一種基于波達(dá)方向估計(jì)值的gsm-r干擾源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于GSM_R(Global System for Mobile Communications-Railway)干擾 源定位技術(shù)及陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于干擾信號(hào)來(lái)波方向DOA (direction of arrival)估計(jì)的GSM-R干擾源定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] GSM-R是一種專門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用無(wú)線通信系統(tǒng)，由國(guó)際鐵路聯(lián)盟 (UIC)和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)研究所(ETSI)為歐洲新一代鐵路無(wú)線通信所研發(fā)。GSM-R以GSM技術(shù) 為基礎(chǔ)，結(jié)合鐵路通信的需求，加入了多優(yōu)先級(jí)、緊急呼叫、組呼、廣播呼叫等相關(guān)業(yè)務(wù)。 GSM-R系統(tǒng)是我國(guó)鐵路通信的發(fā)展趨勢(shì)，它能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路各種移動(dòng)信息資源采集、傳輸，為 現(xiàn)代化的鐵路調(diào)度、指揮、控制提供通信平臺(tái)，同時(shí)提高了鐵路的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減小了運(yùn)行成 本。2003年，鐵道部選定GSM-R作為我國(guó)鐵路未來(lái)綜合數(shù)字調(diào)度網(wǎng)的技術(shù)體制。GSM-R系統(tǒng)的 引入促進(jìn)了我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展，加快了我國(guó)鐵路信息化建設(shè)的步伐，提高了我國(guó)鐵路的 競(jìng)爭(zhēng)力，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力貢獻(xiàn)了重要的力量。
[0003] GSM-R頻率段主要工作在885-889/930-934MHZ范圍內(nèi)，共4MHz帶寬，該頻段由GSM-R系統(tǒng)獨(dú)享。但由于目前電子設(shè)備的普及，生活中的電磁環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜，由于兩系統(tǒng) 的共用頻段或頻段相近，使得系統(tǒng)之間的電磁干擾也變得在所難免。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的電磁 環(huán)境，有多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括移動(dòng)通訊業(yè)務(wù)系統(tǒng)、專用移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備和傳呼/廣播系 統(tǒng)，即民用移動(dòng)系統(tǒng)，集群系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)，甚至還有一些未被授權(quán)的非法無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這些 不同網(wǎng)絡(luò)的天線發(fā)出各種不同頻率、不同幅值、不同信號(hào)量的無(wú)線信號(hào)，因此在空間中很容 易造成網(wǎng)絡(luò)之間的互相干擾。
[0004] 目前，我國(guó)鐵路沿線鋪設(shè)著各種頻道的、區(qū)域授權(quán)或未授權(quán)的基站和天線。盡管中 國(guó)有關(guān)部門(mén)規(guī)定了GSM-R系統(tǒng)在鐵路沿線獨(dú)占4M帶寬，然而其余如移動(dòng)、聯(lián)通、電信和無(wú)線 電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)有可能造成GSM-R系統(tǒng)的鄰頻干擾和互調(diào)干擾，及其非法未授權(quán)得基站或 天線造成的同頻干擾。這些無(wú)線干擾信號(hào)都會(huì)影響GSM-R的正常接收和發(fā)射，給基站覆蓋區(qū) 域的移動(dòng)通信帶來(lái)掉話、通話質(zhì)量差、信道擁塞等問(wèn)題，從而導(dǎo)致鐵路運(yùn)營(yíng)的工作效率下 降，甚至給鐵路的安全運(yùn)行、旅客的生命安全和國(guó)家的發(fā)展帶來(lái)隱憂。因此，亟需有效的 GSM-R干擾源定位方法，及時(shí)排除干擾源對(duì)GSM-R通信系統(tǒng)的影響，以保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?性。
[0005] 現(xiàn)階段，對(duì)干擾源進(jìn)行定位的方法主要包括:利用頻譜分析對(duì)網(wǎng)外干擾進(jìn)行定位； 利用網(wǎng)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)、蜂窩小區(qū)規(guī)劃數(shù)據(jù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)干擾源進(jìn)行定位;采用定向天線進(jìn) 行逐步逼近定位;利用電磁波功率傳播模型及路徑損耗模型對(duì)干擾源進(jìn)行定位。目前還沒(méi) 有采用陣列信號(hào)處理對(duì)干擾信號(hào)的來(lái)波方向進(jìn)行D0A估計(jì)的方法對(duì)干擾源進(jìn)行定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提出一種使用陣列信號(hào)處理技術(shù)， 對(duì)GSM-R干擾源進(jìn)行快速定位。GSM-R系統(tǒng)主要用于客運(yùn)專線或高速線，多處在鄉(xiāng)村開(kāi)闊地， 電磁波以直線傳播為主，多徑效應(yīng)不明顯，因此可以利用干擾信號(hào)的來(lái)波方向?qū)Ω蓴_源進(jìn) 行定位。在這些地區(qū)，GSM-R系統(tǒng)采用空間分集的天線，天線左右平行放置，可看作水平放置 的均勻線陣天線陣列。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于波達(dá)方向估計(jì)值的GSM-R干擾源定位方法，其特征 在于，包括以下步驟：
[0008] a.采用GSM-R基站接收天線對(duì)干擾信號(hào)來(lái)波方向進(jìn)行D0A估計(jì)，具體方法為：對(duì) GSM-R基站天線進(jìn)行空間分集，構(gòu)建兩組天線陣列，獲取對(duì)干擾信號(hào)的D0A估計(jì)結(jié)果；
[0009] b.根據(jù)步驟a中獲得的D0A估計(jì)結(jié)果，分別建立干擾源與兩個(gè)GSM-R基站接收天線 連線的直線方程，獲取這兩條直線的交點(diǎn)，該交點(diǎn)為干擾源的位置。
[0010] 本發(fā)明總的技術(shù)方案，主要采用陣列信號(hào)處理技術(shù)，使用多天線陣列對(duì)干擾源信 號(hào)的來(lái)波方向進(jìn)行D0A估計(jì)，并根據(jù)兩組天線陣列對(duì)同一個(gè)干擾信號(hào)的來(lái)波方向的估計(jì)結(jié) 果對(duì)干擾源進(jìn)行定位。
[0011] 進(jìn)一步的，步驟a具體包括以下步驟：
[0012] al.用空間分集的天線構(gòu)成均勻線陣，每個(gè)天線代表一個(gè)陣元；
[0013] a2.對(duì)均勻線陣進(jìn)行前/后向空間平滑，構(gòu)造多個(gè)前/后向平滑均勻線陣子陣列；
[0014] a3.建立每個(gè)前/后向平滑均勻線陣子陣列接收信號(hào)模型，并計(jì)算每個(gè)前/后向平 滑均勻線陣子陣列的接收信號(hào)空間相關(guān)矩陣；
[0015] a4.對(duì)每個(gè)前/后向平滑均勻線陣子陣列的接收信號(hào)空間相關(guān)矩陣求平均，得到均 勻線陣的雙向空間平滑相關(guān)矩陣；
[0016] a5.根據(jù)獲得的雙向空間平滑相關(guān)矩陣，采用MUSIC算法獲得對(duì)干擾信號(hào)的D0A估 計(jì)結(jié)果。
[0017] 本發(fā)明能帶的有益效果為，本發(fā)明不需要接收信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)，更方便;不需要網(wǎng)管 系統(tǒng)數(shù)據(jù)、蜂窩小區(qū)規(guī)劃數(shù)據(jù)以及路測(cè)數(shù)據(jù)等相關(guān)規(guī)劃數(shù)據(jù)，更獨(dú)立;本發(fā)明無(wú)需使用定向 天線進(jìn)行逐步定位，更快捷;本發(fā)明不需要提前獲取環(huán)境的路徑損耗模型，更靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的GSM-R基站空間分集天線構(gòu)成的均勻線陣天線陣列示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的GSM-R干擾源定位示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的采用的均勻線陣前向平滑子陣列示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的采用的均勻線陣后向平滑子陣列示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例GSM-R基站1對(duì)期望GSM-R信號(hào)和干擾信號(hào)的D0A估計(jì)結(jié)果； [0024]圖7為本發(fā)明實(shí)施例GSM-R基站2對(duì)期望GSM-R信號(hào)和干擾信號(hào)的D0A估計(jì)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明的基于波達(dá)方向估計(jì)值的GSM-R干擾源定位方法，主要解決方 案是:首先考慮同頻信號(hào)之間可能相干的情況，采用空間分集的GSM-R基站接收天線，使用 均勻線陣空間平滑算法對(duì)干擾信號(hào)的來(lái)波方向進(jìn)行DOA估計(jì);然后根據(jù)兩組天線陣列對(duì)同 一個(gè)干擾信號(hào)的來(lái)波方向的估計(jì)結(jié)果以及兩組天線陣列的幾何位置，畫(huà)出兩條相交的直 線，兩條直線的交點(diǎn)即為干擾源的位置。
[0027]實(shí)施例
[0028] 如圖2所示，以GSM-R基站空間分集天線的10個(gè)天線左右均勻排列于同一水平面為 例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 因?yàn)橹袊?guó)鐵路GSM-R系統(tǒng)工作在885-889/930-934MHZ頻段范圍中，所以選取 900MHz作為典型頻率來(lái)設(shè)置天線陣元間距，天線陣元間距設(shè)為(0.5 X 3 X 108)/(900 X 106) =0.15m。陣元間距遠(yuǎn)小于陣元與干擾源之間的距