[发明专利]一种用于铁路GSM-R空中接口监控系统的频谱压缩传输方法

说明书

本发明公开了一种用于铁路GSM‑R空中接口监控系统的频谱压缩传输方法，该方法采用自回归滑动平均模型(ARMA模型)来近似表征铁路GSM‑R系统空中接口的频谱占用过程，从而实现前端频谱采集数据的有效压缩方法，属于无线通信领域。相比于将原始频谱数据直接传输的方法，该方法利用ARMA模型对原始频谱数据进行压缩，充分大大的减少冗余数据的传输，极大提高了频谱数据传输的效率，同时降低了后台服务器的对频谱数据的处理难度、极大地提供了处理效率，为后续数据服务器对频谱数据的分析应用提供了便利。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地说，是涉及一种用于GSM-R空口监控系统的前置机频谱压缩传输方法，是一种采用自回归滑动平均模型(ARMA模型)来近似表征铁路GSM-R系统空中接口的频谱占用过程，从而实现前端频谱采集数据的有效压缩方法。

背景技术

GSM-R是我国高铁安全运营的重要技术保障手段之一，而面向GSM-R空口监测应用的第三方系统在国内铁路专用产品领域尚属空白。如下图1中所示为基于通用处理器软件无线电技术的GSM-R空中接口综合监控系统的拓扑图，图中可见GSM-R前置机(即图中所见的采集模块)安装于高铁的GSM-R基站端，其通过GSM-R网络将所采集到的各类数据传输到GSM-R空口检测服务器端进行处理，再通过高铁站内部的局域网将处理好的数据提供给工作人员查看和使用。

然而在上述GSM-R空口监控系统进行频谱数据传输的过程中却面临着这样的难题，所需传输的频谱数据量超大、但有效信息占用的时间极短。在对该系统的频谱数据高效传输的研究中发现，上行信道功率谱模型可以看作是一个随机过程，每当高铁列车靠近基站时将出现一个短暂的频谱尖峰，但当列车远离时频谱尖峰逐渐消失，而一般来说，两列列车经过同一个基站的时间间隔比较长，这也就会导致上行频谱数据中出现大量的无效信息，这严重的影响了数据传输的有效性，同时给上层应用的数据处理过程带来了极大的难度。然而恰好这种模型特点与ARMA模型比较相似，通过适当地选取ARMA模型的阶数便可以准确地表征其中的有效频谱数据信息并接收端实现恢复与重建，从而实现频谱数据地高效传输。

发明内容

本发明的目的是解决目前铁路GSM-R空中接口监控系统中频谱数据量超大、有效频谱信息占用时间极短的数据有效传输问题，提供了一种用于铁路GSM-R空中接口监控系统的频谱压缩传输方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种用于铁路GSM-R空中接口监控系统的频谱压缩传输方法，所述频谱压缩传输方法包括下列步骤：

S1、任意选取N台铁路GSM-R空中接口监控系统的前端频谱采集设备(以下简称GSM-R前置机)所采集的任意M天的频谱数据进行分析，并绘制出相应的频谱占用自相关函数和偏自相关函数；

S2、分析S1中频谱的自相关函数和偏自相关函数的规律性，并依此初步确定ARMA模型的阶数p和q；

S3、依据Akaike信息准则(即AIC准则)，优化ARMA模型的阶数(即p和q的值)使得AIC最小；

S4、使用优化后的ARMA模型阶数(即优化后的p和q的值)建模对GSM-R前置机频谱进行压缩，并将参数化压缩后的ARMA模型阶数及相应的系数通过铁路专用网络传输到中心机房数据服务器上；

S5、在中心机房数据服务器上，采用接收到的ARMA模型阶数及相应的系数实现频谱数据在相应频段占用情况的数据恢复重建。

作为优选的，所述步骤S2中的ARMA模型表达式为：