CN106330384B - 一种频域阻断式无线信号阻断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种频域阻断式无线信号阻断装置，包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、下变频模块、频率处理模块、上变频模块、功放模块、合路器及发射天线，所述频率处理模块包括一FPGA芯片、数模转换器及模数转换器，所述模数转换器分别连接所述下变频模块及FPGA芯片，所述数模转换器分别连接所述上变频模块及FPGA芯片，辐射较小。

Description

一种频域阻断式无线信号阻断方法

技术领域

本发明涉及一种信号阻断装置，特别指一种频域阻断式无线信号阻断装置及方法。

背景技术

随着移动通信技术的迅猛发展，移动通信相关的产品和服务已经深入社会的各个角落。移动通信技术在给人们生活带来极大便利的同时，也使少数人有可能利用移动通信技术从事考试作弊、泄露国家机密等非法活动。因此，在一些如政府机关、武警部队驻地、监狱、学校等重要场所，有必要部署信号屏蔽器，以对如用户设备的移动通信装置的信号进行屏蔽，从而防止少数人利用移动通信技术从事非法活动。

目前市场上采用的普通的信号干扰办法就是以功率压制的方式，简单的说就是产生一个比原有用信号更大、更强的信号对覆盖区域进行干扰，采用在整个通信制式频带内高速扫频的方式来干扰；采用此种方式最大的优点是实现简单、成本低、可单机独立安装但由于此类方法采用单音信号盲扫方案，不考虑实际空间电磁环境特性，因此普遍存在干扰功率辐射大、能源消耗大、还可造成频谱资源的干扰，对移动通信基站影响大或对不需要干扰区域产生影响。

如图1所示，现有的手机信号屏蔽器主要是由CPU控制电路、锯齿波生成单元、压控振荡器，电源、功放模块以及天线(ANT)组成。锯齿波生成单元控制压控振荡器在各个移动通信网络(如CDMA800、GSM900、DCS1800、TD-SCDMA、WCDMA、LTE等)的下行频段产生循环扫频信号，干扰源产生的各路干扰信号经过后置的功放模块进行功率放大，最后通过天线发射到空间目标屏蔽区域对无线移动通讯的下行信号进行无线干扰，使手机无法正常解调出基站的下行信号，从而起到屏蔽的效果。

现有干扰模式，不管实际覆盖区的无线环境，产生的是全宽带的扫频信号，以功率压制的方式造成覆盖区终端无法工作的情况，其存在的主要缺陷有以下几点：

输出功率大，根据实践测试结果来看，在目标屏蔽区域内需要保证干扰压制信号电平高出原始覆盖电平15dB以上才能实现稳定的信号屏蔽。

由于宽带无线通信网络采用更先进的交织、冗余、纠错技术，采用传统单音扫频方式进行信号屏蔽，其效果大大下降，因此设备需要产生更大的压制功率以达到屏蔽效果，由此产生的辐射更为严重，同时也带来产品大功耗的问题

传统屏蔽器采用的是下行全带宽扫频方式，对整个频带产生干扰，可能影响相邻频带的无线通信网络，如CDMA屏蔽源会对GSM无线通信网络上行产生干扰。

屏蔽所需相对压制功率比大，空间电磁辐射值高，难以满足电磁卫生环境标准。

传统屏蔽技术方案是通过在无线移动通信网络下行频段上进行单音循环扫描来实现信号屏蔽，同时尽力避免在移动通信网络上行频段产生干扰信号，以实现在达到对移动终端屏蔽的同时，不对基站上行产生干扰，从而达到对指定区域屏蔽的同时不对公众移动通信产生影响。在第三代与第四代移动通信网络中引入了时分双工的技术，其上下行频段完全相同，采用传统盲扫的技术方案难以与基站取得同步，因此对指定屏蔽区域周边基站存在明显干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种频域阻断式无线信号阻断装置及方法，辐射较小。

本发明之一是这样实现的：一种频域阻断式无线信号阻断装置，包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、频率处理模块、功放模块、合路器及发射天线；

所述频率处理模块包括一依次连接的下变频模块、模数转换器、FPGA芯片、数模转换器及上变频模块，所述下变频模块连接至前置放大模块，所述上变频模块连接至所述功放模块；

或者所述频率处理模块包括至少一个频率处理单元，所述频率处理单元包括本振、第一锁相环、第二锁相环、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器及第二滤波器，所述本振分别连接所述第一锁相环及第二锁相环，所述混频器分别连接所述前置放大模块、第一压控震荡器及第一滤波器，所述第二混频器分别连接第一滤波器、第二滤波器及第二压控振荡器，所述第二滤波器连接至所述功放模块。

进一步地，所述上变频模块包括至少一个变频器。

进一步地，所述下变频模块包括至少一个变频器。

进一步地，所述前置放大模块包括至少一个低噪放。

进一步地，所述功放模块包括至少一个功率放大器。

本发明之二是这样实现的：一种频域阻断式无线信号阻断方法，需提供一种频域阻断式无线信号阻断装置，所述频域阻断式无线信号阻断装置包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、频率处理模块、功放模块、合路器及发射天线；具体包括如下步骤：

步骤1、通过接收天线采集相应区域的原始电磁环境，经过分路器对接收到的信号进行分路滤波，从中取出需要进行屏蔽的各个通信网络的下行频段信号；

步骤2、将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大，后送至信号频率处理模块，频率处理模块将不同通信网络下行频段信号进行频率移动使载波频率偏移略超出移动通信网络接收机容限，得到偏移信号；

步骤3,、将偏移后的信号输出至功放模块，经过功放放大后输出经合路器进行滤波合路后，输出至发射天线进行发射。

进一步地，所述频率处理模块包括一依次连接的下变频模块、模数转换器、FPGA芯片、数模转换器及上变频模块；所述步骤2进一步具体为：将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大后送至下变频模块，将下行频段信号下变至中频，并将中频信号送到模数转换器，将中频信号转换成数字中频信号，然后通过FPGA芯片进行数字信号处理，将数字中频信号进行数字下变频，采用抽取滤波算法进行选频滤波，选取出对应通信制式的带宽，再进行数字插值滤波算法，然后进行数字上变频，将频带信号搬移至各通信制式可干扰的频率上，然后通过数模转换器进行插值，最后得到数字中频信号，将所述数字中频信号输出至数模转换器得到偏移信号，该偏移信号通过上变频模块处理后输出至功放模块。

进一步地，所述频率处理模块包括至少一个频率处理单元，所述频率处理单元包括本振、第一锁相环、第二锁相环、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器及第二滤波器；将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大后送至第一混频器，所述本振、第一锁相环及第一压控振荡器提供第一变频信号，通过第一混频变频器将下行频段信号与第一变频信号进行混频下变；之后经过第一滤波器进行滤波，所述本振、第二锁相环及第二压控振荡器提供第二变频信号，通过第二混频器结合第二变频信号及第二混频器接收到的信号进行混频，得到一偏移信号，该偏移信号经过第二滤波器进行滤波后发送至功放模块。

本发明的优点在于：本发明一种频域阻断式无线信号阻断装置，具有以下几方面优点：采用本方法具有以下几个优点：

干扰压制功率比较小，更符合绿色环保、节能减排需求。根据测试结果分析采用该屏蔽技术方案的屏蔽装置其屏蔽信号功率与原始信号场强相当的情况下，就可实现有效干扰，因此整机设备功耗也大幅度降低，屏蔽区间内空间电磁辐射也大幅降低；

采用本技术方案的屏蔽装置，干扰信号为空间信号的转发信号，输出的干扰信号与空间信号仅存在微小的频率偏移(偏移量小于各移动通信网络载波带宽的10％且偏移后的频率处于工作频段范围内)，因此不会对相邻系统产生频谱干扰，从而有效降低了设备对电磁环境的影响；

输出采用的是转发空间信号的方式，不产生额外的频谱干扰，因此不影响移动通信基站上、下行正常工作；

当空间电磁信号功率变化时屏蔽信号也会随之动态变化，因此可以动态适应外部移动通信网络的调整变化，保证相应区间的屏蔽可靠性；

采用本技术方案的屏蔽装置的覆盖场强只需要达到与屏蔽区域原始场强相当即可实现有效信号屏蔽，在同等情况下压制信号场强小15～25dB，根据无线信号空间传输损耗模型分析，相较于传统屏蔽器，同等条件下有效屏蔽距离达5倍以上，因此在同等干扰距离的情况下，减小了能源消耗，对于宽带通信网络其改善效果更为明显；

由于是采集空间信号作为干扰信号基础，干扰信号与目标区间内的原始信号为同步信号，可以有效的解决传统屏蔽器设备对时分双工移动通信网络上行的干扰问题。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是传统屏蔽器的基本原理框图。

图2是本发明一种频域阻断式无线信号阻断装置(数字频率偏移)的原理框图一。

图3是本发明一种频域阻断式无线信号阻断装置(混频频率偏移)的原理框图二。

图4是本发明中频率处理的流程框图。

具体实施方式

请参阅图2、图3所示，本发明频域阻断式无线信号阻断装置，包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、频率处理模块、功放模块、合路器及发射天线；

所述频率处理模块包括一依次连接的下变频模块、模数转换器、FPGA芯片、数模转换器及上变频模块，所述下变频模块连接至前置放大模块，所述上变频模块连接至所述功放模块；

或者所述频率处理模块包括至少一个频率处理单元，所述频率处理单元包括本振(即本地振荡器)、第一锁相环、第二锁相环、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器及第二滤波器，所述本振分别连接所述第一锁相环及第二锁相环，所述混频器分别连接所述前置放大模块、第一压控震荡器及第一滤波器，所述第二混频器分别连接第一滤波器、第二滤波器及第二压控振荡器，所述第二滤波器连接至所述功放模块，所述上变频模块包括至少一个变频器，所述下变频模块包括至少一个变频器，所述前置放大模块包括至少一个低噪放，所述功放模块包括至少一个功率放大器。

如图2所示，通过接收天线来采集相应区域的原始电磁环境，经过分路器对接收信号进行分路滤波，取出需要进行屏蔽的各个移动通信网络的下行频段信号(其中心频点为f)，然后经过前置放大模块(低噪放)进行前置放大，之后送至信号频率处理模块，将不同移动通信网络下行频段信号(其中心频点为f)进行频率移动，使载波频率偏移略微超出移动通信网络接收机容限，之后经过上变频模块，之后输出至功放模块，功放模块将信号放大后输出经合路器进行滤波合路后，输出至发射天线输出，对无线终端下行产生频域进行干扰，同时对终端上行发射频率产生诱导使其产生频率偏移和抖动，从而实现无线信号阻断。

如图4所示，下变频器将空间信号下变至中频得到一中频信号(该中频信号的中心频点为f_M)，并将中频信号送到ADC芯片，芯片将中频信号转换成数字中频信号，然后通过FPGA进行数字信号处理，将数字中频信号进行数字下变频，采用抽取滤波算法进行选频滤波，选取出对应通信制式的带宽，以增加相邻信号的抗干扰性，再进行数字插值滤波算法提高频带的采样率，然后进行数字上变频，将频带信号搬移至各通信制式可干扰的频率上(即与原信号频率存在一定偏移的中频信号)，然后通过DAC进行插值至更高的采样率以增加频带信号与其镜像的距离，最后得到一中频f_M+△f，将该带偏移的中频输出与模拟中频信号对接，将中频f_M+△f上变至相应网络的工作频段并输出。整个电路实现在，需要根据不同的移动通信网络接收频率容限值，设置不同的频率偏移值。

一种频域阻断式无线信号阻断方法，需提供一种频域阻断式无线信号阻断装置，所述频域阻断式无线信号阻断装置包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、频率处理模块、功放模块、合路器及发射天线；具体包括如下步骤：

步骤1、通过接收天线采集相应区域的原始电磁环境，经过分路器对接收到的信号进行分路滤波，从中取出需要进行屏蔽的各个通信网络的下行频段信号(其中心频点为f)；

步骤2、将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大，后送至信号频率处理模块，频率处理模块将不同通信网络下行频段信号(其中心频点为f)进行频率移动使载波频率偏移略超出移动通信网络接收机容限，得到偏移信号f+△f；

步骤3,、将偏移后的信号输出至功放模块，经过功放放大后输出经合路器进行滤波合路后，输出至发射天线进行发射。

其中如图2所示，所述频率处理模块包括一依次连接的下变频模块、模数转换器、FPGA芯片、数模转换器及上变频模块；所述步骤2进一步具体为：将所获取到的下行频段信号(设下行频段信号的中心频点为f)经过前置放大模块进行前置放大后送至下变频模块，将下行频段信号(下行频段信号的中心频点为f)下变至中频，并将中频信号送到模数转换器，将中频信号转换成数字中频信号，然后通过FPGA芯片进行数字信号处理，将数字中频信号进行数字下变频，采用抽取滤波算法进行选频滤波，选取出对应通信制式的带宽，再进行数字插值滤波算法，然后进行数字上变频，将频带信号搬移至各通信制式可干扰的频率上，然后通过数模转换器进行插值，最后得到数字中频信号，将该带偏移的数字中频信号输出至数模转换器得到偏移信号f_M+△f，该偏移信号f_M+△f通过上变频模块处理后输出至功放模块。

如图3所示，所述频率处理模块包括至少一个频率处理单元，所述频率处理单元包括本振、第一锁相环、第二锁相环、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器及第二滤波器；将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大后送至第一混频器，所述本振、第一锁相环及第一压控振荡器提供第一变频信号，通过第一混频变频器将下行频段信号与第一变频信号进行混频下变；之后经过第一滤波器进行滤波，所述本振、第二锁相环及第二压控振荡器提供第二变频信号，通过第二混频器结合第二变频信号及第二混频器接收到的信号进行混频，得到一偏移信号，该偏移信号经过第二滤波器进行滤波后发送至功放模块，本振提供参考频率，供PLL和VCO产生稳定的频率输出；其中，第一级混频器是将接收进行的无线射频信号进行混频下变，下变的频点由本振及锁相环电路控制，如接收进来的是950MHz，要下变至140MHz话，那么本振及锁相环电路产生一个950±140MHz(采用正偏还是负偏方案，具体要看采用的是低本振混频方案还是高本振混频方案，如果低混频方案的就采用负偏，高混频方案的就是采用正偏)；而第二级混频是将140MHz变回原来的950MHz±Δf，相对应的本振及锁相环电路产生一个140±950MHz±Δf。

本发明中所提的主要涉及公众移动通信网信号屏蔽方面的问题，但该技术也可应用于其它方式的无线通信信号的屏蔽。

本发明中所提的内容主要在于信号屏蔽实现方法方面，在实际设备开发中可根据该装置低功耗的特点采用POE供电方式，也可以在装置中加入监控模块，实现设备的集中管控。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种频域阻断式无线信号阻断方法，其特征在于：需提供一种频域阻断式无线信号阻断装置，所述频域阻断式无线信号阻断装置包括依次连接的接收天线、分路器、前置放大模块、频率处理模块、功放模块、合路器及发射天线；具体包括如下步骤：

步骤1、通过接收天线采集相应区域的原始电磁环境，经过分路器对接收到的信号进行分路滤波，从中取出需要进行屏蔽的各个通信网络的下行频段信号；

步骤2、将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大，后送至信号频率处理模块，频率处理模块将不同通信网络下行频段信号进行频率移动使载波频率偏移略超出移动通信网络接收机容限，得到偏移信号；

步骤3、将偏移后的信号输出至功放模块，经过功放放大后输出经合路器进行滤波合路后，输出至发射天线进行发射。

2.如权利要求1所述的一种频域阻断式无线信号阻断方法，其特征在于：所述频率处理模块包括一依次连接的下变频模块、模数转换器、FPGA芯片、数模转换器及上变频模块；所述步骤2进一步具体为：将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大后送至下变频模块，将下行频段信号下变至中频，并将中频信号送到模数转换器，将中频信号转换成数字中频信号，然后通过FPGA芯片进行数字信号处理，将数字中频信号进行数字下变频，采用抽取滤波算法进行选频滤波，选取出对应通信制式的带宽，再进行数字插值滤波算法，然后进行数字上变频，将频带信号搬移至各通信制式可干扰的频率上，然后通过数模转换器进行插值，最后得到数字中频信号，将所述数字中频信号输出至数模转换器得到偏移信号，该偏移信号通过上变频模块处理后输出至功放模块。

3.如权利要求1所述的一种频域阻断式无线信号阻断方法，其特征在于：所述频率处理模块包括至少一个频率处理单元，所述频率处理单元包括本振、第一锁相环、第二锁相环、第一压控振荡器、第二压控振荡器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器及第二滤波器；将所获取到的下行频段信号经过前置放大模块进行前置放大后送至第一混频器，所述本振、第一锁相环及第一压控振荡器提供第一变频信号，通过第一混频变频器将下行频段信号与第一变频信号进行混频下变；之后经过第一滤波器进行滤波，所述本振、第二锁相环及第二压控振荡器提供第二变频信号，通过第二混频器结合第二变频信号及第二混频器接收到的信号进行混频，得到一偏移信号，该偏移信号经过第二滤波器进行滤波后发送至功放模块；

所述本振分别连接所述第一锁相环及第二锁相环，所述混频器分别连接所述前置放大模块、第一压控震荡器及第一滤波器，所述第二混频器分别连接第一滤波器、第二滤波器及第二压控振荡器，所述第二滤波器连接至所述功放模块。