新型扩频数传作弊信号检测

江飞 杨民 祝宏志

摘要：隨着考试作弊现象越来越复杂，各种新的作弊手段、工具越来越多，防范和打击利用无线电设备考试作弊工作涉及诸多方面，如何在有限的考试时间内查找、取证、阻止多起作弊信号，如何克服相关管理法规的局限和执法人员不足，依法处置考试作弊案件，都对无线电管理机构提出了更高的要求。针对现有基于LoRa 技术的新型作弊信号，该文以 SX1276 发射器产生的LoRa信号为例，根据LoRa信号的相位频率特征提出了一种新的检测算法，并对检测效果进行了仿真分析。

关键词：LoRa;作弊信号;SX1276

中图分类号：TN914文献标识码：A文章编号：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：江飞， 杨民， 祝宏志. 新型扩频数传作弊信号检测[J]. 数码设计， 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

随着考试作弊现象越来越复杂，各种新的作弊手段、工具越来越多，防范和打击利用无线电设备考试作弊工作涉及诸多方面，如何在有限的考试时间内查找、取证、阻止多起作弊信号，如何克服相关管理法规的局限和执法人员不足，依法处置考试作弊案件，都对无线电管理机构提出了更高的要求。

目前在考场监测中，监测人员采用频段扫描手段发现作弊信号，然后对作弊信号进行识别，根据识别出的信号类型，调用相应的类型信号解码库或信号压制库（对于同一种信号，不同类型信号的压制效果是不同的），从而达到阻断作弊信号的目的。本文试图对基于LoRa 技术的新型作弊信号的检测方法进行探讨。

1  LoRa信号简介

LoRa是一个基于无线调制的无线网络标准的线性调频扩频信号，线性调频扩频使用完整的带宽传输信号，频率从最低到最高变化过程是正斜率过程，反之是负斜率过程。LoRa线性调频使用三种不同的带宽，分别为125KHz，250KHz，500KHz，在进行信号调制时，应根据数据速率和信道条件不同选择不同正交传播系数（即扩频因子），扩频因子和数据速率的关系如下：

（1）

其中Rs为符号速率，BW为带宽，SF为扩频因子。

LoRa信号的数据包主要由前导码、可选包头及有效数据组成，其中前导码用于保持接收机与输入的数据流的同步，由于前导具有较强的规律性，因此可以利用前导码实现LoRa 信号的检测，LoRa信号的频谱图如下图所示。

从图1中看出，信号频谱图前面一部分序列的具有规律性，即为信号的前导码，根据频率求出的正斜率与负斜率的绝对值相同，对信号的瞬时频率进行差分运算后，在正斜率与负斜率的交互处会产生峰值，下面将对这个过程进行详细分析。

2  信号瞬时频率参数

设接收机接收到的复信号为：

（2）

则此信号的瞬时相位为：

（3）

根据（3）式可求得瞬时频率为

（4）

对上式说明：瞬时相位是根据截获信号的解析式计算出来的，所以瞬时相位的计算对实际信号解析式的实部和虚部的非零值的误差相当敏感，计算误差可能将这些小值的极性反转，因此，必须为截获信号解析式的实部和虚部规定一个实际零值，在Matlab语言里，可以设定一个极小正值或极小负值来完成。

相位的定义范围[0，2π]，当相位的真值超过此范围时，需要进行模2π运算，但是这样计算的相位序列会造成相位卷叠，载波频率引起的线性相位分量是造成相位卷叠的主要原因，因此，必须对相位序列实施去卷叠的运算，给相位序列，加上如下的校正相位序列：

（5）

初始值=0，去卷叠后的相位序列为：

（6）

3  仿真分析及结论

Lora信号的带宽为125KHz，扩频因子为12，信噪比为30dB、8dB、0dB时的瞬时频率差。

瞬时频率差分后会出现等间隔的峰值，间隔为13=87-74=100-87;随着信噪比的降低，峰值间的间隔越来越不均衡，因此检测概率也会越来越低;在实际的测量过程中，当信噪比大于等于8dB识别准确率达到90%以上。

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