江飛 楊民 祝宏志

摘要：隨著考試作弊現(xiàn)象越來越復(fù)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(shè)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(guān)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(jī)構(gòu)提出了更高的要求。針對現(xiàn)有基于LoRa 技術(shù)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(jìn)行了仿真分析。

關(guān)鍵詞：LoRa;作弊信號;SX1276

中圖分類號：TN914文獻(xiàn)標(biāo)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(kuò)頻數(shù)傳作弊信號檢測[J]. 數(shù)碼設(shè)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(fù)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(shè)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(guān)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(jī)構(gòu)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(jìn)行識別，根據(jù)識別出的信號類型，調(diào)用相應(yīng)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(dá)到阻斷作弊信號的目的。本文試圖對基于LoRa 技術(shù)的新型作弊信號的檢測方法進(jìn)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(luò)標(biāo)準(zhǔn)的線性調(diào)頻擴(kuò)頻信號，線性調(diào)頻擴(kuò)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(fù)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(jìn)行信號調(diào)制時，應(yīng)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(kuò)頻因子），擴(kuò)頻因子和數(shù)據(jù)速率的關(guān)系如下：

（1）

其中Rs為符號速率，BW為帶寬，SF為擴(kuò)頻因子。

LoRa信號的數(shù)據(jù)包主要由前導(dǎo)碼、可選包頭及有效數(shù)據(jù)組成，其中前導(dǎo)碼用于保持接收機(jī)與輸入的數(shù)據(jù)流的同步，由于前導(dǎo)具有較強(qiáng)的規(guī)律性，因此可以利用前導(dǎo)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(dǎo)碼，根據(jù)頻率求出的正斜率與負(fù)斜率的絕對值相同，對信號的瞬時頻率進(jìn)行差分運算后，在正斜率與負(fù)斜率的交互處會產(chǎn)生峰值，下面將對這個過程進(jìn)行詳細(xì)分析。

2? 信號瞬時頻率參數(shù)

設(shè)接收機(jī)接收到的復(fù)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(dāng)敏感，計算誤差可能將這些小值的極性反轉(zhuǎn)，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(shè)定一個極小正值或極小負(fù)值來完成。

相位的定義范圍[0，2π]，當(dāng)相位的真值超過此范圍時，需要進(jìn)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(jié)論

Lora信號的帶寬為125KHz，擴(kuò)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(dāng)信噪比大于等于8dB識別準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

參考文獻(xiàn)：

[1]????? 師騁，黃惠明.信號特征參數(shù)實時識別技術(shù)在通信對抗中的應(yīng)用[J].電子對抗，2000，（3）：26-31.

[2]????? E. Buracehini. The Soft ware Radio Conce Pt[J].IEE Communieation Magazine， 2000， 38（9）： 138-143.

[3]????? 趙靜，蘇光添. LoRa 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析[J]. 移動通信，2016，40（ 21） ： 50-57.

[4]????? 劉琛， 邵震， 夏瑩瑩. 低功耗廣域 LoRa 技術(shù)分析與應(yīng)用建議 [J]. 電信技術(shù)， 2016（5）： 43-50.

[5]????? 譚雁 考場無線電監(jiān)測方法探討[J] 科普園地2012（12） 27-38.