CN102983880B - 一种wcdma信号屏蔽系统 - Google Patents
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Abstract
一种WCDMA信号屏蔽系统，通过在发射的信号中调制具有WCDMA基站特征的干扰信号来破坏同步信道和导频信道，其包括：用于收发WCDMA信号的3G天线；用于对WCDMA信号进行上变频、下变频和功率放大的射频模块；用于分析WCDMA信号特征和产生WCDMA干扰信号的基带信号处理模块；用于给基带信号处理模块和射频模块提供时钟基准的恒温晶振时钟模块；用于对基带干扰信号或射频模块的配置参数进行动态调整的控制系统；用于管理控制系统和射频模块、基带信号处理模块通信并分配地址和端口的通信管理单元；用于交流-直流变换为系统供电的电源模块。本发明具有节约功耗、干扰距离远、配置灵活的特点。
Description
技术领域
本发明属于移动通信中的无线信号干扰屏蔽技术，尤其是提出一种WCDMA下行信号的高效屏蔽装置和系统。
背景技术
通信技术的发展为人们的生活带来方便的同时，也为信息的安全管理和控制带来了挑战。通常情况下，人们需要手机通信来方便生活和交流，但在有些特定的时间和地点，需要限制手机通信以实现信息的保密或者限制非法的信息交互。在保密会议场所需要限制非授权的手机接入；在考场环境中，为了保证考试的公平性，需要屏蔽无线电信号，以阻止利用手机进行作弊的行为；在反恐领域，需要阻断手机通信以避免利用手机来遥控炸弹而进行的恐怖袭击。
现有技术为了解决上述问题，通过干扰无线信号的方式来中断手机和基站的通信。常用的干扰屏蔽方式有上行干扰和下行干扰，上行干扰是干扰手机的发射信号，即干扰基站的接收信号，下行干扰是干扰手机的接收信号，即干扰基站的发射信号；由于上行干扰会阻塞基站，一般较少使用，通常的干扰方式是干扰基站的发射信号，即下行干扰，现有的干扰方式是通过锯齿波来控制一个压控振荡器，通过扫频的方式产生某一频段内从低频到高频的震荡波来干扰基站的下行信号，由于干扰信号为同频载波干扰，没有基带信号的调制，此干扰方式称为同频载波压制式干扰，通过不间断的发射全频段、较大功率的高频干扰信号进行压制，使手机接收的信噪比达不到解调要求，从而干扰手机的正常通信。这种方法对于第二代移动通信系统GSM900、DCS1800、PHS1900、CDMA800较为有效，而对于第三代通信系统来说，由于采用了码分多址的新技术，其信道的区分是通过分配的正交码来实现的，传统的同频载波压制式干扰无法区分码分信道，干扰效果不理想，干扰屏蔽范围小，原因就在于码分多址技术本身具有抗干扰的优点，通过其高的扩频增益来获取高的信噪比用于解调。在我国的三种3G体制中，WCDMA具有最高的扩频增益，若采用同频载波压制式技术干扰WCDMA手机，则由于其高达25dB的扩频增益，考虑到接收机内部噪声和对解调信噪比的要求，其干扰容限达到17dB，则同频载波压制式干扰仪需要发射比相同位置的基站高达50倍(101.7)的功率才可能对WCDMA手机进行有效压制，较高的发射功率不仅浪费能源，而且还会对人体和周围的环境造成不良影响。
发明内容
本发明在于提出一种发射携带有WCDMA信号特征的干扰信号来干扰WCDMA下行信号的方法和系统，WCDMA信号特征信息通过接收空口WCDMA基站的发射信号而获得，通过在WCDMA的物理信道上发射特定的相关序列破坏主同步信道的同步，使手机和基站的初始同步失效；同时，考虑到已经同步的手机，在发射的信号中调制具有WCDMA基站扰码特征的干扰信号来抵消接收机解扩WCDMA基站信号所具有的高扩频增益，从而以较小的发射功率来实现对WCDMA系统有效、可靠的干扰。本发明具有灵活的外围控制接口和丰富的参数控制，可以满足不同场合的应用需求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的实现方案：一种WCDMA信号屏蔽系统，其包括：
用于接收和发射WCDMA信号的3G天线；
用于对WCDMA信号进行上变频、下变频和功率放大的射频模块；
用于捕获基站WCDMA信号特征和产生WCDMA干扰信号的基带信号处理模块；
用于给基带信号处理模块和射频模块提供时钟基准的恒温晶振时钟模块；
用于对基带干扰信号或射频模块的配置参数进行动态调整的控制系统；
用于管理控制系统和射频模块、基带信号处理模块通信并分配地址和端口的通信管理模块；
用于交流-直流变换为系统供电的电源模块；
其中，所述基带信号处理模块包括：
用于匹配从射频模块传递过来的中频信号的中频信号输入接口；
用于将中频模拟信号转换为数字信号的ADC模数转换器；
用于从中频数字信号中提取WCDMA特征信息的基站信号特征捕获模块；
用于生成基带干扰信号的WCDMA基带信号合成模块，WCDMA基带合成模块由时钟模块提供时钟源；
用于将WCDMA基带数字干扰信号转换为中频模拟信号的DAC数模转换器；
用于对中频干扰输出信号进行匹配的中频信号输出接口；
用于对系统的发射功率参数进行调整的按键接口；
用于和外围模块进行通信的通信接口。
收发WCDMA信号的3G天线使用全向天线或者定向天线，天线通过射频屏蔽电缆和射频模块相连。
射频模块至少包括：用于发射和接收切换的收发控制开关，用于接收基站射频信号的接收通道，用于发射具有WCDMA特征干扰信号的发射通道，用于对接收通道和发射通道进行控制的单片机控制单元，用于给上、下变频器提供本振的压控振荡器，以及用于接收控制信号的通信接口，所述收发控制开关由单片机控制单元进行控制，为了保护接收通道，此开关接入环形器和限幅二极管保护电路。
发射通道至少包括：中频信号输入接口、中频滤波器、上变频器、数控滤波放大器和功率放大器。
发射通道中频滤波器采用5MHz及其以上的宽带滤波器，发射的干扰信号可以针对一个频道(5MHz)，也可以同时针对多个频点，发射通道的发射功率和上变频的中心频率通过通信接口控制或者按键键盘进行控制，同时根据需要设定射频干扰信号的载波频率在WCDMA的多个频道之间按照设定的时间周期进行跳变。
包含有接收通道，接收通道至少包括：数控滤波放大器、下变频器、中频滤波器和中频放大输出接口，接收的射频信号频率通过控制下变频器的本振频率来进行选择，滤波器采用5MHz及其以上的宽带滤波器。
基带信号处理模块用于捕获基站特征信息和产生基带干扰信号。基站特征信息至少包括基站扰码和信号强度信息，可同时捕获多个频道、每个频道上多个基站信息。
基带信号处理模块产生的基带干扰信号对物理信道的干扰至少包括同步信道干扰和导频信道干扰，基带干扰信号的频宽至少为一个WCDMA频道的带宽(5MHz)。
WCDMA基带干扰信号中产生导频信道干扰有两种方式：其一是通过从接收到的基站信号中捕获基站扰码信息，用捕获到的基站特征信息对数据进行加扰处理，形成和基站具有相同扰码的干扰信号，同时捕获多个基站的扰码信息，对这些扰码(代表基站)的信号强度进行排序，发射的干扰信号根据需要设定序列中信号功率较强的多个基站的扰码；其二是使用固定的扰码序列对数据进行信道化编码和加扰处理，形成和基站具有相似特征的干扰信号。
基带干扰信号中产生导频信道干扰方式的选择通过拨码开关或者外接控制系统来设定。
控制系统通过串口、以太网接口、USB接口、蓝牙接口和红外接口和通信管理模块连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所使用的技术和方法是在WCDMA协议的物理信道上实施干扰，有别于频率压制式降低信噪比的干扰方法。本发明首先是使用相关序列破坏物理信道的同步，其次是对发射的干扰信号进行了编码、扩频和调制处理，使发出的干扰信号和基站WCDMA信号具有相同或者相似的扰码特征，使干扰信号和基站信号具有相同的解调解扩处理增益，从而抵消了接收机在解调解扩基站信号所产生的高扩频增益。和现有的设备相比，本发明的干扰效果更加高效和节能，在相同的有效干扰范围内，本发明发射的功率更小(考虑到接收机内部噪声和解调信噪比要求，发射功率比现有技术要低至少50倍)，因而节约了能耗，也更有利于人体健康和环保。
本发明具有灵活配置干扰频道个数和对指定频道进行干扰的特点。可以设置对一个频道干扰，也可以设置采用跳频的方式同时干扰多个频道，采用跳频的优点是不会额外增加系统的发射功率，跳频间隔可以动态设置；与此同时，本发明通过网络或者按键动态调整输出功率的大小，以满足不同的应用场合，调制在小功率时，应用在会议室、考场等环境，调制到大功率的情况下，应用于反恐、防爆等场合。因此本发明具有很强的重配置性和环境适应性。
附图说明
图1是传统方案使用的干扰原理图；
图2是本发明使用的干扰原理图；
图3是本发明提供的一种WCDMA信号屏蔽系统的一种实施方式的结构示意图；
图4是本发明中基带信号处理模块的一较佳实施方式的结构示意图；
图5是本发明中射频模块的一较佳实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的基本思想是先破坏手机和基站的初始同步，在WCDMA物理信道的同步信道发射相关干扰，使手机的初始同步搜素失效，对已经接入到网络中的手机，在信道中发射具有WCDMA信号特征的干扰信号，使干扰信号和基站发射的信号具有相同或者相似的扰码，抵消WCDMA系统本身所具有的高扩频增益，从而达到有效和可靠干扰WCDMA基站信号的目的。
参考图1所示，传统的干扰仪所发射的信号101为没有经过调制的信号，信号101可以是窄带信号，也可以是宽带信号，基站发射的信号为扩频信号102，两个信号都经过接收机相关处理后，信号101用WCDMA的扩频码相关后信号在频率上被展宽，由于总功率不变，因此解调后的信号103的平均功率降低，而基站的扩频信号102通过相同的扩频码解扩处理后，还原成窄带信号104，信号104的平均功率会得到加强，在接收机中形成较高的峰值，信号103和信号104都通一个窄带带通滤波器后形成叠加信号105，只要在滤波器的带宽范围内，信号104和信号103的信噪比达到系统的解调门限，用户就可以正常通信，要压制基站信号，解调后的信号103的功率就要足够大，因此也就要求发射的干扰信号101的功率足够大。
本发明采用的干扰信号如图2所示，信号201为发射的干扰信号，此信号在基带中经过了扩频处理，和基站具有相同或者相似的扰码，信号203和信号204分别为相关解调处理后的干扰信号和基站下行信号，经过带通滤波器后两者叠加形成解调信号205，由于干扰信号201采用的扩频码和WCDMA基站信号202具有相同的特性，在接收机中经过相关解调处理后具有相同的扩频增益，因此在同等的条件下，本发明使用低得多的发射功率(考虑到接收机内部噪声和解调信噪比要求，理论上要低至少50倍)就可以有效屏蔽WCDMA信号。
结合图3所示，本发明一种WCDMA信号屏蔽系统至少包括：
用于接收空口WCDMA基站下行信号和发射WCDMA干扰信号的3G天线33；天线33和射频模块32通过屏蔽电缆连接；射频模块32使用屏蔽电缆和基带信号处理模块31连接；基带信号处理模块31和射频模块32由时钟模块34提供时钟定时；通信管理模块36通过串口、以太网接口、USB接口、蓝牙接口或红外接口接收控制系统37发送的控制信号，此控制信号用于调整射频模块32或基带处理模块31的处理参数；电源模块35为整个系统提供电力。
天线33为3dBi增益的全向天线或者是12dBi增益的定向天线，用于从空口接收WCDMA基站信号或者向空间发射WCDMA干扰信号。
结合图4，基带信号处理模块31包括：基站信号特征分析模块41、WCDMA基带信号合成模块42、DAC模块43、中频信号输出接口44、按键接口45、通信接口46以及系统时钟模块34。基站信号特征分析模块41检测周围可能存在的基站信号的扩频码和信号发射强度等信息，由中频信号输入接口411、ADC转换模块412和基站信号特征捕获模块413组成。中频信号输入接口411为输入匹配网络，ADC转换模块412将中频模拟信号变换为数字信号，基站信号特征捕获模块413为一块高性能的中央处理器，采用FPGA或者DSP。WCDMA基带信号合成模块42有两种工作模式：其一是根据基站信号特征分析模块41的检测结果来控制干扰信号的形成；其二是根据WCDMA协议标准采用默认参数来合成干扰信号。在第二种工作模式中，基站信号特征分析模块41可以不用，以降低成本并节约功耗。DAC数模转换模块43将合成后的基带干扰信号变换成模拟中频信号，中频信号的中心频率为140MHz，带宽为5MHz；中频信号输出接口44为140MHz的信号匹配网络，输出采用SMA接口和屏蔽电缆和射频模块32连接。
结合图5，射频模块32包括：接收通道51、发射通道52、收发控制开关53、单片机控制单元54、VCO压控振荡器55和通信接口56，以及系统时钟模块34。接收通道51将接收到的WCDMA基站信号下变频到140MHz的中频信号，由数控滤波放大器514、下变频器513、中频滤波器512和中频放大输出模块511组成。发射通道52将基带信号处理模块31输出的140MHz的中频模拟干扰信号上变频到WCDMA频段2110MHz到2170MHz的任意一个频点，包括中频信号输入匹配模块521、中频滤波器522、上变频器523、数控滤波放大单元524和功率放大器525。收发控制开关53为高功率射频开关，为了防止发射的干扰信号进入接收通道51，收发控制开关53和环形器以及限幅二极管组成保护电路。单片机控制单元54负责控制收发开关53，同时还负责控制VCO压控振荡器55的本振振荡频率，所述压控振荡器的频率步进为200kHz，以便将信号变换到需要的频点。单片机控制单元54还会控制数控滤波放大器524的输入驱动从而改变功率放大器525的输出功率。功率和本振参数的调整通过通信接口56从通信管理模块36接收的控制命令来实现；通信接口模块56采用串口、以太网接口、USB接口、蓝牙接口或者红外接口中的一种来实现。
时钟模块34采用高精度的恒温晶振，为射频模块32和基带信号处理模块31提供时钟基准信号，通过SMA接头和屏蔽电缆连接；所述的时钟模块34为射频模块32提供的时钟为10MHz，时钟的稳定度优于0.01PPM，为基带信号处理模块提供的时钟为76.8MHz，此时钟通过10MHz恒温晶振锁相而得到。
电源模块35为交流-直流(AC-DC)转换模块，输入为220V的市电，输出为5V、12V和28V的三组直流电，为整个系统提供工作能源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动、等同替换和改进等，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，包括：
用于接收和发射WCDMA信号的3G天线；
用于对WCDMA信号进行上变频、下变频和功率放大的射频模块；
用于捕获基站WCDMA信号特征信息和产生WCDMA干扰信号的基带信号处理模块；
用于给基带信号处理模块和射频模块提供时钟基准的恒温晶振时钟模块；
用于对基带干扰信号或射频模块的配置参数进行动态调整的控制系统；
用于管理控制系统和射频模块、基带信号处理模块通信并分配地址和端口的通信管理模块；
用于交流-直流变换为系统供电的电源模块；
其中，所述基带信号处理模块包括：
用于匹配从射频模块传递过来的中频信号的中频信号输入接口；
用于将中频模拟信号转换为数字信号的ADC模数转换器；
用于从中频数字信号中提取WCDMA特征信息的基站信号特征捕获模块；
用于生成基带干扰信号的WCDMA基带信号合成模块，WCDMA基带合成模块由时钟模块提供时钟源；
用于将WCDMA基带数字干扰信号转换为中频模拟信号的DAC数模转换器；
用于对中频干扰输出信号进行匹配的中频信号输出接口；
用于对系统的发射功率参数进行调整的按键接口；
用于和外围模块进行通信的通信接口。
2.根据权利要求1所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，射频模块包括：用于发射和接收切换的收发控制开关，用于接收基站射频信号的接收通道，用于发射具有WCDMA特征干扰信号的发射通道，用于对接收通道和发射通道进行控制的单片机控制单元，用于给上、下变频器提供本振的压控振荡器，以及用于接收控制信号的通信接口，所述收发控制开关由单片机控制单元进行控制，为了保护接收通道，此开关接入环形器和限幅二极管保护电路。
3.根据权利要求2所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，发射通道包括：中频信号输入接口、中频滤波器、上变频器、数控滤波放大器和功率放大器。
4.根据权利要求3所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，中频滤波器采用5MHz及其以上的宽带滤波器，发射通道的发射功率和上变频的中心频率通过通信接口控制或者按键键盘进行控制，同时根据需要设定射频干扰信号的载波频率在WCDMA的多个频道之间按照设定的时间周期进行跳变。
5.根据权利要求2所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，包含有接收通道，接收通道包括：数控滤波放大器、下变频器、中频滤波器和中频放大输出接口，接收的射频信号频率通过控制下变频器的本振频率来进行选择。
6.根据权利要求1所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，基带信号处理模块用于捕获基站特征信息和产生基带干扰信号，基站特征信息至少包括基站扰码和基站信号强度信息，基带干扰信号对物理信道的干扰至少包括同步信道干扰和导频信道干扰。
7.根据权利要求6所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，基带信号处理模块可同时捕获多个频道、每个频道上多个基站信息。
8.根据权利要求6所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，WCDMA基带干扰信号中产生导频信道干扰有两种方式：其一是通过从接收到的基站信号中捕获基站扰码信息，用捕获到的基站特征信息对数据进行加扰处理，形成和基站具有相同扰码的干扰信号；其二是使用固定的扰码序列对数据进行信道化编码和加扰处理，形成和基站具有相似特征的干扰信号。
9.根据权利要求8所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，基带干扰信号中产生导频信道干扰方式的选择通过拨码开关或者外接控制系统来设定。
10.根据权利要求1所述一种WCDMA信号屏蔽系统，其特征在于，控制系统通过串口、以太网接口、USB接口、蓝牙接口和红外接口和通信管理接。
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- 2012-11-20 CN CN201210469352.2A patent/CN102983880B/zh not_active Expired - Fee Related
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