一種基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統的制作方法

本發明涉及通信領域，具體是一種基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統。

背景技術：

無線通信信號分析儀是針對無線通信信號進行分析和測量的儀器。一般包括信號輸入、參數設置和輸出分析結果三個方面的功能。其目的在于對無線通信信號的質量和特性進行分析和測量，獲得信號的同步信息，各個信道的EVM值、功率值、解調信息和用戶數據信息。

無線通信信號的解調過程是一個相當復雜且消耗運算資源的過程。以LTE通信制式為例，這個分析過程包括下列幾個步驟：一是信號同步，獲得小區物理ID號，估算幀開始位；二是LTE控制信道解析；三是共享信道解析，解析出用戶所需的信息；最后是無線通信各個信道的分析，包括各個信道的EVM值、功率值、調制信息、頻譜資源映射圖等。一般情況下，在一臺主流配置工控計算機環境下(intel i5 CPU，4GB內存)完成整個解調步驟大約需要1-2秒的時間，而LTE信號根據協議每隔10毫秒則產生一幀新的數據，信號發生是連續不斷的實時過程，一次信號的分析必須經歷一次完整的解調運算后才能獲得的結果。從用戶的角度出發，信號分析儀應當盡可能快地輸出分析結果。遺憾的是，當輸入的信號包含多個載波信號或者多個天線信號時，解調算法過程所耗費的時間將隨著載波數或天線數成倍的增長，這顯然是不被用戶所接受的，信號分析儀的工控計算機能提供的計算資源不會無限制增加，其性能無法滿足這種計算規模增長的需求。

云計算是目前廣泛應用在各個行業的一種基于網絡的IT技術，他通過計算機網絡將可擴展的和彈性的IT能力作為服務交付給外部用戶。云計算平臺的虛擬化和集群技術充分地體現了IT資源的可擴展和彈性特點。虛擬化技術將一臺物理服務器分割成多臺虛擬主機來執行較小的計算任務，反之，當計算規模較大時，通過集群技術將多臺物理服務器共同協作來完成計算任務。

現有的無線通信信號分析測試系統存在工控計算機性能擴展困難、效率低的問題。本發明將云計算技術引入到傳統的無線通信信號分析系統設計中，把無線通信信號解調算法通過云計算來實現，從而解決無線通信信號分析儀工控計算機性能擴展困難、效率低的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統，包括云平臺和無線通信信號分析儀，所述云平臺通過網絡與無線通信信號分析儀通訊連接；所述云平臺設置有無線通信信號調解云服務，所述無線信號解調云服務包括被無線通信信號分析軟件調用的接口模塊，在私有云集群內協調各個計算節點分配并行計算任務的控制模塊，實現信號同步、獲得小區物理ID號、控制信道解析、共享信道解析、用戶信息解析以及各信道的分析算法邏輯的解調模塊；所述無線通信信號分析儀通過網絡與無線信號解調云服務通信連接，無線通信信號分析儀包括工控計算機、基帶板和射頻電路，所述射頻電路包括衰減器、預置放大器、混頻器、增溢放大器和模數轉換器，工控計算機內置無線通信信號分析軟件，無線通信信號分析軟件包括用戶界面層、應用程序管理層、驅動層。

作為本發明進一步的方案：所述云平臺為私有云，所述私有云設置有數臺PC Server作為運算主機，所述運算主機中有一臺主機為主控節點，其余數臺主機為計算節點，且主控節點和計算節點以集群技術相連接，主控節點設置有Web服務器、無線通信信號解調云服務。

作為本發明再進一步的方案：所述主控節點與無線通信信號分析儀進行數據通信，并協調多批量運算任務時，對各個計算節點任務的分配和控制，進行多載波或MIMO LTE信號解調的大規模并行計算。

作為本發明再進一步的方案：所述接口模塊是運行在云平臺主控節點主機內IIS中的Web應用程序，所述Web應用程序包括兩個可調用的接口：

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

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

接口1)進行解調參數設置，其中請求參數params為當前用戶在軟件UI界面上設置的LTE解調參數映射成的JSON字符串；

接口2)上傳被解調的IQ數據；調用該請求時，以POST方式將IQ數據以二進制字節流的方式提交到Web應用程序中；Web應用程序接收到IQ數據后，將IQ數據傳遞和用戶參數一并發送給控制模塊處理和解調，解調完成后接收控制模塊返回的接收結果，然后在這個接口中以HTTP應答的方式，將解調結果返回給無線通信信號分析儀軟件。

作為本發明再進一步的方案：控制模塊對云平臺各個計算節點進行并行任務分配和計算結果的匯總；控制模塊內部有一個用于管理協調計算節點的共享池，共享池中注冊了通過TCP/IP連接到主控節點的各個計算節點的地址信息，并記錄了每個計算節點的運行或空閑狀態；當控制模塊接收到IQ數據和用戶參數時，若當前解調的無線通信信號為單載波信號，則從池中選擇一個空閑的計算節點，把IQ數據和用戶參數發送給該計算節點執行解調；若當前解調的無線通信信號為多載波信號，則首先執行分波處理，然后將各單載波的IQ數據和用戶參數選擇多個空閑的計算節點，將每個單載波的解調任務分配到各個計算節點并行執行，當各個計算節點執行完成后，再將執行的結果匯總起來，返回給接口模塊。

作為本發明再進一步的方案：所述解調模塊進行無線通信信號解調算法邏輯，解調模塊是運行在云平臺的計算節點，解調模塊的算法邏輯包括信號同步、獲得小區物理ID號、估算幀開始位，控制信道解析、共享信道解析、解析出用戶所需的信息、無線通信各個信道的分析生成解調結果。

作為本發明再進一步的方案：所述無線通信信號分析儀對無線通信信號進行分析和測量，射頻信號經射頻電路處理后轉換成數字信號并傳輸給基帶板；所述基帶板包括FPGA，FPGA實現對射頻電路的控制，并將數字信號傳輸給工控計算機；工控計算機控制運行無線通信信號分析儀軟件。

作為本發明再進一步的方案：所述無線通信信號分析軟件對基帶板和射頻電路進行控制，接收用戶輸入的各種測量參數，將無線通信信號由射頻電路轉換后，經基帶板傳送來的IQ數據發送給云平臺進行云計算，并將計算結果輸出。

作為本發明再進一步的方案：所述無線通信信號分析軟件為LTE信號分析軟件。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

該基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統設計合理，將云計算技術引入到傳統的無線通信信號分析系統設計中，把無線通信信號解調算法通過云計算來實現，從而解決無線通信信號分析儀中工控計算機性能擴展困難、效率低的問題；充分利用云平臺可擴展和彈性，利用云計算的大數據并行計算特性，將多個載波信號解調進行并行計算，以達到提升系統運行效率的目的；另外，將解調算法邏輯以云服務的方式與無線通信信號分析軟件分開部署時，可以提高整個信號分析系統在體系結構上的靈活度，對整個系統的升級、改造帶來便捷之處。

附圖說明

圖1為基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統的結構示意圖。

圖2為傳統的無線通信信號分析系統和基于云計算技術的LTE信號分析系統所消耗時間評估對比示意圖。

圖3為無線通信信號分析儀射頻電路的結構示意圖。

圖4為無線通信信號分析軟件應用程序的體系結構圖。

圖5為無線通信信號解調云服務的體系結構圖。

其中：1-云平臺；2-無線通信信號調解云服務；3-解調模塊；4-控制模塊；5-接口模塊；6-無線通信信號分析儀；7-工控計算機；8-無線通信信號分析軟件；9-用戶界面層；10-應用程序管理層；11-驅動層；12-基帶板；13-射頻電路。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-5，一種基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統，包括云平臺1和無線通信信號分析儀6，所述云平臺1通過網絡與無線通信信號分析儀6通訊連接；

云平臺1可以理解為提供云計算的IT資源，相對于無線通信信號分析儀6而言，是通過計算機網絡云端提供計算、存儲的環境，云平臺1可以選擇商用公共云，目前業界成熟的公共云平臺有阿里云、百度云和亞馬遜等品牌，只要支付一定的費用，就可以在較成熟的云平臺上部署無線通信信號解調云服務模塊，其好處是不需要去關心具體底層硬件的實現細節；云平臺1也可以選擇搭建私有云，其優勢在于可以利用高速的局域網絡進行數據的傳輸，突破公共互聯網接入帶寬限制；本實施例以私有云作為云計算平臺，該私有云建立在千兆局域網環境下，所述私有云設置有數臺PC Server作為運算主機，所述運算主機中有一臺主機為主控節點，其余數臺主機為計算節點，且主控節點和計算節點以集群技術相連接，主控節點設置有Web服務器、無線通信信號解調云服務2，主控節點負責與終端即無線通信信號分析儀6進行數據通信，并協調多批量運算任務時，對各個計算節點任務的分配和控制，實現多載波或MIMO LTE信號解調的大規模并行計算；

所述云平臺1設置有無線通信信號調解云服務2，無線信號解調云服務2部署在云平臺1中，是負責進行無線通信信號解調的服務組件，所述無線信號解調云服務2包括被無線通信信號分析軟件8調用的接口模塊5，在私有云集群內協調各個計算節點分配并行計算任務的控制模塊4，實現信號同步、獲得小區物理ID號、控制信道解析、共享信道解析、用戶信息解析以及各信道的分析算法邏輯的解調模塊3；

接口模塊5在體現形式上是一個運行在云平臺1中主控節點主機內IIS中的Web應用程序，采用C#和ASP.Net語言開發；所述Web應用程序以標準HTTP URL提供兩個可供調用的接口：

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

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

其中，hostname是指云平臺1中主控節點的IP地址。

第一個URL為無線通信信號分析軟件8提供解調參數設置功能，其中請求參數params為當前用戶在軟件UI界面上設置的LTE解調參數映射成的JSON字符串。該字符串包含了LTE測量帶寬、上下行方向、雙工模式、ETM格式、小區ID以及解碼格式等一系列影響到解調邏輯處理過程的參數；

第二個URL為無線通信信號分析軟件8提供上傳被解調的IQ數據的功能。調用該請求時，需要以POST方式，將IQ數據以二進制字節流的方式提交到Web應用程序中。Web應用程序接收到IQ數據后，將IQ數據傳遞和用戶參數一并發送給控制模塊4處理和解調，解調完成后接收控制模塊4返回的接收結果，然后在這個接口中以HTTP應答的方式，將解調結果返回給無線通信信號分析儀軟件8；

無線通信信號解調云服務2的控制模塊4負責實現云平臺1各個計算節點的并行任務分配和計算結果的匯總。控制模塊4內部有一個用于管理協調計算節點的共享池，共享池中注冊了通過TCP/IP連接到主控節點的各個計算節點的地址信息，并記錄了每個計算節點的運行或空閑狀態。當控制模塊接收到IQ數據和用戶參數時，如果當前解調的無線通信信號為單載波信號，則從池中選擇一個空閑的計算節點，把IQ數據和用戶參數發送給該計算節點執行解調；如果當前解調的無線通信信號為多載波信號，則首先執行分波處理，然后將各單載波的IQ數據和用戶參數選擇多個空閑的計算節點，將每個單載波的解調任務分配到各個計算節點并行執行，當各個計算節點執行完成后，再將執行的結果匯總起來，返回給接口模塊5。

無線通信信號解調云服務2的解調模塊3，是實現無線通信信號解調算法邏輯的應用程序，是運行在云平臺1的計算節點。解調模塊3的算法邏輯由無線通信信號解調一系列的過程構成，包括信號同步、獲得小區物理ID號、估算幀開始位，控制信道解析、共享信道解析、解析出用戶所需的信息、無線通信各個信道的分析生成解調結果。解調模塊的輸出內容包括各個信道的EVM值、功率值、調制信息、頻譜資源映射圖、星座圖、頻譜圖等信息。

所述無線通信信號分析儀6通過網絡與無線信號解調云服務2通信連接，無線通信信號分析儀6是針對無線通信信號進行分析和測量的儀器，無線通信信號分析儀6包括工控計算機7、基帶板12和射頻電路13，所述射頻電路13包括衰減器、預置放大器、混頻器、增溢放大器和模數轉換器，射頻信號經射頻電路13的各個部分處理后轉換成數字信號傳輸給基帶板12，所述基帶板12包括FPGA，FPGA實現對射頻電路13的各個部分控制，并將數字信號傳輸給工控計算機7，工控計算機7內置無線通信信號分析軟件8，工控計算機7安裝Microsoft Windows 7作為操作系統，工控計算機7運行無線通信信號分析儀軟件8；

無線通信信號分析軟件8是運行在無線通信信號分析儀6的工控計算機中的應用軟件，其功能主要是對基帶板12和射頻電路13進行控制，接收用戶輸入的各種測量參數，將無線通信信號由射頻電路13轉換后，經基帶板12傳送來的IQ數據發送給云平臺1進行云計算，并將計算結果輸出，無線通信信號分析軟件8包括用戶界面層9、應用程序管理層10、驅動層11，所述無線通信信號分析軟件8為LTE信號分析軟件；無線通信信號分析儀軟件8主要包括基于DotNet Framework平臺用C#編程語言開發的的Windows Form應用程序，該程序從邏輯上可以劃分三個層次：用戶界面層9、應用程序管理層10、驅動層11；驅動層11的作用是屏蔽硬件的操作細節，使得對實際硬件(基帶板12或射頻電路13)發送命令，從FPGA讀取采集的信號數據；應用程序管理層10主要用以實現程序的框架內核，存儲應用程序運行狀態，對異常進行處理，保存用戶參數、管理各種功能插件；用戶界面層9負責提供應用程序窗口，實現用戶命令的輸入，信號測量與分析結果的輸出。

圖2可以看出，本發明中的基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統與傳統無線通信信號分析系統相比，運行效率上有明顯的提升。執行無線通信信號分析的時間主要消耗在對信號的解調過程；當信號采用載波聚合或MIMO多天線時，需要在無線通信信號分析儀6中工控計算機7的有限資源內，對每路載波信號逐個執行解調，這樣，整個信號分析過程所需的時間會隨著載波數而呈倍數增長；而采用云計算技術的無線通信信號分析過程，將信號解調過程放在云平臺1中執行，整個信號分析時所消耗的時間并不會隨著載波數和天線數等規模增加呈明顯的增長。基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統充分利用云平臺1的可擴展性和彈性，利用云計算的大數據并行計算特性，將多個載波信號解調進行并行計算，以達到提升系統運行效率的目的。另外，將解調算法邏輯以云服務的方式與無線通信信號分析儀6分開部署時，可以提高整個信號分析系統在體系結構上的靈活度，對整個系統的升級、改造帶來便捷之處。

本發明的工作原理是：以私有云作為云計算平臺，該私有云建立在千兆局域網環境下，包括數臺PC Server作為運算主機，主控節點和計算節點以集群技術相連接，其中一臺主機為主控節點，其余數臺主機為計算節點，主控節點部署Web服務器，部署無線通信信號解調云服務2，負責與終端即無線通信信號分析儀6進行數據通信，并協調多批量運算任務時，對各個計算節點任務的分配和控制，實現多載波或MIMO LTE信號解調的大規模并行計算。無線通信信號解調云服務的控制模塊4負責實現云平臺1各個計算節點的并行任務分配和計算結果的匯總；控制模塊4內部有一個用于管理協調計算節點的共享池，共享池中注冊了通過TCP/IP連接到主控節點的各個計算節點的地址信息，并記錄了每個計算節點的運行或空閑狀態；當控制模塊4接收到IQ數據和用戶參數時，如果當前解調的無線通信信號為單載波信號，則從池中選擇一個空閑的計算節點，把IQ數據和用戶參數發送給該計算節點執行解調；如果當前解調的無線通信信號為多載波信號，則首先執行分波處理，然后將各單載波的IQ數據和用戶參數選擇多個空閑的計算節點，將每個單載波的解調任務分配到各個計算節點并行執行，當各個計算節點執行完成后，再將執行的結果匯總起來，返回給接口模塊5。無線通信信號解調云服務2的解調模塊3，是實現無線通信信號解調算法邏輯的應用程序，是運行在云平臺1的計算節點。解調模塊3的算法邏輯由無線通信信號解調一系列的過程構成，包括信號同步、獲得小區物理ID號、估算幀開始位，控制信道解析、共享信道解析、解析出用戶所需的信息、無線通信各個信道的分析生成解調結果；解調模塊的輸出內容包括各個信道的EVM值、功率值、調制信息、頻譜資源映射圖、星座圖、頻譜圖等信息。無線通信信號分析軟件8是運行在無線通信信號分析儀6的工控計算機7中的應用軟件，其功能主要是對基帶板12和射頻電路13進行控制，接收用戶輸入的各種測量參數，將無線通信信號由射頻電路13轉換后，經基帶板12傳送來的IQ數據發送給云平臺1進行云計算，并將計算結果輸出。

該基于云計算技術的無線通信信號分析測量系統設計合理，將云計算技術引入到傳統的無線通信信號分析系統設計中，把無線通信信號解調算法通過云計算來實現，從而解決無線通信信號分析儀6中工控計算機7性能擴展困難、效率低的問題；充分利用云平臺可擴展和彈性，利用云計算的大數據并行計算特性，將多個載波信號解調進行并行計算，以達到提升系統運行效率的目的；另外，將解調算法邏輯以云服務的方式與無線通信信號分析軟件8分開部署時，可以提高整個信號分析系統在體系結構上的靈活度，對整個系統的升級、改造帶來便捷之處。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。