阅读说明：本技术 数字无线电通信信号通用解调解析装置及其方法 (Universal demodulation and analysis device for digital radio communication signal and method thereof ) 是由 钟声 占文生 周经文 高洁 于 2020-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种数字无线电通信信号通用解调解析装置及其方法。本发明中：终端设备与为1.5-30MHz射频接收与数字处理组件和30-3800MHz射频接收与数字处理组件连接；所述第一处理组件和第二处理组件均分别与一天线连接。本发明通过设置1.5-30MHz射频接收与数字处理组件和30-3800MHz射频接收与数字处理组件与终端设备配合；再通过对数字无线电通信信号通用解调解析方法进行优化；对射频宽带接收时通带内存在的多个无线电信号可以进行有效分离和分析测量,能够自动检测各个体信号的调制类型、波特率、信号中频、载波数量、频偏与载波间隔等特征参数；实现对188种数字通信信号进行数字解调、编码分析、数据帧结构分析、协议解析的通用功能。(The invention discloses a general demodulation and analysis device and a general demodulation and analysis method for digital radio communication signals. In the invention: the terminal equipment is connected with a 1.5-30MHz radio frequency receiving and digital processing component and a 30-3800MHz radio frequency receiving and digital processing component; the first processing assembly and the second processing assembly are respectively connected with an antenna. The invention sets 1.5-30MHz radio frequency receiving and digital processing component and 30-3800MHz radio frequency receiving and digital processing component to match with terminal equipment; optimizing the general demodulation analysis method of the digital radio communication signals; the radio signals existing in a receiving band when the radio frequency bandwidth is received can be effectively separated and analyzed and measured, and characteristic parameters such as modulation type, baud rate, signal intermediate frequency, carrier number, frequency offset, carrier interval and the like of each individual signal can be automatically detected; the universal functions of digital demodulation, coding analysis, data frame structure analysis and protocol analysis of 188 digital communication signals are realized.)

数字无线电通信信号通用解调解析装置及其方法

技术领域

本发明属于无线电通信技术领域，特别是涉及数字无线电通信信号通用解调解析装置及其方法。

背景技术

网络电磁空间的安全是现代信息化社会信息安全的重要保证。现代数字无线电通信(网络)技术的发展，已经由简单的数字移频、数字移相等单制式数字调制发展到了多制式混合的数字调制，传输码流的编码方式、帧结构及协议格式等也越来越复杂多样，这些都给无线网络的信息安全有效监控带来了越来越严峻的挑战。

当前已知在全球规模化和通用化应用的数字无线电通信信号包含了短波数字无线电通信信号107种、超短波数字无线电通信信号44种、卫星数字通信信号23种以及传真和MODEM信号14种，为了对这些数字无线电通信信号的信息安全进行有效监控，需要发展新的侦察分析技术手段。

传统的无线电监测或者侦察分析技术主要是针对无线电信号的频谱结构、信号带宽、调制样式、码流速率等特征参数等信号层来进行，缺乏再编码方式、数据帧结构、协议格式等信息层进行深入分析的技术手段。

目前全球反恐形势非常严峻，而且这种严峻的形势会长期存在，恐怖分子利用各种类无线通信网络系统实施犯罪活动的势头日益猖獗，为此需要发展一种能够对一定区域范围内全频段的各种类无线通信(网络)信号在信号层和信息层实现全面有效监控的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于提供数字无线电通信信号通用解调解析装置及其方法，通过设置1.5-30MHz射频接收与数字处理组件和30-3800MHz射频接收与数字处理组件与终端设备配合；再通过对数字无线电通信信号通用解调解析方法进行优化；对射频宽带接收时通带内存在的多个无线电信号可以进行有效分离和分析测量，能够自动检测各个体信号的调制类型、波特率、信号中频、载波数量、频偏与载波间隔等特征参数；实现对国际上通用的107种短波数字无线电通信信号、44种超短波数字无线电通信信号、23种卫星数字通信信号以及14种传真和MODEM信号等188种数字通信信号进行数字解调、编码分析、数据帧结构分析、协议解析的通用功能。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为数字无线电通信信号通用解调解析装置包括终端设备；所述终端设备分别与第一处理组件和第二处理组件连接，所述第一处理组件和第二处理组件均分别与一天线连接；

所述第一处理组件为1.5-30MHz射频接收与数字处理组件，所述第二处理组件为30-3800MHz射频接收与数字处理组件；

所述天线为短波和超短波全向或定向宽带接收天线，所述天线根据连接的处理组件的工作频率范围确定覆盖的工作频率范围。

优选地，所述终端设备为嵌入针对数字通信信号通用解调解析算法软件的高性能计算机平台或服务器。

数字无线电通信信号通用解调解析方法，包括以下步骤：

步骤一：终端设备针对选择的宽带射频接收与数字变换处理组件选择对应的设备驱动程序；

步骤二：并根据步骤一选择的设备驱动程序选择射频接收带宽、I/Q数据传输速率参数；

步骤三：采用通用时频变换算法，将步骤二中采集的I/Q数据流变换为时频数据流；

步骤四：射频接收通带内多目标信号分离与个体目标信号的信号带宽、调制样式与调制参数、波特率、载波数量、频偏与载波间隔等信号层特征参数自动提取；

步骤五：采用通用数字解调器实现I/Q数据流到0/1比特流的转换；

步骤六：比特流分析器及其对应编码方式与编码参数、数据帧结构及其通信协议类型分析；

步骤七：终端设备根据步骤六的分析结果选择相应的通信协议类型进行信息内容自动解析；

步骤八：判断是否继续工作，若继续工作则重新进入步骤四，若完成工作则进入步骤九；

步骤九：完成解析工作。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过设置1.5-30MHz射频接收与数字处理组件和30-3800MHz射频接收与数字处理组件与终端设备配合；再通过对数字无线电通信信号通用解调解析方法进行优化；对射频宽带接收时通带内存在的多个无线电信号可以进行有效分离和分析测量，能够自动检测各个体信号的调制类型、波特率、信号中频、载波数量、频偏与载波间隔等特征参数；实现对国际上通用的107种短波数字无线电通信信号、44种超短波数字无线电通信信号、23种卫星数字通信信号以及14种传真和MODEM信号等188种数字通信信号进行数字解调、编码分析、数据帧结构分析、协议解析的通用功能。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明的数字无线电通信信号通用解调解析装置的结构示意图

图2为数字无线电通信信号通用解调解析方法的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为数字无线电通信信号通用解调解析装置，包括终端设备；终端设备为嵌入针对数字通信信号通用解调解析算法软件的高性能计算机平台或服务器；高性能计算机或者服务器平台要求配置16GB内存、USB3.0高速数据接口、千兆网口、主频3.0GHz以上多核CPU以及固态电子盘等，一方面保障在该计算机平台上能够通过高速总线实时输入短波和超短波射频接收与数字变换处理组件获取的高速I/Q数据流，同时通过相应的嵌入式通用算法软件(通用的数字解调以及对应的编码方式、数据帧结构、协议格式等信息层分析解析的通用算法软件)，实现对188种数字通信信号的实时有效解调解析；

终端设备将短波/超短波射频接收与数字变换处理组件输出的I/Q数据流(数字波形)进行时频变换以及实现信号带宽、调制样式与调制参数、波特率、载波数量、频偏与载波间隔等信号层特征参数分析提取，数字解调及0/1码流(或比特流)分析、以及对应的编码方式与编码参数、数据帧结构及其通信协议类型分析、信息内容解析等算法软件的高效实现提供高性能CPU硬件资源。

终端设备分别第一处理组件和第二处理组件连接，第一处理组件和第二处理组件均分别与一天线连接；第一处理组件为1.5-30MHz射频接收与数字处理组件，第二处理组件为30-3800MHz射频接收与数字处理组件；第一处理组件和第二处理组件要有较低的噪声系数(2dB～3dB)以及较优越的宽带射频接收特性(二阶/三阶节点值、瞬时带宽及带外抑制、动态范围及增益控制范围等特性)以及数字变换处理特性(ADC位数、I/Q数据速率、数字带宽等)；

其中，短波信号的频率范围是1.5～30MHz，单个短波信号的带宽通常在6KHz以内(大部分在3KHz以内)，但是作为侦察接收的短波射频接收信道通常会采用100KHz(最小也会是10KHz)的接收带宽，另外短波可以通过电离层实现远距离传输(几百公里乃至几千公里)，只是其数据传输速率较低，它是保障最低限度远距离通信信息传输的主要技术手段，国际上目前常用的有107种数字通信信号格式。但是由于电离层是一个随参信道，因此作为第三方实现侦察分析，对短波射频接收信道的接收特性相比较超短波射频接收信道有更高的性能指标要求。超短波信号的工作频率范围通常是30～3000MHz(VHF/UHF)，单个超短波信号的带宽通常在25KHz以内，较宽的也在200KHz以内，但是作为侦察接收的超短波射频接收信道通常会采用20MHz(最小也会是200KHz)的接收带宽。为此在硬件组成平台上需要分别将短波1.5～30MHz射频接收信道和超短波30～3000MHz射频接收信道(这里选择的是频率范围覆盖30～3800MHz的射频接收信道，也还可以选择频率范围覆盖30～6000MHz的射频接收信道)分开来。

终端设备将射频接收信道的零中频输出信号变换成连续的I/Q数据流(数字波形)，便于软件算法上实现数字解调，将各种调制样式及编码方式的I/Q数据流(数字波形)变换成0/1码流(比特流)。短波和超短波射频接收与数字变换处理组件就是支持整个装置能够有效地将空间各种类型的数字无线电通信信号(空间电磁波信号)几乎无失真地变换成零中频I/Q数据流(数字波形)，为后续通过高性能计算机平台将该I/Q数据流正确无误地解调成0/1码流(比特流)奠定基础。

天线为短波和超短波全向或定向宽带接收天线，天线根据连接的处理组件的工作频率范围确定覆盖的工作频率范围；接收天线根据工作环境要求可设置于载车车顶，也可以用升降杆支撑。

如图2所示，数字无线电通信信号通用解调解析方法，包括以下步骤：

步骤一：终端设备针对选择的宽带射频接收与数字变换处理组件选择对应的设备驱动程序；

步骤二：并根据步骤一选择的设备驱动程序选择射频接收带宽、I/Q数据传输速率参数；

步骤三：采用通用时频变换算法，将步骤二中采集的I/Q数据流变换为时频数据流；

步骤四：射频接收通带内多目标信号分离与个体目标信号的信号带宽、调制样式与调制参数、波特率、载波数量、频偏与载波间隔等信号层特征参数自动提取；

步骤五：采用通用数字解调器实现I/Q数据流到0/1比特流的转换；

步骤六：比特流分析器及其对应编码方式与编码参数、数据帧结构及其通信协议类型分析；

步骤七：终端设备根据步骤六的分析结果选择相应的通信协议类型进行信息内容自动解析；

步骤八：判断是否继续工作，若继续工作则重新进入步骤四，若完成工作则进入步骤九；

步骤九：完成解析工作。

实施例一：

作为本发明的数字无线电通信信号通用解调解析装置进一步的优化方案，对高于3800MHz频率范围的数字无线电通信信号，例如SHF频段及EHF频段的数字无线电通信信号，可以通过对其射频进行下变频的方式，变换到30～3800MHz频率范围的某一个中频频率上，然后再采用上述通用装置就可以进行有效的解调解析。

作为本发明的数字无线电通信信号通用解调解析装置进一步的优化方案，随着全球数字无线电通信技术的不断发展进步，对于上述188种之外新出现的数字无线电通信信号的解调解析，可以利用本装置提供的数字通信信号比特流分析工具软件，在操作员的人工辅助下进行分析测量和建模识别。

作为本发明的数字无线电通信信号通用解调解析装置进一步的优化方案，对于采用了跳扩频抗干扰技术的数字无线电通信信号，在利用本装置进行解调解析处理之前，首先要进行解跳解扩处理。对跳扩频无线电通信信号进行解跳解扩处理的算法软件在我们早期研发的另一款设备中已经具备，只需要将其嵌入到本装置中即可。

与传统的无线电监测分析(侦察分析)设备只能够进行单一信号分析测量不同，本装置对射频宽带接收时通带内存在的多个无线电信号可以进行有效分离和分析测量，能够自动检测各个体信号的调制类型、波特率、信号中频、载波数量、频偏与载波间隔等特征参数。另外，对多目标信号的分离与分析测量模块提供了多种信号可视化功能，如信号实部虚部显示、波特率频谱和星座图显示等。

与传统的无线电监测分析(侦察分析)设备只能够进行信号特征参数分析测量不同，本装置增加了数字无线电通信信号的比特流分析功能，主要包括自相关分析、比特相关分析、比特长度测量等。

与传统的无线电监测分析(侦察分析)设备只能够进行信号特征参数分析测量不同，本装置具备针对国际上通用的107种短波数字无线电通信信号、44种超短波数字无线电通信信号、23种卫星数字通信信号以及14种传真和MODEM信号进行数字解调、编码分析、数据帧结构分析、协议解析的通用功能。

实施例二：

本实施例为数字无线电通信信号通用解调解析装置的工作原理：

1、在Windows 7操作系统环境下，用VS2010编程环境和ORACLE 10数据库环境，开发本装置的算法应用与数据管理软件；

算法软件首先是分别将短波和超短波宽带射频接收与数字变换处理组件输送来的高速零中频I/Q数据流进行连续的实时接收处理，而后是检测分析宽带射频接收通带内输出的连续I/Q数据流中是否存在多个独立的无线电通信信号，这是现代信息化社会频谱资源被密集占用以及电磁信号环境复杂多变而常态化面临的问题。如果从连续输出的I/Q数据流中检测识别出有多个独立的无线电信号，则需要根据数据流时频特征分布特性先对其进行有效的自动分离和分析测量，在此基础上再自动检测和识别各个体无线电通信信号的调制类型、波特率、信号中频、载波数量、频偏与载波间隔等特征参数。

2、为了保证对多目标信号分离与分析测量的有效可靠性，算法软件提供了多种对数据流中包含的无线电信号的可视化功能，包括信号实部虚部显示、数据波特率显示、各种维度的频谱结构显示以及信号星座图显示等。

3、与传统的无线电监测分析(侦察分析)设备只能够进行信号特征参数分析测量不同，本发明装置以I/Q数据流的时频变换特征为基础，针对FSK、F7B、MFSK、GMSK、2PSK、4PSK、8PSK、16PSK、OQPSK、CW、OFDM、mQAM、数字语音等各种数字无线电通信信号，研究开发了通用的调制样式和对应的调制参数自动识别算法软件，以及在此基础上对应的数字解调算法软件，实现了将空间无线电通信信号从I/Q数据流到0/1比特流的转换。

4、在完成对各种数字无线电通信信号数字解调得到其0/1码流(比特流)的基础上，为了分析其对应的编码特性、数据帧结构特性等，研究开发了针对0/1码流(或比特流)的通用比特流分析算法软件，其主要功能包括比特流的自相关分析、比特相关分析、比特长度测量等，为分析识别各种数字无线电通信信号的编码方式与编码参数、数据帧结构以及通信协议解析等奠定基础。

5、在对数字解调输出的0/1码流(或比特流)完成通用比特流分析得出其编码方式与编码参数、数据帧结构以及通信协议类型等特性的基础上，研究开发了针对目前国际上常见的107种短波数字无线电通信信号、44种超短波数字无线电通信信号、23种卫星数字通信信号以及14种传真和MODEM信号的协议解析算法软件，由此解析输出对应非加密数字无线电通信信号传输的信息内容。

6、整个算法软件运行后可获得包括I/Q数据流以及对应的信号带宽、调制样式与调制参数、波特率、载波数量、频偏与载波间隔等信号层特征参数，0/1码流(或比特流)以及对应的编码方式与编码参数、数据帧结构及其通信协议类型、信息内容等，这些都可以选择性地存储在本地数据库中，或者通过网络传输到信息中心的数据库，为实现侦察信息的综合管理奠定基础

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。