[發(fā)明專利]一種用于鐵路GSM-R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)的頻譜壓縮傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811431368.8
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109327859B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳翔;李一;謝紹航;杜偉;李忠發(fā);潘燕峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);廣州市廣源電子科技有限公司
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/06;H04L29/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李盛洪

本發(fā)明公開了一種用于鐵路GSM?R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)的頻譜壓縮傳輸方法，該方法采用自回歸滑動平均模型(ARMA模型)來近似表征鐵路GSM?R系統(tǒng)空中接口的頻譜占用過程，從而實現(xiàn)前端頻譜采集數(shù)據(jù)的有效壓縮方法，屬于無線通信領(lǐng)域。相比于將原始頻譜數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)姆椒?，該方法利用ARMA模型對原始頻譜數(shù)據(jù)進行壓縮，充分大大的減少冗余數(shù)據(jù)的傳輸，極大提高了頻譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩瑫r降低了后臺服務(wù)器的對頻譜數(shù)據(jù)的處理難度、極大地提供了處理效率，為后續(xù)數(shù)據(jù)服務(wù)器對頻譜數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用提供了便利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種用于GSM-R空口監(jiān)控系統(tǒng)的前置機頻譜壓縮傳輸方法，是一種采用自回歸滑動平均模型(ARMA模型)來近似表征鐵路GSM-R系統(tǒng)空中接口的頻譜占用過程，從而實現(xiàn)前端頻譜采集數(shù)據(jù)的有效壓縮方法。

背景技術(shù)

GSM-R是我國高鐵安全運營的重要技術(shù)保障手段之一，而面向GSM-R空口監(jiān)測應(yīng)用的第三方系統(tǒng)在國內(nèi)鐵路專用產(chǎn)品領(lǐng)域尚屬空白。如下圖1中所示為基于通用處理器軟件無線電技術(shù)的GSM-R空中接口綜合監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲圖，圖中可見GSM-R前置機(即圖中所見的采集模塊)安裝于高鐵的GSM-R基站端，其通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)將所采集到的各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾SM-R空口檢測服務(wù)器端進行處理，再通過高鐵站內(nèi)部的局域網(wǎng)將處理好的數(shù)據(jù)提供給工作人員查看和使用。

然而在上述GSM-R空口監(jiān)控系統(tǒng)進行頻譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中卻面臨著這樣的難題，所需傳輸?shù)念l譜數(shù)據(jù)量超大、但有效信息占用的時間極短。在對該系統(tǒng)的頻譜數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，上行信道功率譜模型可以看作是一個隨機過程，每當(dāng)高鐵列車靠近基站時將出現(xiàn)一個短暫的頻譜尖峰，但當(dāng)列車遠離時頻譜尖峰逐漸消失，而一般來說，兩列列車經(jīng)過同一個基站的時間間隔比較長，這也就會導(dǎo)致上行頻譜數(shù)據(jù)中出現(xiàn)大量的無效信息，這嚴重的影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，同時給上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理過程帶來了極大的難度。然而恰好這種模型特點與ARMA模型比較相似，通過適當(dāng)?shù)剡x取ARMA模型的階數(shù)便可以準(zhǔn)確地表征其中的有效頻譜數(shù)據(jù)信息并接收端實現(xiàn)恢復(fù)與重建，從而實現(xiàn)頻譜數(shù)據(jù)地高效傳輸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決目前鐵路GSM-R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)中頻譜數(shù)據(jù)量超大、有效頻譜信息占用時間極短的數(shù)據(jù)有效傳輸問題，提供了一種用于鐵路GSM-R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)的頻譜壓縮傳輸方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種用于鐵路GSM-R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)的頻譜壓縮傳輸方法，所述頻譜壓縮傳輸方法包括下列步驟：

S1、任意選取N臺鐵路GSM-R空中接口監(jiān)控系統(tǒng)的前端頻譜采集設(shè)備(以下簡稱GSM-R前置機)所采集的任意M天的頻譜數(shù)據(jù)進行分析，并繪制出相應(yīng)的頻譜占用自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)；

S2、分析S1中頻譜的自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)的規(guī)律性，并依此初步確定ARMA模型的階數(shù)p和q；

S3、依據(jù)Akaike信息準(zhǔn)則(即AIC準(zhǔn)則)，優(yōu)化ARMA模型的階數(shù)(即p和q的值)使得AIC最小；

S4、使用優(yōu)化后的ARMA模型階數(shù)(即優(yōu)化后的p和q的值)建模對GSM-R前置機頻譜進行壓縮，并將參數(shù)化壓縮后的ARMA模型階數(shù)及相應(yīng)的系數(shù)通過鐵路專用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行臋C房數(shù)據(jù)服務(wù)器上；

S5、在中心機房數(shù)據(jù)服務(wù)器上，采用接收到的ARMA模型階數(shù)及相應(yīng)的系數(shù)實現(xiàn)頻譜數(shù)據(jù)在相應(yīng)頻段占用情況的數(shù)據(jù)恢復(fù)重建。

作為優(yōu)選的，所述步驟S2中的ARMA模型表達式為：