CN103117842A - 一种嵌入式gsm-r接收解析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式GSM-R接收解析装置及方法，包括数字接收机、GSM-R终端、双核处理器、交换机以及数据处理中心；数字接收机、双核处理器、以及数据处理中心均连接至交换机，数据处理中心控制双核处理器进行指令操作并汇总上传结果；双核处理器接收到数据处理中心的指令后，分别控制数字接收机、GSM-R终端进行GSM-R上下行数据接收、GSM-R基站配置信息接收，双核处理器把接收到的数据信息上传数据处理中心并存贮；数字接收机用于接收GSM-R上下行频段信号并输出两路数字中频信号上传给双核处理器；GSM-R终端用于接收、解析GSM-R基站配置信息并上传给双核处理器。

Description

一种嵌入式GSM-R接收解析装置及方法

技术领域

本发明属于无线电通讯技术领域，具体涉及一种嵌入式GSM-R信号接收解析装置及方法。

背景技术

GSM-R系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，承载了列车调度和列车控制系统中的关键指令，是非常有效的调度指挥通信工具。目前绝大多数GSM-R数据接收解析装置都是基于PC机为控制器的，通过移动的监测车辆搭载复杂的监测设备对铁路沿线的GSM-R信号进行收集，还需要加上机车记录装置，这种装置不但集成化程度低，体积庞大，不便于放置和移动。目前基于GSM-R数据接收解析装置的方法普遍存在着接收时间长，提取信息冗余，数据的可读性差，效率低等弊端，不能够及时提取有效信息，并且占用大量的存贮空间，无法满足当前接收解析对于实时性和准确性的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种嵌入式GSM-R信号接收解析装置及方法。

本发明所采用的硬件平台由数字接收机、GSM-R终端、双核处理器、交换机以及数据处理中心（PC机）组成。数据处理中心通过网口与交换机相连，控制双核处理器进行指令操作；双核处理器通过网口与交换机相连，当接收到数据处理中心的指令后，分别控制数字接收机、GSM-R终端进行GSM-R上下行数据接收、GSM-R基站配置信息接收，存贮数据及上传数据处理中心；数字接收机通过网口与交换机相连，当接收到双核处理器的指令后，接收GSM-R上下行频段信号并输出两路数字中频信号上传给双核处理器，双核处理器对接收的两路数字中频信号进行存贮或上传数据处理中心；GSM-R终端通过串口与交换机相连，当接收到双核处理器指令后，解析GSM-R基站配置信息并上传给双核处理器，双核处理器对接收的GSM-R基站配置信息进行处理、存贮并上传数据处理中心。

所述的嵌入式GSM-R接收解析方法步骤如下：

双核处理器对数据处理中心发送的网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定后，需要进行以下三步：

1．双核处理器对数据处理中心发送的网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定，如果发现其中一个不正确，则双核处理器向数据处理中心发送错误警告信息，要求数据处理中心重新向双核处理器发送指令，并清除刚刚接收的错误网络数据包，等待下一个网络数据包的到来，直到判定无误，执行下一步；

2．如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R上下行数据的指令时，则进行如下步骤操作：

（1）首先双核处理器对数字接收机设置通道、增益、中频带宽、前置模式基本参数指令；

（2）双核处理器对数字接收机设置完成后，开始接收数字接收机返回的数据包，根据返回的数据包长度进行相应的操作，具体如下：

如果BUFFER<0，判定接收数据包错误，并舍去；

如果0<BUFFER<LEN，判定接收数据包是指令数据包或数据粘包，并舍去；

如果BUFFER>LEN，继续如下判定：

如果BUFFER>LEN1，则存贮数据包，存贮长度为N，

如果BUFFER<LEN1，则不符合存贮条件，并舍去。

其中：

BUFFER是双核处理器接收数字接收机发送的整个数据包的长度，且长度大于0；

LEN是接收机正确收到双核处理器发送的基本参数指令后发送到双核处理器的字节长度；

LEN1双核处理器是否存贮数字中频信号的阈值。

3．如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R基站配置信息的指令时，则进行如下步骤操作：

对双核处理器收到基站信息的字符串提取有用数据，包括基站ID、基站识别码，载波配置，这些数据更能准确提供GSM-R基站配置情况，上传数据处理中心或存贮。

本发明的有益效果是：

其一，本发明采用多线程同步技术对GSM-R数据，基站解析信息进行接收处理，提高了系统效率；相对于以往的直接把接收数据放入数据库来说，本发明对接收的数据进行循环判定原则，增加了接收数据的准确性；相对于直接把基站信息存入数据库来说，本发明只提取了基站信息中的有效数据，增加了数据的可读性，减少了信息的存贮空间。

其二，本发明的接收解析装置由数字接收机、GSM-R终端、双核处理器、交换机以及数据处理中心（PC机）组成，突破了以往基于PC机为控制器，搭载复杂的监测设备对GSM-R进行数据接收解析，该接收解析装置结构简单，体积小，精确度高，降低了成本，提高了接收解析GSM-R数据效率。

其三，本发明中所述的一种嵌入式GSM-R接收解析装置，其特征在于：所述的双核处理器、数据处理中心、数字接收机通过网口与交换机相连接，通过1000M网口发送数据，GSM-R终端通过串口与双核处理器相连接，提高了数据传输速度。

其四，本发明在linux操作系统中完成，可以对接收的数据文件进行权限设置，增加了数据的可靠性，借助于处理器的高速运算来对接收数据进行操作，提高了系统的效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1：数字接收机；2:GSM-R终端3：交换机；4：双核处理器;5:PC机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明所述的嵌入式GSM-R信号接收解析装置在武广高铁（湖南段）沿线区域进行放置，其功能框图如附图1所示，具体由数字接收机、GSM-R终端、双核处理器、交换机以及数据处理中心（PC机）组成。

其中，数字接收机采用的是超短波数字接收机FGS10A，接收范围应能够涵盖GSM-R频段，该数字接收机通过以太网口与交换机相连。数字接收机由高频接收模块、数字下变频模块、计算机模块和电源模块组成。其中高频接收模块有两部分组成，分别用于接收GSM-R上行885～889MHz频段，GSM-R下行930～934MHz频段，完成宽带采样输出中频信号，中频信号经数字下变频模块的变频、滤波、和速率转化处理后输出数字中频信号，经过计算机模块上传到双核处理器中，双核处理器把接收到的数据上传到数据处理中心。

GSM-R终端采用GSM-R MODEM，通过串口与双核处理器相连。双核处理器通过Linux操作系统对GSM-R终端发送解析指令，对GSM-R下行频段进行解析，解析出GSM-R基站的配置信息，主要包括基站ID、基站识别码，载波配置。

双核处理器采用的是合众达公司的SEED-DEC138开发板，通过以太网与交换机相连。

交换机采用的是局域网交换机，分别将数字接收机、PC机、双核处理器通过网线连接到交换机上，并设置不同的IP地址，分别为172.25.13.56；172.25.13.59；172.25.13.57。

数据处理中心和双核处理器传输的网络数据包格式如下：

标识：用以标识数据传输开始，数据处理中心发送的标识为0F 00 00 00，双核处理器则用F0 00 00 00标识自身ID。

信息类别码：由信息种类和信息内容组成，信息种类用以说明双核处理器编号，0-20可选择。信息内容分为两部分，一部分是数据处理中心发送的内容，主要分为两种：01为接收GSM-R上下行数据，02为接收GSM-R基站解析数据。另一部分为双核处理器发送的内容，主要分为十四种：

F1 00回复数据处理中心正确接收数据长度；

F1 01回复数据处理中心错误接收数据长度，发出警告，要求重发；

F2 00双核处理器校验正确；

F2 01回复数据处理中心校验错误，发出警告，要求重发；

F3 00回复数据处理中心确认是该基站数据处理中心指令，可进行下一步操作；

F3 01非该基站数据处理中心指令，向数据处理中心发出警告，要求数据处理中心重发指令；

F4 00回复数据处理中心接收GSM-R数据指令；

F4 01正确从数字接收机接收了GSM-R数据，并发送数据到数据处理中心；

F4 02错误从数字接收机接收了GSM-R数据，向数据处理中心发出警告，要求数据处理中心重发指令；

F4 03向数据处理中心发出GSM-R数据告警排除数据；

F5 00回复数据处理中心确认接收GSM-R基站解析指令；

F5 01正确从GSM-R终端接收了基站信息，并发送数据到数据处理中心；

F5 02错误从GSM-R终端接收了基站信息，发出警告，要求数据处理中心重发；

F5 03向数据处理中心发出GSM-R基站告警排除数据；

长度：指整个网络数据包的总字节数，用4字节表示。

校验位：用以标识传输的数据是否正确，取值为网络数据包的每相邻两位16进制数的异或取值再取反。

所述的嵌入式GSM-R接收解析方法步骤如下：

1.双核处理器和数据处理中心建立连接后，不断接收数据处理中心发送的网络数据包，并对网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定，具体步骤如下：

1.1长度判定

双核处理器取出网络数据包中的长度位，并转化为十进制整数I；双核处理器调用函数read读取整个网络数据包的实际长度Result。

Result和I比较判断，如果相等，说明双核处理器接收正确，向数据处理中心发出正确接收长度信息；如果不相等，说明双核处理器接收错误，向数据处理中心发出错误警告，双核处理器清除刚刚接收的错误网络数据包，要求数据处理中心重发数据。

1.2校验位判定

双核处理器通过循环取网络数据包中每相邻两位异或的方法计算出网络数据包的异或结果并存入整数X中，双核处理器取出数据包本身的校验位，并转化为十进制整数Y。

X和Y比较判断，如果相等，说明双核处理器接收正确，向数据处理中心发出正确接收校验位信息；如果不相等，说明双核处理器接收错误，向数据处理中心发出错误警告，双核处理器清除刚刚接收的错误网络数据包，要求数据处理中心重发数据。

1.3判断是否是该数据处理中心发送数据

双核处理器取出网络数据包中的标识位与数据处理中心的标识“0F 00 0000”比较：

如果相同，说明双核处理器接收的是该基站数据处理中心的网络数据包，可以进行下一步的信息字段的操作；

如果不相同，说明双核处理器接收的不是该基站数据处理中心的网络数据包，向数据处理中心发出错误警告，要求数据处理中心重发数据，然后双核处理器清除接收的数据。

2.如果第1步对网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定正确后，双核处理器则根据网络数据包信息类别判断。如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R上下行数据的指令时，则进行如下步骤操作：

双核处理器和数字接收机传输的网络数据包格式如下：

标识

长度

通道号

信息内容

标识：1个字节为数据传输开始；

长度：4个字节为信息内容长度；

通道号：1个字节表示通道编号；

信息内容：nB，主要包括基本参数设置指令内容和数字中频信号内容。

2.1首先双核处理器连接上数字接收机后，开始对数字接收机设置参数，如通道、增益控制方式、前置模式、模拟中频设置，每次接收数据之前，可以对数字接收机进行参数设置，设置的数据可以不相同。

2.1.1通过设置通道号选出两个通道来接收GSM-R频段数据，如1和2通道

2.1.2增益控制方式有两种：手动增益控制和自动增益控制，如自动控制方式的自动增益控制；

2.1.3前置模式设置有三种即低噪声工作模式，正常工作模式，低失真工作模式，如噪声系数低的低噪声工作模式，以提高输出信噪比；

2.1.4模拟中频有两种设置：窄带和宽带，如设置模拟中频为具有压缩功能的窄带。

2.2双核处理器循环接收数字接收机返回的数据，调用函数read读取整个网络数据包的实际长度存入BUFFER,根据数据包长度判断是否符合数字中频信号存贮条件，判定原则如下：

（1）BUFFER<0说明双核处理器从数字接收机接收的数据包错误，则清除所接收的错误数据信息，向数据处理中心发送错误告警指令，要求数据处理中心重发指令，并控制数字接收机重发数据。

（2）0<BUFFER<LEN时，说明双核处理器从数字接收机接收的是指令数据包，然后利用switch选择执行语句循环判断是否为上述通道、增益、前置模式、模拟中频四条设置指令的返回语句，如果对应相关指令，说明设置正确，可以进行下一步两路数字中频信号接收；否则说明是数据字节的粘包，则向数据处理中心发送错误告警指令，要求数据处理中心重发指令，并向接收机重发上述设置指令。

（3）BUFFER>LEN时，是数字中频信号数据包，继续如下判定：BUFFER>LEN1，进行存贮，存贮长度为NBUFFER<LEN1，不符合存贮条件，舍去。

其中：

BUFFER是双核处理器接收数字接收机发送的整个数据包的长度，且长度大于0。

LEN是接收机正确收到基本参数指令后返回到双核处理器的字节长度。

LEN1是双核处理器是否存贮数字中频信号的阈值，其中LEN1为宽带数据包的长度。

如果接收的是我们所需要的数字中频信号数据包时，判断长度是否大于阈值，如果是，则进行数据存贮，存贮长度为宽带数据小包的长度，取值为N，超出部分舍去。

3.如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R基站解析数据的指令时，则进行如下步骤操作：

双核处理器发送到数据处理中心的GSM-R基站解析数据包格式如下：

标识

长度

信息内容

标识：1个字节为数据传输开始

长度：2个字节为双核处理器接收到GSM-R基站解析数据的长度

信息内容：nB，双核处理器接收到GSM-R基站解析数据

所述的接收GSM-R基站解析数据的步骤操作如下：

3.1双核处理器首先进行串口的初始化，发送串口AT指令。

3.2双核处理器开始接收GSM-R终端数据，存入缓存buffer1中，利用filter函数提取其中有用信息，有基站ID，基站识别码，载波配置，其中基站ID包括移动网络码，移动国家码，位置区码，小区识别码四种，并存入GSM-R基站解析数据包的信息内容中。

3.3双核处理器计算出刚刚存入基站解析数据包信息内容的长度后存入GSM-R基站解析数据包的长度位中，并加上标识位后，组成新的GSM-R基站解析数据包，存贮并上传数据处理中心。

经过以上步骤，可以完成对GSM-R信号接收和GSM-R基站解析信息的提取，为GSM-R信息的接收解析创建条件，提高了在GSM-R基站上的应用。

Claims (3)

1.一种嵌入式GSM-R接收解析装置，包括数字接收机、GSM-R终端、双核处理器、交换机以及数据处理中心；数字接收机、双核处理器、以及数据处理中心均连接至交换机，所述的数据处理中心控制双核处理器进行指令操作并汇总上传结果；所述的双核处理器接收到数据处理中心的指令后，分别控制数字接收机、GSM-R终端进行GSM-R上下行数据接收、GSM-R基站配置信息接收，双核处理器把接收到的数据信息上传数据处理中心并存贮；所述的数字接收机用于接收GSM-R上下行频段信号并输出两路数字中频信号上传给双核处理器；所述的GSM-R终端用于接收、解析GSM-R基站配置信息并上传给双核处理器。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式GSM-R接收解析装置，其特征在于：所述的双核处理器、数据处理中心、数字接收机通过网口与交换机相连接，GSM-R终端通过串口与双核处理器相连接。

3.基于一种嵌入式GSM-R接收解析装置的接收解析方法，其特征在于包括以下步骤：

双核处理器对数据处理中心发送的网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定后，需要进行以下三步：

1）双核处理器对数据处理中心发送的网络数据包进行长度、数据校验位、标识位的判定，如果发现其中一个不正确，则双核处理器向数据处理中心发送错误警告信息，要求数据处理中心重新向双核处理器发送指令，并清除双核处理器刚刚接收的错误网络数据包，等待下一个网络数据包的到来，直到判定无误，执行下一步；

2）如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R上下行数据的指令时，则进行如下步骤操作：

（1）首先双核处理器对数字接收机设置通道、增益、中频带宽、前置模式基本参数指令；

（2）双核处理器对数字接收机设置完成后，开始接收数字接收机返回的数据包，根据返回的数据包长度进行相应的操作，具体如下：

如果BUFFER<0，判定接收数据包错误，并舍去；

如果0<BUFFER<LEN，判定接收数据包是指令数据包，并舍去；

如果BUFFER>LEN，继续如下判定：

如果BUFFER>LEN1，则存贮数据包，存贮长度为N；

如果BUFFER<LEN1，则不符合存贮条件，并舍去。

其中：

BUFFER是双核处理器接收数字接收机发送的整个数据包的长度，且长度大于0；

LEN是接收机正确收到双核处理器发送的基本参数指令后发送到双核处理器的字节长度；

LEN1是双核处理器是否存贮数字中频信号的阈值，其中LEN1为宽带数据包的长度。

3）如果双核处理器接收到数据处理中心要求接收GSM-R基站配置信息的指令时，则进行如下步骤操作：

对双核处理器收到基站信息的字符串提取有用数据，将有用数据上传数据处理中心或存贮，所述的有用数据包括基站ID，基站识别码，载波配置，其中基站ID包括移动网络码，移动国家码，位置区码，小区识别码四种。

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