CN104640139A - 一种高铁通信的干扰检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁通信的干扰检测方法。包括步骤：（1）提取GSM-R的上、下行频段的背噪门限；（2）存储高铁通信频段模板；（3）提取模板的最大值、最小值曲线；（4）计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，提取大于背噪门限的信号，记录信号个数与每个信号的起始、截止索引；（5）对提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线的相应位置进行相似度对比，计算出相似系数MaxCorr、MinCorr；（6）若相似系数MaxCorr、MinCorr均小于设定的门限，则认为该信号是干扰信号或信号受到干扰。本发明根据高铁通信上下行频段特征，将信号与模板对比，可快速检测出干扰信号，以便于采取有效措施，及时消除干扰，对维护高铁正常运营有重要意义。

Description

一种高铁通信的干扰检测方法
技术领域
 本发明涉及一种高铁通信的干扰检测方法，属于无线电监测领域。
背景技术
我国高速铁路的建设始于2004年的中国铁路长远规划，开通的第一条真正意义的高速铁路是2008年8月1日开通运营的350公里/小时的京津城际高速铁路。为了解决列车在如此高速运行下通信的问题，引入了GSM-R系统。GSM-R(GSM-Railway)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，专用于铁路的日常运营管理。
GSM-R系统有专用的无线电频段，工作频段为885MHz~889MHz(上行频段，移动台发，基站收)、930MHz~934MHz(下行频段，基站发，移动台收)。GSM-R每个频点间隔为200kHz，频点序号999~1019，其中999和1019两个频点作为隔离保护频点，在实际应用中未被使用。
GSM-R通信系统正常运行必须依赖于良好的频率使用环境。由于无线电技术与应用不断创新和发展，无线电频谱资源日益紧张，供求矛盾越来越突出，无线电台站数量日益庞大，空中电磁环境日趋复杂。近年来，GSM-R系统频率受到干扰的事件时有发生，已经影响到GSM-R系统的正常使用，危及铁路运输安全，迫切需要加强无线电管理，维护好空中电波秩序。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁通信的干扰检测方法，解决GSM-R系统频率受到干扰而不能正常使用的问题。通过对监测数据分析处理，发现潜在干扰，以便于采取有效措施，及时消除干扰。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高铁通信的干扰检测方法，包括如下步骤：
（1）提取GSM-R的上、下行频段的背噪门限；
（2）存储高铁通信频段模板；
（3）提取模板的最大值、最小值曲线；
（4）计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，并根据步骤（1）中的背噪门限，提取大于背噪门限的信号，记录信号个数与每个信号的起始、截止索引；
（5）对提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线的相应位置进行相似度对比，计算出相似系数MaxCorr、MinCorr；
（6）若相似系数MaxCorr、MinCorr均小于设定的门限，则认为信号与模板不相似，该信号是干扰信号或信号受到干扰，根据信号的起始、截止索引与扫描步进，即可计算出该干扰信号的中心频率与带宽；
（7）重复步骤（5）~（6）。
具体地，所述上、下行频段的背噪门限的提取方法为：选取M帧频谱扫描数据，取其均值，根据上下行频段将该均值分别与上、下行浮动门限相加，即为上、下行频段的背噪门限。
进一步地，所述模板采用二维数组结构，记为Signal_template[Count][Level]，其中，Count表示一次频谱扫描数据的个数，Level表示信号可能的电平范围内的电平个数。
更进一步地，所述模板由高铁上下行频段频谱扫描数据处理而成，所述处理方法为：计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，根据步骤（1）中得到的背噪门限提取出信号，根据每个信号相应频点上的电平值，将对应的Signal_template[Count][Level]中对应的位置的值加1，累计后形成模板。
再进一步地，所述相似系数计算方法为：将步骤（5）中提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线相应位置进行相似度对比后的两组数据分别归一化后，用以下公式进行计算，                                               。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明根据高铁通信上下行频段特征，将信号与模板对比，可快速检测出干扰信号，以便于采取有效措施，及时消除干扰，对维护高铁正常运营有重要意义。
附图说明
图1为本发明的干扰检测使用的模板结构图。
图2为本发明的背噪门限提取流程图。
图3为的干扰检测流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种高铁通信的干扰检测方法，根据高铁通信上下行频段的特征，将信号与模板对比，可快速检测出干扰信号，具体的检测方法如下步骤：
（1）在干扰检测前，提取GSM-R的上、下行频段的背噪门限，提取方法为：选取M帧频谱扫描数据，取其均值，根据上下行频段将该均值分别与上、下行浮动门限相加，即为上、下行频段的背噪门限，具体提取流程如图2所示。
（2）存储高铁通信频段模板，模板采用二维数组结构，记为Signal_template[Count][Level]，其中，Count表示一次频谱扫描数据的个数，Level表示信号可能的电平范围内的电平个数，在本实施例中，GSM-R下行频段(930MHz~934MHz)，扫描步进为12.5KHZ，频点个数321个，信号电平范围为（-40，100），因此电平个数为141。模板由高铁上下行频段频谱扫描数据处理而成。处理方法为：计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，根据步骤（1）中得到的背噪门限提取出信号，根据每个信号相应频点上的电平值，将对应的Signal_template[Count][Level]中对应的位置的值加1，长时间累计后形成模板。模板中的黑点表示信号在此频点的对应电平出现过，长时间积累，即可得到信号的形状曲线。如图1所示。
（3）提取模板的最大值、最小值曲线。
（4）计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，并根据步骤（1）中的背噪门限，提取大于背噪门限的信号，记录信号个数与每个信号的起始、截止索引。
（5）对提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线的相应位置进行相似度对比，计算出相似系数MaxCorr、MinCorr，相似系数计算方法为：将两组数据分别归一化后，用以下公式进行计算：。
（6）若相似系数MaxCorr、MinCorr均小于设定的门限，则认为信号与模板不相似，该信号是干扰信号或信号受到干扰，根据信号的起始、截止索引与扫描步进，即可计算出该干扰信号的中心频率与带宽。如图3所示。
（7）重复步骤（5）~（6）。
根据上述实施例，就可以较好地实现本发明，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高铁通信的干扰检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）提取GSM-R的上、下行频段的背噪门限；
（2）存储高铁通信频段模板；
（3）提取模板的最大值、最小值曲线；
（4）计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，并根据步骤（1）中的背噪门限，提取大于背噪门限的信号，记录信号个数与每个信号的起始、截止索引；
（5）对提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线的相应位置进行相似度对比，计算出相似系数MaxCorr、MinCorr；
（6）若相似系数MaxCorr、MinCorr均小于设定的门限，则认为信号与模板不相似，该信号是干扰信号或信号受到干扰，根据信号的起始、截止索引与扫描步进，即可计算出该干扰信号的中心频率与带宽；
（7）重复步骤（5）~（6）。
2.根据权利要求1所述的一种高铁通信的干扰检测方法，其特征在于，所述上、下行频段的背噪门限的提取方法为：选取M帧频谱扫描数据，取其均值，根据上下行频段将该均值分别与上、下行浮动门限相加，即为上、下行频段的背噪门限。
3.根据权利要求1所述的一种高铁通信的干扰检测方法，其特征在于，所述模板采用二维数组结构，记为Signal_template[Count][Level]，其中，Count表示一次频谱扫描数据的个数，Level表示信号可能的电平范围内的电平个数。
4.根据权利要求3所述的一种高铁通信的干扰检测方法，其特征在于，所述模板由高铁上下行频段频谱扫描数据处理而成，所述处理方法为：计算N帧频谱扫描数据的最大值曲线，根据步骤（1）中得到的背噪门限提取出信号，根据每个信号相应频点上的电平值，将对应的Signal_template[Count][Level]中对应的位置的值加1，累计后形成模板。
5.根据权利要求 4所述的一种高铁通信的干扰检测方法，其特征在于，所述相似系数计算方法为：将步骤（5）中提取的每个信号，分别与模板的最大值、最小值曲线相应位置进行相似度对比后的两组数据分别归一化后，用以下公式进行计算，                                                。
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