CN109889284A - 实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，包括MCU中心控制模块，用于运行主控程序和传递外部命令，并调用其余模块执行翻译后的命令；GSM或GSM‑R处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理GSM及GSM‑R协议栈，解析GSM和GSM‑R的广播信道信息并提取信息；CDMA处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理CDMA协议栈，采集空中无线信号，并解析CDMA物理层信息。本发明还涉及一种利用该系统实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法。采用了该系统及方法，不用注册网络进行GSM/GSM‑R/CDMA网络扫描，可以通过有效的算法计算GSM/GSM‑R载干比，误差±1db以内，可以通过有效的算法计算GSM/GSM‑R载干比，误差±1db以内，具备帧同步功能，支持GSM/GSM‑R时隙功率检测。

Description

实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法

技术领域

本发明涉及无线通信信号传输领域，尤其涉及GSM-R无线信号物理层解析领域，具体是指一种实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法。

背景技术

目前已有的高铁查找无线干扰的检测手段比较缺乏，大多基于常用的扫频测量，通过不断扫描铁路沿线无线电磁环境，捕获干扰信号，缺乏深入的分析及物理层信息解析功能；即使有可以解析物理层信号，也有以下的不足：

1、只解析GSM信号，不解析CDMA信号；

2、GSM/GSM-R载干比测量能力弱，一般到12db，好一点可以做到9db，再小无法测量准确；

3、有发射功率，或者底噪较高，会倒灌到接收通道，对有用信号监测有较大的负面影响；

4、GSM/GSM-R物理层解析只有BCCH载波本身信息，缺乏邻小区信息解析，缺乏本小区跳频信号解析；

5、CDMA信息解析缺乏SID、NID信息解析；

6、大动态范围指标不高，在50db左右；

7、没有帧同步功能，无法测量GSM/GSM-R时隙功率。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种干扰小、灵敏度高、适用范围广泛的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法。

为了实现上述目的，本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法如下：

该实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其主要特点是，所述的系统包括：

MCU中心控制模块，用于运行主控程序和传递外部命令，并调用其余模块执行翻译后的命令；

GSM或GSM-R处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理GSM及GSM-R协议栈，解析GSM和GSM-R的广播信道信息并提取信息；

CDMA处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理CDMA协议栈，采集空中无线信号，并解析CDMA物理层信息。

较佳地，所述的系统还包括供电模块，与所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块相连接，用于将引入的供电电源分配转换成不同电压供其余模块使用。

较佳地，所述的GSM或GSM-R处理模块提取信息为基站的ID号、运营商编号、位置区域码、用户级别、载波配置信息、载波能量信息和临区信息。

较佳地，所述的CDMA处理模块解析的信息包括载波配置信息、运营商信息、SID信息、NID信息。

较佳地，所述的MCU中心控制模块的对外接口为DB25接口。

该利用上述系统实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)设备上电，所述的MCU中心控制模块运行主程序并自检，对所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块发出上电命令和自检命令；

(2)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块自检时是否发现问题，如果是，则上报告警，否则，GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块进行初始化；

(3)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块是否初始化成功，如果是，进入工作状态；否则，系统上报告警；

(4)所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块采集信号及分析处理数据，并查找分析干扰源。

较佳地，所述的步骤(1)的设备上电过程具体包括以下步骤：

(1.1)通过DB25引入供电电源，进行串口连接并触发信号输入；

(1.2)所述的供电电源分发给所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块；

(1.3)所述的MCU中心控制模块上电。

较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)设备进入GSM或GSM-R模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.2)设备进入CDMA模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.3)分析处理GSM、GSM-R或CDMA数据并呈现数据，分析干扰源。

采用了本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法，不用注册网络(无SIM卡)进行GSM/GSM-R/CDMA网络扫描，监测信息，采用DB25接口输入输出，接口唯一，DB25集成了串口、供电电源口、帧同步口，升级端口，可以通过有效的算法计算GSM/GSM-R载干比，误差±1db以内，解析了GSM/GSM-R基站ID、运营商编号、位置区域码，用户级别、载波配置；CDM基站ID、运营商编号、载波配置；GSM、GSM-R的BCCH信道接收强度测量，可以通过有效的算法计算GSM/GSM-R载干比，误差±1db以内，具备帧同步功能，支持GSM/GSM-R时隙功率检测，且功耗低，小于4w。

附图说明

图1为本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统的结构示意图。

图2为本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法的流程图。

图3为本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法的实施例一的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其中包括：

MCU中心控制模块，用于运行主控程序和传递外部命令，并调用其余模块执行翻译后的命令；

GSM或GSM-R处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理GSM及GSM-R协议栈，解析GSM和GSM-R的广播信道信息并提取信息；

CDMA处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理CDMA协议栈，采集空中无线信号，并解析CDMA物理层信息。

作为本发明的优选实施方式，所述的系统还包括供电模块，与所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块相连接，用于将引入的供电电源分配转换成不同电压供其余模块使用。

作为本发明的优选实施方式，所述的GSM或GSM-R处理模块提取信息为基站的ID号、运营商编号、位置区域码、用户级别、载波配置信息、载波能量信息和临区信息。

作为本发明的优选实施方式，所述的CDMA处理模块解析的信息包括载波配置信息、运营商信息、SID信息、NID信息。

作为本发明的优选实施方式，所述的MCU中心控制模块的对外接口为DB25接口。

本发明的该利用上述系统实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法，其中包括以下步骤：

(1)设备上电，所述的MCU中心控制模块运行主程序并自检，对所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块发出上电命令和自检命令；

(2)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块自检时是否发现问题，如果是，则上报告警，否则，GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块进行初始化；

(3)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块是否初始化成功，如果是，进入工作状态；否则，系统上报告警；

(4)所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块采集信号及分析处理数据，并查找分析干扰源。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)的设备上电过程具体包括以下步骤：

(1.1)通过DB25引入供电电源，进行串口连接并触发信号输入；

(1.2)所述的供电电源分发给所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块；

(1.3)所述的MCU中心控制模块上电。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)设备进入GSM或GSM-R模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.2)设备进入CDMA模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.3)分析处理GSM、GSM-R或CDMA数据并呈现数据，分析干扰源。

本发明的具体实施方式中，本发明的发明点如下：打破了传统扫频检测无线干扰信号的瓶颈，对无线信号物理层进行监测分析输出，可以使周围有可能对高铁沿线有无线干扰的通讯基站进行分析识别；集成了GSM，GSM-R，CDMA信号物理层解析；此外本发明没有任何发射功率，对信号监测不会造成任何影响；具有较高的灵敏度、较小的体积、较低的功耗以及较强的环境适应性；大动态范围可以到56db；载干比测量可以到3db，误差±1db以内；同时解析GSM/GSM-R的本小区跳频频点信息，邻小区信息；同时提供帧同步功能，可以测量GSM/GSM-R时隙功率。

本设备内部共有三个单元模块，分别为MCU中心控制、GSM/GSM-R单元、CDMA单元，供电单元，MCU中心控制主要完成以下功能：承载操作系统，运行主控程序，负责对内资源调度，对外输出信息，告警输出，对内传递外部命令，并将命令翻译后调用GSM/GSM-R单元及CDMA单元进行执行，供电单元负责将通过DB25引入的供电电源统一分配转换，转换成不同电压，给MCU中心控制、GSM/GSM-R单元、CDMA单元使用。

GSM/GSM-R单元负责GSM及GSM-R协议栈处理，采集空中无线信号后进行处理，在不需要SIM卡，并且不发送任何信号，不对自身及CDMA单元产生干扰的情况下，解析GSM、GSM-R的广播信道信息，提取出接受范围内GSM/GSM-R基站的ID号，运营商编号、位置区域码、用户级别、载波配置、载波能量、临区等信息，测量载波信号强度，并通过算法实现载干比解析，并且载干比误差在3db以内，最后将这些信息传递给MCU中心控制。同时GSM/GSM-R输出帧同步信号，以测量GSM/GSM-R时隙功率。

CDMA单元负责对CDMA协议栈的处理，采集空中无线信号，在不需要SIM卡，并且不发送任何信号不对自身及GSM/GSM-R单元产生影响的情况下，解析CDMA物理层信息，解析载波配置信息，运营商信息、SID、NID等信息并传递给MCU中心控制。

本发明将两个独立通道来实现信号采集解析，并通过MCU中心控制对外接口，对外只有DB25接口，此种系统构架方式灵活，数据处理方便，对外接口唯一，同时MCU采用μc OS操作系统，上电速度快，能够很快完成启动进入工作状态。上电后，MCU自检并且对GSM/GSM-R单元和CDMA单元分别发出上电命令，上电后分别检测GSM/GSM-R单元和CDMA单元，没有问题后，再让GSM/GSM-R单元和CDMA单元初始化，失败则上报告警，成功则通过初始化，进入工作状态，然后接收外部命令并对GSM/GSM-R单元和CDMA单元进行操作，使其采集信号，采集信号后分析处理，查找干扰源。

本发明的上述技术方案解决了现有技术中存在的相应问题，可以在解析GSM/GSM-R信号的同时，解析CDMA信号，不但解析信号MCC，MNC，载波编号，测量信号强度，还可以解析SID，NID信息，同时载干比测量可以做到3db以内，误差±1db以内，并且本发明不对外输出信号，不会对接收机造成干扰，还可以解析除了本BCCH信道频点以外的信息，解析本小区跳频频点信息，邻小区信息，大动态范围可以做到56db以上，同时提供帧同步功能，可以测量GSM/GSM-R时隙功率。

采用了本发明的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统及其方法，不用注册网络(无SIM卡)进行GSM/GSM-R/CDMA网络扫描，监测信息，采用DB25接口输入输出，接口唯一，DB25集成了串口、供电电源口、帧同步口，升级端口，可以通过有效的算法计算GSM/GSM-R载干比，误差±1db以内，解析了GSM/GSM-R基站ID、运营商编号、位置区域码，用户级别、载波配置；CDM基站ID、运营商编号、载波配置；GSM、GSM-R的BCCH信道接收强度测量，可以通过有效的算法计算GSM/GSM-R载干比，误差±1db以内，具备帧同步功能，支持GSM/GSM-R时隙功率检测，且功耗低，小于4w。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其特征在于，所述的系统包括：

MCU中心控制模块，用于运行主控程序和传递外部命令，并调用其余模块执行翻译后的命令；

GSM或GSM-R处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理GSM及GSM-R协议栈，解析GSM和GSM-R的广播信道信息并提取信息；

CDMA处理模块，与所述的MCU中心控制模块相连接，用于处理CDMA协议栈，采集空中无线信号，并解析CDMA物理层信息。

2.根据权利要求1所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其特征在于，所述的系统还包括供电模块，与所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块相连接，用于将引入的供电电源分配转换成不同电压供其余模块使用。

3.根据权利要求1所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其特征在于，所述的GSM或GSM-R处理模块提取信息为基站的ID号、运营商编号、位置区域码、用户级别、载波配置信息、载波能量信息和临区信息。

4.根据权利要求1所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其特征在于，所述的CDMA处理模块解析的信息包括载波配置信息、运营商信息、SID信息、NID信息。

5.根据权利要求1所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析功能的系统，其特征在于，所述的MCU中心控制模块的对外接口为DB25接口。

6.一种利用权利要求1所述的系统实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)设备上电，所述的MCU中心控制模块运行主程序并自检，对所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块发出上电命令和自检命令；

(2)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块自检时是否发现问题，如果是，则上报告警，否则，GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块进行初始化；

(3)判断所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块是否初始化成功，如果是，进入工作状态；否则，系统上报告警；

(4)所述的GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块采集信号及分析处理数据，并查找分析干扰源。

7.根据权利要求6所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法，其特征在于，所述的步骤(1)的设备上电过程具体包括以下步骤：

(1.1)通过DB25引入供电电源，进行串口连接并触发信号输入；

(1.2)所述的供电电源分发给所述的MCU中心控制模块、GSM或GSM-R处理模块和CDMA处理模块；

(1.3)所述的MCU中心控制模块上电。

8.根据权利要求6所述的实现高铁无线干扰信号物理层解析处理的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)设备进入GSM或GSM-R模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.2)设备进入CDMA模式，CDMA单元开始采集信号，经过低噪放、变频、解调操作输出基带数据，并将广播信道信息输出；

(4.3)分析处理GSM、GSM-R或CDMA数据并呈现数据，分析干扰源。