CN112039651A - 一种缺失信令引导时的b上行信号接收方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法及设备，涉及通信技术领域。本发明通过多维特征检测技术，在没有B的下行信号引导时，大大降低B上行突发检测虚警率，提高B上行信号检测的有效性，最终在工程上解决了侦收到B上行信号偏弱，从而无法有效识别的问题；当没有B的下行信号引导时，仍然可以有效的发现B的上行信号，避免使用高增益定向天线，同时降低了设备整体的体积与重量，利用盲恢复的方法，实现了在没有下行信令引导时成功检测到上行信号，使设备在某些特殊应用场景下也可以成功解析出相关信息。

Description

一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法及设备。

背景技术

第四代B卫星采用了大幅度提高卫星功率、大幅度降低终端尺寸和重量、加入数据分组交换技术等一系列新技术。基于这些新技术使其可以在任何气候条件下稳定、可靠、畅通地通信。因此GAN系统一般以传输高速数据业务为主，对接收信号的质量有较高的要求。

对于被动接收而言，分为下行接收和上行接收。下行接收：在点到多点系统中，由集中点到分散点的传输链路，在卫星通信中一般指卫星到地球站的链路，在该链路中接收卫星发出的下行信号，称之为下行接收；上行接收：在卫星通信中，由信号从移动台到卫星的物理通道，称之为上行链路，在该链路中接收上行信息，称之为上行接收。

下行信号中，通过被动接收设备的接收以及信令解析，可以获取卫星同步定时信息、卫星业务频点、时隙等通联参数(解决信号是否收下来的问题)，以及目标身份信息(解决多用户区分的问题)；上行信号中，通过被动接收设备的接收以及信令解析，可以获取到终端的位置信息、身份信息、电话号码等情报要素。

在一个200KHz的上行信号频带内，终端采用TDMA突发方式发送数据。根据不同业务的数据传输速率需求以及无线环境状态，终端会根据网络的指示选择不同的突发类型实现无线承载。因此上行突发包括了多种突发类型以及相应的时隙结构，不同的突发类型占用不同的带宽，具有不同的调制方式，采用不同的编码方式和速率特征，以适应不同的信道条件和传输需求。

现有的主流获取第四代B卫星上行信号的方法，一般是先接收到下行信令，在有下行信令引导时，可以实时获取终端采用的突发类型和频率，从而完成相应的捕获解调。但是，由于对下行信号的捕获只能采用高增益定向天线，并且在接收下行信号时，天线必须始终对准卫星，因此在机载、车载等高速移动的应用场景下难以实现对B下行信号的有效接收。

其次，现有的很多第三方非合作侦收设备，在缺乏下行信号的接收后，因没有了下行信令的对证，无法有效的发现目标终端的上行信号；同时，虽然B终端的典型EIRP有45dBM以上，但是其采用定向天线进行收发，区域内不同位置的终端，都会实时调整天线的角度以保证始终对准卫星的方向，因此由于B卫星的方向性，侦收设备收到的有些上行信号会偏弱。

而且在多终端的情况下，传统方法采用频域突发检测的方法，识别潜在的B上行突发，会带来大量的虚警检测，消耗后端大量的计算资源来对疑似的突发进行解译确认，极大限制了系统工作的有效性，影响对真实目标的处理效率。

发明内容

本发明在于提供一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法及设备，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法，包括以下步骤：

S1、接收空中射频信号，对空中射频信号进行预处理得到数字基带信号；

S2、利用数字基带信号的多维特征，对数字基带信号进行检测和筛选，提取若干有效的B的突发信号；

S3、对所有有效的突发信号进行盲恢复，识别出突发类型和承载的业务数据段，区分不同用户数据，并将各用户数据分别组报，恢复各用户的业务数据，完成B上行信号的接收。

本技术方案的技术效果是：通过多维特征检测，在没有下行信令引导时，大大降低B上行突发检测虚警率，提高了B上行信号检测的有效性，最终在工程上解决了侦收到B上行信号偏弱，从而无法有效识别的问题；同时，利用盲恢复的方法，实现了在没有下行信令引导时成功恢复上行信号，并获取上行信号中的相关情报。

进一步地，所述步骤S1中，对空中射频信号进行预处理的过程包括：将射频信号下变频到基带信号，通过AD采样将基带信号转化为所述数字基带信号。

本技术方案的技术效果是：通过AD采样将基带信号转化为数字信号，数字信号可以方便的在计算设备上进行处理，提高了计算效率，便于信号数据的存储，交换与处理。

进一步地，所述步骤S2中，所述多维特征包括突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征。

更进一步地，所述步骤S2中，突发信号的提取方法具体包括以下步骤：

S21、对数字基带信号中的同步码进行相关峰检测，将检测出的噪声信号排除；

S22、利用突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征，对进行了相关峰检测的数字基带信号进行多维特征识别，将识别出的噪声信号排除后，获得所述突发信号。

本技术方案的技术效果是：可以有效的排除信号中的大部分噪声信号，得到较为纯净的信号，在自然环境中同时具有这三种信号指纹特征的噪声信号极少，因此通过该方法，将不满足的信号剔除，即可过滤掉大量的噪声信号。

更进一步地，所述步骤S22中，识别噪声信号的方法是：将与突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征中任一特征不相匹配的数据作为噪声信号。

进一步地，所述步骤S3中，所述盲恢复指的是在没有任何先验条件的情况下，对突发信号进行解调、译码，并得到对应的B上行信号。

本技术方案的技术效果是：通过对解调、译码，可以将突发信号恢复为原始数据，有了原始数据就可以根据协议提取信号中承载的所有信息，就能在数据层面对信号进行分析与处理。

更进一步地，所述步骤S3具体包括：

S31、对提取后得到的有效突发信号进行解调，得到解调后的数据；

S32、根据B通信协议，从解调后的数据中识别出若干突发信息数据段，每个突发信息数据段均包括突发类型和承载的业务数据段；

S33、根据B通信协议，解析获取各突发信息数据段对应的用户特征值；

S34、将用户特征值与突发信息数据段进行匹配，将相匹配的各突发信息数据段按顺序组合后，得到B上行信号，完成B上行信号的接收。

本技术方案的技术效果是：通过对数据的分析与处理，可以有效的得到完整的B上行信令，方便后续对B上行信令的进一步解析，得到更多，更详细的数据。

第二方面，本发明提供了一种B上行信号接收设备，其特征在于，包括硬件模块和软件模块，通过所述硬件模块和软件模块，能够执行步骤S1、S2和S3。

本技术方案的技术效果是：提供了一种能够实现缺失信令引导时的B上行信号接收方法的设备。

进一步地，所述硬件模块包括：

x86板卡，用于写入所述软件模块；

FPGA现场可编程逻辑门阵列，用于信号的多维特征识别；

上行接收天线，用于接收空中射频信号；

变频器和A/D采样器，用于对空中射频信号进行预处理并得到数字基带信号。

本技术方案的技术效果是：FPGA是一种专用的半定制集成电路，可以根据我们需要处理的信号特点，定制开发硬件处理逻辑，完全可以快速有效的实现信号的多维特征识别；x86板卡，为目前市面上常用的x86架构的板卡，可以加载windows操作系统，方便软件的开发、调试与迁移。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是实施例中缺失信令引导时的B上行信号接收方法流程图；

图2是实施例中B突发信号检测原理图；

图3是实施例中对B突发信号的盲恢复流程图；

图4是实施例中利用Chipscope观察到的空中B突发信号UW码相关峰示意图；

图5是实施例中B上行信号接收设备的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参照图1、图2和图3，本实施例提供了一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法，包括以下步骤：

S1、接收空中射频信号，对空中射频信号进行预处理得到数字基带信号。

在本实施例中，预处理过程包括：将射频信号下变频到基带信号，通过AD采样将基带信号转化为数字基带信号。

S2、利用数字基带信号的多维特征对数字基带信号进行检测和筛选，提取若干有效的突发信号。

在本实施例中，多维特征包括突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征，每个信号都具有这三种指纹特征。

在本实施例中，如图2所示，突发信号的提取方法具体包括：

S21、对数字基带信号中的同步码进行相关峰检测，将检测出的噪声信号排除。

在时分多址通信系统中，为了能正确分离各路时隙信号，发送端必须提供每帧的起始标记，即UW同步码，这样才能在接收端区分出各路信号，B为TDMA即时分多址通信系统，B终端所发送的上行信令中每一帧数据都带有同步码，对该同步码的进行相关峰检测可以排除一部分噪声。

在本实施例中，信号检测的基础方法是基于UW同步码对接收信号进行匹配相关，该方法本身就能够比利用频谱进行突发识别有着更低的虚警率。使用Chipscope对空中真实信号进行了测试，如图4所示，是使用Chipscope观测到的空中真实信号的UW同步码相关峰，其中，除了真实的UW同步码以外，由于噪声的存在，也会引起异常相关峰，如果不采取有效措施加以排除，将无法检测到目标信号。

S22、利用突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征，对进行了相关峰检测的数字基带信号进行多维特征识别，将识别出的噪声信号排除后，获得突发信号。

在本实施例中，识别噪声信号的方法是：将与突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征中任一特征不相匹配的数据作为噪声信号。

将进行了相关峰检测的的信号与噪声信号进行多维特征识别，因为同一个用户的同一条业务信息对应的一组突发，这组中的突发一定具有能量一致，时延一致，频偏一致的特性，因此根据这三个特征进行匹配，将为匹配上的数据当作噪声处理，即可排除大部分的噪声。

图4是针对一个突发进行检测的情况，对于实际终端，不会仅仅发送一个突发，而是会发射多个突发甚至多组突发进行业务通联，因此，在本实施例中，引入突发能量一致性、时延一致性、频偏一致性一共三种信号指纹特征，每类信号指纹特征均多个，利用这三种不同维度的指纹特征，对一组突发进行检测和筛选，就能有效的将B突发信号检测出来。

上述同步码相关峰检测以及多维特征识别条件是非常严苛的，只有目标信号才能满足上述条件，对于噪声而言，能够满足上述条件的概率约为万分之一，在工程实践中可以忽略不计，因此经过以上两步的检测与排除，就可以认定输出的突发信号全为有效的突发信号。

在本实施例中，突发信号的提取方法可以不必使用检测门限，即使相关峰被噪声淹没，也仍然能够检测出信号。但使用了检测门限后，可在一定程度上降低计算开销，例如采用2dB的门限作为辅助判决，即当信号噪声小于2dB时，突发信号有效，否则无效。

S3、对所有有效的突发信号进行盲恢复，识别出突发类型和承载的业务数据段，区分不同用户数据，并将各用户数据分别组报，恢复各用户的业务数据，完成B上行信号的接收。

在本实施例中，盲恢复指的是在没有任何先验条件的情况下，对突发信号进行解调、译码，如图3所示，具体包括：

S31、对提取后得到的有效突发信号进行解调，得到解调后的数据；

S32、根据B通信协议，从解调后的数据中识别出若干突发信息数据段，每个突发信息数据段均包括突发类型和承载的业务数据段；

S33、根据B通信协议，解析获取各突发信息数据段对应的用户特征值；

S34、将用户特征值与突发信息数据段进行匹配，将相匹配的各突发信息数据段按顺序组合后，得到B上行信号，完成B上行信号的接收。

在本实施例中，最终可能得到一条完整的业务数据或者多条完整的业务数据。

在本实施例中，盲恢复并不区分单用户和多用户，即使对于单个用户来说，上行突发同样是动态变化的。盲恢复的总体原则如下：盲恢复是在多维突发检测算法的基础上，再进一步利用时间、频率、B上行信令、业务的特征和规律，有效识别突发的类型和业务并对所有检测到的突发进行组报，将对应的业务数据全部恢复出来。具体在时间维度上按突发持续时长的顺序进行检测(按时域信号接收先后顺序)，而在频率维度上依据占用带宽从大到小的顺序检测(因为频率维度上，不同突发类型信号不会重叠)。

本实施例所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其具有以下优势：

通过多维特征检测技术，大大降低B上行突发检测虚警率，提高B上行信号检测的有效性，最终在工程上解决了在没有B的下行信号引导时，侦收到B上行信号偏弱，从而无法有效识别的问题。当没有B的下行信号引导时，仍然可以有效的发现B的上行信号，避免使用高增益定向天线，同时降低了设备整体的体积与重量，使设备在某些特殊应用场景下(如机载、车载等场景)也可以成功解析出相关信息。

实施例2

请参照图4，本实施例提供了一种B上行信号接收设备，包括硬件模块和软件模块，通过硬件模块和软件模块，能够执行步骤S1、S2和S3。

在本实施例中，硬件模块包括：

x86板卡，用于写入所述软件模块；

FPGA现场可编程逻辑门阵列，用于信号的多维特征识别；

上行接收天线，用于接收空中射频信号；

变频器和A/D采样器，用于对空中射频信号进行预处理并得到数字基带信号。

在本实施例中，FPGA现场可编程逻辑门阵列的选用XC7K480T-2FFG900I型号的FPGA，该型号FPGA可以对信号进行方便快速高效的处理，其相关性能参数如下：

基于实数6输入查找的高性能FPGA逻辑表(LUT)技术可配置为分布式内存；

36Kb双端口块RAM内置FIFO逻辑芯片上的数据缓冲；

支持DDR3的高性能SelectIO^TM技术接口高达1866Mb/s；

内置千兆收发器的高速串行连接从600mb/s到最大。费率6.6Gb/s至28.05Gb/s，提供特殊的低功耗模式，为芯片之间的接口进行了优化；

一个用户可配置的模拟接口(XADC)，包括双12位1MSPS模拟-数字转换器与芯片上的热和供应传感器；

DSP切片与25×18乘法器，48位累加器，和预加法器用于高性能滤波，包括优化的对称数过滤；

强大的时钟管理贴片(CMT)，结合锁相环路(PLL)和混合模式时钟管理器(MMCM)块高精度和低抖动；

使用MicroBlaze^TM处理器快速部署嵌入式处理。集成块PCI

(PCIe)，适用于x8 Gen3端点和根端口设计；

多种配置选项，包括支持商品存储器，256位AES加密与HMAC/SHA-256。

在本实施例中，A/D采样器的型号为ADS42LB69IRGCT，该转换器可以在一定范围内，将输入的模拟信号转换为离散的数字信号值并输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、接收空中射频信号，对空中射频信号进行预处理得到数字基带信号；

S2、利用数字基带信号的多维特征，对数字基带信号进行检测和筛选，提取若干有效的B的突发信号；

S3、对所有有效的突发信号进行盲恢复，识别出突发类型和承载的业务数据段，区分不同用户数据，并将各用户数据分别组报，恢复各用户的业务数据，完成B上行信号的接收。

2.根据权利要求1所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S1中，对空中射频信号进行预处理的过程包括：将射频信号下变频到基带信号，通过AD采样将基带信号转化为所述数字基带信号。

3.根据权利要求1所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述多维特征包括突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征。

4.根据权利要求3所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S2中，突发信号的提取方法具体包括以下步骤：

S21、对数字基带信号中的同步码进行相关峰检测，将检测出的噪声信号排除；

S22、利用突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征，对进行了相关峰检测的数字基带信号进行多维特征识别，将识别出的噪声信号排除后，获得所述突发信号。

5.根据权利要求4所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S22中，识别噪声信号的方法是：将与突发能量一致性信号指纹特征、时延一致性信号指纹特征和频偏一致性信号指纹特征中任一特征不相匹配的数据作为噪声信号。

6.根据权利要求1所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述盲恢复指的是在没有任何先验条件的情况下，对突发信号进行解调、译码，并得到对应的B上行信号。

7.根据权利要求6所述缺失信令引导时的B上行信号接收方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、对提取后得到的有效突发信号进行解调，得到解调后的数据；

S32、根据B通信协议，从解调后的数据中识别出若干突发信息数据段，每个突发信息数据段均包括突发类型和承载的业务数据段；

S33、根据B通信协议，解析获取各突发信息数据段对应的用户特征值；

S34、将用户特征值与突发信息数据段进行匹配，将相匹配的各突发信息数据段按顺序组合后，得到B上行信号，完成B上行信号的接收。

8.一种B上行信号接收设备，其特征在于，包括硬件模块和软件模块，通过所述硬件模块和软件模块，能够执行步骤S1、S2和S3。

9.根据权利要求8所述的B上行信号接收设备，其特征在于，所述硬件模块包括：

x86板卡，用于写入所述软件模块；

FPGA现场可编程逻辑门阵列，用于信号的多维特征识别；

上行接收天线，用于接收空中射频信号；

变频器和A/D采样器，用于对空中射频信号进行预处理并得到数字基带信号。

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