一种基于基站解码的卫星转发器干扰定位新方法
阅读说明：本技术 一种基于基站解码的卫星转发器干扰定位新方法 (Novel satellite transponder interference positioning method based on base station decoding ) 是由 李安平 唱亮 魏梅英 赵哲 张小飞 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于基站解码的卫星转发器干扰定位新方法,用于解决基站串扰型卫星上行站干扰的问题。本发明方法包括：对卫星转发信号的频谱图进行时频分析,根据带宽和频谱特征查找是否存在串扰GSM信号；对存在的GSM信号的基站小区识别码解码；根据基站小区识别码映射基站位置；在基站位置处查找疑似干扰源,定位存在基带传输线缆泄漏的卫星地球站。本发明打破传统双星定位方法定位干扰源的思路,可快速、准确地完成干扰卫星上行站的定位和排查,并能取得良好的干扰源定位效果。(The invention discloses a novel interference positioning method for a satellite transponder based on base station decoding, which is used for solving the problem of base station crosstalk type satellite uplink station interference. The method comprises the following steps: performing time-frequency analysis on a spectrogram of the satellite forwarding signal, and searching whether a crosstalk GSM signal exists according to bandwidth and spectrum characteristics; decoding the base station cell identification code of the existing GSM signal; mapping the position of the base station according to the cell identification code of the base station; and (4) searching suspected interference sources at the base station position, and positioning the satellite earth station with the leakage of the baseband transmission cable. The method breaks through the idea of positioning the interference source by the traditional double-satellite positioning method, can quickly and accurately complete the positioning and the troubleshooting of the interference satellite uplink station, and can obtain a good interference source positioning effect.)
技术领域
本发明涉及无线电管理技术领域，主要涉及卫星转发器被移动通信基站串扰进入转发器中并对转发器产生干扰情况下，采用全新的技术进行定位的方法。
背景技术
近年来，随着移动通信业务的快速增长，各地基站数量显著增多，在这当中，除3G/4G基站数量显著增长外，移动、联通两大运营商的GSM(全球移动通信系统)基站也在不断扩容。随着卫星通信业务的蓬勃发展，卫星地球站的数量也快速增长，因此，由于选址不当引起的电磁兼容问题就日益凸显。但由于卫星地球站发射天线的方向性极强，故一般不会对移动通信业务造成影响；然而，若基站距离卫星地球站较近，且地球站的L频段传输电缆屏蔽不好的话，则会出现基站信号串扰入传输电缆，并被发射上星的情况，如图1所示，此时卫星转发器资源则会被占用，合法用户的权益难以得到保障。因此，必须找到一个行之有效的技术方案，准确确定基站串扰的地理位置，以便能够快速完成干扰的排查工作。
目前国内对转发器干扰都是采用双星、三星定位技术，即通过计算干扰经过两个符合条件的卫星产生TDoA(到达时间差)和FDoA(到达频率差)值反推干扰源的原理。这种方法的前提条件是在同一个频点干扰信号是来自于同一个发射源，对于类似GSM等具有时分多址(TDMA)特点的信号无法计算其对应发射时序的TDoA和FDoA值，则无法实现定位。采用这种通过对基站信息解码的方式反推地理位置的方法还没有研究。目前相关接近的论文都是采用TDoA和FDoA等方法，或者是利用多个TDoA的方法。如，参考文件1(李安平魏梅英刘恩亚,利用两颗静止轨道卫星摄动产生的多TDOA值进行干扰源定位的方法研究,[M].中国无线电,2019年11期60页-63页)中提出了一种新的利用两颗静止轨道卫星相对运动造成不同时刻有不同到达时差的因素进行干扰源定位的方法。该方法首先分析并计算了在不同时刻由于卫星本身的摄动及控制所引起卫星运动并导致不同信号经由该两颗静止轨道卫星所产生的时间差TDoA的变化规律，研究了静止轨道卫星稳定的链路下对信号经由不同信道所产生的时间差进行精确估计的方法，并根据估计值设计反推对应的地球表面区域的算法；然后，通过不同时段的估计，得出一簇曲线，结合统计概率分布特性，最终得出一个基于置信度的定位椭圆；最后仿真分析了卫星在不同运动半径情况下可实现的定位精度。参考文件2(纪惠郭恒恒孙鹏张更新，卫星干扰源定位方法综述[C].第十五届卫星通信学术年会论文集，2019年)中记载，随着信息化社会的到来，国际国内无线电通信技术飞速发展，用户对无线电通信的需求不断扩大，卫星通信以其频带宽、容量大、适用于多种业务等优势广泛应用于国际通信、移动通信以及广播电视等领域，然而由于干扰源的存在，使卫星通信存在严重的安全问题，因此对干扰源目标位置快速有效的定位具有十分重要的意义。而无源定位技术因具备良好的隐蔽性、远作用距离等优势，目前在军用和民用系统中占据着越发关键的地位，是当今定位领域的研究热点。参考文件2中主要介绍了卫星干扰源定位系统以及几种定位方法的原理和算法，卫星定位系统的新算法与新技术，最后对卫星干扰源定位的未来发展提出设想。参考文件3(赵宏伟刘波刘恒，用于卫星干扰源定位的压缩感知DOA估计方法[M].火力与指挥控制.2016年10期第25-28页)针对传统测向方法的实际应用性能较差，提出一种基于压缩感知(CS)的卫星干扰源定位方法，根据干扰信号方位角的空间稀疏性，建立了压缩感知波达方向(DOA)估计模型，通过协方差矩阵的高阶幂逼近信号子空间和矩阵的共轭对称特征，利用高阶幂矩阵的主对角线下左下角列向量进行波达方向估计。经仿真实验验证，参考文件3的方法不需要已知干扰源数，具有较高的精度和较好的分辨力，且能满足对相干干扰信号的估计，对压缩感知DOA估计在卫星干扰源定位中的应用具有一定参考意义。
基站串扰型卫星上行站干扰是一类较特殊的卫星干扰形式，发生串扰时，卫星地球站把附近的基站信息耦合到卫星地球站的发射单元，星上转发器的公用频段上有很多上行信号，并不与地球站一一对应，串扰的基站信号是窄带信号，叠加在正常卫星宽带信号上，由于卫星转发信号是时分的，很难将某一个时段的上行信号分离出，也无法计算准确的FDoA和TDoA，因此采用传统的双星定位方法效果一般不佳。所以，需要进一步设计全新的适合基站串扰到转发器干扰的定位技术。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种基于基站解码的卫星转发器干扰定位的新方法，是一类实用的卫星上行站基站串扰型干扰排查方法，并在实际中取得了良好效果。
本发明提供的基于基站解码的卫星转发器干扰定位方法，包括：
步骤1，采集用户接收到的来自卫星的信号，对信号的频谱图进行时频分析，根据带宽和频谱图特征，并结合广播信道盲解析判断是否存在GSM信号为，若存在，则说明检测到串扰GSM信号，存在卫星转发器受到干扰，继续下一步骤，否则，不再继续下面步骤；
步骤2，对串扰GSM信号的基站小区识别码CGI解码；
步骤3，根据识别码CGI进行基站小区位置的映射；
步骤4，在基站小区位置，使用基站小区识别码解码设备进行基站小区信息验证，以确认基站位置映射无误，在该基站小区位置附近搜索卫星地球站，所找到的卫星地球站就是存在基带传输线缆泄漏的地球站。
本发明的基于基站解码的卫星转发器干扰定位方法，与现有技术相比，具有如下优点和积极效果：本发明方法打破目前通过TDoA和FDoA反推干扰源的常规技术思路，首先识别出串扰GSM信号，再通过解析基站小区识别码后进行位置映射，从而实现干扰源定位。本发明方法完全不同于现有技术中通过TDoA和FDoA反推干扰源的方法，针对卫星上行信号基站串扰场景，可快速、准确地完成干扰卫星上行站的定位和排查，有效解决这类特殊干扰难以定位的技术难点，实现了一种面向基站耦合到卫星转发器的全新的、非传统的定位技术。经检验，本发明方法在实际场景中能取得良好的干扰源定位效果。
附图说明
图1是卫星上行信号基站串扰的场景示意图；
图2是本发明的基站串扰型干扰定位的流程示意图；
图3是GSM信号频谱和时频图特征图；
图4是GSM信号的CGI信息示意图；
图5是映射出发射点位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的技术方案。
如图1所示，在卫星上行信号基站串扰场景中，GSM信号被卫星地球站调制一起由发射天线发送给卫星。由于GSM在常态下只有广播信道的信号，而广播信道的信号一般为TDMA信号，对于传统双星定位信号无法进行定位，目前少数较新型的双星定位系统具备TDMA信号时隙参数估计、信号重构等功能，但定位效果和可靠性仍不如常规信号，故双星定位方法尚不能作为这类场景干扰定位的首选方案。
本发明考虑到在卫星上行信号基站串扰场景中，卫星将转发串扰的基站信号给用户，用户接收到的卫星转发信号中包含串扰基站信号，进而本发明特别针对这种信号进行识别处理。GSM广播信道的信号内含全球小区识别码(CGI)信息，该识别码为全球唯一的，故可以通过解析GSM信号识别码的方法获取相应信息，再依托运营商的网管侧工参或第三方的查找工具，获取该小区识别码对应基站的位置，则卫星地球站应位于该基站的附近，可将基站的定位位置作为卫星上行站的位置，两者距离一般在1-2km左右，对于卫星上行站的定位来说误差已足够小，不会给上行站查找造成困难。因此，本发明实现的基于基站解码的卫星转发器干扰定位方法的一个流程如图2所示，下面分为4个步骤来说明。
步骤1：在用户侧对接收到的卫星转发信号进行信号判定，判断是否为GSM信号。
GSM信号的频谱形状特征与数字信号相同，同时由于其8个时隙一般是不被完全占据的，故在时频图上观察其为非等间隔的TDMA信号。如图3所示，为GSM信号的频谱和时频图特征，从该图可以准确获取基站的中心频率，并根据带宽和频谱图特征，确定是否为GSM信号。在此基础上，基站解码器将根据该中心频率(信道)解码。
采集来自卫星的信号，对信号的频谱图进行时频分析，判断是否存在非等间隔的TDMA信号，若存在，则说明存在卫星转发器受到干扰，需要查找干扰源，若不存在，则认为当前未检测到卫星转发器受到干扰的情况。当检测到串扰GSM信号时，也相应从时频分析中获得基站的中心频率。
步骤2：对GSM信号的识别码解码。
对于GSM系统，全球小区识别码(CGI)包括国家代码(MCC)、网络代码(MNC)、区域代码(LAC)和小区号(CI)等信息，如图4所示。对于GSM系统的GMSK(高斯最小频移键控)信号，一般解码所需的信噪比应大于5.5dB，在实际应用中，在6dB以上基本可以保证稳定的解码。目前有两种可以选择的解码设备，一种是采用工程测试手机，另外一种是采用专用的基站解码仪。
步骤3：基站位置映射。
在获取基站小区的CGI后，一般是利用第三方的运营商或商业资源进行基站位置的查找映射，可行的有两种查找方式，第一种为基于运营商网络管理侧给出的基站数据，需要跨部门通过相关主管部门进行协调，具有一定的不确定性，对干扰查处效率会有影响。另一种思路是利用第三方的商业资源，例如聚合基站、GPSSPG基站查询等资源，这个思路的方法是查询实时性强，效率高。典型的基站位置映射如图5所示。
步骤4：疑似干扰源查找。
在获取基站小区的位置后，可赴该地点进行查找，并建议携带基站识别码解码设备进行基站信息的进一步验证，以确认基站位置映射环节无误。在到达定位点附近后，原则上应该附近1-2公里上发现卫星地球站，若未发现可进一步扩大搜索范围。该地球站应为存在基带传输线缆泄漏的地球站。