本发明公开了一种GSM-R干扰源查找方法,属于时分多址专用数字移动通信技术领域,由于GSM-R的干扰源主要为中国移动所使用的上行885~889MHz及下行930~934MHz的频段,因此针对这一特点利用电波传播中广泛使用的Okumura-hata(奥村-哈塔)模型构结数学模型进行干扰源的查找。本发明主要优点有:1.操作简单、方便,能够对干扰源快速定位,克服了以往查找干扰源费时费力查找速度慢的缺点;2.适用的地形条件多,可查找中小城市市区、中小城市郊区、中小城市开放环境、大城市市区、大城市郊区和大城市开放环境六种地形条件下的干扰源。1、一种GSM-R干扰源查找方法,其特征在于包括如下步骤: 建立一个干扰源查找的数学模型; 数学模型为:在单干扰源的情况下若测试得到某一路段的干扰电 平很高,取其中两个点的电场强度,设为X、Y两点,两点间距离为A, 则根据相应地形电波传播模型,并假设基站高度和发射功率为中国移 动在相应地形使用的典型高度和典型发射功率;可以计算出相应的发 射点为两个圆,如果为单干扰源情况则两个圆有两个交点设为A点 和B点;并可以计算出两个交点的坐标;根据相应的数字地图就可 确定干扰源的两个可能的地点;再在两个交点的上方和下方测试根据 相应的电平变化即可确定是哪个点;数学公式推导如下: (1)确定两点A点和B点,要求两点间的距离大于一千米;以 适合Okumura-hata电波传播模型的适用范围; (2)将选定点的相应参数输入根据数学模型编程得到的 MATLAB程序得出干扰点的横纵坐标。 2、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于:Okumura-hata模型预测出三种环境下的路径损耗,模型公 式可表示为: L_p=A+Blgrxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0城市; L_p=A+Blgr-Cxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0郊区; L_p=A+Blgr-Dxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0开放环境; 这里L是以dB为单位的中值路径损耗,r是以千米为单位的覆盖 范围,这些式子的参数取决于工作频率f_c、发射台高度h_b和接收机 做出的高度h_m,可用经验公式表示为: A=69.55+26.16lgxa0f_c
-13.82lgxa0h_b-a(h_m); B=44.9-6.55lgxa0h_b; C=5.4+2[lg(f_c/28)]²; D=40.94+4.78(lgxa0f_c)²
-18.33lgxa0f_c; 其中f_c用MHz表示,h_b和h_m用米表示,a(h_m)是一个下面要定义 的相关因子,该模型适用于如下范围的参数值: 150MHzc<1000MHz; 30mb<200m; 1mm<10m; 1kmm)是一个基于移动天线高度的相关因子且为环境的 函数,对于大城市,a(h_m)为: a(h_m)=8.29(lg1.54h_m)²
-1.1dBxa0xa0f_c≤300MHz; a(h_m)=3.2(lg11.75h_m)²
-4.97dBxa0f_c>300MHz; 对于中小城市,在所有频率范围内,a(h_m)为: a(h_m)=(1.11lgxa0f_c
-0.7)h_m-(1.56lgxa0f_c
-0.8)dB。 3、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于中小城市市区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的中小城市市区模型公式中,可以 得到X点和Y点的干扰源地点歌为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 4、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于中小城市郊区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的中小城市郊区模型公式中,可以 得到X点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 5、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于中小城市开放环境干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的中小城市开放环境模型公式中, 可以得到X点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 6、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于大城市市区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的大城市市区模型公式中,可以得 到X点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 7、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于大城市郊区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的大城市郊区模型公式中,可以得 到X点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 8、根据权利要求1所述的一种GSM-R干扰源查找方法,其特 征在于大城市开放环境干扰源查找MATLAB的步骤为: 1)根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离 大于1千米; 2)输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的 频率测试天线的高度和基站测试天线的高度; 3)将数据带入奥村哈塔模型的大城市开放环境模型公式中,可 以得到X点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4)若两个圆有交点输出交点坐标。 技术领域 本发明涉及一种GSM-R(铁路专用移动通信系统)干扰源查找方法,更具体地 说,是涉及一种基于Okumura-hata(奥村-哈塔)电波传播模型的用于GSM-R通信系 统干扰源查找方法,属于时分多址专用数字移动通信技术领域。 背景技术 移动通信系统,按多址方式可分为频分多址、时分多址和码分多址移动通 信;按服务范围来分可分为专用移动通信和公众移动通信;按信号形式可分为模 拟和数字移动通信。 铁路专用移动通信正处于高速发展阶段。我国现在已经建成了分别代表高 原、重载和繁忙干线的青藏线、大秦线和胶济线三条GSM-R线路,客运专线的 建设也已经进入了实施阶段。虽然GSM-R具有功能完善、传输可靠、交换灵活、 容量大等特点,在全球各国取得了良好的发展,并在各国的铁路发展中扮演着 越来越重要的角色,引导着全球铁路事业向着数字化、智能化、网络化和综合 化的方向发展,但在我国还有许多亟待解决的问题,其中网络建设前的干扰评 估就是其中需要解决的一个问题。由于我国GSM-R使用的频段为:885-889MHz (上行)、930-934MHz(下行)共4M带宽,该频段与中国移动公众移动通信系 统按地域共用,其共用范围为:在直辖市、省会城市和计划单列市的城区,GSM-R 系统协调的覆盖范围应小于铁路两侧各2km;在其他地域协调的覆盖范围应小于 铁路轨道两侧各6km。因此GSM-R系统比公众移动通信系统的干扰要复杂,除了 系统自身特性外还可能会受到GSM系统及CDMA系统基站的干扰。移动通信系统 的干扰是影响无线网络的质量和传输可靠性的重要因素之一,为了保证移动通 信网能够有效地运转,使所有用户能够互不干扰地通信,必须进行干扰的评估 与协调,这是无线通信组网设计中最重要的任务之一,也是网络初建、改建、 扩容、优化各个阶段需要关注的问题之一。在GSM-R系统中,干扰将引起误码 增加、话音质量下降、数据传输差错增加。干扰严重时,会使无线信道由于干 扰电平达到门限值而阻塞,引起频谱资源的浪费。GSM-R移动通信系统作为铁路 专用移动通信系统,与公众移动通信系统不同的是它要求系统具有更高的可靠 性和QoS来保障列车的安全运行。因此,在GSM-R移动通信网络建设中应特别 注意解决干扰问题,以便GSM-R网络更好地发挥作用。对于公用移动通信网GSM 的干扰定位研究主要集中于以下几类方法: 1利用测试数据进行干扰源识别,如果是网外干扰利用频谱分析进行定位, 如果是网内干扰再判断是否是同频干扰如果是则利用解码的BSIC(基站识别码) 结合网络规划数据进行相应的干扰排除措施; 2利用网管系统数据、蜂窝小区规划数据以及路测数据查找干扰源,对原网 络规划进行相应修改,消除干扰; 3通过测试发现有干扰信号,在对干扰信号进行定位时采用定向天线进行逐 步逼近的方式查找; 对于以上几种干扰定位方法进行分析,我们发现方法1需要网络的BSIC数 据或者接收信号频谱数据,对于本文的研究主体来说主要是网络建设前的干扰 评估和定位故没有相关的BSIC信息,此方法不适用;对于方法2同样需要网络 相关规划数据而GSM-R在网络建设前的清频虽然主要针对中国移动GSM的共用 频段干扰,但是无法拿到中国移动的网络规划数据,只有通过测试查找,故该 方法对于我们也不适用。方法3通过利用定向天线测试对干扰信号进行逐步定 位,该方法费时费力效率低,没有充分利用电波的传播特性。 发明内容: 本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足,利用前期动态测试的数据, 建立一个查找干扰源的数学模型通过利用常用的Okumura-hata(奥村-哈塔)电 波传播模型快速查找干扰源。提供一种适合GSM-R干扰源特点的查找方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的: 一种GSM-R干扰源查找方法,包括如下步骤: 建立一个干扰源查找的数学模型; 数学模型为:在单干扰源的情况下若测试得到某一路段的干扰电平很高,取 其中两个点的电场强度(单位为dBm),设为X、Y两点,两点间距离为A,则根 据相应地形电波传播模型,并假设基站高度和发射功率为中国移动在相应地形 使用的典型高度和典型发射功率。可以计算出相应的发射点为两个圆,如果为 单干扰源情况则两个圆有两个交点设为A点和B点。并可以计算出两个交点的 坐标。根据相应的数字地图就可确定干扰源的两个可能的地点。再在两个交点 的上方和下方测试根据相应的电平变化即可确定是哪个点。见图1和数学公式 推导如下: (1)确定两点A点和B点,要求两点间的距离大于一千米;以适合 Okumura-hata(奥村-哈塔)电波传播模型的适用范围; (2)将选定点的相应参数输入根据数学模型编程得到的MATLAB程序得 出干扰点的横纵坐标。 程序原理及运行步骤如下: 步骤1:中小城市市区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的中小城市市区模型公式中,可以得到X点和 Y点的干扰源地点歌为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 步骤2:中小城市郊区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的中小城市郊区模型公式中,可以得到X点和 Y点的干扰源地点各为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 步骤3:中小城市开放环境干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的中小城市开放环境模型公式中,可以得到X 点和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 步骤4:大城市市区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的大城市市区模型公式中,可以得到X点和Y 点的干扰源地点各为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 步骤5:大城市郊区干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的大城市郊区模型公式中,可以得到X点和Y 点的干扰源地点各为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 步骤6:大城市开放环境干扰源查找MATLAB的步骤为: 1、根据前期测试数据找出两个点X点和Y点,要求两点间距离大于1千 米; 2、输入X点和Y点接收电平,基站发射功率要排查的干扰源的频率测试 天线的高度和基站测试天线的高度; 3、将数据带入奥村哈塔模型的大城市开放环境模型公式中,可以得到X点 和Y点的干扰源地点各为一个圆; 4、若两个圆有交点输出交点坐标,若两个圆无交点,该方法不适用。 程序流程图见图3; 利用Okumura-hata(奥村-哈塔)电波传播模型建立数学模型查找干扰源,是 由奥村等人在日本东京使用不同的频率、不同的天线高度、选择不同的距离进 行一系列测试,最后绘成经验区的场强中值,以城市场强中值为基础进行修正。 对于“不规则地形”也给出了相应的修正因子。由于这种模型给出的修正因子 较多,可以在掌握详细地形、地物的情况下,得到更加准确的预测结果。我国 有关部门在移动通信工程设计中也建议采用该模型进行场强预测。 Okumura-hata模型预测出三种环境下的路径损耗,模型公式可表示为: L_p=A+Blgrxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0城市xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1) L_p=A+Blgr-Cxa0xa0xa0xa0xa0郊区xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2) L_p=A+Blgr-Dxa0xa0xa0xa0xa0开放环境xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3) 这里L是以dB为单位的中值路径损耗,r是以千米为单位的覆盖范围。这 些式子的参数取决于工作频率f_c、发射台高度h_b和接收机做出的高度h_m,可用 经验公式表示为: A=69.55+26.16lgxa0f_c-13.82lgxa0h_b-a(h_m)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(4) B=44.9-6.55lgxa0h_bxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5) C=5.4+2[lg(f_c/28)]²xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6) D=40.94+4.78(lgxa0f_c)²-18.33lgxa0f_cxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(7) 其中f_c用MHz表示,h_b和h_m用米表示,a(h_m)是一个下面要定义的相关因子。 该模型适用于如下范围的参数值: 150MHzc<1000MHz 30mb<200m 1mm<10m 1kmm)是一个基于移动天线高度的相关因子且为环境的函数。对于大城市,a(h_m) 为: a(h_m)=8.29(lg1.54h_m)²-1.1dBxa0xa0f_c≤300MHzxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(8) a(h_m)=3.2(lg11.75h_m)²-4.97dBxa0f_c>300MHzxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(9) 对于中小城市,在所有频率范围内,a(h_m)为: a(h_m)=(1.11lgxa0f_c-0.7)h_m-(1.56lgf_c-0.8)dBxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(10) 本发明具有下述优点: 1、本发明操作简便,维护简单; 2、查找干扰源速度快,可直接定位干扰源的坐标; 3、可运用的地形多,可运用于包括大城市市区、大城市郊区、大城市开放 环境、中小城市市区、中小城市郊区和中小城市开放环境六种地形。 附图说明 图1本发明的数学模型图。 图2本发明的方法流程图。 图3本发明的方法程序流程图。 具体实施方式 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 在单干扰源的情况下若测试得到某一路段的干扰电平很高,取其中两个点的 电场强度(单位为dBm),设为X、Y两点,两点间距离为A,则根据相应地形电 波传播模型,并假设基站高度和发射功率为中国移动在相应地形使用的典型高 度和典型发射功率。可以计算出相应的发射点为两个圆,如果为单干扰源情况 则两个圆有两个交点设为A点和B点。并可以计算出两个交点的坐标。根据相 应的数字地图就可确定干扰源的两个可能的地点。再在两个交点的上方和下方 测试根据相应的电平变化即可确定是哪个点。示意图和数学公式推导如下: 根据如图的直角坐标系建模: 在X点,发射点为一个半径为R,圆心为(0,0)的圆;该圆的方程为: x²+y²=R²xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1) 在Y点,发射点为一个半径为r,圆心为(A,0)的圆;该圆的方程为: (x-A)²+y²=r²xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2) 这两个圆有两个交点为A点和B点计算得这两点的坐标为: x = A 2 + R 2 - r 2 2 A - - - ( 3 ) ]]> y = ± R 2 - A 2 + R 2 - r 2 2 A - - - ( 4 ) ]]>可以确定干扰源可能的两个点的坐标,然后在A点和B点的上方和下方各测 试一个点则根据数据的变化确定干扰源位于哪个点。 为了举例说明本发明的实现,描述了上述的具体实施例,但本发明的其它变 化和修改,对本领域技术人员是显而易见的,在本发明所公开内容的实质和基 本原则范围内的人和修改或效仿变换,都属于本发明的权利保护范围。