]
上式中，d(n)表示常规时隙中的数据序列，f(n)表示均衡后的基带数据，h
*
表示信道估计值的共轭。
[0028]
进一步，所述对基带数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，得到gsm-r频谱数据这一步骤，其具体包括：
[0029]
通过轮询接收方式对解码终端系统的端口进行监听处理，获取gsm-r信号；
[0030]
通过傅里叶变换对gsm-r信号进行转换处理，得到gsm-r频域信号；
[0031]
通过自动增益控制处理对gsm-r频域信号进行增益放大处理，得到gsm-r频谱数据。
[0032]
进一步，所述基于终端设备，通过图形化界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据还包括：
[0033]
基于终端设备，通过回调函数发送至app界面程序，通过app界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据。
[0034]
本发明所采用的第二技术方案是：一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测系统，包括：
[0035]
获取模块，用于对gsm-r信号进行转换处理，得到基带数据并输入至终端解码系统；
[0036]
解码模块，基于终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据；
[0037]
处理模块，用于对基带数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，得到gsm-r频谱数据；
[0038]
展示模块，基于终端设备，通过图形化界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据。
[0039]
本发明方法及系统的有益效果是：本发明根据gsm-r信号特性对其进行转换处理，转换为对应的基带数据信号并发送至终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，不仅可以实现频谱分析仪的频谱扫描功能，同时可以实现信号解码和干扰定位，及时排
查干扰和发现问题，最后通过对gsm-r解码数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，通过图形化界面展示gsm-r频谱数据和解码数据，有效提升gsm-r信号监测能力，以及缩短外部无线干扰排障时间。
附图说明
[0040]
图1是本发明一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法的步骤流程图；
[0041]
图2是本发明一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测系统的结构框图；
[0042]
图3是本发明对gsm-r信号进行解码定位的流程示意图。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0044]
参照图1和图3，本发明提供了一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测方法，该方法包括以下步骤：
[0045]
s1、对gsm-r信号进行转换处理，得到基带数据并输入至终端解码系统；
[0046]
具体地，通过射频采集模块根据gsm-r信号特性，按照特定的中心频率和采样速率，采集gsm-r信号并转换为基带数据，所述gsm-r信号为双工模式，上行频段为885～889mhz，下行频段为930～934mhz，gsm-r每个频点的带宽为200khz，其转换为基带数据的过程为对来自基站发射的gsm-r射频信号，进行宽带射频采样，通过信道化分离的方法进行接收，对于采样的信号通过低通滤波，滤除信道噪声和干扰，对信道特性进行均衡，对将接收滤波器的输出波形进行抽样判决后，转换还原为基带信号即基带数据，通过usb接口传送给安卓手持终端，在安卓手持终端部署c语言终端模拟器，搭建c语言环境。
[0047]
s2、基于终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据；
[0048]
具体地，基带解码模块使用c语言，在终端解码系统部署c语言模拟器，搭建c语言环境，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据。
[0049]
s21、获取无线帧标准比特序列；
[0050]
s22、根据无线帧标准比特序列，通过匹配滤波方法对基带数据进行搜索匹配处理，得到同步后的基带数据；
[0051]
具体地，首先对gsm基带数据进行同步序列搜索，已完成无线帧的同步，根据协议，同步序列长度为64比特，假定其标准序列如下所示：
[0052]
l(n),n＝1,2,
…
,64
[0053]
通过匹配滤波方法，搜索出基带数据与标准序列匹配最大值的位置点，所述匹配滤波方法的具体计算过程如下所示：
[0054][0055]
上式中，k
*
表示最佳匹配定时点，x表示基带数据，k表示定时偏移量，i表示采样点
索引，l
*
(i)表示根据标准生成的本地同步序列的共轭。
[0056]
s23、基于同步后的基带数据，提取常规时隙中的训练序列并对其进行信道估计处理，得到信道估计值；
[0057]
具体地，对常规时隙中的训练序列进行信道估计，所述在gsm协议规范中，定义了每个载频中包含了8个连续的常规时隙(ts0-ts7)，根据协议，从无线帧中提取出常规时隙，从常规时隙中提取出训练序列部分y(n),n＝1,2,
…
,26，假设训练序列为y(n),n＝1,2,
…
,26。通过相关值获取信道估计，所述信道估计值的计算公式如下所示：
[0058][0059]
上式中，y(n)表示常规时隙中的训练序列，l
*
表示本地生成的训练数列，h表示信道估计值，n表示数据的索引。
[0060]
s24、基于同步后的基带数据，提取常规时隙中的数据序列并对其进行均衡与标准维特比解码处理，得到gsm-r解码数据。
[0061]
具体地，对常规时隙中的数据部分进行解调及维特比译码，假定常规时隙中的数据部分为d(n)，通过信道估计值对原始信号进行均衡，所述均衡的计算步骤如下所示：
[0062]
f(n)＝d(n)h
*
[0063]
上式中，d(n)表示常规时隙中的数据序列，f(n)表示均衡后的基带数据，h
*
表示信道估计值的共轭；
[0064]
再对均衡后的数据进行标准维特比解码处理，其计算公式如下所示：
[0065]
a(n)＝phase[d(n)]
[0066]
上式中，phase[
·
]表示相位函数，a(n)表示信号相位数据；
[0067]
根据协议，找到与a(n)最接收的标准星座图相位，此相位对应的三个比特即为星座图解调比特，将所有星座图解调比特输入到标准的维特比译码模块中，即可输出原始信息比特流，星座图的作用主要是在调制时用于映射，而接收时用于正确解调数据，因此需要通过星座图进行信号解调。
[0068]
s25、综上，构建gsm-r解码数据；
[0069]
具体地，所述gsm-r解码数据包括当前小区的主频点、小区id号、基站识别码、当前小区信噪比、位置区域码、移动国家码、移动网络码、信号场强、组网结构、当前小区包含的频点和当前小区的邻区信息。
[0070]
s3、对基带数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，得到gsm-r频谱数据并基于终端设备，通过图形化界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据。
[0071]
具体地，安卓手持终端的app程序使用java语言完成gsm-r信号处理，包括快速傅里叶变换(fft)和自动增益控制(agc)，并通过图形化界面展示gsm-r频谱数据和解码数据。
[0072]
s31、通过轮询接收方式对解码终端系统的端口进行监听处理，获取gsm-r信号；
[0073]
具体地，安卓手持终端的app程序启动后，获取gsm-r信号检测设置参数，包括当前小区的主频点和信号初始增益并启动相关线程，线程启动socket连接数据采集服务(zeromq协议)，通过轮询接收方法监听在端口获取gsm-r解码数据。
[0074]
s32、通过傅里叶变换对gsm-r信号进行转换处理，得到gsm-r频域信号；
[0075]
s33、通过自动增益控制处理对gsm-r频域信号进行增益放大处理，得到gsm-r频谱数据；
[0076]
具体地，通过线程回调函数将采集到的解码数据发送到消息队列，消息队列处理程序捕捉到解码数据后，对解码数据进行fft和agc处理，所述fft处理为对gsm-r解码数据的信号转换为对应的频域信号，即b＝fft(y[real],y(imag))，假设输入信号为y，y[real]为实部信号，y(imag)虚部信号，经过傅里叶变换(fft)后，得到输入信号的频谱数据，agc处理是针对不同的强度信号使用不同的增益进行放大，使得信号最终的输出幅度维持在统一标准，即out[i]＝b[i]-agc offset，agc为数据采样的动态增益，offset为信号偏移量，b[i]信号通过修正后，输出最终的out[i]信号。
[0077]
s34、通过回调函数将放大后的gsm-r解码数据回调至终端显示设备。
[0078]
具体地，处理好的数据通过回调函数发送到app界面程序，通过app界面展示频谱数据和解码数据。
[0079]
参照图2，一种基于手持终端的高铁gsm-r信号检测系统，包括：
[0080]
获取模块，用于对gsm-r信号进行转换处理，得到基带数据并输入至终端解码系统；
[0081]
解码模块，基于终端解码系统，通过维特比算法对基带数据进行解码，输出gsm-r解码数据；
[0082]
处理模块，用于对基带数据进行傅里叶变换与自动增益控制处理，得到gsm-r频谱数据；
[0083]
展示模块，基于终端设备，通过图形化界面展示gsm-r解码数据和gsm-r频谱数据。
[0084]
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0085]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。