CN113950092B - 一种数据采集方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种数据采集方法和系统，包括：控制存储模块，用于向预采集模块发送第一触发请求；预采集模块，用于根据第一触发请求，向网络设备发送触发信号，触发信号用于指示网络设备发送参考信号，接收网络设备发送的参考信号，并获取参考信号的网络参数，向控制存储模块发送网络参数；控制存储模块，还用于向盲采集模块发送第二触发请求，第二触发请求包括网络参数；盲采集模块，用于根据网络参数，接收网络设备发送的信道数据，向控制存储模块发送信道数据；控制存储模块，还用于接收后处理模块发送的处理请求消息；后处理模块，用于对网络参数和信道数据进行处理。采用本申请实施例，节省功耗，提高采集效率。

Description

一种数据采集方法和系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据采集方法和系统。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)的发展，高铁5G也开始快速部署起来。现阶段国内已有沪宁、广深港、京张、鲁南等高铁线路开始部署5G专网。在传统的实验网下，南北纵横各类地形(平原、山区、隧道、丘陵、水域等)的不同，高铁信道模型误差会很大，无法准确评估终端设备在高铁上的用户体验。5G高铁外场测试需要跟随列车运行，测试场景一呼而过，测试可复现性极低，通信问题难以定位。因此需要5G高铁信道仿真测试，将5G高铁信道环境搬进实验室，提高测试效率、降低测试成本。

目前业界主流的信道采集设备是R&S(Rohde&Schwarz)、NI(NationalInstruments)等会公司设计的信道测深仪(channel sounder)及扫频仪等设备。信道测深仪是自发自收的机制，难以采集商用网络信道信息。扫频仪通过大带宽内的扫频机制，获取信道的幅频特性，但是难以获取信道的角度、时延等信息，导致采集效率不高。

发明内容

本申请实施例提供一种数据采集方法和系统，节省了功耗，提高采集效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种数据采集系统，包括：控制存储模块，用于向预采集模块发送第一触发请求；预采集模块，用于根据第一触发请求，向网络设备发送触发信号，触发信号用于指示网络设备发送参考信号，接收网络设备发送的参考信号，并获取参考信号的网络参数，向控制存储模块发送网络参数；控制存储模块，还用于向盲采集模块发送第二触发请求，第二触发请求包括网络参数；盲采集模块，用于根据网络参数，接收网络设备发送的信道数据，向控制存储模块发送信道数据；控制存储模块，还用于接收后处理模块发送的处理请求消息，向后处理模块发送网络参数和信道数据；后处理模块，用于对网络参数和信道数据进行处理。

通过预采集模块(包括modem天线)和盲采集模块(包括全向天线)构成混合阵列天线，降低了设备功耗，减少设备数量，便携性高，提高了高铁信道数据的采集的效率。通过混合阵列天线估计高铁信道数据的Delay、Doppler及角度域特征参数，解决了高铁场景下阵列天线遍历时间超出相干时间限制的问题，实现了角度域特征参数的估计。并且，可以在实验室完成终端设备的高铁信道仿真测试，成本低、效率高、可复现性强，从而更容易发现终端设备的通信问题、定位问题并解决问题，提升终端设备的通信性能。

在一种可能的设计中，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。通过网络参数确定盲采集模块的工作模式，提高采集效率。

在另一种可能的设计中，所述后处理模块，还用于根据所述网络参数生成原始参考信号，根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。降低无效数据的采集，降低采集数据量，提高数据处理效率。

在另一种可能的设计中，所述预采集模块包括调制解调天线，所述盲采集模块包括仪表天线。通过modem天线和仪表天线进行数据采集，降低了设备功耗，减少设备数量，便携性高，提高了高铁信道数据的采集的效率。

在另一种可能的设计中，所述调制解调天线和所述仪表天线组合成一个天线阵列设置在天线面板上。通过混合阵列天线估计高铁信道数据的Delay、Doppler及角度域特征参数，解决了高铁场景下阵列天线遍历时间超出相干时间限制的问题，实现了角度域特征参数的估计

在另一种可能的设计中，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距可调。通过调整天线阵子之间的间距，满足不同采集需求。

在另一种可能的设计中，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距为天线载波的波长的一半。通过载波频段设置天线阵子，并按照载波的波长设置天线阵子之间的间距，提高了混合阵列天线数据采集的效率。

在另一种可能的设计中，所述调制解调天线和所述仪表天线通过预设的定时开关进行打开或关闭。通过定时开关实现调制解调天线和仪表天线的同步采集，保障信道数据估计的准确性。

在另一种可能的设计中，所述调制解调天线向所述仪表天线输出时钟信号，所述时钟信号用于所述仪表天线与所述调制解调天线同步采集。通过时钟信号触发仪表天线与调制解调天线同步采集，保障信道数据估计的准确性。

在另一种可能的设计中，所述控制存储模块，还用于存储所述网络参数和所述信道数据；所述后处理模块，还用于对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。通过先存储后解调的方式，减少数据的溢出。

在另一种可能的设计中，所述控制存储模块包括缓存区和磁盘，所述控制存储模块，还用于将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入所述缓存区，经过所述缓存区后写入所述磁盘，通过写入缓存区，减少数据的溢出。

在另一种可能的设计中，通过混合阵列天线可以采集两类数据：基础信道特征数据与角度域特征数据。基础信道特征数据(例如Delay、Doppler等参数)由仪表天线采集的信道数据估计得到。角度域信道特征数据(例如角度域参数)可以由modem天线采集的信道数据估计得到，modem天线仅用于辅助估计角度域参数，采集到的其他信息可丢弃。这样实现了角度域参数的估计，减少了数据采集量，保障设备的便携性。

在另一种可能的设计中，通过混合阵列天线估计得到信道角度域特征参数，也可以通过混合阵列天线采集到的信道数据统一估计得到角度域、Delay、Doppler等信道特征参数。

在另一种可能的设计中，所述预采集模块为终端设备。

在另一种可能的设计中，所述盲采集模块为具有全向天线的通用软件无线电外设USRP。

第二方面，本申请实施例提供了一种数据采集方法，包括：通过modem天线向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号；通过modem天线接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数；根据所述网络参数，通过仪表天线接收所述网络设备发送的信道数据；对所述网络参数和所述信道数据进行处理。通过modem天线包括全向天线构成混合阵列天线，降低了设备功耗，减少设备数量，便携性高，提高了高铁信道数据的采集的效率。通过混合阵列天线估计高铁信道数据的Delay、Doppler及角度域特征参数，解决了高铁场景下阵列天线遍历时间超出相干时间限制的问题，实现了角度域特征参数的估计。

在另一种可能的设计中，根据所述网络参数生成原始参考信号；根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。降低无效数据的采集，降低采集数据量，提高数据处理效率。

在另一种可能的设计中，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。通过网络参数确定仪表天线的工作模式，提高采集效率。

在另一种可能的设计中，对所述网络参数和所述信道数据进行存储，对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。通过先存储后解调的方式，减少数据的溢出。

在另一种可能的设计中，对所述网络参数和所述信道数据进行解调，将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入缓存区。通过写入缓存区，减少数据的溢出。

第三方面，本申请实施例提供了一种数据采集设备，该数据采集设备包括：处理器、存储器和通信总线，其中，通信总线用于实现处理器和存储器之间连接通信，处理器执行存储器中存储的程序用于实现上述第一方面的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。

第六方面，本申请实施例提供了一种芯片，包括处理器，用于从存储器中调用并运行存储器中存储的指令，使得安装有芯片的设备执行上述任一方面的方法。

第七方面，本申请实施例提供另一种芯片，包括：输入接口、输出接口、处理器，可选的，还包括存储器，输入接口、输出接口、处理器以及存储器之间通过内部连接通路相连，处理器用于执行存储器中的代码，当代码被执行时，处理器用于执行上述任一方面中的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本申请提供的一种高铁信号或地铁信号的示意图；

图2是本申请提供的一种MIMO流数的示意图；

图3是本申请提供的一种仪表天线的示意图；

图4是是本申请提供的一种数据存储的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种数据采集系统的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种存储方式的示意图；

图7是本申请实施例提供的另一种存储方式的示意图；

图8是本申请实施例提供的一种联合角度估计方法的示意图；

图9是本申请实施例提供的一种天线面板的示意图；

图10是本申请实施例提供的另一种天线面板的示意图；

图11是本申请实施例提供的一种同步方法的流程示意图；

图12是本申请实施例提供的一种数据采集方法的流程示意图；

图13是本申请实施例提出的一种数据采集设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

如图1所示，图1是本申请提供的一种高铁信号或地铁信号的示意图。终端设备(user equipment，UE)的天线固定，对于高铁信号或地铁信号，基站分布在铁轨的两侧，终端设备始终存在信号弱区。基站一般采用支持4流的8天线技术，但是终端下行多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)流数无法达到设计预期，其主要原因是MIMO流数不足，大部分时间只有1～2流，很难实现3～4流满秩多流接收，严重影响了终端的5G峰值性能。如图2所示，图2是本申请提供的一种MIMO流数的示意图。5G高铁上UE MIMO流数大部分时间都在1～2流之间，无法达到设计的4流峰值。其原因在于，高铁信道估计设计时采用的信道模型参数是理论推导的固定值与真实网络环境下的复杂高铁信道特征不匹配，UE无法灵活调整信道估计算法。

5G高铁信道采集面临主要问题：

(1)与4G的小区参考信号(cell reference signal，CRS)可以被小区覆盖范围内的设备都接收不同，5G信道全带宽参考信号被隐藏，不再是小区级而是用户级，针对每个用户独立分配，只有存在用户业务时基站才会发送参考信号，传统的信道测深仪和扫频仪都无法获取到5G的全带宽参考信号，无法实现信道特征采集。

(2)在高铁特殊场景下，对仪表的大小、功耗有严格要求。如果仪表的太大则无法通过安检，或者如果功耗超过高铁座位供电能力，则采集设备无法运行。传统的信道测深仪体积过大、且功耗过高，无法在高铁场景中正常使用。扫频仪则采集性能差，无法采集到需要信道大小尺度衰落信道特征。

(3)当前的采集设备使用的天线或天线阵列都是固定的结构(天线数量，天线阵子间距)，对于不同的频段或者采集参数需求(例如时延、3D空间来波角度)无法很好的满足需求。如图3所示，图3是本申请提供的一种仪表天线的示意图。仪表上只有两根天线(天线口#1、天线口#2)，由于仪表天线数量有限，在波束方向上，不足以支撑来波方向角度采集。虽然设置更多的天线会带来信道参数采集精度的提升，同样也会带来体积和功耗的增加，造成高铁供电或安检超标。

(4)信号来波角度的信息采集以及高铁速度过快导致天线阵列遍历时间超出相干时间限制，采集数据有效性和完整性无法得到及时确认，需要采集完之后离线确认。导致采集效率低，并且成本高。

(5)便携型存储设备稳定写入速率有限，而支持高速率写入的磁盘阵列，由于体积太大和功耗太高无法应用与高铁采集场景。例如，如图4所示，图4是是本申请提供的一种数据存储的示意图。天线数据经过采集设备后解调为I数据流和Q数据流，输入存储设备。由于磁盘写入速度为800Mbyte，而I数据流和Q数据流均为800Mbyte，因此需要1.6GB的吞吐，显然丢失数据，造成采集失效。

信道估计局限于UE或仪表自身软硬件能力。只能读取本身天线采集的信道数据。天线频段、数量、阵子间距都是固定的，只能使用波长不匹配的天线对跨频段的信号测量采集，导致性能降低，有时甚至无法采集。通过设备本身的能力进行实时估计，没有检查和纠错能力。并且采用参数固定的理想信道模型，而实际网络环境复杂多变，信道估计和算法没有完全匹配，因此UE在实际网络环境中的性能和理论性能始终存在差距。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了如下解决方案。

如图5所示，图5是本申请实施例提供的一种数据采集系统的结构示意图。该数据采集系统至少包括预采集模块501、盲采集模块503、控制存储模块502和后处理模块504，其中：

控制存储模块502，用于向所述预采集模块发送第一触发请求。

其中，第一触发请求可以包括采集启动时间、数据下载服务器IP、文件名自己持续时间等。第一触发请求可以为预采集请求消息。

预采集模块501，用于根据所述第一触发请求，向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号，接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数，向控制存储模块502发送所述网络参数。

具体的，预采集模块501接收到第一触发请求之后，预采集模块501接入目标场景的5G小区，发送触发信号，该触发信号用于发起5G业务(如数据下行灌包业务)，基站接收到触发信号之后，向预采集模块501发送用户级的全频参考信号，预采集模块501接收到全频参考信号之后，通过调制解调器(modem)和客户识别模块卡(subscriber identitymodule，SIM)解调解密获取网络参数。并向控制存储模块502发送预采集触发响应，所述预采集触发响应包括所述网络参数。可选的，预采集触发响应还可以包括5G业务触发信息。该5G业务触发信息用于指示5G业务是否触发成功。

控制存储模块502，还用于向所述盲采集模块发送第二触发请求，所述第二触发请求包括所述网络参数。

可选的，控制存储模块502可以根据信道采集需求，从预采集模块501传输的网络参数中获取关键网络参数关键网络，并确定当前5G网络环境下的小区的载频和频宽。其中，第二触发请求可以包括小区的载频、频宽以及线阵列遍历周期中的至少一项。第二触发请求可以为采集触发请求消息。

盲采集模块503，用于根据所述网络参数，接收所述网络设备发送的信道数据，向所述控制存储模块发送所述信道数据。

具体的，盲采集模块503可以根据的小区的载频、频宽、采集时间或天线阵列遍历周期等配置信息，确定工作模式来采集信道数据。可选的，盲采集模块503可以发起5G业务(如数据下载)，触发基站下发5G信号，从5G信号中解调解密的网络参数，并向控制存储模块502发送网络参数。其中，盲采集模块503与预采集模块501相邻放置，使得两个模块能够接收到相同的5G信号。

可选的，盲采集模块503可以向控制存储模块502发送采集配置响应消息，采集配置响应消息可以包括第一指示信息，该第一指示信息用于指示网络参数是否配置成功。可选的。采集配置响应消息可以包括第二指示信息，该第二指示信息用于指示信道数据采集设备是否正常工作。

控制存储模块502，还用于接收所述后处理模块发送的处理请求消息，向所述后处理模块发送所述网络参数和所述信道数据。

可选的，控制存储模块502对信道数据和网络参数进存储。具体包括以下两种存储方式：

第一种可选方式，控制存储模块502接收到信道数据和网络参数之后，不直接对信道数据和网络参数进行解调，而是先对信道数据和网络参数进行存储，然后对信道数据和网络参数进行存储。如图6所示，图6是本申请实施例提供的一种存储方式的示意图。将解调模块后置，直接将信道数据输入存储设备，存盘后再通过后续解调处理，获取I数据流和Q数据流。这样可以节省50％数据量。

第二种可选方式，可以在控制存储模块中创建缓存区，控制存储模块可以将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入所述缓存区，经过所述缓存区后写入磁盘。如图7所示，图7是本申请实施例提供的另一种存储方式的示意图。如果控制存储模块的内存大于预设阈值，可以在内存中创建一个缓存区，采集到的信道数据和网络参数经过解调后得到I数据流和Q数据流，先将I数据流和Q数据流写入缓存区，然后再写入磁盘。

后处理模块504，用于对所述网络参数和所述信道数据进行处理。

可选的，后处理模块504可以向控制存储模块502发送处理请求消息，控制存储模块502接收到处理请求消息，选择相应的采集数据和网络参数，将选取的采集数据和网络参数传递给后处理模块504。

可选的，后处理模块504可以根据网络参数生成原始参考信号，然后根据原始参考信号，从信道数据中获取目标符号的采集数据，并对采集数据进行处理。可选的，后处理模块504可以验证采集数据的有效性，向控制存储模块返回验证结果。

需要说明的是，5G信道数据采集模式包括2种，即超周期采集模式和精准同步采集模式。超周期采集模式，是指在远大于参考信号持续时间的时长范围内，盲采集模块503采集所有的5G实际网络环境中的数据；然后根据预采集模块501接收的网络参数，后处理模块504完成对参考信号的精准提取，以便对信道数据进行提取。精准同步采集模式，结合预采集模块501和控制存储模块502的指示下，盲采集模块503与基站实现时间同步，按照参考信号发送周期启动5G实际网络环境下的数据采集，大大降低无效数据的采集，降低采集数据量，提高后处理效率。超周期采集的优势是对时间同步要求低，采集实现简单，缺点是数据采集量大，对存储性能要求高，需要后处理模块504提取特定参考信号的信道数据。精准同步采集的优点是，无效数据极大降低，不需要大规模存储磁盘，且提取参考信号的信道数据的效率高；缺点是对系统同步性能要求高，需要较为复杂的同步时间算法。

可选的，所述预采集模块包括调制解调天线，所述盲采集模块包括仪表天线。所述调制解调天线和所述仪表天线组合成一个天线阵列设置在天线面板上。

可选的，预采集模块501可以为终端设备UE，具有modem天线，例如手机。盲采集模块503为采集仪表，具有全向的仪表天线或可调独立小天线，例如通用软件无线电外设(universal software radio peripheral，USRP)。控制存储模块502和后处理模块504的功能可以由笔记本电脑完成。高铁专网基站最多8T，对角度域参数要求不高，可以使用1台USRP来采集信道数据，不需要使用时钟源同步。可以采用全向天线阵列替代高精度阵列天线，无需天线切换开关。笔记本电脑内置高性能固态移动硬盘替代磁盘阵列，实现超高速数据流(例如800MB/s)存储能力。

需要说明的是，对于不同的算法，估计信道角度域参数所需天线数目也不同，一般最少需要4根天线，天线越多角度域参数估计精度越高。100MHz带宽的仪表一般只有2根天线(通道数有限)能够满足时延估计和多普勒估计，但无法估计来波角度，而增加通道又会造成体积过大无法通过安检带上列车等受限场景以及功耗过高无法在实际网络环境中使用。传统的仪表采集方式只能读取自己的天线数据，而天线数量受仪表接收通道数制约是个固定值无法灵活调整应对各类场景，同时天线的数量制约了采集数据的流量，数据太多会造成数据无法及时写入存储器，造成溢出丢失。现有高铁信道数据的采集仪表可以估计时延、多普勒等参数，但是不能估计角度域参数，需要增加天线来计算角度参数。

通过混合阵列天线可以采集两类数据：基础信道特征数据与角度域特征数据。其中，基础信道特征数据(例如Delay、Doppler等参数)由仪表天线采集的信道数据估计得到。角度域信道特征数据(例如角度域参数)可以由modem天线采集的信道数据估计得到，modem天线仅用于辅助估计角度域参数，采集到的其他信息可丢弃。这样实现了角度域参数的估计，又没有增加采集数据量，也能保障设备的便携性。可选的，可以通过混合阵列天线估计得到信道角度域特征参数，也可以通过混合阵列天线采集到的信道数据统一估计得到角度域、Delay、Doppler等信道特征参数。

例如，如图8所示，图8是本申请实施例提供的一种联合角度估计方法的示意图。通过仪表天线(2通道)采集得到信道数据和参考信号，通过modem天线采集得到参考信号，然后将仪表天线和modem天线采集到的数据转换成统一格式，最后结合视距(line of sigh，LOS)径估计对齐、基站天线位置、GPS位置等进行联合角度估计。

可选的，所述调制解调天线和所述仪表天线组合成一个天线阵列设置在天线面板上，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距可调。例如，如图9所示，图9是本申请实施例提供的一种天线面板的示意图。仪表天线与modem天线在同一水平面，Pz＝0。Px表示天线阵子之间的横向间距、Py表示天线阵子之间的纵向间距，Px和Py自由调节，以满足不同采集需求。

可选的，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距为天线载波的波长的一半。如图10所示，图10是本申请实施例提供的另一种天线面板的示意图。可以按照预设频段设置modem天线的位置，并通过馈线将天线信号传递给仪表天线及辅助接收设备。其中，预设频段可以为常用的多个频段。仪表天线与辅助天线在同一水平面，Pz＝0，Py表示天线阵子之间的纵向间距，Px和Py自由调节，Px＝Py＝载波半波长。

可选的，modem天线和仪表天线可以采用定时同步和相对同步方式进行同步，以便实现同步采集。对于定时同步，采用可编程天线开关，按照预设的采集周期同步打开或关闭仪表天线和modem天线。对于相对同步方式，采集仪表没有同步功能，而通过定时转发的方式实现同步。如图11所示，图11是本申请实施例提供的一种同步方法的流程示意图。首先对modem天线与基站进行同步，然后在modem天线检测到参考信号时，向仪表天线发送时钟信号，所述时钟信号用于所述仪表天线与所述调制解调天线同步采集。

通过同步机制实现完全独立不相关的设备间组合协同工作，组成混合天线阵列获取信道特征(如来波角度)。本申请的同步方式可以划分为采集同步和后处理同步。

其中，采集同步可以实现不同设备间同步开启采集记录实际网络环境中的信道数据。信道数据采集以毫秒(ms)级的时段作为一个快照，不同设备之间共同提供一致的采集窗口同步启动停止装置。包括以下几种方式：

(1)过采集，提前开启采集窗口，推迟关闭采集窗口，使用前后多次采集的数据弥补拉平不同设备间开关窗口先后造成的采集数据不同步，并通过后处理模块从采集数据中提取出不同设备采集时段一致的数据进行同步信道估计。

(2)业界对不同的设备之间同步通常采用绝对同步，不同仪表都引入统一时钟源，建立针对一个时钟源的绝对同步(如高精度时钟、GPS/北斗)，这种同步方式在实际外场中受限较多，如高精度时钟额外供电和体积，GPS/北斗在有遮挡环境无法稳定接收到卫星信号(例如建筑内或高铁地铁上)。因此提供了一种基于同步信号转发的相对同步方式，也即信号源(无线网络基站或wifi AP等)作为同步源，盲采集模块中的modem天线和无线网络同步，并向盲采集模块和控制存储模块传输同步信号。可选的，预采集模块可以向盲采集模块和控制存储模块传输开关信号。例如，采用编程波形开关信号进行控制，开启采集窗口(以及存储窗口)：1001；关闭采集窗口(以及存储窗口)：0110。编程开关信号通过简单序列控制同步，不进实现一种多级不同设备间(没有统一同步接口)的开启停止同步，而且避免了干扰波造成的开关信号误判。同时盲采集模块支持具备时间戳打印功能，可以子帧时长为单位，打印时间戳。实现盲采集模块采集到的数据可以与modem采数的时间同步，以进行数据的后处理。

(3)采集同步和有效性实时校准。预采集模块集成有modem，可以实现解调解码，获取用于信道估计的参考信号序列的周期、频域位置、序列生成方式等关键信息，将这些关键参数传输至后处理模块。盲采集模块没有参考信号解调解码，使得海量信道数据存储延迟，因此负责采集信道数据的盲采集模块不能继承modem，只能通过天线阵列接收3D空间全面的来波信号，传递给控制存储模块进行本地文件化存储，以便后处理模块通过信道估计算法提取信道特征。

后处理模块在接收到预采集模块传输的关键信道数据之后，构建本地的同步参考信号序列，并调用盲采集模块采集到信道数据，由控制存储模块保存在本地的信道数据的文件(该文件包含基站下发的参考信号)，使用本地生成的参考信号与文件中信道数据进行相关，如果可以找到相关度大于预设阈值的样本，说明采集有效。而样本相关性的差异说明了定时偏差的大小，如果定时偏差的大小超过预设门限，则需要重新同步。

(4)交换天线，对于预采集模块，modem的数量可以采用商用模块，但是由于模块支持的天线数量是有限的(比如针对3.5Ghz频段，天线限制为4根或6根)，此时可以扩展modem数量以增加modem天线的数量，实现天线阵列分辨率的提升。

其中，后处理同步可以实现精准同步，为不同设备设定同步的方式，实现信道特征同步提取。如前所述，预采集模块采集的信号和无线网络需要严格同步，同时由于具有解调解码能力，可以实现到毫秒级别的帧同步，能够精准截取出以毫米为周期单位的参考信号用作信道特征提取。

然而，盲采集模块是采用预采集模块的同步传递机制，同步精度是低于预采集模块与无线网络的，所以采用了过采集早开窗、晚关窗的粗同步方式，采集比需要的参考信号周期更长的数据。而且不具备modem解调解码能力，无法找到参考信号准确的起止位置。这样造成预采集模块和盲采集模块获取的数据无法精准同步，进而进行信道估计和信道特征提取。因此本申请提供了一种通过后处理模块对来自不同采集设备的定时精度不同的数据再次进行精准同步筛选的方法。包括：

(1)时间戳同步(精确到毫秒级)。通过对不同设备采集数据在采集时添加时间戳实现不同设备间同步。这种方式简单易行，但是如果需精准同步还是需要统一的精准时钟源，这样会增加功耗，而不同设备添加时间戳的精度差异也会引入同步误差。

(2)帧同步。后处理模块可以接收预采集模块提供的无线网络的帧同步(包括帧头位置、帧号、子帧号等)和盲采集模块未解调解码的信道数据，通过在后处理模块中增加解调解码获取参考信号的帧头、帧号和子帧号，对来自不同设备的采集数据进行精准同步。

可选的，仪表天线的通道和modem天线的通道初始相位幅度不同，需要完成通道初始状态同步，并在采集数据过程中对仪表天线的通道和modem天线的通道的同步状态进行监控和矫正。例如，采集前，modem天线和仪表天线同时采集参考信号，modem天线输出1个通道接收到的相位幅度，仪表天线以该modem天线的通道的相位幅度为参考，估计自身的2个通道与modem天线的通道的相位幅度差异。在数据接收过程中按照预设的周期检查modem天线和仪表天线的2个子模块间通道相位或幅度差异，周期性校准。

在本申请实施例中，通过预采集模块(包括modem天线)和盲采集模块(包括全向天线)构成混合阵列天线，降低了设备功耗，减少设备数量，便携性高，提高了高铁信道数据的采集的效率。通过混合阵列天线可以估计高铁信道数据的Delay、Doppler及角度域特征参数，解决了高铁场景下阵列天线遍历时间超出相干时间限制的问题，实现了角度域特征参数的估计。并且，可以在实验室完成终端设备的高铁信道仿真测试，成本低、效率高、可复现性强，从而更容易发现终端设备的通信问题、定位问题并解决问题，提升终端设备的通信性能。

如图12所示，图12是本申请实施例提供的一种数据采集方法的流程示意图。本申请实施例中的步骤至少包括：

S1201，通过modem天线向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号；

S1202，通过modem天线接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数；

S1203，根据所述网络参数，通过仪表天线接收所述网络设备发送的信道数据；

S1204，对所述网络参数和所述信道数据进行处理。

可选的，根据所述网络参数生成原始参考信号；根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。

可选的，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。

可选的，对所述网络参数和所述信道数据进行存储，对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。

可选的，对所述网络参数和所述信道数据进行解调，将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入缓存区。

上述各个步骤的具体实现方法可以参考上述实施例中预采集模块501、盲采集模块503、控制存储模块502和后处理模块504所执行的方法和步骤，此处不再赘述。

请继续参考图13，图13是本申请实施例提出的一种数据采集设备的结构示意图。如图13所示，该数据采集设备可以包括：至少一个处理器1301，至少一个通信接口1302，至少一个存储器1303和至少一个通信总线1304。可选的，通信接口1302可以包括modem天线和仪表天线，上述后处理模块504对应处理器1301，控制存储模块502对应处理器1301和存储器1303，消息控制功能由处理器1301，而数据存储功能由存储器1303实现。

其中，处理器1301可以是中央处理器单元，通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路，现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，数字信号处理器和微处理器的组合等等。通信总线1304可以是外设部件互连标准PCI总线或扩展工业标准结构EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图13中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信总线1304用于实现这些组件之间的连接通信。其中，本申请实施例中设备的通信接口1302用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。存储器1303可以包括易失性存储器，例如非挥发性动态随机存取内存(nonvolatile random access memory，NVRAM)、相变化随机存取内存(phase change RAM，PRAM)、磁阻式随机存取内存(magetoresistive RAM，MRAM)等，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、电子可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、闪存器件，例如反或闪存(NOR flash memory)或是反及闪存(NAND flash memory)、半导体器件，例如固态硬盘(solid state disk，SSD)等。存储器1303可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器1301的存储装置。存储器1303中可选的还可以存储一组程序代码。处理器1301可选的还可以执行存储器1303中所存储的程序。

通过modem天线向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号；

通过modem天线接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数；

根据所述网络参数，通过仪表天线接收所述网络设备发送的信道数据；

对所述网络参数和所述信道数据进行处理。

可选的，处理器1301还用于执行如下操作步骤：

根据所述网络参数生成原始参考信号；根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。

可选的，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。

可选的，处理器1301还用于执行如下操作步骤：

对所述网络参数和所述信道数据进行存储，对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。

可选的，处理器1301还用于执行如下操作步骤：

对所述网络参数和所述信道数据进行解调，将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入缓存区。

进一步的，处理器还可以与存储器和通信接口相配合，执行上述申请实施例中数据采集设备的操作。

本申请实施例还提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持数据采集设备以实现上述任一实施例中所涉及的功能，例如接收信道数据或处理信道数据。在一种可能的设计中，所述芯片系统还可以包括存储器，所述存储器，用于数据采集设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。

本申请实施例还提供了一种处理器，用于与存储器耦合，用于执行上述各实施例中任一实施例中涉及数据采集设备的任意方法和功能。

本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各实施例中任一实施例中涉及数据采集设备的任意方法和功能。

本申请实施例还提供了一种装置，用于执行上述各实施例中任一实施例中涉及数据采集设备的任意方法和功能。

本申请实施例还提供一种数据采集系统，该系统包括上述任一实施例中涉及的至少一个终端设备和至少一个采集仪表。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站网络设备、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站网络设备、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(SSD))等。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种数据采集系统，其特征在于，所述系统包括预采集模块、盲采集模块、控制存储模块和后处理模块，其中：

所述控制存储模块，用于向所述预采集模块发送第一触发请求；

所述预采集模块，用于根据所述第一触发请求，向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号，接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数，向所述控制存储模块发送所述网络参数；

所述控制存储模块，还用于向所述盲采集模块发送第二触发请求，所述第二触发请求包括所述网络参数；

所述盲采集模块，用于根据所述网络参数，接收所述网络设备发送的信道数据，向所述控制存储模块发送所述信道数据；

所述控制存储模块，还用于接收所述后处理模块发送的处理请求消息，向所述后处理模块发送所述网络参数和所述信道数据；

所述后处理模块，用于对所述网络参数和所述信道数据进行处理。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述后处理模块，还用于根据所述网络参数生成原始参考信号，根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述预采集模块包括调制解调天线，所述盲采集模块包括仪表天线。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述调制解调天线和所述仪表天线组合成一个可灵活配置规模和支持频率的天线阵列设置在天线面板上。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距可调。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述天线阵列中的相邻两个天线阵子之间的间距为天线载波的波长的一半。

8.如权利要求4-7所述的系统，其特征在于，所述调制解调天线和所述仪表天线通过预设的定时开关进行打开或关闭。

9.如权利要求4-7所述的系统，其特征在于，所述调制解调天线向所述仪表天线输出时钟信号，所述时钟信号用于所述仪表天线与所述调制解调天线同步采集。

10.如权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述控制存储模块，还用于存储所述网络参数和所述信道数据；所述后处理模块，还用于对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。

11.如权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述控制存储模块包括缓存区和磁盘，所述控制存储模块，还用于将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入所述缓存区，经过所述缓存区后写入所述磁盘。

12.如权利要求1-11任一项所述的系统，其特征在于，所述预采集模块为终端设备。

13.如权利要求1-12任一项所述的系统，其特征在于，所述盲采集模块为具有全向天线的通用软件无线电外设USRP。

14.一种数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：

通过modem天线向网络设备发送触发信号，所述触发信号用于指示所述网络设备发送参考信号；

通过modem天线接收所述网络设备发送的所述参考信号，并获取所述参考信号的网络参数；

根据所述网络参数，通过仪表天线接收所述网络设备发送的信道数据；

对所述网络参数和所述信道数据进行处理。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对所述网络参数和所述信道数据进行处理包括：

根据所述网络参数生成原始参考信号；

根据所述原始参考信号，获取所述信道数据中目标符号的采集数据。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述网络参数包括频域位置、频宽和天线阵列遍历周期中的至少一项。

17.如权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述网络参数和所述信道数据进行存储，对存储后的所述网络参数和所述信道数据进行解调。

18.如权利要求14-17任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述网络参数和所述信道数据进行解调，将解调后的所述网络参数和所述信道数据写入缓存区。

19.一种数据采集设备，其特征在于，包括处理器和存储器；其中，所述存储器中存储一组程序，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序，当所述程序被执行时，使得所述处理器执行如权利要求14-18中任一项所述的方法。

20.一种装置，其特征在于，所述装置包括处理器，所述处理器与存储介质耦合，当所述处理器执行存储介质中的指令时，使得所述装置执行如权利要求14-18中任一项所述的方法。

21.一种芯片，其特征在于，包括：处理器和接口，用于从存储器中调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求14-18中任一项所述的方法。

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