CN106877941B - 一种声波通信干扰装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种声波通信干扰装置，包括：供电模块、传声器、信号检测与分析模块、干扰信号生成模块、数模转换模块、功率放大模块和扬声器；其中，供电模块为装置内的其他模块提供电能；传声器拾取声信号，将所拾取的声信号传输给信号检测与分析模块；信号检测与分析模块检测并分析所采集到的声信号，得到频谱特性信息、参数；干扰信号生成模块根据声信号检测与分析的结果为该声信号生成某一类型的干扰信号；数模转换模块将所生成的干扰信号做数模转换；功率放大模块将数模转换后的干扰信号加以放大，最后由扬声器播放。

Description

一种声波通信干扰装置及方法
技术领域
本发明涉及通信干扰领域，特别涉及一种声波通信干扰装置及方法。
背景技术
近年来，声波通信引起人们的关注。声波通信是一种新型的近场通信技术，其采用声波作为载波传递数据，和传统近场通信技术相比其具有不受电磁干扰、不受电磁频段制约的优点。专利“调制装置、解调装置及声信号传输方法”(授权公告号：CN101641891A)提出了一种在声信号上叠加数据信号并传输的传输系统，该发明能够在声信号上叠加数据信号实现数据传输而且不会降低声信号的音质。专利“一种文件传输方法及系统”(授权公告号：CN103078683A)公开了一种利用声波通信传输文件地址信息的方法，终端一接收服务器发送的用于下载目标文件的地址信息，并将其转换成音频信号，然后播放该音频信号，终端二接收到该音频信号后进行解析获得所述地址信息，并根据该地址从服务器下载文件。
随着声波通信技术的发展，部分商用系统已经开始采用声波通信的方式实现数据传输。由于声波是一种机械波，从而使得声波通信不会受到传统的电磁波通信方式的影响，也使得其不会被传统的电磁波通信干扰装置所影响。然而，在一些需要屏蔽全部无线通信方式的场合，已有的通信干扰装置无法实现对声波通信的屏蔽，隐私信息、关键资料可能在无察觉的情况下被窃取，对信息安全来说具有很大的隐患。防止利用声波通信进行数据传输的方法就是引入声波通信干扰装置，可在信号和信息两个层面对声波通信进行干扰。信号层面的干扰是指在信道中播放干扰声从而减低声波通信信噪比，使得真实信号完全或部分被干扰声淹没，从而使接收方难以或无法对其进行恢复。信息层面的干扰是指在得到声波通信关键参数的前提下通过制造虚假通信信号达到欺骗接收方的目的。
对声波通信干扰的研究目前多处于理论阶段，尚没有实际可行的声波通信干扰装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中缺少实际可行的声波通信干扰装置的缺陷，从而提供一种声波通信干扰装置及方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种声波通信干扰装置，包括：供电模块101、传声器102、信号检测与分析模块103、干扰信号生成模块104、数模转换模块105、功率放大模块106和扬声器107；其中，
所述供电模块101为装置内的其他模块提供电能；所述传声器102拾取声信号，将所拾取的声信号传输给所述信号检测与分析模块103；所述信号检测与分析模块103检测并分析所采集到的声信号，得到频谱特性信息、参数；所述干扰信号生成模块104根据声信号检测与分析的结果为该声信号生成某一类型的干扰信号；所述数模转换模块105将所生成的干扰信号做数模转换；所述功率放大模块106将数模转换后的干扰信号加以放大，最后由扬声器107播放。
上述技术方案中，所述信号检测与分析模块103还包括有人机交互接口，用户通过该接口输入配置参数。
上述技术方案中，所述信号检测与分析模块103检测声信号所得到的频谱特性信息包括：对频谱宽度、中心频率；检测声信号所得到的参数包括：通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号。
上述技术方案中，所述干扰信号生成模块104能够根据声信号的检测与分析的结果生成多种类型的干扰信号，这些类型的干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号。
上述技术方案中，所述干扰信号生成模块104根据声信号的检测与分析的结果生成如下类型的干扰信号：
当检测到的声信号频谱较为集中、有单个中心频率时，所述干扰信号生成模块104生成窄带干扰信号；所述窄带干扰信号的中心频率应当与检测到的声信号的中心频率f0重合，带宽为检测到的声信号带宽Δf的2至5倍，即nΔf，其中n＝2,3,4,5；
当检测到的声信号频谱较为分散、有多个中心频率时，所述干扰信号生成模块104生成梳状干扰信号；所述梳状干扰信号相当于多个窄带干扰信号的叠加；
当检测到的声信号频谱较为集中、但无法确定其中心频率时，所述干扰信号生成模块104生成宽带干扰信号；所述宽带干扰信号的带宽大于检测到的信号带宽Δf的5倍，即nΔf，其中n＞5；
当需要在很短的时间内对很宽范围内的多个频率进行干扰时，所述干扰信号生成模块104生成扫频干扰信号；所述扫频干扰信号的中心频率与检测到的声信号的中心频率f0基本重合，在扫频范围内的每一个频率上的驻留时间固定，在一个频段内周期性地进行扫频；
当能够准确地检测出声信号的包括通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号在内的参数，或已经提前知道上述参数时，所述干扰信号生成模块104生成欺骗型干扰信号；所述欺骗型干扰信号要求其通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号与检测到的声信号的上述参数完全一致，所载信息为白噪声、杂音信号或其他人为制造的虚假信号。
上述技术方案中，所述扬声器107为可听声扬声器，或超声换能器，或普通扬声器与超声换能器并联。
本发明还提供了基于所述的声波通信干扰装置所实现的声波通信干扰方法，包括：
步骤1)、拾取声信号；
步骤2)、检测所采集到的声信号的频谱，得到其频谱特性，包括对频谱宽度、中心频率；辨识包括通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号在内的参数；
步骤3)、根据检测和分析结果，选取合适类型的干扰信号，所述干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号；
步骤4)、将步骤3)生成的数字型干扰信号进行数模转换；
步骤5)、将生成的模拟干扰信号进行功率放大；
步骤6)、将放大后的模拟干扰信号加载至扬声器播放。
本发明的优点在于：
1、本发明提出了一种声波通信干扰装置及方法，能够对声波通信形成干扰，从而保证了信息安全。
2、本发明所提出的声波通信干扰装置及方法兼顾了干扰的全面性和针对性。能够在信息和信号两个层面对声波通信进行干扰，使得干扰效果更立体、更全面。同时可根据检测到的声信号的特点生成合适的干扰信号，使得干扰更加高效、更具有针对性。
3、本发明所提出的声波通信干扰装置采用可听声扬声器(阵列)或超声换能器(阵列)或普通扬声器(阵列)和超声换能器(阵列)的并联，从而既可对利用可听声波进行通信的装置进行干扰，又可对利用超声波进行通信的装置进行干扰。
附图说明
图1是本发明的声波通信干扰装置的结构示意图；
图2是本发明的声波通信干扰方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的声波通信干扰装置能够对利用可听声波(频率在20Hz至20kHz的声波)以及超声波(频率大于20kHz的声波)作为载波进行通信的设备进行干扰，从而达到阻碍声波通信的目的。
参考图1，本发明的声波通信干扰装置包括：供电模块101、传声器102、信号检测与分析模块103、干扰信号生成模块104、数模转换模块105、功率放大模块106和扬声器107；其中，
所述供电模块101为装置内的其他模块提供电能；所述传声器102拾取声信号，将所拾取的声信号传输给信号检测与分析模块103；所述信号检测与分析模块103检测并分析所采集到的声信号，得到频谱特性信息、参数；所述干扰信号生成模块104根据声信号检测与分析的结果为该声信号生成某一类型的干扰信号；所述数模转换模块105将所生成的干扰信号做数模转换；所述功率放大模块106将数模转换后的干扰信号加以放大，最后由扬声器107播放。
下面对声波通信干扰装置中的各个模块做进一步说明。
所述供电模块101将外部的交流信号转换成低压直流信号，供给装置其他模块使用。
所述传声器102采用灵敏度较高的传声器，且该传声器应当具有较宽的工作频带。
所述信号检测与分析模块103检测声信号所得到的频谱特性信息包括：对频谱宽度、中心频率；检测声信号所得到的参数包括：通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号。该模块可检测的频带跨度较大，如覆盖可听声波与超声波的频带范围；作为一种优选实现方式，在本实施例中，所述信号检测与分析模块103还包括有人机交互接口，用户可以通过该接口输入关键配置参数。
所述干扰信号生成模块104能够根据声信号的检测与分析的结果生成多种类型的干扰信号，这些类型的干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号等。
当检测到的声信号频谱较为集中、有单个中心频率时，所述干扰信号生成模块104可生成窄带干扰信号。所述窄带干扰信号的中心频率应当与检测到的声信号的中心频率f0重合，带宽为检测到的声信号带宽Δf的2至5倍，即nΔf，其中n＝2,3,4,5。
当检测到的声信号频谱较为分散、有多个中心频率时，所述干扰信号生成模块104可生成梳状干扰信号。所述梳状干扰信号相当于多个窄带干扰信号的叠加。
当检测到的声信号频谱较为集中、但无法确定其中心频率时，所述干扰信号生成模块104可生成宽带干扰信号。所述宽带干扰信号的带宽大于检测到的信号带宽Δf的5倍，即nΔf，其中n＞5。
当需要在很短的时间内对很宽范围内的多个频率进行干扰时，所述干扰信号生成模块104可生成扫频干扰信号。所述扫频干扰信号的中心频率与检测到的声信号的中心频率f0基本重合，在扫频范围内的每一个频率上的驻留时间固定，在一个频段内周期性地进行扫频。
当能够准确地检测出声信号的包括通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号在内的参数，或已经提前知道上述参数时，所述干扰信号生成模块104可生成欺骗型干扰信号。所述欺骗型干扰信号要求其通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号与检测到的声信号的上述参数完全一致，所载信息为白噪声、杂音信号或其他人为制造的虚假信号。
所述数模转换模块105采用分辨率、采样率较高的DA转换芯片。
所述功率放大模块106采用具有较宽的工作频带的功率放大模块。
扬声器107为可听声扬声器(阵列)或超声换能器(阵列)，也可以将普通扬声器(阵列)和超声换能器(阵列)并联接入该装置，使其既能发送可听声波，也能发送超声波。
在声波通信干扰装置的基础上，参考图2，本发明的声波通信干扰方法包括：
步骤1)、拾取声信号。
步骤2)、检测所采集到的声信号的频谱，得到其频谱特性，包括对频谱宽度、中心频率等；辨识通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号等关键参数。
步骤3)、根据检测和分析结果，选取合适类型的干扰信号，所述干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号；
步骤4)、将步骤3)生成的数字型干扰信号进行数模转换；
步骤5)、将生成的模拟干扰信号进行功率放大；
步骤6)、将放大后的模拟干扰信号加载至扬声器播放。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种声波通信干扰装置，其特征在于，包括：供电模块(101)、传声器(102)、信号检测与分析模块(103)、干扰信号生成模块(104)、数模转换模块(105)、功率放大模块(106)和扬声器(107)；其中，
所述供电模块(101)为装置内的其他模块提供电能；所述传声器(102)拾取声信号，将所拾取的声信号传输给所述信号检测与分析模块(103)；所述信号检测与分析模块(103)检测并分析所采集到的声信号，得到频谱特性信息、参数；所述干扰信号生成模块(104)根据声信号检测与分析的结果为该声信号生成某一类型的干扰信号；所述数模转换模块(105)将所生成的干扰信号做数模转换；所述功率放大模块(106)将数模转换后的干扰信号加以放大，最后由扬声器(107)播放；
所述干扰信号生成模块(104)根据声信号的检测与分析的结果生成如下类型的干扰信号：
当检测到的声信号频谱较为集中、有单个中心频率时，所述干扰信号生成模块(104)生成窄带干扰信号；所述窄带干扰信号的中心频率应当与检测到的声信号的中心频率f0重合，带宽为检测到的声信号带宽Δf的2至5倍，即nΔf，其中n＝2,3,4,5；
当检测到的声信号频谱较为分散、有多个中心频率时，所述干扰信号生成模块(104)生成梳状干扰信号；所述梳状干扰信号相当于多个窄带干扰信号的叠加；
当检测到的声信号频谱较为集中、但无法确定其中心频率时，所述干扰信号生成模块(104)生成宽带干扰信号；所述宽带干扰信号的带宽大于检测到的信号带宽Δf的5倍，即nΔf，其中n＞5；
当需要在很短的时间内对很宽范围内的多个频率进行干扰时，所述干扰信号生成模块(104)生成扫频干扰信号；所述扫频干扰信号的中心频率与检测到的声信号的中心频率f0基本重合，在扫频范围内的每一个频率上的驻留时间固定，在一个频段内周期性地进行扫频；
当能够准确地检测出声信号的包括通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号在内的参数，或已经提前知道上述参数时，所述干扰信号生成模块(104)生成欺骗型干扰信号；所述欺骗型干扰信号要求其通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号与检测到的声信号的上述参数完全一致，所载信息为白噪声、杂音信号或其他人为制造的虚假信号。
2.根据权利要求1所述的声波通信干扰装置，其特征在于，所述信号检测与分析模块(103)还包括有人机交互接口，用户通过该接口输入配置参数。
3.根据权利要求1或2所述的声波通信干扰装置，其特征在于，所述信号检测与分析模块(103)检测声信号所得到的频谱特性信息包括：对频谱宽度、中心频率；检测声信号所得到的参数包括：通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号。
4.根据权利要求1或2所述的声波通信干扰装置，其特征在于，所述干扰信号生成模块(104)能够根据声信号的检测与分析的结果生成多种类型的干扰信号，这些类型的干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号。
5.根据权利要求1所述的声波通信干扰装置，其特征在于，所述扬声器(107)为可听声扬声器，或超声换能器，或普通扬声器与超声换能器并联。
6.基于权利要求1-5之一的所述的声波通信干扰装置所实现的声波通信干扰方法，包括：
步骤1)拾取声信号；
步骤2)检测所采集到的声信号的频谱，得到其频谱特性，包括对频谱宽度、中心频率；辨识包括通信标准、编码调制方式、导频模式、同步信号在内的参数；
步骤3)根据检测和分析结果，选取合适类型的干扰信号，所述干扰信号包括：窄带干扰信号、梳状干扰信号、宽带干扰信号、扫频式干扰信号以及欺骗型干扰信号；
步骤4)将步骤3)生成的数字型干扰信号进行数模转换；
步骤5)将生成的模拟干扰信号进行功率放大；
步骤6)将放大后的模拟干扰信号加载至扬声器播放。
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