一种无线电信号监测装置及方法与流程

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线电信号监测装置及方法。


背景技术：

2.世界各地的所有机场都使用极其灵敏的空中交通管制无线电通信系统、自动着陆系统以及本地无线电系统，这适用于整个机场区域，包括建筑内外部区域。在最糟糕的情况下，比如无线电控制的着陆系统发生故障，则可能发生空难。为快速响应，机场部门除了要部署公共监管机构系统之外，还需要安装自己的本地监控设备。监测装置应自动监测可疑频谱、检测是否超出特定频率下的指定阈值并向机场主控中心(mcc,master control center)发送警报，以便运营者决定应该采取的措施。为检测感兴趣的无线电信号，建筑内外部区域都需要安装监测设备。
3.随着无线通信技术的快速发展,新的无线电业务、无线电设备层出不穷。各种突发性的干扰,使电磁环境恶化,降低通信质量,如果发生在民航无线电专用频率会威胁到国家和人民的生命财产安全。因此有必要对机场等特定室内外环境中的无线电进行监管，以及时发现非法信号，提升无线传输空间的安全性。


技术实现要素：

4.本发明提供一种无线电信号监测装置及方法，通过接收链路实现监测装置附近全频段信号的监管，且监管过程中无需发射信号，不影响无线传输空间的信号传输。
5.第一方面，本发明实施例提供一种无线电信号监测装置，包括：
6.射频前端，用于接收第一预设频率范围内多种目标频段的无线电信号；
7.至少一个射频开关，与所述射频前端连接，用于切换不同目标频段的接收链路，以扫描不同目标频段的无线电信号；
8.射频收发器，与所述至少一个射频开关连接，用于在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，将扫描到的无线电信号转化为基带信号；
9.处理装置，与所述射频收发器连接，用于确定所述基带信号的信源是否为非法信源。
10.在一些实现方式中，所述处理装置还用于：在确定所述基带信号的信源为非法信源的情况下，通过所述基带信号对应目标频段的发射链路发射干扰信号。
11.在一些实现方式中，所述干扰信号包括与所述非法信源的无线电信号同步的相同信号。
12.在一些实现方式中，所述第一预设频率范围包括30m至6g。
13.在一些实现方式中，所述射频前端包括混频器，用于将第二预设频率范围内的无线电信号的频率变频处理至所述第一预设频率范围内；所述第二预设频率范围高于所述第一预设频率范围。
14.在一些实现方式中，所述第二预设频率范围包括6g至110g。
15.在一些实现方式中，所述多种目标频段包括1g，2g，3g，4g，5g，iot，lora中的多个频段。
16.在一些实现方式中，所述至少一个射频开关，用于按照设定顺序切换不同目标频段的接收链路，以扫描不同目标频段的无线电信号。
17.在一些实现方式中，所述至少一个射频开关包括：
18.第一射频开关，用于切换第一预设频率范围内一部分目标频段的接收链路，以获取该部分目标频段的无线电信号；
19.第二射频开关，用于切换第一预设频率范围内另一部分目标频段的接收链路，以获取该部分目标频段的无线电信号。
20.第二方面，本发明实施例提供一种无线信号监测方法，基于第一方面所述的无线信号监测装置实现，所述方法包括：
21.至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，使射频前端扫描不同目标频段的无线电信号；
22.在射频前端扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，射频收发器将扫描到的无线电信号转化为基带信号；
23.处理装置确定所述基带信号的信源是否为非法信源。
24.在一些实现方式中，至少一个射频开关按照设定顺序切换不同目标频段的接收链路。
25.在一些实现方式中，所述方法还包括：
26.在确定所述基带信号的信源为非法信源的情况下，处理装置通过所述基带信号对应目标频段的发射链路发射干扰信号。
27.在一些实现方式中，对于第二预设频率范围内的无线电信号，将该无线电信号的频率变频处理至所述第一预设频率范围内，再执行所述至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路的步骤；所述第二预设频率范围高于所述第一预设频率范围。
28.在一些实现方式中，所述干扰信号包括与所述非法信源的无线电信号同步的相同信号。
29.在一些实现方式中，所述不同目标频段包括1g，2g，3g，4g，5g，iot，lora中的多个频段。
30.与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例至少能够带来如下有益效果：
31.通过至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，以使射频前端通过天线接收到第一预设频率范围内不同目标频段的无线电信号，实现不同目标频段的无线电信号的扫描，在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，由射频收发器将扫描到的无线电信号转化为基带信号，传输至处理装置，确定基带信号的信源是否为非法信源，实现附近全频段无线电信号的无人感知监测，由于监测过程中仅需开启接收链路，无需发射信号，因此不影响无线传输空间的信号传输。进一步地，通过混频器的工作方式，将6g至110g的无线电信号的频率变频处理至30m至6g的范围内，实现了利用超宽带技术监测传输空间内30m至110g范围内的无线电信号，在同一个装置的条件下实现了超宽频率范围的无线电信号监控。
附图说明
32.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。
33.图1是本发明实施例提供的一种无线电信号监测装置示意图；
34.图2是本发明实施例提供的两个射频开关情形的装置示意图；
35.图3是本发明实施例提供的一种处理装置实现方案示意图；
36.图4是本发明实施例提供的另一种处理装置实现方案示意图；
37.图5是本发明实施例提供的基带的接收链路处理流程示意图；
38.图6是本发明实施例提供的一种射频前端实现方案示意图；
39.图7是本发明实施例提供的一种无线信号监测方法流程图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
41.随着无线通信技术的快速发展,新的无线电业务、无线电设备层出不穷。各种突发性的干扰,使电磁环境恶化,降低通信质量,本发明实施例提供一种无线电信号监测装置及方法，通过接收链路实现监测装置附近全频段信号的有效监管，且监管过程中无需发射信号，不影响无线传输空间的信号传输，减少电磁环境的污染,可以保障民航等无线电专用频率安全性，实现了无线电信号的无人感知监管方案。
42.实施例一
43.如图1所示，本实施例提供一种无线电信号监测装置，包括：
44.射频前端101，用于接收第一预设频率范围内多种目标频段的无线电信号；
45.至少一个射频开关102，与射频前端连接，用于切换不同目标频段的接收链路，以扫描不同目标频段的无线电信号；
46.射频收发器103，与至少一个射频开关连接，用于在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，将扫描到的无线电信号转化为基带信号；
47.处理装置104，与射频收发器连接，用于确定基带信号的信源是否为非法信源。
48.本实施例的无线电信号监测装置，借助于软件无线电(sdr，software definedradio)实现，由至少一个射频开关102切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，以使射频前端101通过天线接收到第一预设频率范围内不同目标频段的无线电信号，实现不同目标频段的无线电信号的扫描，在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，由射频收发器103将扫描到的无线电信号转化为基带信号，传输至处理装置104，确定基带信号的信源是否为非法信源，实现附近全频段的无线电信号监测，由于监测过程中仅需开启接收链路，无需发射信号，因此不影响无线传输空间的信号传输。
49.上述射频前端101，覆盖第一预设频率范围内的多种目标频段，包含多种目标频段对应的通路，第一预设频率范围包括30m至6g。
50.在一些实现方式中，第一预设频率范围包括30m至6g，其中覆盖了窄带和宽带的多种频段。
51.在一些实现方式中，第一预设频率范围内的多种目标频段包括1g，2g，3g，4g，5g，iot(internet of things，物联网)，lora(long range radio，远距离无线电)中的多个频段，还可以包括其他非商用频段，通过对这多种目标频段的无线电信号监测，实现第一预设频率范围的全频段全覆盖。
52.上述射频开关是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通，以实现不同型号路径的切换，包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等。
53.在一些实现方式中，上述至少一个射频开关用于按照设定顺序切换不同目标频段的接收链路，以扫描不同目标频段的无线电信号。其中，设定顺序为设定的扫描顺序，以该设定顺序切换目标频段，以按照设定顺序扫描目标频段的无线电信号。
54.上述射频开关可以是一个，第一预设频率范围内的多种目标频段的接收链路和发射链路可以通过该射频开关实现切换。上述射频开关也可以不止一个。
55.在一些实现方式中，至少一个射频开关包括：
56.第一射频开关，用于切换第一预设频率范围内一部分目标频段的接收链路，以获取该部分目标频段的无线电信号；
57.第二射频开关，用于切换第一预设频率范围内另一部分目标频段的接收链路，以获取该部分目标频段的无线电信号。
58.以第一预设频率范围内的多种目标频段包括fsk/bfsk/gfsk(1g)，gsm(2g)，tdscdma(3g)，lte(4g)，nr(5g)，iot，lora和其他非商用频段为例，如图2所示，第一射频开关可以用于实现iot，lora，lte(4g)，nr(5g)的切换，第二射频开关可以用于实现fsk/bfsk/gfsk(1g)，gsm(2g)，tdscdma(3g)和其他非商用频段的切换。其中的iot，例如是nb-iot(窄带物联网，narrow bandinternet of things,nb-iot)。
59.在一些实现方式中，确定该基带信号的信源是否为非法信源，可以根据该信号是否属于所在目标频段允许传输的信号类型实现，或者在解析出该信号的数据内容后，根据该信号的数据内容是否属于所在目标频段允许传输的内容来实现。在该信号不属于所在目标频段允许传输的信号类型，或者该信号的数据内容不属于所在目标频段允许传输的内容的情况下，确定该基带信号的信源为非法信源。
60.在一些实现方式中，上述处理装置还用于：在确定该基带信号的信源为非法信源的情况下，通过该基带信号对应目标频段的发射链路发射干扰信号。
61.本实施例仅在扫描到非法信源的信号时，开启相应目标频段的发射链路，通过该发射链路发射干扰信号，以干扰非法信源工作，避免信号监测过程中对于无线传输空间的信号传输造成干扰，实现无人感知的无线电信号监管。
62.在一些实现方式中，干扰信号包括与非法信源的无线电信号同步的相同信号。通过向非法信源发射同步的相同信号，使得其信号被干扰而无法正常工作，从而保证无线传输空间的安全。
63.在实际应用中，上述射频收发器103可以采用但不限于adrv系列的射频收发芯片。
一些情形中，整个装置的射频收发器103包括一个adrv系列的射频收发芯片；另一些情形中，整个装置的射频收发器103包括两个adrv系列的射频收发芯片，例如，针对窄带部分的目标频段，可以选用adrv9002，而针对宽带部分的目标频段，可以选用adrv9009，本实施例对此不做唯一限定。
64.以lora为例，其频段在150mhz到1ghz之间，而射频带宽在1mhz以内，可以应用adi的芯片adrv9002实现射频收发,adrv9002是一款高性能、高线性度、高动态范围、高集成度射频收发器，具有双通道发射器、双通道接收器、集成式频率合成器以及数字信号处理功能，旨在针对性能与功耗系统进行优化，adrv9002可根据需要配置性能，非常适用于要求苛刻的低功耗、便携式和电池供电设备。adrv9002的工作频率范围为30mhz至6000mhz，涵盖uhf(特高频，波长范围为1m～1dm，频率为300～3000mhz的无线电波,ultra high frequency)、vhf(甚高频very high frequency，频带由30mhz～300mhz的无线电电波)、工业、科研和医疗(ism，industrial scientific medical)频段以及窄带(khz)和宽带工作频率最高可达40mhz的蜂窝频段，可以满足lora系统的监控。
65.对于第一预设频率范围为300m至6g(含公网频段与非公网频段)的情况，处理装置104可以选用rfsoc，以直采方式进行无线电信号的数据抓取。然而，rfsoc无法覆盖30m～300m的频率范围，若要满足30m至6g的预设频率范围的全覆盖，则处理装置104可以采用如图3所示的方案：
66.nb(narrow band)窄带部分：选用cpu+dsp，相应的通信链路包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片、cpu+dsp等，其中的射频部分包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片等，nb窄带部分的adrv系列的射频收发芯片可以选用adrv9002。
67.wb(wide band)宽带部分：选用fpga，相应的通信链路包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片、fpga、arm等构成，其中的射频部分包括adrv、射频前端与天线构成；wb宽带部分的adrv系列的射频收发芯片可以选用adrv 9009，fpga可以选用zynq-7000，arm可以选用cortex-a9。
68.上述实现宽带部分和窄带部分的方式，器件相对较多，功耗相对较大，但是技术成熟，能够迅速应用到工程实践中去，满足不同频段的监控需求。
69.为了提升无线信号监测的集成度并降低功耗，上述处理装置104可以采用但不限于zu+系列的mpsoc(multi-processor system on chip，多处理器片上系统)，例如eg17型号。
70.因此，处理装置104还可以采用如图4所示的方案：
71.nb窄带部分：应用zu+系列mpsoc自带的r5 cpu进行基带数据的处理，实现窄带通信，r5 cpu可以用来l2/l3数据的解析，完成监控功能。相应的通信链路包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片、cpu+dsp等，其中的射频部分包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片等，nb窄带部分的adrv系列的射频收发芯片可以选用adrv9002；
72.wb宽带部分：应用zu+系列mpsoc的fpga进行基带数据的处理，通信链路包括天线、射频前端、adrv系列的射频收发芯片、fpga、a53应用处理器等，其中的射频部分包括天线、射频前端与adrv系列的射频收发芯片，wb宽带部分的adrv系列的射频收发芯片可以选用adrv9009。
73.基于前述方案，基带的接收链路处理流程可以如图5所示：天线收到无线电信号
后，将无线电信号转换成射频信号，将射频信号输送到射频收发器(adrv系列的射频收发芯片，例如adrv9002)中，进行串并转换，去除cp(cyclicprefix,保护间隔)，经过fft(快速傅里叶变换，fast fourier transform)后将并行信号转成串行信号，进行调制解调、解码。解码部分由n种解码方式与之对应(各频段对应不同解码方式)，使用(寄存器中实现的)数字开关方式将解码方式按照设定顺序进行排列，逐一匹配解出信源。
74.在一些情形中，可能存在超高频的无线电信号，也就是高于第一预设频率的无线电信号，此时，需要将该无线电信号降至低频范围内进行监测。因此，在一些实现方式中，射频前端101中包括混频器，用于将第二预设频率范围内的无线电信号的频率变频处理至第一预设频率范围内，其中，第二预设频率范围高于第一预设频率范围。
75.在一个具体的实例中，如图6所示，射频前端101中的混频器有两个，将第二预设频率范围内的无线电信号的进行两次下变频处理，使其频率降至第一预设频率范围(300mhz至6ghz)内，然后进入射频收发器(例如adrv系列的射频收发芯片)即可将射频信号转化成数字信号进入基带部分。
76.在一些实现方式中，第二预设频率范围包括6g至110g。
77.本实施例运用混频器的工作方式，将超高频的无线电信号降至低频范围内进行监测，使得本实施例的无线信号监测装置覆盖更大频率范围，实现更全面的无线电信号监测，从而进一步提升无线传输空间专用频段的安全性。
78.对于第一预设频率范围内的目标频段，可能包含公网频段和非公网频段，当扫描获取到的无线电信号来自公网频段时，应用相应的公网信道进行信号的解调、解码。非公网频段根据有无协议可以分成两部分：一部分是有协议的，例如卫星频段，gps频段，导航频段等，另一部分是没有具体协议，用户根据自己的需求进行定义。当扫描获取到的无线电信号来自非公网频段时，应用专网信道进行信号的解调、解码。一旦发现有害传输(非法信号)时，及时进行反制。
79.本实施例通过至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，以使射频前端通过天线接收到第一预设频率范围内不同目标频段的无线电信号，实现不同目标频段的无线电信号的扫描，在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，由射频收发器将扫描到的无线电信号转化为基带信号，传输至处理装置，确定基带信号的信源是否为非法信源，实现附近全频段无线电信号的无人感知监测，由于监测过程中仅需开启接收链路，无需发射信号，因此不影响无线传输空间的信号传输。进一步地，通过混频器的工作方式，将6g至110g的无线电信号的频率变频处理至30m至6g的范围内，实现了利用超宽带技术监测传输空间内30m至110g范围内的无线电信号，在同一个装置的条件下实现了超宽频率范围的无线电信号监控。
80.实施例二
81.本实施例提供一种无线信号监测方法，基于实施例一的无线信号监测装置实现，如图7所示，本方法包括：
82.步骤s201、至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，使射频前端扫描不同目标频段的无线电信号；在一些实现方式中，不同目标频段包括1g，2g，3g，4g，5g，iot，lora中的多个频段。
83.步骤s202、至在射频前端扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，射频收发
器将扫描到的无线电信号转化为基带信号；
84.步骤s203、处理装置确定该基带信号的信源是否为非法信源。
85.本实施例借助于软件无线电(sdr，software defined radio)实现，由至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，以使射频前端通过天线接收到第一预设频率范围内不同目标频段的无线电信号，实现不同目标频段的无线电信号的扫描，在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，由射频收发器将扫描到的无线电信号转化为基带信号，传输至处理装置104，确定基带信号的信源是否为非法信源，实现附近全频段的无线电信号监测，由于监测过程中仅需开启接收链路，无需发射信号，因此不影响无线传输空间的信号传输。
86.在一些实现方式中，至少一个射频开关按照设定顺序切换不同目标频段的接收链路。其中，设定顺序为设定的扫描顺序，以该设定顺序切换目标频段，以按照设定顺序扫描目标频段的无线电信号。
87.在一些实现方式中，确定该基带信号的信源是否为非法信源，可以根据该信号是否属于所在目标频段允许传输的信号类型实现，或者在解析出该信号的数据内容后，根据该信号的数据内容是否属于所在目标频段允许传输的内容来实现。在该信号不属于所在目标频段允许传输的信号类型，或者该信号的数据内容不属于所在目标频段允许传输的内容的情况下，确定该基带信号的信源为非法信源。
88.在一些实现方式中，本实施例的方法还包括：
89.步骤s204、在确定基带信号的信源为非法信源的情况下，处理装置通过所述基带信号对应目标频段的发射链路发射干扰信号。
90.本实施例仅在扫描到非法信源的信号时，开启相应目标频段的发射链路，通过该发射链路发射干扰信号，以干扰非法信源工作，避免信号监测过程中对于无线传输空间的信号传输造成干扰，实现无人感知的无线电信号监管。
91.在一些实现方式中，干扰信号包括与非法信源的无线电信号同步的相同信号。通过向非法信源发射同步的相同信号，使得其信号被干扰而无法正常工作，从而保证无线传输空间的安全。
92.在一些情形中，可能存在超高频的无线电信号，也就是高于第一预设频率的无线电信号，此时，需要将该无线电信号降至低频范围内进行监测。因此，在一些实现方式中，对于第二预设频率范围内的无线电信号，将该无线电信号的频率变频处理至所述第一预设频率范围内，再执行步骤s201。
93.在一些实现方式中，第一预设频率范围包括30m至6g。第二预设频率范围包括6g至110g。
94.在一些实现方式中，将第二预设频率范围内的无线电信号的进行两次下变频处理，使其频率降至第一预设频率范围(300mhz至6ghz)内，然后进入射频收发器即可将射频信号转化成数字信号进入基带部分。
95.本实施例通过至少一个射频开关切换第一预设频率范围内不同目标频段的接收链路，以使射频前端通过天线接收到第一预设频率范围内不同目标频段的无线电信号，实现不同目标频段的无线电信号的扫描，在扫描到任一目标频段的无线电信号的情况下，由射频收发器将扫描到的无线电信号转化为基带信号，传输至处理装置，确定基带信号的信
源是否为非法信源，实现附近全频段无线电信号的无人感知监测，由于监测过程中仅需开启接收链路，无需发射信号，因此不影响无线传输空间的信号传输。进一步地，通过混频器的工作方式，将6g至110g的无线电信号的频率变频处理至30m至6g的范围内，实现了利用超宽带技术监测传输空间内30m至110g范围内的无线电信号，在同一个装置的条件下实现了超宽频率范围的无线电信号监控。
96.在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统和方法实施例仅仅是示意性的。
97.需要说明的是，在本文中，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
98.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。