新型擴頻數(shù)傳作弊信號檢測

江飛 楊民 祝宏志

摘要：隨著考試作弊現(xiàn)象越來越復雜，各種新的作弊手段、工具越來越多，防范和打擊利用無線電設備考試作弊工作涉及諸多方面，如何在有限的考試時間內(nèi)查找、取證、阻止多起作弊信號，如何克服相關管理法規(guī)的局限和執(zhí)法人員不足，依法處置考試作弊案件，都對無線電管理機構提出了更高的要求。針對現(xiàn)有基于LoRa 技術的新型作弊信號，該文以 SX1276 發(fā)射器產(chǎn)生的LoRa信號為例，根據(jù)LoRa信號的相位頻率特征提出了一種新的檢測算法，并對檢測效果進行了仿真分析。

關鍵詞：LoRa;作弊信號;SX1276

中圖分類號：TN914文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2018）06-0123-02

Detection of new Frequency Spread Signal

JIANG Fei*， YANg Min， ZHU Hongzhi

（Tongfang Electronic Technology Co.， Ltd. Radio Signal Processing Jiangxi Jiujiang 332000， China）

Abstract： With the increasing complexity of cheating in exams and the increasing number of new methods and tools for cheating， there are many aspects to preventing and combating cheating on radio equipment exams. How to find， collect and block in limited examination time There are many signs of cheating， how to overcome the limitations of relevant management regulations and the shortage of law enforcement personnel， and the handling of examination cheating cases according to law have put forward higher requirements for radio regulatory agencies. Aiming at the new type of cheating signal based on LoRa technology， this paper takes the LoRa signal generated by SX1276 transmitter as an example， and proposes a new detection algorithm based on the phase frequency characteristics of LoRa signal， and simulates the detection effect.

keyword：LoRa;Cheating signals;SX1276

引用：江飛， 楊民， 祝宏志. 新型擴頻數(shù)傳作弊信號檢測[J]. 數(shù)碼設計， 2018， 7（6）： 123-123.

Cite：JIANG Fei， YANg Min， ZHU Hongzhi. Detection of new Frequency Spread Signal[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 123-123.

引言

隨著考試作弊現(xiàn)象越來越復雜，各種新的作弊手段、工具越來越多，防范和打擊利用無線電設備考試作弊工作涉及諸多方面，如何在有限的考試時間內(nèi)查找、取證、阻止多起作弊信號，如何克服相關管理法規(guī)的局限和執(zhí)法人員不足，依法處置考試作弊案件，都對無線電管理機構提出了更高的要求。

目前在考場監(jiān)測中，監(jiān)測人員采用頻段掃描手段發(fā)現(xiàn)作弊信號，然后對作弊信號進行識別，根據(jù)識別出的信號類型，調(diào)用相應的類型信號解碼庫或信號壓制庫（對于同一種信號，不同類型信號的壓制效果是不同的），從而達到阻斷作弊信號的目的。本文試圖對基于LoRa 技術的新型作弊信號的檢測方法進行探討。

1? LoRa信號簡介

LoRa是一個基于無線調(diào)制的無線網(wǎng)絡標準的線性調(diào)頻擴頻信號，線性調(diào)頻擴頻使用完整的帶寬傳輸信號，頻率從最低到最高變化過程是正斜率過程，反之是負斜率過程。LoRa線性調(diào)頻使用三種不同的帶寬，分別為125KHz，250KHz，500KHz，在進行信號調(diào)制時，應根據(jù)數(shù)據(jù)速率和信道條件不同選擇不同正交傳播系數(shù)（即擴頻因子），擴頻因子和數(shù)據(jù)速率的關系如下：

（1）

其中Rs為符號速率，BW為帶寬，SF為擴頻因子。

LoRa信號的數(shù)據(jù)包主要由前導碼、可選包頭及有效數(shù)據(jù)組成，其中前導碼用于保持接收機與輸入的數(shù)據(jù)流的同步，由于前導具有較強的規(guī)律性，因此可以利用前導碼實現(xiàn)LoRa 信號的檢測，LoRa信號的頻譜圖如下圖所示。

從圖1中看出，信號頻譜圖前面一部分序列的具有規(guī)律性，即為信號的前導碼，根據(jù)頻率求出的正斜率與負斜率的絕對值相同，對信號的瞬時頻率進行差分運算后，在正斜率與負斜率的交互處會產(chǎn)生峰值，下面將對這個過程進行詳細分析。

2? 信號瞬時頻率參數(shù)

設接收機接收到的復信號為：

（2）

則此信號的瞬時相位為：

（3）

根據(jù)（3）式可求得瞬時頻率為

（4）

對上式說明：瞬時相位是根據(jù)截獲信號的解析式計算出來的，所以瞬時相位的計算對實際信號解析式的實部和虛部的非零值的誤差相當敏感，計算誤差可能將這些小值的極性反轉，因此，必須為截獲信號解析式的實部和虛部規(guī)定一個實際零值，在Matlab語言里，可以設定一個極小正值或極小負值來完成。

相位的定義范圍[0，2π]，當相位的真值超過此范圍時，需要進行模2π運算，但是這樣計算的相位序列會造成相位卷疊，載波頻率引起的線性相位分量是造成相位卷疊的主要原因，因此，必須對相位序列實施去卷疊的運算，給相位序列，加上如下的校正相位序列：

（5）

初始值=0，去卷疊后的相位序列為：

（6）

3? 仿真分析及結論

Lora信號的帶寬為125KHz，擴頻因子為12，信噪比為30dB、8dB、0dB時的瞬時頻率差。

瞬時頻率差分后會出現(xiàn)等間隔的峰值，間隔為13=87-74=100-87;隨著信噪比的降低，峰值間的間隔越來越不均衡，因此檢測概率也會越來越低;在實際的測量過程中，當信噪比大于等于8dB識別準確率達到90%以上。

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