CN106257850B - 用于产生干扰信号的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了具有多个远程无线电单元(15a‑c；115a‑c)的分布式天线系统(5)。该分布式天线系统(5)包括干扰信号生成器(17a‑c，27；117a‑c)，用于在覆盖区域中检测到上行链路信号时生成在要阻塞的至少一个频率范围内的干扰信号(55)，以及至少一个天线元件(10a‑c)，用于将所生成的干扰信号(55)发射到所述覆盖区域中。所述干扰信号(55)将确保覆盖区域内的任何移动设备或移动站(40)不能发射某频率范围的无线电信号，在所述频率范围内应发射的所述无线电信号被所述干扰信号(55)阻塞。

Description

用于产生干扰信号的方法和系统
技术领域
本发明性涉及用于收发通信信号的远程无线电单元，其具有用于生成并发射干扰信号的干扰信号发射机。本发明进一步涉及分布式天线系统，所述天线系统包括具有干扰信号发射机的远程无线电单元中的一个，以及涉及用于在远程无线电单元之一中生成干扰信号用于发射的方法。本发明的其他非限制性方面涉及位于分布式天线系统内的、用于生成干扰信号的中央干扰信号发射机，以及为了将多个干扰信号中继到远程单元覆盖的区域，将多个干扰信号或一个干扰信号发射到远程单元的方法。
背景技术
移动通信在商务生活中越来越多的使用尤其其便利性基本上是有利的。然而，风险之一是未授权的拦截，诸如窃听或未授权的接听电话以及数据传输。窃听是使用移动设备，诸如智能手机，作为收听设备来偷听谈话。
为了克服此未授权的拦截，已经开发出多种方法和设备。例如，经常针对收听设备搜索房间或建筑物，所述收听设备可能已经安装在房间中和/或在通向房间或建筑物的通信网络上。在建筑物的一个或多个房间中建造法拉第屏蔽以阻止电磁波进入或离开房间或建筑物是可能的。在很宽的多种射频上生成随机噪声以阻塞任何移动设备/移动站的发射或接收也是可能的，所述移动设备/移动站诸如特定区域内的智能手机或移动电话。
这些现有技术的方法具有与其相关联的多种问题。例如，在建筑物内建造法拉第屏蔽是及其昂贵的并且在许多情况下是不切实际的。针对收听设备经常搜索建筑物代价很高并且不是100％有效。对所有射频覆盖干扰也会导致可接受通信设备的干扰并且还会与电信网络的其他用户相冲突。因此期望基于已有的移动通信系统开发出一种系统，其阻塞有限覆盖区域中以及限定的时间框架内的电信电话，由此基本上阻止窃听或其他未授权的拦截。
由美国专利号7,982,654B2可知智能信号干扰器，其公开了在脉冲的一个或多个暂态发射模式中的一个或多个干扰信号的发射，并且能够在其范围内干扰任何不想要的信号。为了确保建筑物内的所有信号都被充分干扰，此专利的智能信号干扰器的一个或多个必须遍布建筑物分配。按照多个信号干扰器是昂贵的并且也会妨碍建筑物外面的通信信号，这会打乱‘正常’用户的电话和数据传输。
这个妨碍干扰信号预期范围(在其中通信信号要被阻塞)外面的其他用户的通信信号的问题很严重，因为它会导致对电信运营者的许多抱怨。因此，具有最大地减小此妨碍的需求。
本公开的分布式天线系统可用于保护商务、军事或政府会议室免于窃听。该分布式天线系统还可永久地安装在牢房或贸易室中，在其中不允许通过移动站的通信。
发明内容
在此文件中公开了具有多个远程无线电单元的分布式天线系统。所述远程无线电单元收发(发射和接收)覆盖区域中的通信信号并且可包括干扰信号生成器，用于在所述覆盖区域中接收到上行链路信号时生成在要阻塞的至少一个频率范围内的干扰信号，以及至少一个天线元件，用于将所生成的干扰信号发射到所述覆盖区域中。所述干扰信号将确保覆盖区域内的任何移动设备或移动站不能发射某频带上的无线电信号，在所述频带上应发射的所述无线电信号被所述干扰信号阻塞。因此覆盖区域内的任何移动站不起作用而放弃。
所述干扰信号生成器可或者是在分布式天线系统中的远程无线电单元的一个或多个中存在的本地干扰信号生成器，或者干扰信号生成器可以是中央干扰信号生成器，其遍布分布式网络上的分布式天线系统或仅在分布式天线系统的有限覆盖区域内分布干扰信号。此灵活度使能生成干扰信号仅位于需要干扰信号的覆盖区域的那些区域中，即移动站所位于的以及到移动站的通信应被禁止或扭曲的区域。这减小了对分布式天线系统外面的正常用户的干扰风险并且还允许分布式天线系统在正常通信被允许的区域中正常使用。
在本公开的一个方面，远程无线电单元位于建筑物的外墙的内部，以确保由分布式天线系统服务的覆盖区域内的移动站优选地连接到分布式天线系统以及不要连接到位于建筑物外面的另一天线。
本公开还教导了用于在覆盖区域内生成要阻塞的至少一个频带上的干扰信号的方法。该方法包括在与要阻塞的至少一个频带相对应的频带中接收到上行链路信号时，确定要阻塞的所述至少一个频带，在所述至少一个频带上生成干扰信号并且然后通过至少一个天线元件将干扰信号发射到覆盖区域中。
在本公开的一个方面中，放大在频带的不同频带上的处于不同级别的干扰信号。
可保持在可阻塞的频带上的干扰信号的强度，直到来自移动站的上行链路信号在覆盖区域中不再被检测到。在本发明的一个方面中，当不再检测到上行链路信号时，在该阶段干扰信号的强度被减小。如果检测到上行链路信号，则干扰信号的强度可再次增加。这使能干扰信号的强度被动态调节并且仅在需要时足够强以阻塞覆盖区域内的移动站以及最小化对覆盖区域外面的其他用户的干扰。
附图说明
图1A示出了本公开的分布式天线系统的简化方面，其包括干扰信号生成器。
图1B示出了本公开的分布式天线系统的另外方面，其中该分布式天线系统连接到基站或MIMO设备。
图2示出了理想干扰情形。
图3示出了干扰信号级别暂时性增加的干扰情形。
图4示出了用于生成本公开的干扰信号的方法。
具体实施方式
现在本发明将基于附图进行描述。应理解，此处描述的本发明的实施例和方面仅仅是示例并且并不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明用权利要求和它们的等价物限定。应理解，本发明的一个方面或实施例的特征可以和本发明的一个或多个不同方面和/或实施例的特征进行组合。
图1A示出了合并了本公开的特征的分布式天线系统5的简化方面。分布式天线系统5具有多个天线元件10a-c，其连接到相应的远程无线电单元15a-c。远程无线电单元15a-c具有用于发射或接收一个或多个频带或具有频带的频率范围中的通信信号的无线电单元。天线元件10a-c是分布式的，例如，遍布通信信号的发射或接收应被阻塞或阻止的建筑物。至少可以想到，该天线元件10a-c可跨若干建筑物或跨校园分布，以阻止通信信号在更广区域内的发射或接收。
远程无线电单元15a-c跨分布式网络20连接到中央集线器25。分布式网络20可以或者是数字网络或者是模拟网络。远程无线电单元15a-c还可包括数模转换器并且中央集线器25还可包括模数转换器。这不是对本发明的限制并且可能使用完全数字分布式网络络或具有适当的模数转换器和数模转换器的模拟/数字混合网络。
中央集线器25连接到一个或多个基站30。在图1A中仅示出了单个基站30，但这并不是对本发明的限制。应领会，本发明中术语基站30不仅包含收发基站，如已知的采用GSM协议的，还包含Node基站，如已知的采用UMTS协议的，以及eNode基站，如已知的采用LTE协议的，以及采用其他无线协议的类似单元，诸如但不限于IEEE 802.1x Wi-Fi系统。示出了跨中央集线器25和基站30连接的单一信道，但为了连接不止一个基站30或MIMO站，可连接多个信道。
现在假设移动站或移动设备40，诸如智能手机或移动电话或其他发射设备，进入被远程无线电单元15a-c的一个或多个覆盖的覆盖区域。移动站40将发射上行链路信号50，因为移动站40希望连接到由分布式天线系统5中的远程无线电单元15a-c的一个或多个服务的覆盖区域。上行链路信号50将从接收该上行链路信号50的天线元件10a-c的一个或多个开始被中继到远程无线电单元15a-c中的接收器16a-c，并且然后通过分布式网络20到中央集线器25。中央集线器25将检测覆盖区域内移动站40的存在并且还会注意移动站40发射上行链路信号50所采用的频带。频带的非限制性示例是被3GPP-第三代合作伙伴项目所限定的、由3GPP协议所使用的那些。
连接到中央集线器25的监测装置70将记录移动站40已进入移动站40不应发射或接收通信信号的覆盖区域，并且将引起在频带的一个或多个上生成干扰信号55，用于与上行链路信号50的频带相对应的、到移动站40的下行链路信号。当移动站40出现在覆盖区域中时，此干扰信号55会阻止移动站40接收频带的一个或多个上的通信信号。移动站40将仅示出“没有信号”，而不是运营商的名称。因此，当在覆盖区域中以及因而在由中央集线器25服务的分布式天线系统5的范围中时，移动站40不能接收或发射任何通信信号。
当在覆盖区域中时，移动站40将连接到分布式天线系统5。当移动站40移动到远离由分布式天线系统5服务的覆盖区域时，可能上行链路信号50将尝试连接到另一网元(cell)或覆盖区域中的另外的天线元件。让我们假设此另外的天线元件处在允许并且不阻塞来自移动站40的通信信号的接收和/或发射的区域中。在此“不阻塞的”覆盖区域中，移动站40将能够锁定到新的网元中并且由于发射了干扰信号55，将不再被阻塞。
一旦已经发生移动站40移动到“不阻塞的区域”中，监测装置70将注意来自移动站40的上行链路信号50的存在，并且将使得减弱干扰信号55的强度(或完全移除干扰信号55)。在此情形下，术语“存在上行链路信号50”意思是由于移动站40的移动，信号50降到某一阈值级别以下。可能仍会检测到小信号50，到移动站应离开范围并且在允许通信的区域中。
干扰信号55可以或者由存在于远程无线电单元15a-c的一个或多个中的一个或多个独立的本地干扰信号生成器17a-c生成，或者干扰信号55可由位于中央集线器25中的中央干扰信号生成器27生成。干扰信号55或者可由随机噪声生成器生成或者可以是存储的随机模式。一个或多个独立的本地干扰信号生成器17a-c和/或中央干扰信号生成器27可直接从监测装置70处理并且具有接口18a-18c，以从监测装置70接收指令。
图1B示出了本发明的另外的方面，其中具有两个基站30a和30b，其连接到分布式天线网络5中的中央集线器25。中央集线器25具有第一集线器模块100a和第二集线器模块100b。基站30a和30b的每一个连接到第一集线器模块100a或第二集线器模块100b的一个。应领会，第一集线器模块100a和第二集线器模块100b的每个可分别连接到MIMO系统的不同信道。
如在申请人的共同悬而未决的申请GB1414280.6中所解释的，基站30a和30b的数目以及集线器模块100a和100b的数目并不是对本发明的限制。中央集线器25跨分布式网络20连接到一个或多个扩展单元105a-c，多个远程无线电单元115a-115e连接到该一个或多个扩展单元105a-c。一个或多个扩展单元105a-c适于使相同的通信信号通过到达远程无线电单元115a-e中所连接的那些以及相应的天线元件110a-e。如上所注意的，在本发明的一个方面中，中央集线器25和扩展单元105a-c之间的通信处于数字领域中并且是可重配置的。在扩展单元105a-c中提供了数模转换并且在本发明的一个方面中，扩展单元105a-c和多个天线元件110a-e之间的通信处于模拟领域中。
中央集线器25和多个扩展单元105a-c之间的连接是可重配置的。如果需要的话，一个或多个远程无线电单元115a-e的每个都具有本地干扰信号生成器117a-e，如早前描述的，其起到产生干扰信号55并且因此干扰由监测系统5检测到的、位于由分布式天线系统5覆盖的覆盖区域内的任何移动站40的作用。远程无线电单元115a-c还将具有接收器，其为了简洁未在图中示出。
中央集线器25和所连接的扩展单元105a-c使能来自基站30a和30b的通信信号遍布分布式天线系统5分布。如在申请人的共同悬而未决的专利申请号GB1414280.6中所描述的，分布式天线系统5高度灵活并且如果远程无线电单元115a-e的一个或多个不可用的话，允许覆盖区域的重配置。
此外，如在图1B中所示的分布式天线系统5使能仅对进入由分布式天线系统5覆盖的有限的覆盖区域中的移动站40进行干扰。例如，仅仅建筑物的一个或多个房间/走廊/厢房需不可用于通信是可能的。在这种情况下，配置分布式天线系统5，使得干扰信号仅发送到连接至扩展单元105a的那些远程无线电单元115a-115b将是可能的，所述扩展单元105a服务移动站40被阻塞的覆盖区域。
由扩展单元105b和105c的其他那些服务的覆盖区域将能够将任何通信信号在天线元件110c-e和由天线元件110c-110e服务的覆盖区域中的移动站40的一个之间中继。
图2示出了理想化的干扰情形，其中移动站40存在于建筑物200中的覆盖区域内。移动站40发送上行链路信号50，其由连接至远程无线电单元15的天线元件10中的一个所接收。为了简洁，此图上仅示出了一个天线元件10a和一个远程无线电单元15a。单个参考编号10和15用于表示图1A和1B中所描绘的多个天线元件10a-c和110a-e以及远程无线电单元15a-c和115a-e。远程无线电单元15包括接收器16，其将检测建筑物200的覆盖区域内存在所接收的上行链路信号50并且将信息传递到监测装置70。监测装置70布置为在建筑物200的覆盖区域内发射某级别的干扰信号55，该级别的干扰信号55足以以某方式妨碍至移动站40的下行链路通信，所述方式为移动站40不能通过外部天线220(或实际上是任何天线)连接到通信网络，因为移动站40不再接收电信网络的任何网元信息形式。干扰信号55的级别需比来自相同或任何其他电信网络的外部天线220的任一个的常规/非分布式下行链路信号更高，以确保移动站40不能解码来自外部天线220的信号，以及而且，阻止移动站40连接到由外部天线220提供的网元或网络。这在图中示出了，其中干扰信号55的信号级别示出为短划线并且其比来自外部天线220、没有干扰信号55的信号级别(实线)高得多。天线示出为安装到图2中的蜂窝塔上的外部天线220，但这并不是对本发明的限制并且可使用其他外部或内部天线并且天线可安装在例如建筑物或蜂窝塔上。
在图2示出的示例中，外部天线220可定位在建筑物200的外面。外部天线220服务电信网络的“正常”用户并且不期望对建筑物200外面的这些正常用户的接收受到干扰信号55的影响。移动站40和外部天线220之间存在外墙210意味着，当穿过外墙210时来自天线220的下行链路信号50会变弱。这意味着非常有可能移动站40不能够接收任何有用的网元信息或网络信息，并且因此移动站40将不知道如何与外部天线220服务的网络相连接。来自移动站40的上行链路信号的变弱还会被外墙210变弱，所述外墙210也会阻止移动站40连接到外部天线220，即使移动站40仍会尝试发射，因为来自移动站的上行链路功率级别可能不够强大到到达外部天线220。
以同样的方式，当穿过外墙210时干扰信号55变弱，这帮助减轻任何不想要的对位于建筑物200外面的用户的妨碍。注意到，在建筑物200外面，干扰信号55在非常低的级别仍可以被检测到。在此示例中，干扰信号55仍以由图2中的虚线所指示的级别呈现。然而，由外部天线220服务的“正常”电信网络的信号级别比干扰信号55的信号级别高得多，并且因此建筑物200外面的移动站40将连接到外部天线220并且不被干扰。移动站40不会连接到天线元件10a，因为天线元件10a没有提供任何网元信息以使能移动站40去连接。然而，建筑物200外面存在干扰信号55会导致坏的信噪比并且因此减小移动站40处的数据率。注意到，图2中示出的外部天线220仅仅表示移动站40会连接到的、很可能位于建筑物200的区域中的多个天线220。
在一些建筑物200中可发生的一个问题是在建筑物200的外墙210上存在窗户230。已知通信信号穿过窗户230不和它们穿过外墙210变弱一样多。因此具有房间内的移动站40会连接到外部天线220的风险，因为由移动站40从外部天线220接收的下行链路信号比干扰信号55强。在这些情况下，移动站40可解码网元信息并且经由外部天线220连接到电信网络。这将意味着，来自建筑物200内部的远程无线电单元15的天线10的干扰信号55需要处于比在窗户很少的建筑物200中的干扰信号55高得多的级别。这由箭头C指示。
存在干扰信号55也会在具有窗户230的建筑物200外面更多标记，因为干扰信号55也不会和穿过窗户230变弱一样多。这会意味着对建筑物200外面的通信信号的更高程度的妨碍并且因此妨碍“正常”用户接收通信信号并且降低这些用户的数据率。
解决该问题的一个方法关于图3进行说明。在此示例中，远程无线电单元15被定位于接近窗户230，例如在外墙的内部。此定位将允许生成较低级别的干扰信号55，但是当然意味着干扰信号55仍会穿透到建筑物200外面。
给窗户加涂层例如金属层，以增加穿过窗户的通信信号的变弱也是可能的。
另外的可能是根据需要动态调节干扰信号55的级别并且此方法在图4中示出。
图4的方法在要素400开始。已知如果移动站40，诸如但不限于用于连接到GSM、UMTS或LTE电信网络之一的电话，由刮擦打开，则移动站40不会发射直到移动站40检测到天线，诸如安装在图2示出的蜂窝塔上的外部天线220。为了尝试并制作试图连接到电信网络的接口，移动站40需要知道发射的频率。还有要求通用无线设备不发射直到移动站40知道其位置以及移动站40是否被授权了发射。结果是，直到移动站40可实际读取了网络ID并且确定了所接收的网络ID的国家以及网络，否则移动站40什么也不做。然而，一旦移动站40已经检测到天线并且已经确定它的接入频率，移动站40将以相对高的功率发射，以尝试并连接到所服务的电信网络，例如，通过外部天线220。
一旦连接到电信网络，如果移动站40认为移动站40已经终止电话(可能进入了隧道)，移动站40将在进入空闲以前的时间尝试并重新连接到以前的电信网络。所以，如果没有信号，即在阈值数值以下而不是非常弱的信号，移动站40将不发射。为了节约功率，在移动站40再次收听以尝试并找到信号之前，至少在GSM协议的情况下，具有呈指数增加的一组间隙。结果是，如果干扰信号55的功率足够高，使得移动站40不能解码任何网元ID，则移动站40不会在上行链路中发射并且不会检测到来自移动站40的信号。如果干扰信号55的功率不足够高，则移动站40会立即尝试采用相当高的上行链路功率连接到电信网络。这可由监测装置70轻易监测到并且干扰信号55的功率可以增加。
在步骤410，确定存在来自覆盖区域中的移动站40之一的上行链路信号50，如以前由接收器10a-c所描述并且发送到监测装置70的。在步骤420，生成干扰信号55。如以前注意到的，干扰信号55可或者由中央集线器25中的中央信号生成器27生成并且重分布到远程无线电单元15a-c、115a-e的一个或多个，或者干扰信号55可由远程无线电单元15a-c、115a-e中的本地干扰信号生成器17a-c生成。然后在步骤430中，干扰信号55通过天线元件10、10a-c、10a-e中的一个或多个发射。一段时间以后，在步骤440中，干扰信号55的级别可稍微减小，并且在步骤450中，可利用监测装置确定存在或不存在上行链路信号50。如果仍然检测到来自移动站40的上行链路信号50，则在通过检查是否检测到上行链路信号50来再次检查移动站40是否仍然存在于覆盖区域中之前，上行链路信号50干扰信号55的级别可在步骤460中再次增加一短段时间。
如果没有在覆盖区域中检测到来自移动站40的任一个的上行链路信号50，则干扰信号55的级别可在步骤440中再次减小并且在步骤450中再次实施上行链路信号50的检测。
图4中例示的方法意味着干扰信号55的强度依赖于覆盖区域中存在或不存在任何移动站40并且其可动态匹配。这意味着减小了对建筑物200外面的移动通信信号的妨碍。
应领会到，干扰信号55并不需要通过所有可能的频率发射。例如，可能仅通过与移动电信运营商相关联的那些频带(或其频率范围)发射干扰信号55，但仍然允许用于紧急服务的频带上的通信信号，即Tetra频带(390-395MHz)，和/或Wi-Fi系统。当然具有与这些例外相关联的小风险。
编号
5 分布式天线系统
10a-c 天线元件
15a-c 远程无线电单元
16a-c 接收器
17a-c 干扰信号生成器
18a-c 接口
20 分布式网络
25 中央集线器
30 基站
40 移动站
50 上行链路信号
55 干扰信号
70 监测装置
105a-c 扩展单元
115a-e 远程无线电单元
200 建筑物
210 外墙
220 外部天线
230 窗户

Claims (10)

1.一种分布式天线系统(5)，用于在覆盖区域中中继通信信号，其包括：
中央集线器(25)，其可连接到一个或多个基站(30；30a；30b)；
多个远程无线电单元，用于在所述覆盖区域中中继所述通信信号；以及
至少一个干扰信号生成器，用于生成在所述覆盖区域的至少一部分中的要阻塞的频率范围内的干扰信号(55)，干扰信号生成器配置为在所述覆盖区域中接收到上行链路信号(50)时生成干扰信号(55),
其特征在于：
所述中央集线器(25)通过分布式网络(20)连接到一个或多个扩展单元(105a-c)，多个远程无线电单元连接到所述一个或多个扩展单元(105a-c)，其中所述一个或多个扩展单元(105a-c)适于向与其连接的远程无线电单元以及与远程无线电单元相对应的天线元件传递相同的通信信号，
其中所述中央集线器(25)与所述多个扩展单元(105a-c)之间的连接是可重新配置的，以及
所述分布式天线系统使得能够仅对进入所述分布式天线系统覆盖的有限覆盖区域内的移动站进行干扰。
2.根据权利要求1所述的分布式天线系统(5)，其中所述多个远程无线电单元位于建筑物(200)的外墙的内部。
3.根据权利要求1所述的分布式天线系统(5)，其中所述多个远程无线电单元的至少一个具有本地干扰信号生成器。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的分布式天线系统(5)，其中所述至少一个干扰信号生成器位于所述中央集线器(25)中。
5.根据权利要求1到3中的任一项所述的分布式天线系统(5)，进一步包括接收器，用于检测存在来自移动站(40)的上行链路信号(50)。
6.根据权利要求1到3中的任一项所述的分布式天线系统(5)，包括监测装置(70)，其连接到所述中央集线器(25)并且配置为使得生成所述干扰信号(55)。
7.一种用于在被至少一个远程无线电单元覆盖的覆盖区域中的要阻塞的至少一个频率范围内生成干扰信号的方法，所述方法包括：
将中央集线器(25)通过分布式网络(20)连接到一个或多个扩展单元(105a-c)，多个远程无线电单元连接到所述一个或多个扩展单元(105a-c)，
由所述一个或多个扩展单元(105a-c)向与其连接的远程无线电单元以及与远程无线电单元相对应的天线元件传递相同的通信信号，
在所述覆盖区域中由所述至少一个远程无线电单元接收到上行链路信号(50)时，确定(410)所述覆盖区域中的要阻塞的所述至少一个频率范围；
在所述至少一个频率范围中生成(420)干扰信号(55)；以及
通过所述至少一个远程无线电单元将所述干扰信号(55)发射(430)到所述覆盖区域中，
重新配置所述中央集线器(25)与所述多个扩展单元(105a-c)之间的连接，以及
仅对进入所述至少一个远程无线电单元覆盖的有限覆盖区域内的移动站进行干扰。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述生成(420)干扰信号在中央集线器(25)处实施，并且所述干扰信号(55)通过分布式网络(20)中继到所述至少一个远程无线电单元的一个或多个。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述生成(420)干扰信号(55)在连接到至少一个天线元件的所述远程无线电单元中实施，并且所述干扰信号(55)通过所连接的至少一个天线元件中继。
10.根据权利要求7到9中的任一项所述的方法，其中所述干扰信号(55)是随机噪声信号。
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