CN103023590A - Gsm-r网络干扰信号采集与处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种基于多处理器嵌入式的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统。本系统包括处理器、电源模块、AD数据采集模块、数据及程序存储模块、远程数据传输模块，以及数据备份模块组成，AD数据采集模块将实时采集的GSM-R上行频段和下行频段的中频模拟信号转换成数字信号发送至处理器中的DSP内核，DSP内核运算处理后通过数据线存入数据及程序存储模块中的DDR2芯片里，同时通过SATA连接器存入大容量硬盘，当采集数据异常时，AD数据采集模块启动采集信号异常频段的中频模拟信号，并通过以太网收发器与上位机通讯。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种基于多处理器嵌入式的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展,GSM-R专用移动通信系统在铁路跨越式发展中扮演着越来越重要的角色,然而随着电磁环境越来越复杂,干扰问题越来越受到人们的重视。与公众移动通信系统GSM不同的是它要求系统具有更高的可靠性和QoS来保障列车的安全运行,所以GSM-R网络干扰信号采集与处理占据了相当重要的位置。然而对于采用单处理器实现的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其硬件资源有限，不能实时的对GSM-R网络大量干扰数据进行采集、处理、存储等操作，也不能及时响应以太网的远程数据传输的请求，导致不能够及时准确的对干扰源进行定位，使网络存在安全隐患，因此单处理器的方式很难满足GSM-R网络干扰信号采集与处理系统的实时性和准确性的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于多处理器嵌入式GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，能够实时的对GSM-R网络大量干扰数据进行采集、处理、存储、传输等操作，为及时准确的对干扰源进行定位，确保GSM-R网络安全可靠提供了硬件平台。
本发明所采用的技术方案是：一种基于多处理器嵌入式GSM-R网络干扰信号采集与处理系统包括处理器、电源模块、AD数据采集模块、数据及程序存储模块、远程数据传输模块，以及数据备份模块组成；所述的AD数据采集模块由AD采样输入前端调理电路、AD采样转换电路与处理器连接组成，用于采集GSM-R上行频段、下行频段、以及信号异常频段，所述的数据及程序存储模块由flash芯片、DDR2芯片与处理器连接构成，flash芯片用于存储底层驱动程序、引导程序和内核程序，DDR2芯片用于作为AD数据采集模块输出的数字信号的缓存空间，并为程序运行提供临时存储空间；所述的远程数据传输模块由以太网收发器与处理器连接组成；所述的数据备份模块由SATA连接器、时钟发生器与处理器连接组成，用于记录和存储处理器分析完的监测数据，等待控制中心随时调取；电源模块为其它六个模块提供工作所需的电压，AD数据采集模块将实时采集的GSM-R上行频段和下行频段的中频模拟信号转换成数字信号发送至处理器中的DSP内核，DSP内核对采集到的数据进行干扰分析运算后，通过数据线存入数据及程序存储模块中的DDR2芯片里，同时通过SATA连接器存入大容量硬盘，当采集数据异常时，AD数据采集模块启动采集信号异常频段的中频模拟信号，并通过以太网收发器与上位机通讯。
所述的处理器采用TI公司基于达芬奇架构的低功耗处理器OMAP-L138，使用DSP与ARM结合的非对称多核结构，它包括一个主频300M的ARM9内核和一个300M的C6748DSP内核，DSP与ARM间通过DSPLINK进行数据交换。
所述的电源模块包括数字电源和模拟电源两部分：数字电源由输入滤波网络、配电开关、电源管理芯片和输出滤波网络构成，板外电源经输入滤波网络滤波后经过配电开关为电源管理芯片提供工作电压，电源管理芯片的输出电压经过输出滤波网络为数字电路部分提供电压，模拟电源由输入滤波网络、稳压模块、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供电压供给。
所述的AD采样输入前端调理电路采用运算放大器，中频模拟信号进入运算放大器进行调整；所述的AD采样转换电路由AD转换芯片和CPLD芯片与处理器连接组成；放大器的输出端与AD转换芯片的采集输入通道相连；AD转换芯片的PAR/SER和HW/SW引脚置为低电平，实现并行模式下的信号采集，所述的并行模式为数据线同时传送数据;AD转换芯片的数据总线连接到处理器的EMIFA数据端EMA_D[0:15]，实现数字转换结果的输出；同时与EMIFA数据端相连接的CPLD芯片主要用于进行地址译码，操作外设，中断源分配，复用器选通等逻辑控制，CPLD芯片与AD转换芯片的CONVST_A、CONVST_B、CONVST_C相连，控制AD转换芯片的通道选择，AD转化芯片的片选信号CS/FS也与CPLD芯片相连，控制AD转换芯片的选通，AD转化芯片BUSY/INT中断信号经CPLD输出到处理器的GP2[0]口，当采集数据异常时，触发中断信号BUSY/INT，实现对中频模拟信号采集的控制;
所述的数据及程序存储模块中的flash芯片和DDR2芯片的数据线和地址线分别与处理器的数据线和地址线相连，flash芯片和DDR2芯片的使能及控制信号与处理器相连；flash芯片的读信号脚和处理器的读使能管脚相连；DDR2芯片的读写使能管脚与处理器的读写使能管脚直接相连；flash芯片和DDR2芯片的片选信号分别与处理器的CS3和DDR_CS相连。
所述的远程数据传输模块通过以太网收发器的输入端与处理器的RMII接口相连，以太网收发器输出端与以太网插座RJ45相连，最后通过光缆与控制中心的上位机进行数据、命令传输。
所述的数据备份模块的连接关系为，处理器的引脚SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP分别与SATA接口的引脚SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP连接，实现数据的存取；时钟发生器的引脚OUTN、OUTP分别与处理器的SATA_REF_CLKN、SATA_REF_CLKP连接，为处理器的SATA接口数据传输提供参考差分时钟。
所述的复位模块由具有看门狗和低压检测功能的复位芯片，以及一个三输入端与门构成；复位芯片的喂狗脉冲由CPLD芯片内部CPLD时钟分频产生，用于激活看门狗功能，复位芯片的PFI管脚外接参考电压，该参考电压作为复位芯片内部低压比较器的参考电压实现低压检测功能，复位芯片的低压检测输出引脚PFO与处理器的NMI管脚相连；三输入端与门的输入端分别与处理器的复位输出端DSP_RSTOUT、复位芯片的复位输出端RESET,以及外接复位电压相连，三输入端与门的输出端与外设的复位管脚相连，实现处理器复位，低压检测复位和人工复位。
所述的辅助及扩展接口模块包括：（1）MMC/SD卡接口，通过处理器内部的MMCSD0控制器的输出管脚与MMC/SD卡连接器相连，辅助SATA接口硬盘对部分监测数据备份；（2）4路RS232接口，其中三路通过处理器内部的UART1控制器的输出管脚与1扩3的串口扩展芯片的输入端相连，并由处理器提供控制信号，1扩3的串口扩展芯片的输出端与RS232收发器的输入端相连，RS232收发器的输出端与三个RS232连接器相连；另外一路通过处理器内部的UART2控制器的输出管脚与RS232收发器输入端相连，RS232收发器输出端与RS232连接器相连，辅助处理器中的ARM9内核进行调试，还可以外接解调设备获取基站小区参数进行干扰源定位；（3）USB-A和USB-mini接口，分别通过处理器内部的USB1.1OHCI和USB2.0OTG控制器的输出管脚与USB-A和USB-mini连接器相连，实现外接USB接口形式的解调设备；（4）2个JATG接口，分别通过处理器和CPLD芯片的JATG接口管脚与JATG连接器直接相连，实现对处理器和CPLD的在线调试和程序下载；（5）100脚可扩展接口，通过处理器和CPLD芯片的扩展管脚与100脚可扩展连接器直接相连，扩展该系统功能实现升级。
本发明的工作原理：该系统需要实时采集监测GSM-R上行885～889MHz频段和GSM-R下行930～934MHz频段，当发现信号异常时采集扫描137～960MHz频段，查找异常基站信号，给出干扰来源基站信息，上报控制中心。AD数据采集模块的三组采集通道分别与接收以上三个频段信号的射频前端相连，将采集到的数据转存到数据储存模块中，然后由处理器中的DSP内核对采集的GSM-R上下行中频信号频谱与数据库中的GSM-R模板信号频谱对比，当发现信号异常时证明信号受到干扰，立即采集扫描137～960MHz频段，通过处理器分析查找异常基站信号，对可能产生干扰信号的GSM-R、GSM、CDMA、UMTS（广东及深圳地区）等系统基站消息进行解码，获取基站ID、运营商编码、载波配置和BCCH载波强度；识别跳频信号，得到跳频信号的频率集及跳频速率信息；判定干扰类型（GSM-R同频或邻频干扰、GSM互调、CDMA带外干扰、跳频干扰、突发干扰、噪声干扰、不明干扰等）；通过以太网及时上报控制中心上位机，上位机综合处理实时干扰监测结果，并根据干扰类型及强度，在电子地图上定位干扰源；可与现有监测定位系统联动，消除干扰。或通过人工协调保证GRM-R网络的安全运行。
有益效果：
（1）该系统采用具有DSP与ARM结合的非对称多核结构的低功耗处理器OMAP-L138，它包括一个主频300M的ARM9内核和一个300M的C6748DSP内核，DSP内核主要负责数据采集、GSM-R网络干扰检测算法等，ARM9内核主要负责数据备份、网络数据传输、系统复位等功能，DSP内核与ARM9内核间通过DSPLINK进行数据交换，本发明通过DSP内核与ARM9内核的协同工作可以很好的满足GSM-R网络干扰信号采集与处理系统的实时性和准确性的要求，节约了开发成本，加快了开发周期。（2）采用6路16位SAR AD转换芯片,具有真正的双极输入.每路包含了取样保持电路,允许进行高速多路信号采集，支持并行接口模式的数据采集速率高达630kSPS，保证了干扰检测的精度和效率；因此无论以上三个频段输出的中频信号是零中频的I，Q正交信号，还是非零中频信号都可以通过该AD转换芯片采集。（3）采用专门的电源管理芯片和滤波网络。这和以1117A、7805等普通电源转换芯片设计的电源相比，电源工作效率更高，且具有更小的输出电压纹波，使系统运行的更稳定。（4）本设计中加入一个CPLD芯片主要用于进行地址译码，操作外设，中断源分配，复用器选通等逻辑控制；控制AD数据采集模块等的部分控制及使能信号；进行处理器与外设之间中断的处理。大大减轻了处理器的工作压力，提高了该系统的工作效率和灵活性。（5）采用1扩3的串口扩展芯片可以将一个全双工的标准串口扩展成3个标准串口，解决了处理器串口资源少的缺点，可以连接更多的解调设备获取干扰源的小区参数，从而更准确的对干扰源目标定位。（6）采用具有看门狗和低压检测功能的复位芯片，这和只具有看门狗功能的复位芯片相比，可以检测处理器的电压状况，适时的进行复位操作，保证系统的稳定性。（7）本发明的电路板采用六层板设计，叠层结构为顶层、地层、内信号层1、内信号层2、电源层、底层；这种叠层结构所有信号层都能找到地层和电源层为参考平面，十分适合高速电路板设计，使该系统具有良好的稳定性；电路板面积大小为100x100毫米，电路板中的关键网络和信号均设有测试点，使系统具有体积小、易安装、易调试等优点。
附图说明
图1是本发明所涉及的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统的总体框图。
图2是本发明所涉及的电源模块的设计原理框图。
图3是本发明所涉及的AD数据采集模块的设计原理框图。
图4是本发明所涉及的数据及程序存储模块的设计原理框图
图5是本发明所涉及的远程数据传输模块的设计原理框图
图6是本发明所涉及的数据备份模块的设计原理框图
图7是本发明所涉及的复位模块的设计原理框图
图8是本发明所涉及的辅助及扩展接口模块的设计原理框图
图9是本发明所涉及的干扰识别流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明的基于多处理器嵌入式的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其系统的总体框图如附图1所示。系统采用DSP与ARM结合的非对称多核结构的低功耗OMAP-L138处理器为主处理芯片，以CPLD芯片XC95144XL为辅助控制、处理芯片，控制AD转换芯片ADS8556对三个监测频段的中频信号进行实时采集转换，经OMAP-L138处理器中的DSP内核处理分析后，通过以太网与控制中心通讯，实现干扰信号数据和系统任务命令的实时高速传输。OMAP-L138处理器外扩一片128MB的flash芯片K9XXG08UXM和一片128MB的DDR2芯片MT47H64M16HR分别用于对程序和数据的存储。系统按照模块划分可分为电源模块、AD数据采集模块、数据及程序存储模块、远程数据传输模块、数据备份模块、复位模块、辅助及扩展接口模块七部分，各模块的具体实现如下所述。
系统的电源模块包括模拟和数字两大部分；能够提供+5.0V、+3.3V、+1.8V、+1.2V数字电压供电和+15V、-15V模拟电压供电。电源模块设计框图如附图2所示，数字供电部分主要通过电源管理芯片TPS650250RHBR和配电开关TPS2068DGNR两个模块配以输入滤波网络和输出滤波网络构成。电源管理芯片TPS650250RHBR是TI公司专为嵌入式系统设计的，它提供了三个高效降压转换器针对提供基于处理器系统的内核、外设、I/O和内存等的电压信号，还集成了两个通用200mA LDO电压调节器，通过电源管理芯片TPS650250RHBR为该系统中的其它模块提供+3.3V、+1.8V、+1.2V电压信号和+1.8V、+1.2V两路LDO电压信号。配电开关TPS2068DGNR是TI公司专为电源系统设计的,它可以限制输出电流到一个安全的水平，进入恒定电流模式，实现过流保护功能，防止过载和短路时对电路的损坏。模拟供电部分主要通过LM7815稳压模块和LM7915稳压模块分别配以输入滤波网络和输出滤波网络构成，主要为其它模块提供+15V和-15V电压信号。输入滤波网络和输出滤波网络由磁珠MMZ2012S121A和AVR系列电容网络组成。
根据需要系统要对GSM-R上行885～889MHz，GSM-R下行930～934MHz，信号异常频段137～960MHz这三个频段的中频信号采集处理，这三个频段的中频信号可能是I，Q零中频正交信号或者是其它形式的非零中频信号，为了提高系统的适用性，该系统采用TI公司生产的AD转换芯片ADS8556，它是一款6路16位逐次逼近寄存器型(SAR)ADC，具有真正的双极输入，每路包含了采样保持电路，允许同时对多路模拟信号进行高速采集，其并行接口模式的数据采集速率高达630kSPS，总线宽度8～16位可选。该系统还采用了Xilinx公司生产的CPLD芯片XC95144XL和Burr-Brown公司生产的4路运算放大器芯片OPA4277和2路运算放大器芯片OPA2277，AD数据采集模块框图如附图3所示，该模块由AD采样输入前端调理电路、AD采样转换电路与处理器连接组成，其中AD采样转换电路由AD转换芯片ADS8556和CPLD芯片XC95144XL与OMAP－L138处理器连接组成，AD转换芯片ADS8556的输入通道分为3个组，即A0、A1，B0、B1，C0、C1，用于采集三路中频模拟信号，其中A0、A1，B0、B1与AD采样输入前端调理电路的一个4路运算放大器OPA4277输出端相连，C0、C1和一个2路运算放大器OPA2277的输出端相连，AD转换芯片ADS8556的引脚PAR/SER和HW/SW置为低电平，可以实现并行模式下的信号采集，即AD转换芯片ADS8556的16位数据总线同时向OMAP－L138处理器的EMIFA数据端传送数据，AD转换芯片ADS8556的数据总线DB［0∶15］连接到OMAP－L138处理器的EMIFA数据端EMA_D[0:15]，实现数字转换结果的输出;同时与EMIFA数据端相连接的CPLD芯片XC95144XL主要用于进行地址译码，操作外设，中断源分配，复用器选通等逻辑控制，CPLD芯片与AD转换芯片的CONVST_A、CONVST_B、CONVST_C相连，控制AD转换芯片的通道选择，AD转化芯片的片选信号CS/FS也与CPLD芯片相连，控制AD转换芯片的选通，AD转换芯片ADS8556的BUSY/INT作为AD中断请求信号经CPLD芯片XC95144XL输出到OMAP－L138处理器的GPIO口，当采集数据异常时，触发中断信号BUSY/INT，实现对中频模拟信号采集的控制;AD数据采集模块的大体工作流程为，GSM-R上行885～889MHz和GSM-R下行930～934MHz的中频模拟信号经过4路运算放大器OPA4277调理后由AD转换芯片ADS8556的A组和B组通道进行采集，AD转换芯片ADS8556将模拟信号转换成数字信号，经过CPLD芯片XC95144XL触发OMAP－L138处理器相应中断信号，并通过预先将AD转换芯片ADS8556设置成并行传输模式，通过AD转换芯片ADS8556的数据总线DB［0∶15］输出至OMAP－L138处理器的EMIFA数据端EMA_D[0:15]，经过OMAP－L138处理器的干扰分析运算，当发现信号异常时，信号异常频段137～960MHz的中频模拟信号经过2路运算放大器芯片OPA2277调理后由AD转换芯片ADS8556的C组通道进行采集，其中的采集通道切换是由CPLD芯片XC95144XL通过逻辑控制实现的，通过AD转换芯片ADS8556将模拟信号转换成数字信号，经过CPLD芯片XC95144XL触发OMAP－L138处理器相应中断信号，然后通过AD转换芯片ADS8556的数据总线DB［0∶15］输出至OMAP－L138处理器的EMIFA数据端EMA_D[0:15]，经过OMAP－L138处理器的干扰扫描定位运算后，最后获得干扰源信息。
数据及程序存储模块由数据存储单元和程序存储单元组成，数据存储单元用于为OMAP-L138处理器提供足够的数据及程序运行的缓存空间。设计中采用存储空间128MB的DDR2芯片MT47H64M16HR，这个空间是根据干扰信号采样后的数据量决定的。程序存储单元主要用于存储程序代码，设计中采用存储空间128MB的flash芯片K9XXG08UXM，这个空间主要是根据加载Linux操作系统文件大小决定的。K9XXG08UXM的数据总线和地址总线复用，具有地址锁存器。flash芯片K9XXG08UXM的数据线、地址线与OMAP-L138处理器的EMA_D[0:7]相连，DDR2芯片MT47H64M16HR的数据线DQ[0:15]、地址线A[0:15]分别与OMAP-L138处理器的数据总线DDR_D[0:15]、地址总线DDR_A[0:15]相连。flash芯片K9XXG08UXM和DDR2芯片MT47H64M16HR的使能及控制信号与OMAP-L138处理器相连；其中flash芯片K9XXG08UXM的读信号脚RE和OMAP-L138处理器的读使能EMA_OE相连；DDR2芯片MT47H64M16HR的读写使能管脚WE与OMAP-L138处理器的读写使能管脚DDR_WE直接相连；flash芯片K9XXG08UXM和DDR2芯片MT47H64M16HR的片选信号CE和CS分别与OMAP-L138处理器的CS3和DDR_CS相连。该模块的设计原理框图如附图4所示。
远程数据传输模块由以太网收发器LAN8710A、OMAP-L138处理器和以太网插座RJ45组成，主要用于与控制中心建立通讯渠道，实现上传数据和下发命令等操作，OMAP-L138处理器中集成了以太网媒体访问控制器（EMAC）。该模块设计中采用外接25M有源晶振为以太网收发器LAN8710A提供时钟输入，当配置为100Mbit/s的数据传输速率时，以太网收发器LAN8710A提供给EMAC25MHz的发送时钟TXCLK和接收时钟RXCLK;当配置为10Mbit/s的数据传输速率时，25MHz时钟输入经以太网收发器LAN8710A内部PLL分频10倍后得到2.5MHz的收、发数据时钟送给EMAC。以太网收发器LAN8710A的发送数据总线TXD[3:0]和接收数据总线RXD[3:0]分别在发送时钟TXCLK和接收时钟RXCLK的上升沿被触发。半双工工作模式时，以太网收发器LAN8710A的网络冲突监测引脚COL若检测到网络出现数据发送冲突，会自动置位报警。当以太网收发器LAN8710A的载波感应引脚CRS检测到网络处于繁忙状态时，会自动置位并告知EMAC，若在接收的数据帧中发现错误，以太网收发器LAN8710A的接收数据错误标志信号RXERR会置位，并持续一个或几个RXCLK时钟周期。该模块的设计原理框图如附图5所示。
数据备份模块由OMAP-L138处理器、SATA连接器、25M有源晶振和时钟发生器CDCM61001RHBT组成，主要作用是将OMAP-L138处理器分析完的监测数据（包括频谱图、信号识别及解码结果、告警信息）进行记录和存储，等待控制中心随时调取。OMAP-L138处理器中集成了SATA控制器，直接将OMAP-L138处理器的相应管脚与SATA连接器相连即可，具体连接关系为处理器的引脚SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP分别与SATA接口的引脚SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP连接；通过SATA接口传输数据时需要为OMAP-L138处理器中的SATA控制器提供参考时钟，参考时钟由时钟发生器CDCM61001RHBT产生，具体连接关系为时钟发生器的引脚OUTN、OUTP分别与处理器的SATA_REF_CLKN、SATA_REF_CLKP连接；25M有源晶振为时钟发生器CDCM61001RHBT提供输入时钟信号。该模块的设计原理框图如附图6所示。
复位模块主要由具有看门狗和低压检测功能的复位芯片TPS3075和一个三输入端与门SN74LVC1G11DBVR构成；喂狗脉冲由CPLD芯片XC95144XL内部将CPLD的时钟分频产生，激活看门狗功能；实现低压检测功能需要为复位芯片TPS3075内部低压比较器提供参考电压，该电压由相应的驱动电路提供，复位芯片TPS3075的低压检测输出引脚PFO与OMAP-L138处理器的NMI管脚相连，实现对OMAP-L138处理器电压状态的检测；三输入端与门SN74LVC1G11DBVR的输入端分别与OMAP-L138处理器的复位输出端DSP_RSTOUT和复位芯片TPS3075的复位输出端RESET相连;三输入端与门SN74LVC1G11DBVR输出端与其他模块的复位管脚相连为其提供复位信号，该模块可以实现人工按键复位，低压检测复位和处理器强制复位。该模块的设计原理框图如附图7所示。
辅助及扩展接口模块中的MMC/SD、USB-A和USB-mini接口，通过OMAP-L138处理器内部集成的MMCSD0、USB1.1OHCI和USB2.0OTG控制器的输出管脚与MMC/SD、USB-A和USB-mini连接器相连实现；100脚可扩展接口，通过处理器和CPLD芯片的扩展管脚与100脚可扩展连接器直接相连；2个JATG接口，分别通过处理器和CPLD芯片的JATG接口管脚与JATG连接器直接相连；4路RS232接口，其中三路通过OMAP-L138处理器内部的UART1控制器的输出管脚与1扩3的串口扩展芯片GM8123的输入端相连，1扩3的串口扩展芯片GM8123可以将一个全双工的标准串口扩展成3个标准串口，并能通过外部引脚控制串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式，即可以指定1个子串口和母串口以相同的波特率单一的工作，也可以让所有子串口在母串口波特率基础上分频同时工作。1扩3的串口扩展芯片GM8123的输出端与RS232收发器SN65C3238E的输入端相连，RS232收发器SN65C3238E的输出端直接与3个RS232连接器相连实现；另外一路通过OMAP-L138处理器内部的UART2控制器的输出管脚与RS232收发器TRS3221ECPWR输入端相连，RS232收发器TRS3221ECPWR的输出端与RS232连接器相连实现。该模块的设计原理框图如附图8所示。
基于多处理器嵌入式的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统的干扰识别流程如附图9所示。在进行干扰监测工作前需要一些初始工作：通过该系统扫描850-960MHz频段；由程序控制识别GSM及CDMA基站信号；在控制中心的上位机中建立GSM及CDMA基站信号数据库；计算可能的GSM基站信号三阶互调产物，供发生干扰时对比。
初始化工作完成后执行查找干扰源工作：通过该系统实时监测GSM-R上行885～889MHz频段和GSM-R下行930～934MHz频段，通过与数据库中的GSM-R模板数据比对，判断信号是否异常，当发生异常时分析是信号异常还是底噪异常。
如果是信号异常，则分析是同频干扰还是非同频干扰，如果是同频干扰，然后通过算法分离同频干扰并识别，最后上报控制中心；如果是非同频干扰，进一步分析是GSM基站干扰还是其他干扰，如果是GSM基站干扰，通过解码获得基站信息，对比GSM互调数据库，扫描GSM工作频段，查找目标基站信号，然后给出干扰来源GSM基站信息；如果是其他干扰，通过解调、解码获得干扰源信息，然后上报控制中心。
如果是底噪异常，然后分析是高斯白噪声干扰还是CDMA带外干扰，如果是高斯白噪声干扰直接上报控制中心；如果是CDMA带外干扰，然后扫描CDMA工作频段，查找异常基站信号，从而给出干扰来源CDMA基站信息，最后上报控制中心。
完成以上流程干扰源信息已经汇总到控制中心，控制中心根据干扰类型及强度，在电子地图上定位干扰源；最终可与现有监测定位系统联动，消除干扰，或者通过人工协调保证GRM-R网络的安全运行。
Claims (10)
1.GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征在于：包括处理器、电源模块、AD数据采集模块、数据及程序存储模块、远程数据传输模块，以及数据备份模块组成；所述的AD数据采集模块有三路数据采集通道，分别用于采集GSM-R上行频段、下行频段、以及信号异常频段，每路数据通道由AD采样输入前端调理电路、AD采样转换电路与处理器连接组成，所述的数据及程序存储模块由flash芯片、DDR2芯片与处理器连接构成，flash芯片用于存储底层驱动程序、引导程序和内核程序，DDR2芯片用于作为AD数据采集模块输出的数字信号的缓存空间，并为程序运行提供临时存储空间；所述的远程数据传输模块由以太网收发器与处理器连接组成；所述的数据备份模块由SATA连接器、时钟发生器与处理器连接组成，用于记录和存储处理器分析完的监测数据，等待控制中心随时调取；电源模块为其它六个模块提供工作所需的电压，AD数据采集模块将实时采集的GSM-R上行频段和下行频段的中频模拟信号转换成数字信号发送至处理器中的DSP内核，DSP内核运算处理后通过数据线存入数据及程序存储模块中的DDR2芯片里，同时通过SATA连接器存入大容量硬盘，当采集数据异常时，AD数据采集模块启动采集信号异常频段的中频模拟信号，并通过以太网收发器与上位机通讯。
2.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：处理器采用TI公司基于达芬奇架构的低功耗处理器OMAP-L138，使用DSP与ARM结合的非对称多核结构，它包括一个主频300M的ARM9内核和一个300M的C6748DSP内核，DSP与ARM间通过DSPLINK进行数据交换。
3.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：所述的电源模块包括数字电源和模拟电源两部分：数字电源由输入滤波网络、配电开关、电源管理芯片和输出滤波网络构成，板外电源经输入滤波网络滤波后 经过配电开关为电源管理芯片提供工作电压，电源管理芯片的输出电压经过输出滤波网络为数字电路部分提供电压，模拟电源由输入滤波网络、稳压模块、输出滤波网络构成，板外电源输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供电压供给。
4.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征在于：所述的AD采样输入前端调理电路采用运算放大器，中频模拟信号进入运算放大器进行调整；所述的AD采样转换电路由AD转换芯片和CPLD芯片与处理器连接组成；三路放大器的输出端分别与AD转换芯片的三路采集输入通道相连；AD转换芯片的串并模式控制管脚（PAR/SER和HW/SW）置为低电平，实现并行模式下的信号采集，AD转换芯片的数据总线连接到处理器的外部存储器接口（EMIFA）的数据端EMA_D[0:15]，实现数字转换结果的输出；同时与处理器EMIFA数据端相连接的CPLD芯片用于进行地址译码，操作外设，中断源分配，复用器选通的逻辑控制，CPLD芯片与AD转换芯片的通道选择管脚（CONVST_A、CONVST_B和CONVST_C）相连，控制AD转换芯片的通道选择，AD转化芯片的片选信号CS/FS也与CPLD芯片相连，控制AD转换芯片的选通，AD转化芯片BUSY/INT中断信号经CPLD输出到处理器的中断输入管脚GP2[0]口，当采集数据异常时，触发中断信号BUSY/INT，实现对中频模拟信号采集的控制。
5.根据权利要求3所述的AD转换芯片采用ADS8556，CPLD芯片采用XC95144XL。
6.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：所述的数据及程序存储模块中的flash芯片和DDR2芯片的数据线和地址线分别与处理器的数据线和地址线相连，flash芯片和DDR2芯片的使能及控制信号与处理器相连；flash芯片的读信号脚和处理器的读使能管脚相连；DDR2芯片的读 写使能管脚与处理器的读写使能管脚直接相连；flash芯片和DDR2芯片的片选信号分别与处理器的片选管脚（CS3和DDR_CS）相连。
7.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：所述的远程数据传输模块通过以太网收发器的输入端与处理器的RMII接口相连，以太网收发器输出端与以太网插座RJ45相连，最后通过光缆与控制中心的上位机进行数据、命令传输。
8.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：所述的数据备份模块的连接关系为，处理器的SATA数据传输管脚（SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP）分别与SATA接口的数据传输引脚（SATA_TXP、SATA_TXN、SATA_RXN、SATA_RXP）连接，实现数据的存取；时钟发生器的输出引脚（OUTN、OUTP）分别与处理器的SATA参考时钟管脚（SATA_REF_CLKN、SATA_REF_CLKP）连接，为处理器的SATA接口数据传输提供参考差分时钟。
9.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：还设置了复位模块，所述的复位模块由具有看门狗和低压检测功能的复位芯片，以及一个三输入端与门构成；复位芯片的喂狗脉冲由CPLD芯片内部CPLD时钟分频产生，用于激活看门狗功能，复位芯片的PFI管脚外接参考电压，该参考电压作为复位芯片内部低压比较器的参考电压实现低压检测功能，复位芯片的低压检测输出引脚PFO与处理器的不可屏蔽中断管脚（NMI）相连；三输入端与门的输入端分别与处理器的复位输出端DSP_RSTOUT、复位芯片的复位输出端RESET,以及外接复位电压相连，三输入端与门的输出端与外设的复位管脚相连，实现处理器复位，低压检测复位和人工复位。
10.根据权利要求1所述的GSM-R网络干扰信号采集与处理系统，其特征是：还设置了辅助及扩展接口模块，所述的辅助及扩展接口模块包括：（1）MMC/SD 卡接口，通过处理器内部的MMCSD0控制器的输出管脚与MMC/SD卡连接器相连，辅助SATA接口硬盘对部分监测数据备份；（2）4路RS232接口，其中三路通过处理器内部的UART1控制器的输出管脚与1扩3的串口扩展芯片的输入端相连，并由处理器提供控制信号，1扩3的串口扩展芯片的输出端与RS232收发器的输入端相连，RS232收发器的输出端与三个RS232连接器相连；另外一路通过处理器内部的UART2控制器的输出管脚与RS232收发器输入端相连，RS232收发器输出端与RS232连接器相连，辅助处理器中的ARM9内核进行调试，或外接解调设备获取基站小区参数进行干扰源定位；（3）USB-A和USB-mini接口，分别通过处理器内部的USB1.1OHCI和USB2.0OTG控制器的输出管脚与USB-A和USB-mini连接器相连，实现外接USB接口形式的解调设备；（4）2个JATG接口，分别通过处理器和CPLD芯片的JATG接口管脚与JATG连接器直接相连，实现对处理器和CPLD的在线调试和程序下载；（5）100脚可扩展接口，通过处理器和CPLD芯片的扩展管脚与100脚可扩展连接器直接相连，扩展该系统功能实现升级。
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