CN103490832B - 基于gsm飞地压扩系统的无线监控数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统及方法，该系统包括上位机、近端机以及远端机。而该方法包括：将监控量数据发送至近端机；近端机生成参考信号以及对监控量数据依次进行打包、循环冗余校验编码、4B/5B编码以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，并将FSK调制数据和参考信号发送至远端机；远端机根据参考信号进行频偏估计以实现频偏校正，以及对FSK调制数据依次进行FSK解调、4B/5B解码、循环冗余校验解码以及解包处理后获得监控量数据。通过采用本发明，就能够无需依赖GSM网络以及SIM卡，节省成本，而且远端机还会实现频偏估计校正，因此本发明的稳定性和可靠性很高。本发明广泛应用于GSM飞地压扩系统中。

Description

基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法及系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法及系统。

背景技术

技术词解释

4B/5B编码：一种信道编码的方法，用5比特的二进制码来代表4比特的二进制码，此编码的目的是让码流产生足够多的跳变。

FSK：频移键控，通信系统中的调制方法。

CRC：循环冗余校验，通信系统中的检错方法。

对于现有基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方案，其主要是利用集成的GSM收发模块和SIM卡，通过短信或数传的方式从而实现近端机对远端机的无线监控，即现有基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方案是依赖现有的GSM网络，并且通过SIM卡发送短信来实现监控信息的传输。然而，这种传统的方案存在一些缺点，例如：数据传输的速率比较缓慢，同时也不能传输大量的监控信息；由于需要采用SIM卡以及利用短信方式来实现近端机对远端机的无线监控，因此大大提高了成本；过度依赖现有的GSM网络，因此，当当地的GSM网络信号非常微弱时，那么这一方案则变得不可靠，难以实现无线监控，稳定性极度低下。另外，现有基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方案，其并没有对远端机进行频偏校正，因此，容易出现监控信息丢失，甚至出现系统崩溃的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种无需依赖GSM网络、稳定性高以及可靠性高的基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统。

本发明的另一目的是提供一种无需依赖GSM网络、稳定性高以及可靠性高的基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法。

本发明所采用的技术方案是：基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统，该系统包括：

上位机，用于将监控量数据发送至近端机；

近端机，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，以及对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且对接收的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将FSK调制数据和参考信号发送至远端机；

远端机，用于对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据，以及根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正。

进一步，所述的近端机包括：

参考信号生成模块，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，并且将生成的参考信号发送至第一信号发射单元；

第一ARM处理器芯片，用于对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且通过SPI协议进而将监控量数据发送至第一打包模块；

第一打包模块，用于对由第一ARM处理器芯片传来的监控量数据进行打包处理，从而得到打包监控量数据，然后将打包监控量数据发送至第一循环冗余校验编码模块；

第一循环冗余校验编码模块，用于对打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据，并且将CRC校验处理数据发送至第一4B/5B编码模块；

第一4B/5B编码模块，用于对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据，将生成的4B/5B编码数据发送至第一FSK调制模块；

第一FSK调制模块，用于对4B/5B编码数据进行接收，并且对4B/5B编码数据进行FSK调制处理，从而得到FSK调制数据，然后将FSK调制数据发送至第一信号发射单元；

第一信号发射单元，用于对FSK调制数据以及参考信号进行接收，并且对FSK调制数据以及参考信号依次进行数字上变频处理、数模转换处理以及射频处理后进而得到射频信号，并且将射频信号通过天线发射至远端机。

进一步，所述的远端机包括：

第一信号接收单元，用于对由近端机传来的射频信号进行接收，并且对接收的射频信号依次进行射频处理、模数转换处理、数字下变频处理以及数字滤波处理后，进而得到FSK调制数据以及参考信号，然后将FSK调制数据发送至第一FSK解调模块，以及将参考信号发送至频偏估计校正模块；

第一FSK解调模块，用于对FSK调制数据进行接收，并且对FSK调制数据进行解调后获得FSK解调数据，将FSK解调数据发送至第一4B/5B解码模块；

第一4B/5B解码模块，用于对FSK解调数据进行接收，并且对FSK解调数据中的校验值进行检测，从而判断这一FSK解调数据是否有效，当判断结果为这一FSK解调数据是有效的，则根据校验值从而获得这一FSK解调数据的开始位置，并且根据获得的开始位置，从而对这一FSK解调数据进行4B/5B解码处珲后获得4B/5B解码数据，并将4B/5B解码数据发送至第一循环冗余校验解码模块；

第一循环冗余校验解码模块，用于对4B/5B解码数据进行接收，并且对4B/5B解码数据进行校验，当校验结果为出错，则丢弃4B/5B解码数据这一数据包，而当校验结果为正确，则除去4B/5B解码数据中的校验码，从而获得打包监控量数据，并将打包监控量数据发送至第一解包模块；

第一解包模块，用于对打包监控量数据进行接收，并且对打包监控量数据进行解包处理，从而获得监控量数据，然后通过SPI协议进而将监控量数据发送至第二ARM处理器芯片；

第二ARM处理器芯片，用于对监控量数据进行接收，并且将监控量数据发送至PC端，以实现PC端的监控量设置以及将监控信息反馈至近端机上；

频偏估计校正模块，用于对参考信号进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正。

进一步，所述的参考信号为IQ信号，而所述的频偏估计校正模块包括：

数据分段累加处理模块，用于对IQ信号进行接收，并且对IQ信号进行采样，然后对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据，并将第一叠加数据发送至复数相乘模块，以及对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，并将第二叠加数据发送至Q路取反模块；

Q路取反模块，用于将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据，并且将第三叠加数据发送至复数相乘模块；

复数相乘模块，用于对第一叠加数据和第三叠加数据进行接收，并且对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘后得到复数相乘数据，将复数相乘数据发送至频偏计算模块；

频偏计算模块，用于对复数相乘数据进行接收，并且根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值后，将频偏估计值发送至频偏校正预处理模块；

频偏校正预处理模块，用于对频偏估计值进行接收，并且判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。

进一步，所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

本发明所采用的另一技术方案是：基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法，该方法包括：

上位机将监控量数据发送至近端机；

所述的近端机生成用于频偏估计校正的参考信号；

所述的近端机对由上位机传来的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将参考信号和FSK调制数据发送至远端机；

所述远端机对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正；

所述远端机对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据。

进一步，所述的循环冗余校验编码处理这一步骤，其具体为：

对打包处理后输出的打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据。

进一步，所述的4B/5B编码处理这一步骤，其具体为：

对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据。

进一步，所述的参考信号为IQ信号，并且所述根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正这一步骤，其具体为：

对IQ信号进行采样；

对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据；

对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，然后将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据；

对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘，进而得到复数相乘数据；

根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值；

判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。

进一步，所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

本发明的有益效果是：通过采用本发明的系统，就无需依赖GSM网络以及SIM卡来进行无线监控数据传输，这样不仅能够节约成本，而且能够大大提高无线监控数据传输的稳定性和可靠性。另外，本发明的远端机在接收处理监控量数据的同时，还实现频偏估计及校正，因此能够减少监控量数据丢失的情况，而且能够提高监控量数据识别的准确度，以及进一步地提高本发明系统的可靠性和稳定性。

本发明的另一有益效果是：通过采用本发明的方法，GSM飞地压扩系统就无需依赖GSM网络以及SIM卡来进行无线监控数据传输，这样不仅能够节约成本，而且能够大大提高无线监控数据传输的稳定性和可靠性。另外，远端机在接收处理监控量数据的同时，还会实现频偏估计及校正，因此能够减少监控量数据丢失的情况，提高监控量数据识别的准确度，以及进一步地提高无线监控数据传输的可靠性和稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是频偏的原理示意图；

图2是频偏估计的数学模型示意图；

图3是本发明一种基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统的结构框图；

图4是本发明系统中第一信号发射单元的具体实施结构框图；

图5是本发明系统中第一信号接收单元的具体实施结构框图；

图6是本发明系统中频偏估计校正模块的具体实施结构框图；

图7是本发明一种基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了能够更好地对本发明的方法以及系统进行理解，因此以下对CRC原理、频偏以及频偏估计的原理进行解释。

1、CRC原理

在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫(N，K)码。对于一个给定的(N，K)码，可以证明存在一个最高次幂为N-K＝R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式C(X)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*2的R次方，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C(x)*2的R次方除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

2、频偏

在无线通信系统中，接收机一般有自己的振荡器产生本地载波，并用这个载波和接收信号相乘实现下变频。但由于多普勒频移和振荡器的精度等因素，使得接收信号的载波和本地载波并不完全同步，存在频率偏移(简称频偏)。如图1所示，发送设备采用的中心频率为f_c，而在接收时，接收机希望能够产生与发送设备同频同相的载波从而实现下变频，但是由于频偏f₀的影响，接收机得到的载波则变成

3、频偏估计的原理

载波频偏估计算法的原理就是利用接收的观测信号构造出待估计序列，然后经过一定的运算处理得到频偏值，随后对接收机进行频偏补偿，从而实现发射端和接收端的载波频率同步。如图2所示，其为频偏估计的数学模型，其中s(t)是发送信号，Y(t)是接收到的信号。

而在AWGN信道中，接收滤波器的输出信号可以表示为：

$y\left(k\right)=c\left(k\right)e^{j(2\mathrm{\π}{f}_{0}k+\mathrm{\θ})}+\hat{n}\left(k\right),k=\mathrm{1,2},.........,N$

其中c(k)是调制信号，N代表频偏估计中利用的接收信号的数据长度N，f₀为采样时间归一化的未知载波频偏。而θ是初相位，一般如果只考虑频偏估计，假设θ为0或是已知，那么则代表均值为0，方差为σ²的独立同分布复高斯白噪声。

以下对本发明的系统及方法进行详细的解释和描述。

如图3至所示，基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统，该系统包括：

上位机，用于将监控量数据发送至近端机；

近端机，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，以及对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且对接收的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将FSK调制数据和参考信号发送至远端机；

远端机，用于对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据，以及根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正。

进一步作为优选的实施方式，所述的近端机包括：

参考信号生成模块，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，并且将生成的参考信号发送至第一信号发射单元；

第一ARM处理器芯片，用于对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且通过SPI协议进而将监控量数据发送至第一打包模块；

第一打包模块，用于对由第一ARM处理器芯片传来的监控量数据进行打包处理，从而得到打包监控量数据，然后将打包监控量数据发送至第一循环冗余校验编码模块；

第一循环冗余校验编码模块，用于对打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据，并且将CRC校验处理数据发送至第一4B/5B编码模块；

第一4B/5B编码模块，用于对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据，将生成的4B/5B编码数据发送至第一FSK调制模块；

第一FSK调制模块，用于对4B/5B编码数据进行接收，并且对4B/5B编码数据进行FSK调制处理，从而得到FSK调制数据，然后将FSK调制数据发送至第一信号发射单元；

第一信号发射单元，用于对FSK调制数据以及参考信号进行接收，并且对FSK调制数据以及参考信号依次进行数字上变频处理、数模转换处理以及射频处理后进而得到射频信号，并且将射频信号通过天线发射至远端机。而第一打包模块、第一循环冗余校验编码模块、第一4B/5B编码模块、第一FSK调制模块以及参考信号生成模块均是通过第一FPGA芯片进而实现的。

进一步作为优选的实施方式，如图4所示，所述第一信号发射单元包括第一数字上变频处理模块，所述第一数字上变频处理模块的输出端依次连接有第一数模转换模块、第一射频处理模块以及第一天线，而所述第一FSK调制模块的输出端与参考信号生成模块的输出端均与第一数字上变频处理模块的输入端连接。由此可知，FSK调制数据和参考信号均依次经过第一数字上变频处理模块、第一数模转换模块、第一射频处理模块以及第一天线，进而发射至远端机上。

进一步作为优选的实施方式，所述的远端机包括：

第一信号接收单元，用于对由近端机传来的射频信号进行接收，并且对接收的射频信号依次进行射频处理、模数转换处理、数字下变频处理以及数字滤波处理后，进而得到FSK调制数据以及参考信号，然后将FSK调制数据发送至第一FSK解调模块，以及将参考信号发送至频偏估计校正模块；

第一FSK解调模块，用于对FSK调制数据进行接收，并且对FSK调制数据进行解调后获得FSK解调数据，将FSK解调数据发送至第一4B/5B解码模块；

第一4B/5B解码模块，用于对FSK解调数据进行接收，并且对FSK解调数据中的校验值进行检测，从而判断这一FSK解调数据是否有效，当判断结果为这一FSK解调数据是有效的，则根据校验值从而获得这一FSK解调数据的开始位置，并且根据获得的开始位置，从而对这一FSK解调数据进行4B/5B解码处理后获得4B/5B解码数据，并将4B/5B解码数据发送至第一循环冗余校验解码模块；

第一循环冗余校验解码模块，用于对4B/5B解码数据进行接收，并且对4B/5B解码数据进行校验，当校验结果为出错，则丢弃4B/5B解码数据这一数据包，而当校验结果为正确，则除去4B/5B解码数据中的校验码，从而获得打包监控量数据，并将打包监控量数据发送至第一解包模块；

第一解包模块，用于对打包监控量数据进行接收，并且对打包监控量数据进行解包处理，从而获得监控量数据，然后通过SPI协议进而将监控量数据发送至第二ARM处理器芯片；

第二ARM处理器芯片，用于对监控量数据进行接收，并且将监控量数据发送至PC端，以实现PC端的监控量设置以及将监控信息反馈至近端机上；

频偏估计校正模块，用于对参考信号进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正，这样则能够减少监控量数据丢失的情况，而且能够提高监控量数据识别的准确度，从而进一步地提高本发明系统的稳定性和可靠性。而频偏估计校正模块、第一FSK解调模块、第一4B/5B解码模块、第一循环冗余校验解码模块以及第一解包模块均是通过第三FPGA芯片进而实现的。

另外，根据近端机的数据处理流程可得出，所述的FSK解调数据，其实质为FSK调制数据进行解调后还原得出的4B/5B编码数据，而所述的4B/5B解码数据，其实质为4B/5B编码数据进行4B/5B解码处理后还原得出的并行四位比特流的CRC校验处理数据。

进一步作为优选的实施方式，如图5所示，第一信号接收单元包括第二天线，所述第二天线的输出端依次连接有第二射频处理模块、第一模数转换模块、第一数字下变频处理模块以及第一数字滤波处理模块，所述第一数字滤波处理模块的输出端分别与第一FSK解调模块的输入端以及频偏估计校正模块的输入端连接。由此可知，由近端机传来的射频信号是依次经过第二天线、第二射频处理模块、第一模数转换模块、第一数字下变频处理模块以及第一数字滤波处理模块后，从而还原得到FSK调制数据以及参考信号，接着，将FSK调制数据发送至第一FSK解调模块上进行FSK解调处理，以及将参考信号发送至频偏估计校正模块上进行频偏估计校正处理。

进一步作为优选的实施方式，所述的参考信号为IQ信号，而如图6所示，所述的频偏估计校正模块包括：

数据分段累加处理模块，用于对IQ信号进行接收，并且对IQ信号进行采样，然后对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据，并将第一叠加数据发送至复数相乘模块，以及对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，并将第二叠加数据发送至Q路取反模块；

Q路取反模块，用于将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据，并且将第三叠加数据发送至复数相乘模块；

复数相乘模块，用于对第一叠加数据和第三叠加数据进行接收，并且对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘后得到复数相乘数据，将复数相乘数据发送至频偏计算模块；

频偏计算模块，用于对复数相乘数据进行接收，并且根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值后，将频偏估计值发送至频偏校正预处理模块；

频偏校正预处理模块，用于对频偏估计值进行接收，并且判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。

进一步作为优选的实施方式，所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

另外根据上述可知，第二ARM处理器芯片是用于对监控量数据进行接收，并且将监控量数据发送至PC端，以实现PC的监控量设置以及将监控信息反馈至近端机上。由此可得，远端机还用于将监控信息反馈至近端机，因此，所述的远端机还包括第二打包模块、第二循环冗余校验编码模块、第二4B/5B编码模块、第二FSK调制模块以及第二信号发射单元，而由PC端反馈的监控信息，其首先发送第二ARM处珲器芯片上，然后依次经过第二打包模块、第二循环冗余校验编码模块、第二4B/5B编码模块、第二FSK调制模块以及第二信号发射单元后，进而发送近端机上。而第二打包模块、第二循环冗余校验编码模块、第二4B/5B编码模块以及第二FSK调制模块均是通过第四FPGA芯片进而实现的。

相应地，所述的近端机应还包括第二信号接收单元、第二FSK解调模块、第二4B/5B解码模块、第二循环冗余校验解码模块以及第二解码模块，而由远端机传来的监控信息，其是依次经过第二信号接收单元、第二FSK解调模块、第二4B/5B解码模块、第二循环冗余校验解码模块以及第二解码模块后，进而通过第一ARM处理器芯片发送至上位机上。由于近端机本身是采用固定的频率工作，因此当监控信息反馈至近端机时，近端机是无需进行频偏估计校正处理。而所述的第二FSK解调模块、第二4B/5B解码模块、第二循环冗余校验解码模块以及第二解码模块均是通过第二FPGA芯片进而实现的。

如图7所示，基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法，该方法包括：

上位机将监控量数据发送至近端机；

所述的近端机生成用于频偏估计校正的参考信号；

所述的近端机对由上位机传来的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将参考信号和FSK调制数据发送至远端机；

所述远端机对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正；

所述远端机对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据。

进一步作为优选的实施方式，所述的循环冗余校验编码处理这一步骤，其具体为：

对打包处理后输出的打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据。

进一步作为优选的实施方式，所述的4B/5B编码处理这一步骤，其具体为：

对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处珲数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据。

进一步作为优选的实施方式，所述的参考信号为IQ信号，并且所述根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正这一步骤，其具体为：

对IQ信号进行采样；

对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据；

对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，然后将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据；

对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘，进而得到复数相乘数据；

根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值；

判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。

进一步作为优选的实施方式，所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

本发明的第一具体实施例

通过本发明的第一具体实施例从而对本发明的系统和发明进行进一步的解释和描述。本发明第一具体实施例的数据处理步骤如下：

S1、上位机上的监控软件通过串口协议RS485且按照移动监控协议，从而将要设置的监控量数据进行打包后发送至第一ARM处理器芯片上；

S2、第一ARM处理器芯片对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且通过SPI协议进而将监控量数据发送至第一打包模块上；

S3、第一打包模块对监控量数据进行打包处理，从而得到打包监控量数据，然后将打包监控量数据发送至第一循环冗余校验编码模块上，而这一步骤具体为，第一打包模块每隔一段固定的时间，进而将多路且每一路为并行8位比特流的监控量数据按照设计的顺序，以并行4位比特流的监控量数据，一个接一个地发送至第一循环冗余校验编码模块，即并行4位比特流的监控量数据为所述的打包监控量数据；

S4、第一循环冗余校验编码模块对并行4位比特流的监控量数据进行接收，并且在并行4位比特流的监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成并行四位比特流的CRC校验处理数据，并将并行四位比特流的CRC校验处理数据发送至第一4B/5B编码模块；

S5、第一4B/5B编码模块根据预设的规则，从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据，接着，将并行五位比特流的4B/5B编码数据转换成1比特的串行数据后发送至第一FSK调制模块上；

S6、第一FSK调制模块对接收到的数据进行FSK调制处理，从而得到FSK调制数据，并且将FSK调制数据发送至第一信号发射单元；

S7、参考信号生成模块生成用于频偏估计校正的参考信号，并且将参考信号发送至第一信号发射单元；

S8、第一信号发射单元对接收的FSK调制数据以及参考信号依次进行数字上变频处理、数模转换处理以及射频处理后进而得到射频信号，接着，将射频信号通过天线发射至远端机上；

S9、远端机中的第一信号接收单元对由近端机传来的射频信号进行接收，并且对接收的射频信号依次进行射频处理、模数转换处理、数字下变频处理以及数字滤波处理后，进而还原得到FSK调制数据以及参考信号，然后将FSK调制数据发送至第一FSK解调模块，以及将参考信号发送至频偏估计校正模块，从而根据参考信号进行频偏估计，以对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，实现频偏校正；

S10、第一FSK解调模块对FSK调制数据进行接收，并且对FSK调制数据进行解调后获得FSK解调数据，将FSK解调数据发送至第一4B/5B解码模块；

S11、第一4B/5B解码模块对FSK解调数据进行接收，并且对FSK解调数据中的校验值进行检测，从而判断这一FSK解调数据是否有效，当判断结果为这一FSK解调数据是有效的，则根据校验值从而获得这一FSK解调数据的开始位置，并且根据获得的开始位置，从而对这一FSK解调数据进行4B/5B解码处珲后获得4B/5B解码数据，并将4B/5B解码数据发送至第一循环冗余校验解码模块，反之，当判断结果为这一FSK解调数据是无效的，则将这一FSK解调数据丢弃，这样就能够确保之后进行循环冗余校验解码的正确性；

S12、第一循环冗余校验解码模块对4B/5B解码数据进行接收，并且对4B/5B解码数据进行校验，当校验结果为出错，则丢弃4B/5B解码数据这一数据包，而当校验结果为正确，则除去4B/5B解码数据中16比特的校验码，从而获得并行4位比特流的监控量数据，即打包监控量数据，将并行4位比特流的监控量数据发送至第一解包模块上；

S13、第一解包模块对打包监控量数据进行解包处理，从而获得监控量数据，然后通过SPI协议进而将监控量数据发送至第二ARM处理器芯片，而这一步骤具体为，第一解包模块对并行4位比特流的监控量数据进行接收，并且将4位比特流的监控量数据恢复成多路且每一路为并行8位比特流的监控量数据后，通过SPI协议传输至第二ARM处理器芯片上；

S14、第二ARM处理器芯片将接收到的监控量数据通过串口协议RS485，从而发送至PC端的监控软件上，以实现PC端的监控量设置以及将监控信息反馈至近端机上。

如图3所示，当PC端将监控信息反馈至近端机上时，该监控信息是依次经过第二ARM处理器芯片、第二打包模块、第二循环冗余校验编码模块、第二4B/5B编码模块、第二FSK调制模块、第二信号发射单元、第二信号接收单元、第二FSK解调模块、第二4B/5B解码模块、第二循环冗余校验解码模块、第二解包模块以及第一ARM处理器芯片，而第一ARM处理器芯片会将接收到的监控信息发送至上位机上，以实现远端机无线监控。由此可得，对于监控信息的处理流程，其基本上与监控量数据的处理流程是一样的。

对于步骤S4中，在并行4位比特流的监控量数据这一整个数据流后面所添加的16比特的校验码，其生成多项式为：G(x)＝1+x^5+x^12+x^16。

对于步骤S5中所述预设的规则，其具体为：在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据，其所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。而根据所述预设的规则，本发明中4B/5B编码处珲所采用的映射方式如表1所示：

表1

对于步骤S9中所述的将参考信号发送至频偏估计校正模块，从而根据参考信号进行频偏估计，以对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，实现频偏校正这一步骤，其中，所述的参考信号为IQ信号并且以复数形式表示，而该步骤具体包括：

S91、数据分段累加处理模块对IQ信号进行接收，并且对IQ信号进行采样，然后对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据，并将第一叠加数据发送至复数相乘模块，以及对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，并将第二叠加数据发送至Q路取反模块，其中，N表示采样点的个数；

S92、Q路取反模块对第二叠加数据进行接收，并且将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据，接着，将第三叠加数据发送至复数相乘模块；

S93、复数相乘模块对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘后得到复数相乘数据，并将复数相乘数据发送至频偏计算模块；

S94、频偏计算模块根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值后，将频偏估计值发送至频偏校正预处理模块；

S95、频偏校正预处理模块对频偏估计值进行接收，并且判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正。

对于步骤S93中所述的第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘，其实质为，第一叠加数据这一复数乘第二叠加数据这一复数的共轭。

以下对本发明的频偏估计校正处理进行进一步详细的描述。

假设参考信号(IQ信号)为正弦波，其中θ是相位，N是采样点的总个数，f_p是频偏，f_s是采样频率，t为时间，则参考信号c以及相位θ的公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}c=e^{j2\mathrm{\π}\frac{f_p}{f_s}t}\\ \mathrm{\θ}=2\mathrm{\π}\frac{f_p}{f_s}\end{array}\right.$

而采样信号d的公式如下：

d＝e^jnθ，n＝1，2，.......，N

对于采样的处理步骤，其采样点的总个数N最好是2的整数次幂，并且忽略掉末端的点数。然后，对IQ信号的前后个采样点数值进行叠加后，分别得到第一叠加数据a和第二叠加数据b，而a和b的表达公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}a=(e^{\mathrm{j\θ}}+e^{j2\mathrm{\θ}}+\·\·\·\·\·\·+e^{\mathrm{jn\θ}})\\ b=(e^{j(n+1)\mathrm{\θ}}+e^{j(n+2)\mathrm{\θ}}+\·\·\·\·\·\·+e^{j(n+n)\mathrm{\θ}})=e^{\mathrm{jn\θ}}(e^{\mathrm{j\θ}}+e^{j2\mathrm{\θ}}+\·\·\·\·\·\·+e^{\mathrm{jn\θ}})\\ n=\frac{N}{2}\end{array}\right.$

接着，对第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加，并且对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘，即a乘b的共轭，而a乘b的共轭，其表达公式为：

a·conj(b)＝e^jθn((cosθ+cos2θ+……+cosnθ)+j(sinθ+sin2θ+……

+sinnθ))*((cosθ+cos2θ+……+cosnθ)-j(sinθ+sin2θ+……+sinnθ))＝Ae^jθn

其中，n为A是一个常数。

最终，频偏f_p的估计值等于为：

$f_p=\frac{\mathrm{\θ}\·f_s}{2\mathrm{\π}}$

而根据计算出来的频偏估计值来调整本地压控振荡器，以消除远端机与近端机之间振荡器晶振本身频率存在的差异，从而实现频偏校正。

另外，由于本发明是基于GSM飞地压扩系统中的，因此当本发明应用在GSM飞地压扩系统时，GSM数据信息是连同参考信号以及FSK调制数据，一并依次经过第一数字上变频处理模块、第一数模转换模块、第一射频处理模块以及第一天线进而发射出去的，而在第一数字上变频处理模块中，所述的参考信号是插入在一个已知的频点中的。

还有，本发明还能够实现了近端机既可以查询到远端机的无线监控量，也可以查询到自身设置给远端机的无线监控量的环路查询功能。通过这种环路查询，就可以更好地确保监控量的设置和查询的准确性，同时也为本发明的稳定运行提供了可靠的保证。

综上所述，通过采用本发明的系统和方法，GSM飞地压扩系统即无需依赖GSM网络以及SIM卡来进行无线监控数据传输，这样不仅能够节约成本，而且能够大大提高无线监控数据传输的稳定性和可靠性。而且，本发明的远端机中还会实施频偏估计及校正，因此能够减少监控量数据丢失的情况，提高监控量数据识别的准确度，进而进一步地提高无线监控数据传输的稳定性和可靠性。

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申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统，其特征在于：该系统包括：

上位机，用于将监控量数据发送至近端机；

近端机，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，以及对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且对接收的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将FSK调制数据和参考信号发送至远端机；

远端机，用于对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据，以及根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正；

所述的近端机包括：

参考信号生成模块，用于生成用于频偏估计校正的参考信号，并且将生成的参考信号发送至第一信号发射单元；

第一ARM处理器芯片，用于对由上位机传来的监控量数据进行接收，并且通过SPI协议进而将监控量数据发送至第一打包模块；

第一打包模块，用于对由第一ARM处理器芯片传来的监控量数据进行打包处理，从而得到打包监控量数据，然后将打包监控量数据发送至第一循环冗余校验编码模块；

第一循环冗余校验编码模块，用于对打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据，并且将CRC校验处理数据发送至第一4B/5B编码模块；

第一4B/5B编码模块，用于对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据，将生成的4B/5B编码数据发送至第一FSK调制模块；

第一FSK调制模块，用于对4B/5B编码数据进行接收，并且对4B/5B编码数据进行FSK调制处理，从而得到FSK调制数据，然后将FSK调制数据发送至第一信号发射单元；

第一信号发射单元，用于对FSK调制数据以及参考信号进行接收，并且对FSK调制数据以及参考信号依次进行数字上变频处理、数模转换处理以及射频处理后进而得到射频信号，并且将射频信号通过天线发射至远端机；

所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

2.根据权利要求1所述基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统，其特征在于：所述的远端机包括：

第一信号接收单元，用于对由近端机传来的射频信号进行接收，并且对接收的射频信号依次进行射频处理、模数转换处理、数字下变频处理以及数字滤波处理后，进而得到FSK调制数据以及参考信号，然后将FSK调制数据发送至第一FSK解调模块，以及将参考信号发送至频偏估计校正模块；

第一FSK解调模块，用于对FSK调制数据进行接收，并且对FSK调制数据进行解调后获得FSK解调数据，将FSK解调数据发送至第一4B/5B解码模块；

第一4B/5B解码模块，用于对FSK解调数据进行接收，并且对FSK解调数据中的校验值进行检测，从而判断这一FSK解调数据是否有效，当判断结果为这一FSK解调数据是有效的，则根据校验值从而获得这一FSK解调数据的开始位置，并且根据获得的开始位置，从而对这一FSK解调数据进行4B/5B解码处理后获得4B/5B解码数据，并将4B/5B解码数据发送至第一循环冗余校验解码模块；

第一循环冗余校验解码模块，用于对4B/5B解码数据进行接收，并且对4B/5B解码数据进行校验，当校验结果为出错，则丢弃4B/5B解码数据这一数据包，而当校验结果为正确，则除去4B/5B解码数据中的校验码，从而获得打包监控量数据，并将打包监控量数据发送至第一解包模块；

第一解包模块，用于对打包监控量数据进行接收，并且对打包监控量数据进行解包处理，从而获得监控量数据，然后通过SPI协议进而将监控量数据发送至第二ARM处理器芯片；

第二ARM处理器芯片，用于对监控量数据进行接收，并且将监控量数据发送至PC端，以实现PC端的监控量设置以及将监控信息反馈至近端机上；

频偏估计校正模块，用于对参考信号进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正。

3.根据权利要求2所述基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输系统，其特征在于：所述的参考信号为IQ信号，而所述的频偏估计校正模块包括：

数据分段累加处理模块，用于对IQ信号进行接收，并且对IQ信号进行采样，然后对IQ信号的前                                               个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据，并将第一叠加数据发送至复数相乘模块，以及对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，并将第二叠加数据发送至Q路取反模块； 

Q路取反模块，用于将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据，并且将第三叠加数据发送至复数相乘模块；

复数相乘模块，用于对第一叠加数据和第三叠加数据进行接收，并且对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘后得到复数相乘数据，将复数相乘数据发送至频偏计算模块；

频偏计算模块，用于对复数相乘数据进行接收，并且根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值后，将频偏估计值发送至频偏校正预处理模块；

频偏校正预处理模块，用于对频偏估计值进行接收，并且判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。

4.基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法，其特征在于：该方法包括：

上位机将监控量数据发送至近端机；

所述的近端机生成用于频偏估计校正的参考信号；

所述的近端机对由上位机传来的监控量数据依次进行打包处理、循环冗余校验编码处理、4B/5B编码处理以及FSK调制处理后得到FSK调制数据，接着将参考信号和FSK调制数据发送至远端机；

所述远端机对由近端机传来的参考信号和FSK调制数据进行接收，并且根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正；

所述远端机对接收的FSK调制数据依次进行FSK解调处理、4B/5B解码处理、循环冗余校验解码处理以及解包处理后获得监控量数据；

所述的循环冗余校验编码处理这一步骤，其具体为：

对打包处理后输出的打包监控量数据进行接收，然后在打包监控量数据这一整个数据流的后面添加16比特的校验码，从而生成CRC校验处理数据；

所述的4B/5B编码处理这一步骤，其具体为：

对CRC校验处理数据进行接收，并且根据预设的规则从而将并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据，然后，在所述并行五位比特流的数据的信息头部插入校验值，从而生成4B/5B编码数据；

所述预设的规则，其具体为：

在并行四位比特流的CRC校验处理数据变成为并行五位比特流的数据时，并行五位比特流的数据所包含的每一个5位比特码组中不含多于3个0或者包含不少于2个1。

5.根据权利要求4所述基于GSM飞地压扩系统的无线监控数据传输方法，其特征在于：所述的参考信号为IQ信号，并且所述根据接收的参考信号进行频偏估计，进而对远端机中的本地压控振荡器进行频率调整控制，以实现频偏校正这一步骤，其具体为：

对IQ信号进行采样；

对IQ信号的前个采样点数值进行叠加进而得到第一叠加数据；

对IQ信号的后个采样点数值进行叠加进而得到第二叠加数据，然后将第二叠加数据中的Q路信号取反后得到第三叠加数据；

对第一叠加数据和第三叠加数据进行复数相乘，进而得到复数相乘数据；

根据复数相乘数据进而计算得出频偏估计值；

判断频偏估计值是正数还是负数，当频偏估计值为正数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行正向调整，而当频偏估计值为负数时，则对远端机中的本地压控振荡器进行负向调整，从而实现频偏校正；

N表示采样点的总个数。