一种检测虚警信号的方法及基站与流程
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种检测虚警信号的方法及基站。
背景技术：
窄带随机接入信道是窄带物联网的上行随机接入信道，负责用户的接入与定时。在实际工作过程中，基站接收窄带随机接入信道信号时，会遇到虚警情况，即用户没有发送窄带随机接入信号，而基站端检测到了该用户发送的窄带随机接入信号，则认为是虚警信号。虚警信号对基站正确接收窄带随机接入信道信号会产生很大的负面影响，因此，检测接收的窄带随机接入信号是否是虚警信号，对于基站正确接收窄带随机接入信道的信号具有重大意义。
常用的虚警检测方法是，基站首先借助离散傅里叶变换计算得到窄带随机接入信号的功率谱，然后根据窄带随机接入信号的功率谱计算得到窄带随机接入信号的信噪比，通过将窄带随机接入信号的信噪比与判决门限做比较，判断接收到的窄带随机信号是否为虚警信号。在上述计算过程中，需要进行大量的离散傅里叶变换计算，其计算量大，实现复杂度高。
技术实现要素：
基于上述现有技术的缺陷和不足，本发明提出一种检测虚警信号的方法及基站，能够在避免较大计算量的基础上，实现对虚警信号的检测。
一种检测虚警信号的方法，应用于基站，该方法包括：
接收窄带随机接入信道中的信号；
遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；
对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；
将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；
如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；
如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
优选地，在遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组之后，该方法还包括：
对所述信号进行抽样处理，得到抽样信号；以及对所述基时域数组进行抽样处理，得到抽样数组；
对所述抽样信号与所述抽样数组进行点乘运算处理，得到模值结果。
优选地，所述获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组。
优选地，所述根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的频率值；
根据所述频率值，计算得到与所述频率值相对应的基时域数组。
优选地，所述获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
从所述基站的存储装置中调用得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；其中，所述基站的存储装置中保存有事先已经计算得到的，与所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值相对应的基时域数组。
一种基站，包括：
信号接收单元，用于接收窄带随机接入信道中的信号；
处理单元，用于遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；
计算单元，用于对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；
对比处理单元，用于将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；
如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；
如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
优选地，所述处理单元获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组时，具体用于：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组。
优选地，所述处理单元根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组时，具体用于：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的频率值；
根据所述频率值，计算得到与所述频率值相对应的基时域数组。
一种基站，包括：
存储器和处理器；
其中，所述存储器与所述处理器连接，用于存储程序和程序运行过程中产生的数据；
所述处理器，用于通过运行所述存储器中的程序，实现以下功能：
接收窄带随机接入信道中的信号；遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
优选地，所述处理器还用于：
对所述信号进行抽样处理，得到抽样信号；以及对所述基时域数组进行抽样处理，得到抽样数组；对所述抽样信号与所述抽样数组进行点乘运算处理，得到模值结果。
采用本发明提出的方法检测虚警信号时，在接收到窄带随机接入信道中的信号后，遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。上述方法通过简单的点乘运算和对比处理，即可判断接收的信号是否为虚警信号，避免使用傅里叶变换等高复杂度的运算处理，其计算量小，实现复杂度低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种检测虚警信号的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种检测虚警信号的方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基站的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种基站的结构示意图。
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做出创造性劳动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。
本发明实施例公开了一种检测虚警信号的方法，应用于基站，参见图1所示，该方法包括：
s101、接收窄带随机接入信道中的信号；
具体的，窄带随机接入信道是窄带物联网的上行随机接入信道，负责用户端的接入与定时。用户端通过窄带随机接入信道，与基站建立联系，接入到网络当中。在实际通信过程中，由于信道噪声的存在，基站可能在用户端未通过窄带随机接入信道发送信号的前提下，接收到由于信道噪声引起的噪声信号，即虚警信号。对于基站的信号接收装置来说，在通过窄带随机接入信道接收到信号时，并不知道接收的是用户端发送的信号，还是虚警信号。为了降低信号接收装置的工作量，保证信号接收效率，信号接收装置不对接收的信号是否为有用信号进行判断，对于从窄带随机接入信道上行的信号，基站的信号接收装置统一接收，再通过后续处理过程判断接收的信号是否为有用信号。
s102、遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；
具体的，对于一条窄带随机接入信道，其子载波初始值有特定的子载波初始值取值范围。通过该窄带随机接入信道发送上行信号的用户端，可以在该窄带随机接入信道的子载波初始值取值范围内，任意选取一个子载波初始值，生成信号。
对于一条窄带随机接入信道，其子载波初始值对应的基时域数组是确定的，并且与某一子载波初始值对应的基时域数组，可以用来标识由该子载波初始值生成的信号。
本发明实施例技术方案的思想在于，通过将接收到的用户端根据某一子载波初始值生成的信号，与窄带随机接入信道的相同的子载波初始值对应的基时域数组进行点乘运算得到模值结果，如果用户端根据该子载波初始值生成的信号，与对应该子载波的基时域数组的点乘模值结果在设定的阈值范围内，则说明该信号为用户端发送的信号，否则说明该信号为虚警信号。由于基站接收到用户端发送的信号后，并不知道接收到的信号是用户端根据哪个子载波初始值生成的，因此，基站采用将接收到的信号与所有子载波初始值对应的基时域数组进行点乘运算，以及对比的方法，验证接收到的信号是否是用户端发送的有用信号。只要接收的信号与所有子载波初始值对应的基时域数组中的任意一个基时域数组的点乘运算的模值在设定的阈值范围内，则说明该信号不是虚警信号。
基于上述原理，在步骤s102中，基站在窄带随机接入信道的子载波初始值取值范围内，遍历所有的子载波初始值，在每遍历到一个子载波初始值时，获取与该子载波初始值相对应的基时域数组，以便后续步骤根据基时域数组验证接收的信号是否为虚警信号。
s103、对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；
具体的，将接收的信号与基时域数组的元素分别进行点乘运算处理，会得到一个新数组，将数组中的每一个元素都进行求模运算，得到模数组，然后，对模数组中的元素就平均值，即可得到接收的信号与基时域数组进行点乘运算的模值结果。
s104、将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；
具体的，模值阈值是基站预先计算并存储的，具体的计算模值阈值的方法是，终端向基站发送全零信号，经过无线信道后，基站得到s_test(n,s)信号，其中n是第n次测试，1＝<n<＝n。基站将信号s_test(n,s)与每个子载波初始值对应的基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；遍历整个n，可以得到模值数组i(n)，找到模值数组i(n)中的最大值，设定为模值阈值。
根据窄带随机接入信道的特性，如果有真实的窄带随机接入信号发送，其值必定大于全零信号。也就是说真实的窄带随机接入信号与基时域数组的点乘模值结果，必定大于上述模值阈值。因此，将利用全零信号计算得到的最大的模值结果作为模值阈值，是具有理论依据的。
如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；
如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
具体的，如果在遍历窄带随机接入信道的子载波初始值的过程中，当遍历到某一个子载波初始值时，计算得到的模值结果大于模值阈值，则可以确定所接收的信号不是虚警信号，而是真实的信号。如果遍历窄带随机接入信道的子载波的每一个子载波时，计算得到的模值结果都不大于模值阈值，则可以确定所接收的信号是虚警信号。
采用本发明实施例提出的方法检测虚警信号时，在接收到窄带随机接入信道中的信号后，遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。上述方法通过简单的点乘运算和对比处理，即可判断接收的信号是否为虚警信号，避免使用傅里叶变换等高复杂度的运算处理，其计算量小，实现复杂度低。
可选的，在本发明的另一个实施例中，参见图2所示，在遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组之后，该方法还包括：
s203、对所述信号进行抽样处理，得到抽样信号；以及对所述基时域数组进行抽样处理，得到抽样数组；
s204、对所述抽样信号与所述抽样数组进行点乘运算处理，得到模值结果。
具体的，为了简化计算量，本发明实施例对接收的信号和基时域数组进行抽样处理，然后利用抽样得到的信号和数组计算得到模值结果。
例如，对于基时域数组a(i，t)数组，从数组中进行抽样，提取出抽样数组b。提取方法为：判断ninit与
对于接收的信号，例如r(s)数组，将r(s)数组按序划分成新数组r(i,t),再将r(i,t)数组抽样得到数组r(t)。两步的步骤如下：
a)r(s)划分成r(i，t)的方法为：r(s)是时域离散的信号，且s为
b)将r(i，t)转变为r(t)的方法为：判断ninit与
需要说明的是，具体的抽样方法并不限于上述抽放方法，在条件允许范围内，可以利用任意可用的抽样方法实现对接收信号和基时域数组的抽样。
本实施例中的步骤s201、s202、s205分别对应图1所示的方法实施例中的步骤s101、s102、s104，其具体内容请参见对应图1所示的方法实施例的内容，此处不再赘述。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组。
基站记录有窄带随机接入信道的所有子载波初始值，对于每一个子载波初始值，基站根据子载波初始值计算得到与该子载波初始值对应的基时域数组。具体的，基站根据3gpp协议计算得到与子载波初始值对应的基时域数组。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的频率值；
根据所述频率值，计算得到与所述频率值相对应的基时域数组。
具体的，在用户端与基站通过窄带随机接入信道进行通信之前，基站与用户端之间事先已配置如下参数：
ninit:mac层为窄带随机接入信道选的子载波初始值；
根据3gpp协议规定，基站根据窄带随机接入信道的子载波初始值计算得到与该子载波初始值对应的频率值的计算方法为：
a、计算出频域位置初始值nstart(协议中的nstart)的值；
具体的，3gpp协议中的规定了计算nstart的公式：
其中，式中
根据上述公式计算得到频域位置初始值nstart。
b、确定f(t)函数前两项的值；
具体的，根据公式：
f(-1)＝0
即可计算得到f(t)函数前两项f(0)和f(1)。其中，c(n)是一个随机序列，定义如下：
c(n)＝(x1(n+nc)+x2(n+nc))mod2
x1(n+31)＝(x1(n+3)+x1(n))mod2
x2(n+31)＝(x2(n+3)+x2(n+2)+x2(n+1)+x2(n))mod2
其中，nc＝1600，x1(0)＝1，x1(n)＝0，n＝1,2,…,30；
进一步的，根据f(t)前几项的值，可以依次计算得到f(t)所有的函数值。
c.计算
具体的，根据公式：
计算得到频率
d.计算频率值
对于每一个窄带随机接入信道信号，会传输
可计算得到每个组符号的频率值，其中
具体的，根据协议规定的公式
计算得到基时域数组。
例如，假设基站通过窄带随机接入信道接收到信号r(t)，
r(t)＝[-0.8259-0.6687i-0.6108-0.8623i-0.8663-0.5185i
0.5508-0.8169i0.5389-0.8654i0.8838-0.8294i
-0.7529+0.7623i-0.7779+0.5390i-0.5143+0.6268i
0.6114+0.8397i0.8801+0.7188i0.8736+0.5138i
-0.8830+0.7715i-0.6755+0.8860i-0.8031+0.6526i
0.5630+0.7973i0.8062+0.8882i0.6569+0.8181i
-0.8829-0.7622i-0.5747-0.6942i-0.5685-0.6959i
0.8201-0.7824i0.6782-0.5568i0.5127-0.7585i]
r(t)是一个24*1的数组。同时，假设用户端与基站已约定如下配置参数：
ninit:mac层为窄带随机接入信道选的子载波初始值取0；
当取ninit＝0时，根据步骤s302可计算得到
取t＝1ts，2ts，3ts三个值(这里取三个值不影响结果，只作为举例)，根据步骤s303，可以得到基时域数组a：
a(i,t)＝[-0.7071-0.7071i-0.6535-0.7570i-0.5963-0.8028i
0.7071-0.7071i0.7565-0.6540i0.8018-0.5975i
-0.7071+0.7071i-0.7534+0.6575i-0.7963+0.6049i
0.7071+0.7071i0.6569+0.7539i0.6037+0.7972i
-0.7071+0.7071i-0.7514+0.6598i-0.7926+0.6098i
0.7071+0.7071i0.6592+0.7519i0.6086+0.7935i
-0.7071-0.7071i-0.6558-0.7549i-0.6012-0.7991i
0.7071-0.7071i0.7544-0.6564i0.7982-0.6025i]
进一步的，根据计算得到的基时域数组，按照本发明实施例技术方案判断信号r(t)是否为虚警信号的后续处理，还包括：
将r(t)数组进行划分，可以得到
r(i,t)＝[-0.8259-0.6687i-0.6108-0.8623i-0.8663-0.5185i
0.5508-0.8169i0.5389-0.8654i0.8838-0.8294i
-0.7529+0.7623i-0.7779+0.5390i-0.5143+0.6268i
0.6114+0.8397i0.8801+0.7188i0.8736+0.5138i
-0.8830+0.7715i-0.6755+0.8860i-0.8031+0.6526i
0.5630+0.7973i0.8062+0.8882i0.6569+0.8181i
-0.8829-0.7622i-0.5747-0.6942i-0.5685-0.6959i
0.8201-0.7824i0.6782-0.5568i0.5127-0.7585i]
根据ninit+1＝1与
r(t)＝[-0.8259-0.6687i-0.6108-0.8623i-0.8663-0.5185i]
b(t)＝[-0.7071-0.7071i-0.6535-0.7570i-0.5963-0.8028i]
针对b数组与r数组，计算模值：
b(t)与r(t)的点乘p(t)＝[0.1112+1.0568i-0.2536+1.0259i0.1003+1.0046i]
p(t)＝[1.06261.05681.0096]；i＝1.0430
由于i＝1.043>t＝0.937，所以判定发送了nprach信号
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组，包括：
从所述基站的存储装置中调用得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；其中，所述基站的存储装置中保存有事先已经计算得到的，与所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值相对应的基时域数组。
具体的，由于基站根据子载波初始值计算得到基时域数组的计算过程，与基站接收的信号无关，即基站所使用的基时域数组只取决于窄带随机接入信道的子载波初始值。因此，基站可以事先根据窄带随机接入信道的所有子载波初始值，计算得到所有的基时域数组，并保存到存储装置中，当需要将接收的信号与基时域数组进行误差计算时，直接从存储装置中调用已事先存储好的基时域数组即可，不必在误差计算时，再实时计算基时域数组，减少了基站实时处理工作量，提高了基站工作效率。
需要说明的是，基站事先计算得到基时域数组的计算方法与上一实施例中介绍的基站接收到信号后实时计算基时域数组的方法相同。
本发明实施例公开了一种基站，参见图3所示，该基站包括：
信号接收单元301，用于接收窄带随机接入信道中的信号；
处理单元302，用于遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；
计算单元303，用于对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；
对比处理单元304，用于将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；
如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；
如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
具体的，本实施例中的各个单元的具体工作内容，请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。
可选的，在本发明的另一个实施例中，处理单元302获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组时，具体用于：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组。
具体的，本实施例中的处理单元302的具体工作内容，请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。
可选的，在本发明的另一个实施例中，处理单元302根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组时，具体用于：
根据所述子载波初始值，计算得到与所述子载波初始值相对应的频率值；
根据所述频率值，计算得到与所述频率值相对应的基时域数组。
具体的，本实施例中的处理单元302的具体工作内容，请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。
本发明实施例公开了另一种基站，参见图4所示，该基站包括：
存储器401和处理器402；
其中，存储器401与处理器402连接，用于存储程序和程序运行过程中产生的数据；
处理器402，用于通过运行存储器401中的程序，实现以下功能：
接收窄带随机接入信道中的信号；遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值，每遍历到一个子载波初始值时，获取得到与所述子载波初始值相对应的基时域数组；对所述信号与所述基时域数组进行点乘运算处理，得到模值结果；将所述模值结果，与预先计算得到并存储的模值阈值进行对比，判断所述信号是否为虚警信号；如果所述模值结果大于所述模值阈值，则确认所述信号不是虚警信号，停止遍历所述窄带随机接入信道的子载波初始值；如果遍历所述窄带随机接入信道的每一个子载波初始值时，均判断计算得到的模值结果不大于所述模值阈值，则确认所述信号是虚警信号。
具体的，本实施例中的各个部分的具体工作内容，请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。
可选的，在本发明的另一个实施例中，处理器402还用于：
对所述信号进行抽样处理，得到抽样信号；以及对所述基时域数组进行抽样处理，得到抽样数组；对所述抽样信号与所述抽样数组进行点乘运算处理，得到模值结果。
具体的，本实施例中的处理器402的具体工作内容，请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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