CN110324106B - 信号屏蔽设备及信号屏蔽方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动通信领域，公开了一种信号屏蔽设备和方法，所述设备包括GPS模块、数字处理模块、发送模块、接收模块和天线模块。本发明基于GPS信号，同步实现对TDD基站上行零干扰，不依赖于空口移动信号的强弱，不受使用地测试基站或伪基站等的干扰，并且在多台信号屏蔽设备同时工作时不会产生相互干扰。

Description

信号屏蔽设备及信号屏蔽方法
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及信号屏蔽设备。
背景技术
TDD（Time Division Duplexing，时分双工）系统是在移动通信技术使用的双工技术之一。在TDD模式的移动通信系统中，接收和发送在同一频率(即载波)的不同时隙，用不同时隙来分离接收和发送信道。由于上下行时隙的时间切换点可以灵活变动，该模式在不对称业务中有着不可比拟的灵活性，无论对于对称业务(语音和多媒体等)还是不对称业务(包交换和因特网等)，均可充分利用无线频谱。
但TDD模式存在干扰问题，包括上下行链路之间的干扰和不同基站之间的干扰。为避免同频段的不同TDD基站间相互干扰，在TDD系统的D频段、E频段、F频段上，各TDD基站会保持相同的上下行时隙时间切换点。目前TDD模式通信设备在实现基站间的同步时，采用GPS技术，通过搜索GPS时钟，找到10ms的帧头，从而使得同频段的各TDD基站设备保持帧头同步，如图1所示，基站BS0和基站BS1通过搜索GPS时钟，保持两基站相同频段的帧头同步。
近年来，由于管理的需要，在一些特殊场所，需要对个人移动终端的信号进行屏蔽。目前一般采用的方法是全屏蔽，即屏蔽范围内所有制式的移动终端都不能使用。另一种方法是针对TDD模式，不区分上下行时隙的屏蔽，即在上行时隙和下行时隙均发送屏蔽信号。但有的特殊场所，仅需要对下行信号进行屏蔽，而希望上行信号不受影响。为了仅针对下行信号进行屏蔽，现有的屏蔽设备采用空口同步的方式，先在屏蔽设备上实现对TDD系统小区的搜索和解析，通过搜索和解析获取TDD基站小区的10ms帧头，从而区分出上下行时隙，并在下行时隙发送屏蔽信号，从而实现针对下行信号的屏蔽。在该方法中，屏蔽设备通过周期性的空口同步，保持与TDD基站小区的帧头同步，如图2所示。但该空口同步方法存在以下问题：当空口信号强度弱时，会出现搜索失败，导致无法获取到基站小区的帧头，这样就不能保证同步的精度，也不能实现对TDD基站的上行零干扰；同时，当在屏蔽设备附近出现帧头不正确的TDD基站（如测试基站）时，通过空口同步方法，会获取到完全错误的10ms帧头，这样导致屏蔽设备识别的上下行时隙完全错误，从而造成对基站上行严重的干扰；并且，当多台屏蔽设备同时工作时，屏蔽设备之间会相互影响，一台屏蔽设备进行同步时可能会收到其他屏蔽设备的信号，由此导致同步精度不准确。如果屏蔽设备无法保持与TDD基站的上下行同步，就不能正确区分上下行时隙，就会在上行时隙也发送放大后的屏蔽信号，基站收到此上行信号会导致加大底噪，严重影响正常的通信。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种信号屏蔽方法及设备，可以实现对TDD基站上行零干扰，并且不依赖于空口信号的强弱，不受测试基站或伪基站的影响，多台屏蔽设备同时工作时也不受其他屏蔽设备的干扰。
一方面，本发明提供一种信号屏蔽设备，包括：
GPS模块，用于接收GPS信号，搜索GPS时钟，获取与TDD基站同步的10ms帧头信息，并将所述帧头信息发送给数字处理模块；
接收模块，用于接收周围TDD制式和FDD制式的信号，发送给数字处理模块；
数字处理模块，用于对接收到的TDD制式和FDD制式的信号进行物理层解析处理，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；还用于接收GPS模块发送的所述帧头信息，解析所述帧头信息中的上下行时隙，根据所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序，并将所述FDD网络屏蔽信号、所述TDD网络屏蔽信号以及所述TDD网络屏蔽信号的发送时序发送给发送模块；
发送模块，用于接收数字处理模块发来的屏蔽信号和发送时序，向外发送所述FDD网络屏蔽信号，以及根据所述TDD网络屏蔽信号的发送时序，在下行时隙向外发送所述TDD网络屏蔽信号。
优选地，所述数字处理模块包括TDD开关，用于根据解析得到的所述10ms帧头中的上下行时隙，生成开关时序，作为TDD网络屏蔽信号的发送时序。
优选地，所述发送模块包括功放模块、滤波器和天线：功放模块，用于接收并放大所述屏蔽信号，并发送给滤波器；滤波器，用于将收到的所述屏蔽信号经过滤波后发送给所述天线，从而通过所述天线将所述屏蔽信号发送给移动终端。
优选地，所述数字处理模块为FPGA。
优选地，所述滤波器为腔体滤波器。
优选地，所述信号屏蔽设备还包括电源模块，用于为所述信号屏蔽设备提供电源。
优选地，所述信号屏蔽设备还包括防雷模块。
另一方面，本发明还提供一种信号屏蔽方法，包括如下步骤：
（1）接收周围TDD制式和FDD制式的信号，并对所述信号进行物理层解析处理，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；
（2）接收GPS信号并根据接收到的所述GPS信号搜索GPS时钟，从而获取与TDD基站同步的10ms帧头的帧头信息；
（3）解析所述帧头信息，得到10ms帧头中的上下行时隙；
（4）根据解析得到的所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序；
（5） 向移动终端发送所述FDD网络屏蔽信号，并按照所述发送时序发送所述TDD网络屏蔽信号。
优选地，在步骤（3）解析得到10ms帧头中的上下行时隙后，设置一个TDD开关，根据解析得到的所述10ms帧头中的上下行时隙，生成开关时序，作为所述TDD网络屏蔽信号的发送时序。
优选地，在步骤（5）之前，对所述屏蔽信号进行放大和滤波。
本发明提供的信号屏蔽设备和方法能够同时对FDD基站和TDD基站进行屏蔽，并且本发明基于GPS信号，同步实现对TDD基站上行零干扰，相比于空口同步实现的信号屏蔽，本发明不依赖于空口移动信号的强弱，只要首次搜索到GPS，就能实现与TDD基站保持10ms帧头的同步，且同步精度高（不大于3微秒），当GPS信号不好时，也能在3小时内保持同步精度。并且本发明不受使用地测试基站或伪基站等的干扰，避免了信号屏蔽设备同步到错误的10ms帧头，本发明的信号屏蔽设备始终与GPS保持一致，也就保证了与TDD基站保持同步。同时，本发明在多台信号屏蔽设备同时工作时不会产生相互干扰。
附图说明
图1是现有技术的TDD系统基站空口同步示意图；
图2是现有技术中的空口同步检测框图；
图3是本发明的信号屏蔽设备的框图；
图4是TDD开关示意图；
图5是所述信号屏蔽设备的具体电路构成图；
图6是屏蔽信号生成时序图；
图7是数字处理模块生成的开关时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
图3为本发明的信号屏蔽设备的框图。如图所示，信号屏蔽设备1包括GPS模块、数字处理模块、发送模块、接收模块、控制接口、电源模块和防雷模块。接收模块作用接收外部移动通信网络信号，为产生屏蔽信号作参照。
GPS模块用于通过天线接收GPS信号，搜索GPS时钟，获取与TDD基站同步的10ms帧头的帧头信息，并将所述帧头信息发送给数字处理模块；
接收模块用于接收周围TDD制式和FDD制式的信号，主要接收TDD制式和FDD制式的信号的导频信号，并解调出幅度、相位及其物理层的特征值，发送给数字处理模块；
数字处理模块，例如FPGA，用于对接收到的TDD制式和FDD制式的信号进行物理层解析处理，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；还用于接收GPS模块发送的所述帧头信息，解析所述帧头信息中的上下行时隙，根据所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序，并将所述FDD网络屏蔽信号、所述TDD网络屏蔽信号以及所述TDD网络屏蔽信号的发送时序发送给发送模块；
发送模块，用于接收数字处理模块发来的屏蔽信号和发送时序，向外发送所述FDD网络屏蔽信号，以及根据所述TDD网络屏蔽信号的发送时序，在下行时隙向外发送所述TDD网络屏蔽信号；所述发送模块包括功放模块、滤波器和天线：功放模块，用于接收并放大所述屏蔽信号，并发送给滤波器；滤波器，用于将收到的所述屏蔽信号经过滤波后发送给所述天线，从而通过所述天线将所述屏蔽信号发送给移动终端；
电源模块用于为所述信号屏蔽设备提供电源；
防雷模块用于避免信号屏蔽设备受雷电影响；
控制接口用于外部设备对信号屏蔽设备进行控制，配置，提取告警等，当需要参数配置时，控制接口方便操作人员进行操作。
对于TDD制式网络信号，数字处理模块要解析10ms帧头内的上下行时隙，则需要额外增加一个TDD开关，如图4所示。本信号屏蔽设备将FDD和TDD网络屏蔽信号一起发送，由于FDD制式的网络信号上下行的频率是不同的，本设备的数字处理模块针对FDD制式网络信号的下行导频信号生成FDD网络屏蔽信号，从而只针对FDD网络的下行频率进行屏蔽，因此可以不影响其上行频率的无线信号。而TDD网络的上下行信号的频率一致，是在时间上通过开关时隙来控制的，即上下行信号是通过调整时间来发送上行或者下行信号的，此信号屏蔽设备通过TDD开关来控制在下行时隙发送下行屏蔽信号，处于上行时隙时不发送屏蔽信号，处于静默状态。DAC开关用来保证生成的屏蔽信号每10ms组成相同的帧。所述信号屏蔽设备的具体电路构成见图5。
图6为本发明的屏蔽信号生成时序图。如图6所示，本发明的信号流程如下：
①FPGA的IO接口向DAC的数据输入口输送再生信号基带数据。
②FPGA的IO接口提供DAC数据锁存允许控制信号ILE，高电平有效。
③FPGA的IO接口提供DAC控制信号（CS：片选信号；Xfer：数据传输控制信号；WR1、WR2：DAC寄存器写选通信号），低电平有效。
④Iout1、Iout2、Rfb与运算放大器完成电流/电压的转换。TDD信号时增加使能开关，保证输出的信号与外部网络信号在时域保持一致；
⑤最后TDD屏蔽信号与FDD屏蔽信号合路输出。
对于TDD制式GPS帧头，在外部TDD移动网络的10ms帧头的上下行时隙配置为2:6时，即在10ms内有2个上行子帧，6个下行子帧，2个特殊子帧，数字处理模块生成的开关时序如图7所示。其中，通道1为同步10ms脉冲指示；通道2为同步状态指示；通道3为同步上行时隙指示；通道4为同步下行时隙指示。
数字处理模块将上述生成的开关时序发送给发送模块，发送模块按照所述开关时序的指示，在下行时隙向移动终端发送TDD制式的屏蔽信号，以精确地针对TDD制式下行信号进行屏蔽。
本发明的信号屏蔽方法包括如下步骤：
（1）接收周围TDD制式和FDD制式的信号，并对所述信号进行物理层解析处理，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；
（2）接收GPS信号并根据接收到的所述GPS信号搜索GPS时钟，从而获取与TDD基站同步的10ms帧头的帧头信息；
（3）解析所述帧头信息，得到10ms帧头中的上下行时隙；
（4）根据解析得到的所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序；
（5） 向移动终端发送所述FDD网络屏蔽信号，并按照所述发送时序发送所述TDD网络屏蔽信号。
在步骤（3）解析得到10ms帧头中的上下行时隙后，设置一个TDD开关，调整TDD移动网络屏蔽信号的帧结构与外部TDD移动通信网络帧结构同步，避免对外部TDD移动通信网络造成上行干扰。
在步骤（5）之前，对所述屏蔽信号进行放大和滤波。
本发明的信号屏蔽设备同时对FDD信号和TDD信号进行下行屏蔽，并基于GPS同步实现对TDD基站的上行零干扰，相比于基于空口同步实现的上行零干扰，本发明具备以下优点：不依赖于空口移动信号的强弱，只要首次搜索到GPS，就能实现与TDD基站保持10ms帧头的同步，且同步精度高（不大于3微秒），但GPS信号不好时，也能在3小时内保持同步精度；不受使用地测试基站或伪基站等的干扰，避免屏蔽器同步到错误的10ms帧头，始终与GPS保持一致，也就保证了与TDD基站保持同步；多台屏蔽设备同时工作时不会产生相互干扰，通过GPS保持与TDD基站的同步。
综上所述，本发明提出的技术，能更加可靠和有效地保证屏蔽设备与TDD基站的10ms帧头同步，从而有效地保证了对TDD基站和FDD基站的上行零干扰。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种信号屏蔽设备，其特征在于，包括GPS模块、数字处理模块、发送模块、接收模块和控制接口；其中，
GPS模块，接收GPS信号，搜索GPS时钟为数字处理模块提供时钟信息，所述时钟信息包括10ms帧头信息，用于对设备进行时钟校准，使设备保持与运营商基站的时钟同步，用于获取与TDD基站同步的10ms帧头信息，并将所述帧头信息发送给数字处理模块，以区分TDD的上下行时隙；
接收模块，用于接收周围TDD制式和FDD制式的信号，并解调出幅度、相位及其物理层的特征值，发送给数字处理模块；
数字处理模块，用于对接收到的TDD制式和FDD制式的信号进行物理层解析处理，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；还用于接收GPS模块发送的10ms帧头信息，通过10ms帧头信息，对本设备的时钟进行校准，且时钟同步不大于3微秒，使得本设备的时钟与基站保持一致，在多台信号屏蔽设备同时工作时不会产生相互干扰，用于解析所述帧头信息中的上下行时隙，根据所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序，并将所述FDD网络屏蔽信号、所述TDD网络屏蔽信号以及所述TDD网络屏蔽信号的发送时序发送给发送模块；
发送模块，用于接收数字处理模块发来的屏蔽信号和发送时序，向外发送所述FDD网络屏蔽信号，以及根据所述TDD网络屏蔽信号的发送时序，通过TDD开关来控制在下行时隙向外发送所述TDD网络屏蔽信号；
所述数字处理模块包括TDD开关，用于根据解析得到的所述10ms帧头中的上下行时隙，生成开关时序，作为所述TDD网络屏蔽信号的发送时序；
控制接口，用于外部设备对信号屏蔽设备进行控制、配置和提取告警；
所述发送模块包括功放模块、滤波器和天线：
功放模块，用于接收并放大所述屏蔽信号，并发送给滤波器；
滤波器，用于将收到的所述屏蔽信号经过滤波后发送给所述天线，从而通过所述天线将所述屏蔽信号发送给移动终端。
2.如权利要求1所述的信号屏蔽设备，其特征在于，所述数字处理模块为FPGA。
3.如权利要求2所述的信号屏蔽设备，其特征在于，所述滤波器为腔体滤波器。
4.如权利要求1所述的信号屏蔽设备，其特征在于，所述信号屏蔽设备还包括电源模块，用于为所述信号屏蔽设备提供电源。
5.如权利要求1所述的信号屏蔽设备，其特征在于，所述信号屏蔽设备还包括防雷模块。
6.一种信号屏蔽方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）接收周围TDD制式和FDD制式的信号，并对所述信号进行物理层解析处理，解调出幅度、相位及其物理层的特征值，生成与周围网络物理层特征一致的TDD网络屏蔽信号和FDD网络屏蔽信号；
（2）接收GPS信号并根据接收到的所述GPS信号搜索GPS时钟，从而获取与TDD基站同步的10ms帧头的帧头信息；
（3）解析所述帧头信息，得到10ms帧头中的上下行时隙；
（4）根据解析得到的所述上下行时隙生成TDD网络屏蔽信号的发送时序；
（5）向移动终端发送所述FDD网络屏蔽信号，并通过TDD开关来控制按照所述发送时序发送所述TDD网络屏蔽信号；
在步骤（3）解析得到10ms帧头信息，以确保信号屏蔽设备保持与基站的同步，保证多台信号屏蔽设备同时工作时不会产生相互干扰，同时得到10ms帧头信息，设置一个TDD开关，根据解析得到的所述10ms帧头中的上下行时隙，生成开关时序，作为所述TDD网络屏蔽信号的发送时序；
在步骤（5）之前，对所述屏蔽信号进行放大和滤波。
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