CN107294639A - 一种面向lte系统的通信信号屏蔽设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向LTE系统的通信信号屏蔽设备及其方法。该通信信号屏蔽设备包括频段确定单元、时隙确定单元和干扰信号发射单元；其中，频段确定单元连接时隙确定单元，时隙确定单元连接干扰信号发射单元；干扰信号发射单元在主同步信号的时隙位置发射干扰信号。采用本发明，一方面可以有效降低通信信号屏蔽设备的功率，减小对人体的辐射；另一方面可以获得更好的通信信号屏蔽效果。

Description

一种面向LTE系统的通信信号屏蔽设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种通信信号屏蔽设备，尤其涉及一种面向LTE系统实施，利用主同步信号时隙发射干扰信号的通信信号屏蔽设备，同时也涉及相应的通信信号屏蔽方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

当前，移动通信技术的发展日新月异，在人们的生产、生活等各方面扮演着重要角色。但是，移动通信技术在给人们带来极大便利的同时，也衍生出一些不容忽视的问题。例如，(1)移动终端成为新的噪声污染源，干扰了正常工作秩序；(2)成为新的泄密渠道，对信息安全构成威胁；(3)成为新的不安全因素，给企业安全带来隐患；(4)成为新的犯罪手段，给社会稳定带来危害。因此，在某些特定情况下，需要采取技术手段对通信信号进行屏蔽或限制，避免移动通信网络失控带来的危害。

在现有技术中，一种典型的通信信号屏蔽方法采取如下技术思路：使用扫描源或噪声源来调制电压控制震荡器(VCO)输出扫频信号，从前向信道的低端频率向高端频率扫描，并在下行信道所有频段内产生覆盖信号干扰基站的下行信号，从而使得移动终端无法分辨基站发送的下行信号，达到对通信信号进行屏蔽的效果。但是，上述屏蔽方法需要在整个频段内不间断地发射屏蔽信号，而屏蔽信号又是由VCO直接调制而成的，其弊端在于不间断地扫频会产生很大的功率损耗，并增加了对人体的辐射。另外，上述屏蔽方法的频段针对性不强。对于某个正在使用的频段，其干扰能力较小，屏蔽效果不佳。

另外，针对传统的2G、3G等蜂窝通信系统，现有技术中往往采用分频段进行检查干扰的模式实现信号屏蔽。例如在专利号为ZL201520270428.8的中国实用新型专利中，通过快速扫描捕捉通信终端的信号，在分析出同步信息并实现同步之后，发出干扰信息，可以实现分频段信号干扰。随着移动通信技术的不断发展，以LTE(Long TermEvolution，长期演进)系统为代表的4G通信技术正在快速普及，但针对LTE系统的通信信号屏蔽技术仍然存在很多需要解决的技术问题。

王涛在《现代电信科技》2014年第9期上发表了论文《LTE信号抗干扰性能的研究》。该论文提出通过干扰LTE信号可以阻断LTE系统正常通信，从而防止通信信息被非法用户截获，并简单介绍了一种常用的信号干扰方式—噪声压制式干扰。另外，在申请号为201510284229.7的中国发明申请中，公开了一种基于同步信号的LTE干扰方法，主要包括两种方案：1)不需要与基站同步，即屏蔽系统在屏蔽区域内，搜索频点信息，在可能存在LTE信号的频点位置或附近，以一定的频率发送一组或多组PSS或SSS干扰信号。2)需要获取基站的同步信息，即搜索屏蔽区域内的基站的频点信息，接收基站发送的PSS和SSS信号，使屏蔽系统与基站实现同步，获取小区的帧定时信息与物理层小区标识；根据获取的物理层小区标识，屏蔽系统生成一组或多组PSS或SSS干扰信号；屏蔽系统在特定的时频域范围发送一组或多组干扰信号。该技术方案的发射功率低，对人体健康无影响，同时也不会影响上行信道、对非屏蔽去用户无干扰。但其局限主要体现在：需要进行主同步、辅同步，然后还要按照小区号发送特定的干扰信号，使得同步过程和干扰信号的生成过程都较为复杂，实施成本较高。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种面向LTE系统的通信信号屏蔽设备。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种面向LTE系统的通信信号屏蔽方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种面向LTE系统的通信信号屏蔽设备，包括频段确定单元、时隙确定单元和干扰信号发射单元；其中，

所述频段确定单元连接所述时隙确定单元，所述时隙确定单元连接所述干扰信号发射单元；

所述干扰信号发射单元在主同步信号的时隙位置发射干扰信号。

其中较优地，所述时隙由所述时隙确定单元在基站正在使用的频段范围内确定。

其中较优地，所述基站正在使用的频段范围由所述频段确定单元确定。

其中较优地，所述时隙确定单元在所述频段范围内，确定用于进行帧同步的基带信号；根据所述基带信号以及预设的主同步序列进行帧同步，确定帧的起始时刻；根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置。

其中较优地，所述频段确定单元和所述时隙确定单元由小区搜索模块替代，所述干扰信号发射单元由发射射频模块替代；

所述小区搜索模块连接接收射频模块；干扰信号生成模块一方面连接所述小区搜索模块，另一方面连接所述发射射频模块；所述发射射频模块连接功率放大器模块。

其中较优地，所述小区搜索模块在全频段范围内进行小区搜索，如果确定某一特定频段为基站正在使用的频段，则由所述接收射频模块驻留在此频段内，接收基站发射的信号，并将所述信号转化为基带信号发送给所述小区搜索模块，由所述小区搜索模块根据该基带信号执行帧同步，确定主同步信号的时隙位置。

一种面向LTE系统的通信信号屏蔽方法，包括如下步骤：

⑴获得基站正在使用的频段范围；

⑵在所获得的频段范围内，确定主同步信号的时隙位置；

⑶在所述主同步信号的时隙位置发射干扰信号。

其中较优地，所述步骤⑴中，在全频段范围内监听基站发射的信号，根据监听到的信号强度，获得基站正在使用的频段范围。

其中较优地，所述步骤⑵中，根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置；其中，根据基带信号以及预设的主同步序列，确定最大相关峰值；根据最大相关峰值，确定所获得的频段范围对应的小区的主同步序列以及主同步信道的主同步码位置，完成帧同步并确定帧的起始时刻。

其中较优地，所述干扰信号为随机干扰信号或通过主同步信号时移得到的伪主同步信号。

与现有技术相比较，本发明所提供的通信信号屏蔽设备及其方法具有两方面的显著优点：

⑴仅在主同步信号时隙发射干扰信号，可以有效降低通信信号屏蔽设备的功率，减小对人体的辐射；

⑵当主同步信号被干扰后，用户设备无法与基站取得下行同步，无法获得相应的移动通信服务，因此可以获得更好的通信信号屏蔽效果。

附图说明

图1为FD-LTE模式下的物理帧结构示意图；

图2为TD-LTE模式下的物理帧结构示意图

图3为本发明实施例所提供的一种通信信号屏蔽设备的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的另一种通信信号屏蔽设备的结构示意图；

图5为本发明所提供的通信信号屏蔽方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

众所周知，LTE系统有FDD(频分双工)和TDD(时分双工)两种模式，分别用FD-LTE和TD-LTE来表示。在TDD模式中，上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行，可以更好地利用频谱资源。在FDD模式中，上下行分别在不同频段同时进行，因此数据传输能力更强。TDD模式和FDD模式实质上是相同的，相似度接近90％。

本发明所提供的通信信号屏蔽设备及其方法可以针对上述两种模式的LTE系统实施，只不过所利用的特定时隙有所不同。下面，首先以FD-LTE模式为例，对该通信信号屏蔽设备及其方法进行详细具体的说明。

图1所示为FD-LTE模式下的物理帧结构示意图。在FD-LTE模式下，一个10ms的无线帧包含20个时隙，共10个子帧，每个子帧长度为1ms，由相邻两个时隙构成，每一个时隙长度为0.5ms。对于采用FDD模式的LTE系统而言，在每10ms的间隔内，10个子帧既可以用于下行链路传输，也可以用于上行链路传输，上下行链路按频域实现隔离。

当用户设备处于随机接入状态时，用户设备向物理随机接入信道(PRACH)发送前导码序列，开始触发随机接入流程。用户设备向基站发送前导码序列以后，需要监听物理下行控制信道(PDCCH)是否存在基站回复的随机接入响应(RAR)消息。在本发明的一个实施例中，该随机接入响应消息的时间窗位于用户设备发送了前导码序列的子帧之后的第3个子帧。例如，当用户设备在子帧1发送前导码序列时，则用户设备需要在子帧4监听基站是否发送了随机接入响应消息；当用户设备在子帧6发送前导码序列时，则用户设备需要在子帧9监听基站是否发送了随机接入响应消息。如果用户设备在上述时间窗内没有接收到基站发送的随机接入响应消息，则重新发送前导码序列，直到达到预定的最大传输次数。

另一方面，FD-LTE模式的下行同步信号可以分为主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。其中，主同步信号(PSS)是位于时隙0和时隙10的最后一个OFDM(正交频分复用)符号，辅同步信号(SSS)是位于子帧0及子帧10的倒数第二个OFDM符号。采用主同步信号和辅同步信号的好处在于保证用户设备能够准确并快速地检测出主同步信号，并在已知主同步信号的前提下检测出辅同步信号，加快小区搜索速度。用户设备需要在获取主同步序列及辅同步序列后，实现帧同步，进而完成下行同步。

因此，基于上述FD-LTE模式下的帧结构特点，通过在基站使用的频带范围内首先确定主同步信号的位置，进而在主同步信号的时隙位置发射干扰信号。这里的干扰信号既可以是用于切断用户设备搜索网络的随机干扰信号，也可以是通过主同步信号时移得到的伪主同步信号。一方面，在主同步信号被干扰后，用户设备不能正确得到下行信道的同步信息，因此搜索不到移动通信网络。另一方面，在主同步信号被干扰后，基站也不能正确接收用户设备发送的请求随机接入的前导码序列，因此基站无法回复相应的随机接入响应消息，用户设备无法进行上行随机接入，最终使得用户设备无法正常通信。通过该通信信号屏蔽方法，可以达到有效屏蔽FD-LTE模式下的通信信号的效果。

上述通信信号屏蔽方法不仅可以在FD-LTE模式下使用，也可以在TD-LTE模式下使用。图2为TD-LTE模式下的物理帧结构示意图。在TD-LTE模式下，一个10ms的无线帧被分为两个5ms半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧构成。每个子帧分为两个0.5ms时隙，每个时隙又可分为7个OFDM符号。特殊子帧由总时长为1ms的三个特殊时隙组成：下行导频时隙(DwPTS)、保护间隔(GP)，上行导频时隙(UpPTS)。三个特殊时隙的长度支持9种配置选项。上行导频时隙的长度为1～2个OFDM符号；下行导频时隙的长度为3～12个OFDM符号；相应的保护间隔的长度为1～10个OFDM符号。

在TD-LTE模式下，LTE系统中的同步信道也包括主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。主同步信号的作用在于在小区搜索的过程中，快速地确定符号/帧的起始位置，即符号定时同步。该主同步信号在帧中位于第1和第6子帧的第3个OFDM符号的资源粒子，参考图2所示帧结构可知，即位于下行导频时隙(DwPTS)的第3个OFDM符号，其它OFDM符号不传输信号。

从上述说明可以看出，在FD-LTE模式和TD-LTE模式中，主要区别在于主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)的位置/相对位置不同。在TD-LTE模式的帧结构中，主同步信号(PSS)是位于下行导频时隙(DwPTS)的第3个OFDM符号，辅同步信号(SSS)是位于5ms第一个子帧的最后一个OFDM符号；在FD-LTE模式的帧结构中，主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)分别是位于5ms第一个子帧内前一个时隙的最后两个OFDM符号。利用主、辅同步信号相对位置的不同，用户设备可以在小区搜索的初始阶段识别LTE系统是FD-LTE模式还是TD-LTE模式。

由于主同步信号的作用无论在FD-LTE模式还是TD-LTE模式中都是类似的，因此上述在基站使用的频带范围内首先确定主同步信号的位置，进而在主同步信号的时隙位置发射干扰信号的技术思路在TD-LTE模式下也是可行的。一方面，在主同步信号被干扰后，用户设备不能正确得到下行信道的同步信息，因此搜索不到移动通信网络。另一方面，在主同步信号被干扰后，基站也不能正确接收用户设备发送的前导码序列，因此基站无法回复相应的随机接入响应消息，用户设备无法进行上行随机接入，最终使得用户设备无法正常通信。通过该通信信号屏蔽方法，同样可以达到有效屏蔽TD-LTE模式下的通信信号的效果。

图3所示为本发明实施例所提供的一种通信信号屏蔽设备，其包括：频段确定单元11，用于获得基站正在使用的频段范围；时隙确定单元12，用于在该频段范围内，确定主同步信号的时隙位置；干扰信号发射单元13，用于在主同步信号时隙发射干扰信号。上述频段确定单元11连接时隙确定单元12，时隙确定单元12连接干扰信号发射单元13。

上述频段确定单元11在全频段范围内监听基站发射的信号，根据监听到的信号的强度，获得基站正在使用的频段范围。时隙确定单元12在上述频段范围内，确定用于进行帧同步的基带信号；根据基带信号以及预设的主同步序列进行帧同步，确定帧的起始时刻；根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置。具体地说，时隙确定单元12在上述频段范围内，接收基站发射的信号；将基站发射的信号转化为用于进行帧同步的基带信号，根据基带信号以及预设的主同步序列，确定最大相关峰值；根据最大相关峰值，确定上述频段范围对应的小区的主同步序列以及主同步信道PSC(主同步码)位置，完成帧同步并确定帧的起始时刻。

图4为本发明实施例所提供的另一种通信信号屏蔽设备的结构示意图。在图4所示的实施例中，该通信信号屏蔽设备包括接收射频模块、小区搜索模块、干扰信号生成模块、发射射频模块、功率放大器模块。其中，接收射频模块用于接收基站发射的信号，并将接收到的信号发送给小区搜索模块。小区搜索模块用于在全频段范围内进行小区搜索，通过监听不同频段范围内的信号强度，判断在该频段内是否存在小区，即判断该频段是否为基站正在使用的频段。

如果小区搜索模块确定某一特定频段为基站正在使用的频段，则由接收射频模块驻留在此频段内，接收基站发射的信号，并将所接收到的基站发射的信号转化为基带信号，进而将基带信号发送给小区搜索模块，由小区搜索模块根据该基带信号执行帧同步，确定主同步信号的时隙位置。因此，本实施例所提供的小区搜索模块在功能上相当于图3中的频段确定单元11以及时隙确定单元12的结合。

小区搜索模块完成帧同步并确定主同步信号的时隙位置后，指示干扰信号生成模块生成干扰信号。干扰信号生成模块将生成的干扰信号如大功率的白噪声信号发送给发射射频模块，由发射射频模块在主同步信号时隙发射干扰信号。因此，本实施例所提供的发射射频模块在功能上相当于图3中的干扰信号发射单元13。发射射频模块可进一步地将干扰信号发送给功率放大器，由功率放大器对干扰信号进行放大后发射出去。另外，小区搜索模块也可以发送指示信号给发射射频模块以及功率放大器，指示发射射频模块和功率放大器是否进行工作。

在上述通信信号屏蔽设备的基础上，本发明进一步提供了一种面向LTE系统的通信信号屏蔽方法。参见图5，该通信信号屏蔽方法具体包括如下步骤：

S201.获得基站正在使用的频段范围。

在上述步骤中，在全频段范围内监听基站发射的信号，根据监听到的信号强度，获得基站正在使用的频段范围。也就是说，在全频段范围内监听基站发射的信号，如果在某一频段范围内监听到的基站信号的强度较弱，则确定在该频段范围不存在小区，继续对其他频段范围内的基站信号进行监听；当在某一频段范围内的基站信号强度超过预设的门限值时，则确定在该频段范围内存在小区，也就是基站正在使用该频段范围。

S202.在所获得的频段范围内，确定主同步信号的时隙位置。

在该步骤中，在所获得的频段范围内，确定用于进行帧同步的基带信号；根据基带信号以及预设的主同步序列进行帧同步，确定帧的起始时刻；根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置。

其中，在确定用于进行帧同步的基带信号时，在所获得的频段范围内接收基站发射的信号；将基站发射的信号转化为用于进行帧同步的基带信号。

在根据基带信号以及预设的主同步序列进行帧同步，确定帧的起始时刻时，包括如下步骤：根据基带信号以及预设的主同步序列，确定最大相关峰值；根据最大相关峰值，确定所获得的频段范围对应的小区的主同步序列以及主同步信道PSC(主同步码)位置，完成帧同步并确定帧的起始时刻。

S203.针对主同步信号时隙发射干扰信号。

在主同步信号时隙发射干扰信号之前，可以通过图4中的干扰信号生成模块生成干扰信号。

在本发明的一个实施例中，在10ms周期条件下，以10ms为间隔，由发射射频模块在主同步信号和辅同步信号发射时间长度小于1ms的干扰信号，则干扰信号的发射时间只占不到10ms周期时间的10％。与现有技术中在全频段范围内持续发射屏蔽信号相比，采用本发明所提供的通信信号屏蔽设备及其方法，其发射功率只占现有技术中的发射功率的不足1％。由此可见，采用本发明所提供的技术方案，可以有效降低通信信号屏蔽设备的功率，减小对人体的辐射。

同时，本发明所提供的技术方案仅在基站正在使用的频段范围内的主同步信号时隙发射干扰信号。当主同步信号被干扰后，用户设备将无法与基站取得下行同步，也就是说用户设备无法搜索到移动通信网络，无法获得相应的移动通信服务。因此，采用本发明所提供的通信信号屏蔽设备及其方法，可以获得更好的通信信号屏蔽效果。

上面对本发明所提供的面向LTE系统的通信信号屏蔽设备及其方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向LTE系统的通信信号屏蔽设备，其特征在于包括频段确定单元、时隙确定单元和干扰信号发射单元；其中，

所述频段确定单元连接所述时隙确定单元，所述时隙确定单元连接所述干扰信号发射单元；

所述干扰信号发射单元在主同步信号的时隙位置发射干扰信号。

2.如权利要求1所述的通信信号屏蔽设备，其特征在于：

所述时隙由所述时隙确定单元在基站正在使用的频段范围内确定。

3.如权利要求1所述的通信信号屏蔽设备，其特征在于：

所述基站正在使用的频段范围由所述频段确定单元确定。

4.如权利要求2或3所述的通信信号屏蔽设备，其特征在于：

所述时隙确定单元在所述频段范围内，确定用于进行帧同步的基带信号；根据所述基带信号以及预设的主同步序列进行帧同步，确定帧的起始时刻；根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置。

5.如权利要求1所述的通信信号屏蔽设备，其特征在于：

所述频段确定单元和所述时隙确定单元由小区搜索模块替代，所述干扰信号发射单元由发射射频模块替代；

所述小区搜索模块连接接收射频模块；干扰信号生成模块一方面连接所述小区搜索模块，另一方面连接所述发射射频模块；所述发射射频模块连接功率放大器模块。

6.如权利要求5所述的通信信号屏蔽设备，其特征在于：

所述小区搜索模块在全频段范围内进行小区搜索，如果确定某一特定频段为基站正在使用的频段，则由所述接收射频模块驻留在此频段内，接收基站发射的信号，并将所述信号转化为基带信号发送给所述小区搜索模块，由所述小区搜索模块根据该基带信号执行帧同步，确定主同步信号的时隙位置。

7.一种面向LTE系统的通信信号屏蔽方法，其特征在于包括如下步骤：

⑴获得基站正在使用的频段范围；

⑵在所获得的频段范围内，确定主同步信号的时隙位置；

⑶在所述主同步信号的时隙位置发射干扰信号。

8.如权利要求7所述的通信信号屏蔽方法，其特征在于：

所述步骤⑴中，在全频段范围内监听基站发射的信号，根据监听到的信号强度，获得基站正在使用的频段范围。

9.如权利要求7所述的通信信号屏蔽方法，其特征在于：

所述步骤⑵中，根据帧的起始时刻，确定主同步信号的时隙位置；其中，根据基带信号以及预设的主同步序列，确定最大相关峰值；根据最大相关峰值，确定所获得的频段范围对应的小区的主同步序列以及主同步信道的主同步码位置，完成帧同步并确定帧的起始时刻。

10.如权利要求1所述的通信信号屏蔽设备或如权利要求7所述的通信信号屏蔽方法，其特征在于：

所述干扰信号为随机干扰信号或通过主同步信号时移得到的伪主同步信号。