一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统的利记博彩app

文档序号:11156878阅读:650来源:国知局
一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统的制造方法与工艺

本发明涉及通信领域,具体是一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统。



背景技术:

无线通信信号分析仪是针对无线通信信号进行分析和测量的仪器。一般包括信号输入、参数设置和输出分析结果三个方面的功能。其目的在于对无线通信信号的质量和特性进行分析和测量,获得信号的同步信息,各个信道的EVM值、功率值、解调信息和用户数据信息。

无线通信信号的解调过程是一个相当复杂且消耗运算资源的过程。以LTE通信制式为例,这个分析过程包括下列几个步骤:一是信号同步,获得小区物理ID号,估算帧开始位;二是LTE控制信道解析;三是共享信道解析,解析出用户所需的信息;最后是无线通信各个信道的分析,包括各个信道的EVM值、功率值、调制信息、频谱资源映射图等。一般情况下,在一台主流配置工控计算机环境下(intel i5 CPU,4GB内存)完成整个解调步骤大约需要1-2秒的时间,而LTE信号根据协议每隔10毫秒则产生一帧新的数据,信号发生是连续不断的实时过程,一次信号的分析必须经历一次完整的解调运算后才能获得的结果。从用户的角度出发,信号分析仪应当尽可能快地输出分析结果。遗憾的是,当输入的信号包含多个载波信号或者多个天线信号时,解调算法过程所耗费的时间将随着载波数或天线数成倍的增长,这显然是不被用户所接受的,信号分析仪的工控计算机能提供的计算资源不会无限制增加,其性能无法满足这种计算规模增长的需求。

云计算是目前广泛应用在各个行业的一种基于网络的IT技术,他通过计算机网络将可扩展的和弹性的IT能力作为服务交付给外部用户。云计算平台的虚拟化和集群技术充分地体现了IT资源的可扩展和弹性特点。虚拟化技术将一台物理服务器分割成多台虚拟主机来执行较小的计算任务,反之,当计算规模较大时,通过集群技术将多台物理服务器共同协作来完成计算任务。

现有的无线通信信号分析测试系统存在工控计算机性能扩展困难、效率低的问题。本发明将云计算技术引入到传统的无线通信信号分析系统设计中,把无线通信信号解调算法通过云计算来实现,从而解决无线通信信号分析仪工控计算机性能扩展困难、效率低的问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统,包括云平台和无线通信信号分析仪,所述云平台通过网络与无线通信信号分析仪通讯连接;所述云平台设置有无线通信信号调解云服务,所述无线信号解调云服务包括被无线通信信号分析软件调用的接口模块,在私有云集群内协调各个计算节点分配并行计算任务的控制模块,实现信号同步、获得小区物理ID号、控制信道解析、共享信道解析、用户信息解析以及各信道的分析算法逻辑的解调模块;所述无线通信信号分析仪通过网络与无线信号解调云服务通信连接,无线通信信号分析仪包括工控计算机、基带板和射频电路,所述射频电路包括衰减器、预置放大器、混频器、增溢放大器和模数转换器,工控计算机内置无线通信信号分析软件,无线通信信号分析软件包括用户界面层、应用程序管理层、驱动层。

作为本发明进一步的方案:所述云平台为私有云,所述私有云设置有数台PC Server作为运算主机,所述运算主机中有一台主机为主控节点,其余数台主机为计算节点,且主控节点和计算节点以集群技术相连接,主控节点设置有Web服务器、无线通信信号解调云服务。

作为本发明再进一步的方案:所述主控节点与无线通信信号分析仪进行数据通信,并协调多批量运算任务时,对各个计算节点任务的分配和控制,进行多载波或MIMO LTE信号解调的大规模并行计算。

作为本发明再进一步的方案:所述接口模块是运行在云平台主控节点主机内IIS中的Web应用程序,所述Web应用程序包括两个可调用的接口:

1)http://hostname/lteProcessService/setParameter.ashx?params=jsonstr;

2)http://hostname/lteProcessService/processLte.ashx;

接口1)进行解调参数设置,其中请求参数params为当前用户在软件UI界面上设置的LTE解调参数映射成的JSON字符串;

接口2)上传被解调的IQ数据;调用该请求时,以POST方式将IQ数据以二进制字节流的方式提交到Web应用程序中;Web应用程序接收到IQ数据后,将IQ数据传递和用户参数一并发送给控制模块处理和解调,解调完成后接收控制模块返回的接收结果,然后在这个接口中以HTTP应答的方式,将解调结果返回给无线通信信号分析仪软件。

作为本发明再进一步的方案:控制模块对云平台各个计算节点进行并行任务分配和计算结果的汇总;控制模块内部有一个用于管理协调计算节点的共享池,共享池中注册了通过TCP/IP连接到主控节点的各个计算节点的地址信息,并记录了每个计算节点的运行或空闲状态;当控制模块接收到IQ数据和用户参数时,若当前解调的无线通信信号为单载波信号,则从池中选择一个空闲的计算节点,把IQ数据和用户参数发送给该计算节点执行解调;若当前解调的无线通信信号为多载波信号,则首先执行分波处理,然后将各单载波的IQ数据和用户参数选择多个空闲的计算节点,将每个单载波的解调任务分配到各个计算节点并行执行,当各个计算节点执行完成后,再将执行的结果汇总起来,返回给接口模块。

作为本发明再进一步的方案:所述解调模块进行无线通信信号解调算法逻辑,解调模块是运行在云平台的计算节点,解调模块的算法逻辑包括信号同步、获得小区物理ID号、估算帧开始位,控制信道解析、共享信道解析、解析出用户所需的信息、无线通信各个信道的分析生成解调结果。

作为本发明再进一步的方案:所述无线通信信号分析仪对无线通信信号进行分析和测量,射频信号经射频电路处理后转换成数字信号并传输给基带板;所述基带板包括FPGA,FPGA实现对射频电路的控制,并将数字信号传输给工控计算机;工控计算机控制运行无线通信信号分析仪软件。

作为本发明再进一步的方案:所述无线通信信号分析软件对基带板和射频电路进行控制,接收用户输入的各种测量参数,将无线通信信号由射频电路转换后,经基带板传送来的IQ数据发送给云平台进行云计算,并将计算结果输出。

作为本发明再进一步的方案:所述无线通信信号分析软件为LTE信号分析软件。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

该基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统设计合理,将云计算技术引入到传统的无线通信信号分析系统设计中,把无线通信信号解调算法通过云计算来实现,从而解决无线通信信号分析仪中工控计算机性能扩展困难、效率低的问题;充分利用云平台可扩展和弹性,利用云计算的大数据并行计算特性,将多个载波信号解调进行并行计算,以达到提升系统运行效率的目的;另外,将解调算法逻辑以云服务的方式与无线通信信号分析软件分开部署时,可以提高整个信号分析系统在体系结构上的灵活度,对整个系统的升级、改造带来便捷之处。

附图说明

图1为基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统的结构示意图。

图2为传统的无线通信信号分析系统和基于云计算技术的LTE信号分析系统所消耗时间评估对比示意图。

图3为无线通信信号分析仪射频电路的结构示意图。

图4为无线通信信号分析软件应用程序的体系结构图。

图5为无线通信信号解调云服务的体系结构图。

其中:1-云平台;2-无线通信信号调解云服务;3-解调模块;4-控制模块;5-接口模块;6-无线通信信号分析仪;7-工控计算机;8-无线通信信号分析软件;9-用户界面层;10-应用程序管理层;11-驱动层;12-基带板;13-射频电路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-5,一种基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统,包括云平台1和无线通信信号分析仪6,所述云平台1通过网络与无线通信信号分析仪6通讯连接;

云平台1可以理解为提供云计算的IT资源,相对于无线通信信号分析仪6而言,是通过计算机网络云端提供计算、存储的环境,云平台1可以选择商用公共云,目前业界成熟的公共云平台有阿里云、百度云和亚马逊等品牌,只要支付一定的费用,就可以在较成熟的云平台上部署无线通信信号解调云服务模块,其好处是不需要去关心具体底层硬件的实现细节;云平台1也可以选择搭建私有云,其优势在于可以利用高速的局域网络进行数据的传输,突破公共互联网接入带宽限制;本实施例以私有云作为云计算平台,该私有云建立在千兆局域网环境下,所述私有云设置有数台PC Server作为运算主机,所述运算主机中有一台主机为主控节点,其余数台主机为计算节点,且主控节点和计算节点以集群技术相连接,主控节点设置有Web服务器、无线通信信号解调云服务2,主控节点负责与终端即无线通信信号分析仪6进行数据通信,并协调多批量运算任务时,对各个计算节点任务的分配和控制,实现多载波或MIMO LTE信号解调的大规模并行计算;

所述云平台1设置有无线通信信号调解云服务2,无线信号解调云服务2部署在云平台1中,是负责进行无线通信信号解调的服务组件,所述无线信号解调云服务2包括被无线通信信号分析软件8调用的接口模块5,在私有云集群内协调各个计算节点分配并行计算任务的控制模块4,实现信号同步、获得小区物理ID号、控制信道解析、共享信道解析、用户信息解析以及各信道的分析算法逻辑的解调模块3;

接口模块5在体现形式上是一个运行在云平台1中主控节点主机内IIS中的Web应用程序,采用C#和ASP.Net语言开发;所述Web应用程序以标准HTTP URL提供两个可供调用的接口:

(1)http://hostname/lteProcessService/setParameter.ashx?params=jsonstr;

(2)http://hostname/lteProcessService/processLte.ashx;

其中,hostname是指云平台1中主控节点的IP地址。

第一个URL为无线通信信号分析软件8提供解调参数设置功能,其中请求参数params为当前用户在软件UI界面上设置的LTE解调参数映射成的JSON字符串。该字符串包含了LTE测量带宽、上下行方向、双工模式、ETM格式、小区ID以及解码格式等一系列影响到解调逻辑处理过程的参数;

第二个URL为无线通信信号分析软件8提供上传被解调的IQ数据的功能。调用该请求时,需要以POST方式,将IQ数据以二进制字节流的方式提交到Web应用程序中。Web应用程序接收到IQ数据后,将IQ数据传递和用户参数一并发送给控制模块4处理和解调,解调完成后接收控制模块4返回的接收结果,然后在这个接口中以HTTP应答的方式,将解调结果返回给无线通信信号分析仪软件8;

无线通信信号解调云服务2的控制模块4负责实现云平台1各个计算节点的并行任务分配和计算结果的汇总。控制模块4内部有一个用于管理协调计算节点的共享池,共享池中注册了通过TCP/IP连接到主控节点的各个计算节点的地址信息,并记录了每个计算节点的运行或空闲状态。当控制模块接收到IQ数据和用户参数时,如果当前解调的无线通信信号为单载波信号,则从池中选择一个空闲的计算节点,把IQ数据和用户参数发送给该计算节点执行解调;如果当前解调的无线通信信号为多载波信号,则首先执行分波处理,然后将各单载波的IQ数据和用户参数选择多个空闲的计算节点,将每个单载波的解调任务分配到各个计算节点并行执行,当各个计算节点执行完成后,再将执行的结果汇总起来,返回给接口模块5。

无线通信信号解调云服务2的解调模块3,是实现无线通信信号解调算法逻辑的应用程序,是运行在云平台1的计算节点。解调模块3的算法逻辑由无线通信信号解调一系列的过程构成,包括信号同步、获得小区物理ID号、估算帧开始位,控制信道解析、共享信道解析、解析出用户所需的信息、无线通信各个信道的分析生成解调结果。解调模块的输出内容包括各个信道的EVM值、功率值、调制信息、频谱资源映射图、星座图、频谱图等信息。

所述无线通信信号分析仪6通过网络与无线信号解调云服务2通信连接,无线通信信号分析仪6是针对无线通信信号进行分析和测量的仪器,无线通信信号分析仪6包括工控计算机7、基带板12和射频电路13,所述射频电路13包括衰减器、预置放大器、混频器、增溢放大器和模数转换器,射频信号经射频电路13的各个部分处理后转换成数字信号传输给基带板12,所述基带板12包括FPGA,FPGA实现对射频电路13的各个部分控制,并将数字信号传输给工控计算机7,工控计算机7内置无线通信信号分析软件8,工控计算机7安装Microsoft Windows 7作为操作系统,工控计算机7运行无线通信信号分析仪软件8;

无线通信信号分析软件8是运行在无线通信信号分析仪6的工控计算机中的应用软件,其功能主要是对基带板12和射频电路13进行控制,接收用户输入的各种测量参数,将无线通信信号由射频电路13转换后,经基带板12传送来的IQ数据发送给云平台1进行云计算,并将计算结果输出,无线通信信号分析软件8包括用户界面层9、应用程序管理层10、驱动层11,所述无线通信信号分析软件8为LTE信号分析软件;无线通信信号分析仪软件8主要包括基于DotNet Framework平台用C#编程语言开发的的Windows Form应用程序,该程序从逻辑上可以划分三个层次:用户界面层9、应用程序管理层10、驱动层11;驱动层11的作用是屏蔽硬件的操作细节,使得对实际硬件(基带板12或射频电路13)发送命令,从FPGA读取采集的信号数据;应用程序管理层10主要用以实现程序的框架内核,存储应用程序运行状态,对异常进行处理,保存用户参数、管理各种功能插件;用户界面层9负责提供应用程序窗口,实现用户命令的输入,信号测量与分析结果的输出。

图2可以看出,本发明中的基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统与传统无线通信信号分析系统相比,运行效率上有明显的提升。执行无线通信信号分析的时间主要消耗在对信号的解调过程;当信号采用载波聚合或MIMO多天线时,需要在无线通信信号分析仪6中工控计算机7的有限资源内,对每路载波信号逐个执行解调,这样,整个信号分析过程所需的时间会随着载波数而呈倍数增长;而采用云计算技术的无线通信信号分析过程,将信号解调过程放在云平台1中执行,整个信号分析时所消耗的时间并不会随着载波数和天线数等规模增加呈明显的增长。基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统充分利用云平台1的可扩展性和弹性,利用云计算的大数据并行计算特性,将多个载波信号解调进行并行计算,以达到提升系统运行效率的目的。另外,将解调算法逻辑以云服务的方式与无线通信信号分析仪6分开部署时,可以提高整个信号分析系统在体系结构上的灵活度,对整个系统的升级、改造带来便捷之处。

本发明的工作原理是:以私有云作为云计算平台,该私有云建立在千兆局域网环境下,包括数台PC Server作为运算主机,主控节点和计算节点以集群技术相连接,其中一台主机为主控节点,其余数台主机为计算节点,主控节点部署Web服务器,部署无线通信信号解调云服务2,负责与终端即无线通信信号分析仪6进行数据通信,并协调多批量运算任务时,对各个计算节点任务的分配和控制,实现多载波或MIMO LTE信号解调的大规模并行计算。无线通信信号解调云服务的控制模块4负责实现云平台1各个计算节点的并行任务分配和计算结果的汇总;控制模块4内部有一个用于管理协调计算节点的共享池,共享池中注册了通过TCP/IP连接到主控节点的各个计算节点的地址信息,并记录了每个计算节点的运行或空闲状态;当控制模块4接收到IQ数据和用户参数时,如果当前解调的无线通信信号为单载波信号,则从池中选择一个空闲的计算节点,把IQ数据和用户参数发送给该计算节点执行解调;如果当前解调的无线通信信号为多载波信号,则首先执行分波处理,然后将各单载波的IQ数据和用户参数选择多个空闲的计算节点,将每个单载波的解调任务分配到各个计算节点并行执行,当各个计算节点执行完成后,再将执行的结果汇总起来,返回给接口模块5。无线通信信号解调云服务2的解调模块3,是实现无线通信信号解调算法逻辑的应用程序,是运行在云平台1的计算节点。解调模块3的算法逻辑由无线通信信号解调一系列的过程构成,包括信号同步、获得小区物理ID号、估算帧开始位,控制信道解析、共享信道解析、解析出用户所需的信息、无线通信各个信道的分析生成解调结果;解调模块的输出内容包括各个信道的EVM值、功率值、调制信息、频谱资源映射图、星座图、频谱图等信息。无线通信信号分析软件8是运行在无线通信信号分析仪6的工控计算机7中的应用软件,其功能主要是对基带板12和射频电路13进行控制,接收用户输入的各种测量参数,将无线通信信号由射频电路13转换后,经基带板12传送来的IQ数据发送给云平台1进行云计算,并将计算结果输出。

该基于云计算技术的无线通信信号分析测量系统设计合理,将云计算技术引入到传统的无线通信信号分析系统设计中,把无线通信信号解调算法通过云计算来实现,从而解决无线通信信号分析仪6中工控计算机7性能扩展困难、效率低的问题;充分利用云平台可扩展和弹性,利用云计算的大数据并行计算特性,将多个载波信号解调进行并行计算,以达到提升系统运行效率的目的;另外,将解调算法逻辑以云服务的方式与无线通信信号分析软件8分开部署时,可以提高整个信号分析系统在体系结构上的灵活度,对整个系统的升级、改造带来便捷之处。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

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