CN111355514B - 直扩信号扩频检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直扩信号扩频检测方法，从而提供一种简便的行之有效的，且同时适用于长码和短码的扩频检测方法，解决了直扩信号扰码周期长、数据量大、不易检测的问题。发明中根据直扩信号具有基带码率和扩频码率双码率的特点，令采样数据经低通滤波后，再进行N倍抽取，要求计算得到的功率谱低于门限，即只保留原始数据的低频部分，否则继续滤波和抽取；然后对抽取后的数据采用分段平均的方式计算包络谱和门限；最后检测包络谱中过门限的有效波峰点并计数，如果计数大于1，即存在基带码率谱线，则认为采样数据中存在直扩信号，否则认为采样数据中无直扩信号。

Description

直扩信号扩频检测方法

技术领域

本发明涉及信号检测领域和扩频调制识别领域，具体涉及一种直扩信号扩频检测方法。

背景技术

扩频通信技术具有隐蔽性强，抗截获，抗噪声和干扰的特点，随着无线宽带数字通信技术发展而大量应用。而随之对于扩频信号检测需求也日益迫切，扩频信号检测对于异常信号发现、环境安全检测，数字对抗等具有重要意义。

以CDMA2000上行信号为例进行说明，CDMA2000上行信号是典型的长码直扩信号，其中长码周期为41天10小时12分钟19.4秒。如果采用倒谱、二次谱等方式来进行检测，需要连续采集82天以上的数据进行计算，在实际操作中，由于需要的时间82天太长，不具有应用可行性。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种直扩信号扩频检测方法，同时适用于长码和短码的扩频检测方法，解决了直扩信号扰码周期长、数据量大、不易检测的问题。

为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

直扩信号扩频检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对直扩信号数据进行采样，并在采样率f_s下得到零中频采样数据{x(n),n＝1,2,……}；然后对x(n)序列采用分段平均的方式进行FFT变换求功率谱，获得功率谱{p(n),n＝1,2,3,……,M}；

2)对功率谱{p(n),n＝1,2,3,……,M}计算x-dB带宽BW；

3)根据采样率f_s和带宽BW，计算抽取倍数N；

4)根据抽取倍数N，先令采样数据{x(n),n＝1,2,……}通过系数为h(n)的低通滤波器进行卷积计算，输出卷积计算结果数据{y(n),n＝1,2,……}，该低通滤波器的通带带宽为

再对卷积计算结果数据进行N倍抽取，获得抽取后数据

5)对

序列采用分段平均的方式进行FFT变换求功率谱，得

6)对功率谱

计算均值，从而得门限threshold₁，遍历功率谱中所有点，查找是否有过门限的点，如果有功率值高于门限的点，则令N＝2*N，执行步骤4)；否则执行步骤7)；

7)对

序列计算包络得

再采用分段平均的方式进行FFT变换求包络谱，得

8)对包络谱

计算均值，从而得门限threshold₂，遍历包络谱中所有点，查找是否有过门限且为有效波峰的点，对该点的计数记为c，如果查找到有该点则对c的值加1；

9)判断c的值，如果大于1，则采样数据{x(n),n＝1,2,……}为直接扩频信号；否则{x(n),n＝1,2,……}为非直接扩频信号。

有益效果：本发明提供的检测方法中根据直扩信号具有基带码率和扩频码率双码率的特点，令采样数据经低通滤波后，再进行N倍抽取，要求计算得到的功率谱低于门限，即只保留原始数据的低频部分，否则继续滤波和抽取；然后对抽取后的数据采用分段平均的方式计算包络谱和门限；最后检测包络谱中过门限的有效波峰点并计数，如果计数大于1，即存在基带码率谱线，则认为采样数据中存在直扩信号，否则认为采样数据中无直扩信号。该检测方法简便，且同时适用于长码和短码的扩频检测方法，解决了长码直扩信号扰码周期长、数据量大、不易检测的问题。也可以解决短码直扩信号周期不确定，及若取过长数据计算二次谱等带来的较大计算量，处理时间变长的问题，有效提高了包括短码在内的直扩信号的检测效率。

进一步的，步骤1)、步骤5)、步骤7)中的分段平均的方式进行FFT变换求功率谱或包络谱，即对输入数据提取L段数据，每段数据长度为M，对每一段数据分别进行长为M的FFT变换，再分别求功率值，最后对应位置累加求平均。

进一步的，步骤3)中，计算抽取倍数N的方法为，N为满足

且能整除f_s的最小整数。

进一步的，步骤6)中，计算门限

进一步的，步骤8)中，计算门限

进一步的，步骤8，有效波峰点具有如下三个条件：

1)包络功率值

高于门限，即满足

2)定义

值高于左右两边的值为波峰点，即满足

3)相邻波峰点间需存在低于门限threshold₂的点。

进一步的，所述直扩信号为长码直扩信号或者短码直扩信号。x-dB选择10dB。

附图说明

图1为本发明直扩信号扩频检测流程图。

图2为f_s＝2.5*10⁶采样率下CDMA2000上行信号功率谱图。

图3为采样CDMA2000上行信号500*10³HZ低通滤波再N＝5倍抽取后的功率谱图及门限。

图4为采样CDMA2000上行信号500*10³HZ低通滤波再N＝5倍抽取后的包络谱图及门限。

图5为f_s＝2.5*10⁶采样率下CDMA2000下行信号功率谱图。

图6为采样CDMA2000下行信号500*10³HZ低通滤波再N＝5倍抽取后的功率谱图及门限。

图7为采样CDMA2000下行信号500*10³HZ低通滤波再N＝5倍抽取后的包络谱图及门限。

具体实施方式

本发明提供的直扩信号扩频检测方法对长码直扩信号扩频检测和短码直扩信号扩频检测均适用，以下提供两个实施例分别进行说明。

实施例一

请结合图1至图4所示。

下面以CDMA2000上行信号为例进行说明，使用本发明提供的直扩信号扩频检测方法对于CDMA2000上行信号进行检测的步骤包括：

步骤1、触发CDMA2000终端产生持续的上行业务数据，采集设备以2.5*10⁶的采样率采集了8秒的零中频数据，记为{x(n),n＝1,2,……}；

步骤2、依次从采样数据{x(n),n＝1,2,……}中提取L(默认100)段数据，每段数据长度为M(默认32768)，接着分别对每段数据进行FFT变换求功率值，再将L段功率值对应位置累加求平均，从而得功率谱{p(n),n＝1,2,3,……,M}，然后计算功率谱对应的“10-dB带宽”，得BW＝1.23*10⁶HZ；

步骤3、计算抽取倍数N：使得N满足

且N为能整除f_s的最小整数，则令N＝5；

步骤4、根据抽取倍数N＝5，以及f_s＝2.5*10⁶，则设计通带为

的低通滤波器，其系数为h(n)，令采样数据{x(n),n＝1,2,……}与滤波器系数进行卷积计算，输出{y(n),n＝1,2,……}；

步骤5、对数据{y(n),n＝1,2,……}进行N(N＝5)倍抽取，随之采样率也降低N倍，得输出序列

即

步骤6、对抽取后数据

采用分段平均的方式进行FFT变换计算功率谱，得

其中FFT变换长度M默认取值为32768，分段数L默认取值为100，然后计算功率谱均值得29.6604dB，从而得门限threshold₁＝39.6604dB；

步骤7、遍历功率谱

中所有点，没有高于门限threshold₁的点，故执行步骤8；否则说明抽取后的数据仍有功率谱，令N＝N*2后，执行步骤4；

步骤8、对抽取后数据

采用分段平均的方式进行FFT变换计算包络谱，得

其中FFT长度M取值为32768，分段数L默认取值为100，然后计算包络谱均值得21.3917dB，从而得门限threshold₂＝31.2917dB；

步骤9、遍历包络谱

中所有点，高于门限threshold₂，且为有效波峰点共有3个，即c＝3>1，从而判断采样数据{x(n),n＝1,2,……}中为直接扩频信号。

以上实施例的检测结果与现有技术对比可知：在现有技术中，CDMA2000上行信号是典型的长码直扩信号，其中长码周期为41天10小时12分钟19.4秒。如果采用倒谱、二次谱等方式来进行检测，需要连续采集82天以上(即两个扰码周期的数据)的数据进行计算，几乎是不可行的；而采用本发明的检测方法可以成功检测出扩频调制信号，下面仅采集了8秒的数据来进行检测，大大提高了检测效率。

实施例二

请结合图5至图7所示。

下面以CDMA2000下行信号为例来进行直扩信号检测说明：与上行信号扩频上的最大不同是下行信号为短码直扩信号，其扰码周期是26.67ms；而上下行信号扰码码率都是1.2288*10⁶HZ，频谱带宽都是1.23*10⁶HZ，故对CDMA2000下行短码直扩信号也执行与实施例一相同检测流程：

步骤1、配置采集设备本振频点为CDMA2000下行信号频点878.49*10⁶，采集设备以2.5*10⁶的采样率采集了8秒的零中频数据，记为{x(n),n＝1,2,……}；

步骤2、依次从采样数据{x(n),n＝1,2,……}中提取L(默认100)段数据，每段数据长度为M(默认32768)，接着分别对每段数据进行FFT变换求功率值，再将L段功率值对应位置累加求平均，从而得功率谱{p(n),n＝1,2,3,……,M}，然后计算功率谱对应的10-dB带宽，得BW＝1.23*10⁶HZ；

步骤3、同样的方法计算抽取倍数得N＝5；

步骤4、同样令采样数据{x(n),n＝1,2,……}与滤波器系数h(n)进行卷积计算，输出{y(n),n＝1,2,……}；

步骤5、对数据{y(n),n＝1,2,……}进行N(N＝5)倍抽取，随之采样率也降低N倍，得输出序列

即

步骤6、对抽取后数据

采用分段平均的方式进行FFT变换计算功率谱，得

其中FFT变换长度M默认取值为32768，分段数L默认取值为100，然后计算功率谱均值得-21.2930dB，从而得门限threshold₁＝-11.2930dB；

步骤7、遍历功率谱

中所有点，没有高于门限threshold₁的点，故执行步骤8；

步骤8、对抽取后数据

采用分段平均的方式进行FFT变换计算包络谱，得

其中FFT长度M取值为32768，分段数L默认取值为100，然后计算包络谱均值得-27.6701dB，从而得门限threshold₂＝-17.6701dB；

步骤9、遍历包络谱

中所有点，高于门限threshold₂，且为有效波峰点共有9个，从而判断采样数据{x(n),n＝1,2,……}中为直接扩频信号。另外在CDMA2000下行公共物理信道扩频阶数(为64阶)已知的情况下，还可以进一步验证包络谱中的有效波峰点位置分别对应于扩频前的基带码率19.2*10³及其倍数。

以上实施例的检测结果与现有技术对比可知：诸如CDMA2000下行信号这样的短码直扩信号，其短码循环周期可以是未知的，即不需要考虑采样数据时长与短码循环周期的关系，可以适应任意短码循环周期。一般不同直扩信号的扰码循环周期是不同的，采用二次谱等现有计算方式，为了能检出尽可能多的短码直扩信号，要求处理数据要尽可能长，需满足最大短码循环周期两倍以上时长对应的采样数据，这样势必带来计算量的增加和检测效率的降低。

Claims (7)

1.一种直扩信号扩频检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对直扩信号数据进行采样，并在采样率f_s下得到零中频采样数据x(n)，n＝1，2，……；然后对x(n)序列采用分段平均的方式进行FFT变换求功率谱，获得功率谱p(n)，n＝1，2，3，……，M；

2)对功率谱p(n)，n＝1，2，3，……，M计算x-dB带宽BW；所述x-dB选择10dB；

3)根据采样率f_s和带宽BW，计算抽取倍数N；

4)根据抽取倍数N，先令采样数据x(n)，n＝1，2，……；通过系数为h(n)的低通滤波器进行卷积计算，输出卷积计算结果数据y(n)，n＝1，2，……；，该低通滤波器的通带带宽为

再对卷积计算结果数据进行N倍抽取，获得抽取后数据

5)对

……序列采用分段平均的方式进行FFT变换求功率谱，得

6)对功率谱

……，M计算均值，从而得门限threshold₁，遍历功率谱中所有点，查找是否有过门限的点，如果有功率值高于门限的点，则令N＝2*N，执行步骤4)；否则执行步骤7)；

7)对

……序列计算包络得

……，再采用分段平均的方式进行FFT变换求包络谱，得

……，M；

8)对包络谱

……，M计算均值，从而得门限threshold₂，遍历包络谱中所有点，查找是否有过门限threshold₂且为有效波峰的点，对过门限threshold₂且为有效波峰的点的计数记为c，如果查找到有该过门限threshold₂且为有效波峰的点则对c的值加1；

9)判断c的值，如果大于1，则采样数据x(n)，n＝1，2，……为直接扩频信号；否则x(n)，n＝1，2，……为非直接扩频信号。

2.根据权利要求1所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，步骤1)、步骤5)、步骤7)中的分段平均的方式进行FFT变换求功率谱或包络谱，即对输入数据提取L段数据，每段数据长度为M，对每一段数据分别进行长为M的FFT变换，再分别求功率值，最后再将L段功率值对应位置累加求平均。

3.根据权利要求1所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，步骤3)中，计算抽取倍数N的方法为，N为满足

且能整除f_s的最小整数。

4.根据权利要求1所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，步骤6)中，计算门限

5.根据权利要求1所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，步骤8)中，计算门限

6.根据权利要求1或5所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，步骤8，有效波峰点具有如下三个条件：

1)包络功率值

高于门限threshold₂，即满足

2)定义

值高于左右两边的值为波峰点，即满足

3)相邻波峰点间需存在低于门限threshold₂的点。

7.根据权利要求1所述的直扩信号扩频检测方法，其特征在于，所述直扩信号为长码直扩信号或者短码直扩信号。

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