CN111698054B - 一种基于同步信号相干干扰的5g手机干扰器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，具体如下：收发天线用于接收5G基站下行链路信号并发射手机干扰信号；收发电子开关在信号采集/处理与控制模块的控制下实现收发天线收发状态的转换；5G基站下行链路信号接收模块对5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理；信号采集/处理与控制模块对5G基站下行链路信号进行扫频接收，从中检测5G下行同步信号并提取信号的中心频率、功率、基站识别号以及起始时刻信息；相干干扰信号产生与输出模块据此产生相应的干扰信号发送至功放模块，进行功率放大和输出功率控制，再经收发电子开关和收发天线向空间中辐射。本发明所需干扰带宽及干扰输出功率显著减小、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及电子侦察与干扰技术领域，特别是一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器。
背景技术
为防止失泄密事件的发生，通常会在涉密场所，如涉密会议室、高考考场等设置手机干扰器，用于阻塞涉密场所内手机的实时通信功能。为了使涉密场所内的手机丧失实时通信功能，通常情况下，手机干扰器都采用大功率及宽带噪声压制干扰技术。该技术的优点是，无需信号接收通道，只需输出宽带、大功率噪声干扰信号即可，因而硬件结构比较简单，也比较容易实现。其缺点是，为了达到所需的干扰效果，必须输出宽带、大功率噪声干扰信号，一方面因输出功率太大，导致功放模块容易损坏；另一方面，同样因输出功率太大，出于对自身健康的担忧，涉密场所的工作人员对干扰机有抵触情绪，导致手机干扰器经常只是一件摆设，不易为人们所接受。
对手机基站下行同步信号进行相干干扰，是降低干扰信号功率需求的有效方法。原因在于：一方面，同大功率压制干扰相比，相干干扰所需的干扰功率较小；另一方面，手机基站下行同步信号的带宽较窄，干扰信号带宽只要能覆盖手机基站下行同步信号的带宽即可，因而进一步降低了对干扰信号功率的需求。无论是4G手机，还是5G手机，均可通过对手机基站下行同步信号进行相干干扰的方法进行干扰，但要对4G/5G基站下行同步信号进行相干干扰，必须准确知道4G/5G基站下行同步信号的中心频率。对4G手机基站下行同步信号而言，其中心频率是已知的和固定不变的，而5G基站下行同步信号的中心频率则随基站的不同而不同，因此如何确定5G基站下行同步信号的中心频率，发射与手机基站下行同步信号同频的干扰信号成为亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，以窄带、小功率干扰信号对手机实施有效干扰。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，包括收发天线、收发电子开关、5G基站下行链路信号接收模块、信号采集/处理与控制模块、相干干扰信号产生与输出模块、功放模块；所述收发天线经过二选一收发电子开关分别与5G基站下行链路信号接收模块、功放模块相连；
所述收发天线用于5G基站下行链路信号的接收和手机干扰信号的发射；
所述收发电子开关用于在信号采集/处理与控制模块的控制下实现收发天线由接收状态到发射状态或由发射状态到接收状态的转换；
所述5G基站下行链路信号接收模块对收发天线所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理后，发送至信号采集/处理与控制模块；
所述信号采集/处理与控制模块一方面用于控制收发电子开关和5G基站下行链路信号接收模块对5G基站下行链路信号进行扫频接收；另一方面用于从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，其中基站识别号记作的取值为0、1、2；还用于控制功放模块的输出信号功率；
所述相干干扰信号产生与输出模块根据信号采集/处理与控制模块所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块；
所述功放模块用于对接收到的信号进行功率放大和输出功率控制，再经收发电子开关和收发天线向空间中辐射。
进一步地，所述5G基站下行链路信号接收模块对收发天线所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理，具体如下：
当信号采集/处理与控制模块不能直接对射频信号进行A/D采样时，5G基站下行链路信号接收模块对5G基站下行链路信号进行频率扫描接收，所需频率选择信号由信号采集/处理与控制模块提供；此时，5G基站下行链路信号接收模块的接收带宽大于5G基站下行同步信号带宽；
当信号采集/处理与控制模块能直接对射频信号进行A/D采样时，对5G基站下行链路信号的扫频接收功能在信号采集/处理与控制模块中实现，5G基站下行链路信号接收模块对5G基站下行链路信号进行全频段接收。
进一步地，所述5G基站下行链路信号接收模块，仅在所述5G手机干扰器刚开机的设定时间段内工作；当所述信号采集/处理与控制模块提取到5G基站下行同步信号的特征信息时，所述5G基站下行链路信号接收模块将停止工作，直到所述5G手机干扰器重新开机工作。
进一步地，在干扰器向空间中发射干扰信号之前，信号采集/处理与控制模块控制收发电子开关，将收发天线的接收信号发送至5G基站下行链路信号接收模块，以实现指定频段5G基站下行链路信号的放大、滤波和下变频处理。
进一步地，信号采集/处理与控制模块控制收发电子开关和5G基站下行链路信号接收模块对5G基站下行链路信号进行扫频接收，具体如下：
信号采集/处理与控制模块对一个扫描频点的接收信号进行采集时，采集信号长度大于5G基站下行同步信号的周期，并将采集信号下变频至零中频信号；所述扫描频点的频率值等于指定频段5G基站下行同步信号的侯选同步栅格的频率值。
进一步地，信号采集/处理与控制模块从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，具体为：
记5G基站下行链路信号、侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别为r(t)、s0(t)、s1(t)、s2(t)，其中，t表示时间，同时，记相邻同步栅格所对应的频率间隔为Δf；侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别与基站相对应，为已知的信号波形；
将采集到的5G基站下行链路信号与3个侯选基带同步信号分别进行相关运算，得到P0(n)、P1(n)、P2(n)：
P0(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s0(t)exp(j2πnΔft)]}} (1)
P1(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s1(t)exp(j2πnΔft)]}} (2)
P2(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s2(t)exp(j2πnΔft)]}} (3)
Pmax＝max{P0(n),P1(n),P2(n)|n＝-34,-33,-32,…,34} (4)
式(1)、(2)、(3)中，max(·)、abs(·)和xcorr(·)分别表示求最大值运算、求绝对值运算和互相关运算，n＝-34,-33,-32,…,34为同步栅格频率值；
求得全部的P0(n)、P1(n)、P2(n)后，将这三组数据放在一起，并从中寻找最大值Pmax，再确定Pmax在P0(n)、P1(n)、P2(n)三组数据中的所在组，以及Pmax所对应的同步栅格频率值，Pmax所对应的同步栅格频率值就是5G基站下行同步信号的中心频率；若Pmax在P0(n)中，则基站若Pmax在P1(n)中，则基站/>若Pmax在P2(n)中，则基站/>由xcorr(·)的定义及Pmax的大小，直接求得5G基站下行同步信号的功率；
假设估计出的基站则将接收到的5G基站下行同步信号与s1(t)作实时互相关运算，互相关输出绝对值的最大值点所对应的时刻减去s1(t)的时间长度就是5G基站下行同步信号的起始时刻信息；据此信息，再根据5G下行同步信号的周期性计算出下一个5G下行同步信号的起始时刻。
进一步地，所述相干干扰信号产生与输出模块根据信号采集/处理与控制模块所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块，具体如下：
相干干扰信号产生与输出模块根据信号采集/处理与控制模块所提取的5G下行同步信号中心频率、基站信息，将与该基站/>相对应的侯选基带同步信号按5G下行同步信号簇中主同步信号间的间隔时间组成干扰信号序列，再转换为模拟信号，并在距离下一个5G下行同步信号到来时刻设定时间范围内，将该模拟信号上变频至所提取5G下行同步信号中心频率所对应的频率处、经功率放大后周期性地输出。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)增加了5G基站下行链路信号接收通道，以实现对5G基站下行同步信号的相关检测，并从中提取对5G基站下行同步信号进行相干干扰所需的特征参数信息，采用对5G基站下行同步信号进行相干干扰的方法实现对手机的干扰，所需的干扰信号功率显著降低，带宽窄，工作可靠性更高；(2)输出干扰信号功率能根据所需的干扰距离范围及所提取的5G下行同步信号功率进行调整，避免了干扰信号功率的浪费；(3)通过对同步干扰信号序列进行功率调制，可以模拟5G基站发射同步信号簇期间发射波束的扫描特征，从而使相干干扰更具有欺骗性；(4)对硬件的工作带宽、信号处理软件等进行调整后，所述5G手机干扰器同样可用于对2G、3G、4G基站下行同步信号进行干扰。
附图说明
图1是基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器的组成原理框图。
图2是实录5G基站下行链路信号波形图。
图3是对实录5G基站下行同步信号进行检测时同步信号中心频率搜索结果图。
图4是5G基站下行同步信号簇中同步信号块的样式示意图。
图5是实录5G基站下行链路信号在叠加了同步相干干扰信号后的输出信号波形图。
图6是叠加同步相干干扰信号后相关输出信号波形图。
图7是加扰前相关输出信号波形图。
具体实施方式
本发明用以解决采用大功率压制干扰技术的手机干扰器输出功率大、易损坏、不易为人们所接受的难题。本发明的手机干扰器中设置有接收通道，在向外辐射干扰信号前，先接收5G基站下行链路信号，从中检测5G基站下行同步信号，并提取实施5G基站下行同步信号相干干扰所需的特征参数信息，然后，依据所提取的特征参数信息生成5G基站下行同步信号的相干干扰信号，经功率放大后，再由天线辐射出去，具体如下：
本发明一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，包括收发天线1、收发电子开关2、5G基站下行链路信号接收模块3、信号采集/处理与控制模块4、相干干扰信号产生与输出模块5、功放模块6；所述收发天线1经过二选一收发电子开关2分别与5G基站下行链路信号接收模块3、功放模块6相连；
所述收发天线1用于5G基站下行链路信号的接收和手机干扰信号的发射；
所述收发电子开关2用于在信号采集/处理与控制模块4的控制下实现收发天线1由接收状态到发射状态或由发射状态到接收状态的转换；
所述5G基站下行链路信号接收模块3对收发天线1所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理后，发送至信号采集/处理与控制模块4；
所述信号采集/处理与控制模块4一方面用于控制收发电子开关2和5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行扫频接收；另一方面用于从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，其中基站识别号记作的取值为0、1、2；还用于控制功放模块6的输出信号功率；
所述相干干扰信号产生与输出模块5根据信号采集/处理与控制模块4所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块6；
所述功放模块6用于对接收到的信号进行功率放大和输出功率控制，再经收发电子开关2和收发天线1向空间中辐射。
进一步地，所述5G基站下行链路信号接收模块3对收发天线1所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理，具体如下：
当信号采集/处理与控制模块4不能直接对射频信号进行A/D采样时，5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行频率扫描接收，所需频率选择信号由信号采集/处理与控制模块4提供；此时，5G基站下行链路信号接收模块3的接收带宽大于5G基站下行同步信号带宽；
当信号采集/处理与控制模块4能直接对射频信号进行A/D采样时，对5G基站下行链路信号的扫频接收功能在信号采集/处理与控制模块4中实现，5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行全频段接收。
进一步地，所述5G基站下行链路信号接收模块3，仅在所述5G手机干扰器刚开机的设定时间段内工作；当所述信号采集/处理与控制模块4提取到5G基站下行同步信号的特征信息时，所述5G基站下行链路信号接收模块3将停止工作，直到所述5G手机干扰器重新开机工作。
进一步地，在干扰器向空间中发射干扰信号之前，信号采集/处理与控制模块4控制收发电子开关2，将收发天线1的接收信号发送至5G基站下行链路信号接收模块3，以实现指定频段5G基站下行链路信号的放大、滤波和下变频处理。
进一步地，信号采集/处理与控制模块4控制收发电子开关2和5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行扫频接收，具体如下：
信号采集/处理与控制模块4对一个扫描频点的接收信号进行采集时，采集信号长度大于5G基站下行同步信号的周期，并将采集信号下变频至零中频信号；所述扫描频点的频率值等于指定频段5G基站下行同步信号的侯选同步栅格的频率值。
进一步地，信号采集/处理与控制模块4从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，具体为：
记5G基站下行链路信号、侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别为r(t)、s0(t)、s1(t)、s2(t)，其中，t表示时间，同时，记相邻同步栅格所对应的频率间隔为Δf；侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别与基站相对应，为已知的信号波形；
将采集到的5G基站下行链路信号与3个侯选基带同步信号分别进行相关运算，得到P0(n)、P1(n)、P2(n)：
P0(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s0(t)exp(j2πnΔft)]}} (1)
P1(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s1(t)exp(j2πnΔft)]}} (2)
P2(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s2(t)exp(j2πnΔft)]}} (3)
Pmax＝max{P0(n),P1(n),P2(n)|n＝-34,-33,-32,…,34} (4)
式(1)、(2)、(3)中，max(·)、abs(·)和xcorr(·)分别表示求最大值运算、求绝对值运算和互相关运算，n＝-34,-33,-32,…,34为同步栅格频率值；
求得全部的P0(n)、P1(n)、P2(n)后，将这三组数据放在一起，并从中寻找最大值Pmax，再确定Pmax在P0(n)、P1(n)、P2(n)三组数据中的所在组，以及Pmax所对应的同步栅格频率值，Pmax所对应的同步栅格频率值就是5G基站下行同步信号的中心频率；若Pmax在P0(n)中，则基站若Pmax在P1(n)中，则基站/>若Pmax在P2(n)中，则基站/>由xcorr(·)的定义及Pmax的大小，直接求得5G基站下行同步信号的功率；
假设估计出的基站则将接收到的5G基站下行同步信号与s1(t)作实时互相关运算，互相关输出绝对值的最大值点所对应的时刻减去s1(t)的时间长度就是5G基站下行同步信号的起始时刻信息；据此信息，再根据5G下行同步信号的周期性计算出下一个5G下行同步信号的起始时刻。
进一步地，所述相干干扰信号产生与输出模块5根据信号采集/处理与控制模块4所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块6，具体如下：
相干干扰信号产生与输出模块5根据信号采集/处理与控制模块4所提取的5G下行同步信号中心频率、基站信息，将与该基站/>相对应的侯选基带同步信号按5G下行同步信号簇中主同步信号间的间隔时间组成干扰信号序列，再转换为模拟信号，并在距离下一个5G下行同步信号到来时刻设定时间范围内，将该模拟信号上变频至所提取5G下行同步信号中心频率所对应的频率处、经功率放大后周期性地输出。
由于采用5G基站下行同步信号相干干扰技术，所需干扰带宽及干扰输出功率相比于大功率压制干扰技术都显著减小，不仅可靠性高，易于为人们所接受，也具有很好的欺骗性。对本发明中所用硬件的工作频率范围、带宽及信号处理能力等进行扩展后，本发明所述5G手机干扰器可用于同时对4G及5G基站下行同步信号进行相干干扰(实际上，对2G和3G基站而言，只要它在与手机终端的通信过程中使用了同步信号，本发明所述5G手机干扰器也可用于对2G及3G基站下行同步信号进行相干干扰)。本发明所述5G手机干扰器可应用在各种涉密场所，如涉密会议室、高考考场等，以阻塞涉密场所内手机的实时通信功能。
以下结合附图和具体实施例，对本发明的基于5G基站下行同步信号相干干扰的5G手机干扰器的实现做进一步说明。
实施例
图1所示为基于5G基站下行同步信号相干干扰的5G手机干扰器组成原理框图。该手机干扰器包括收发天线1、收发电子开关2、5G基站下行链路信号接收模块3、信号采集/处理与控制模块4、相干干扰信号产生与输出模块5、功放模块6；
所述收发天线1与收发电子切换开关2连接；所述收发电子开关2为二选一电子开关，分别与5G基站下行链路信号接收模块3、功放模块6进行连接，同时与信号采集/处理与控制模块4连接，用于接收来自信号采集/处理与控制模块4的开关切换控制信号；所述5G基站下行链路信号接收模块3分别与收发电子开关2、信号采集/处理与控制模块4连接；所述信号采集/处理与控制模块4分别与5G基站下行链路信号接收模块3、相干干扰信号产生与输出模块5及功放模块6连接，同时与收发电子开关2连接。
在对5G手机发射同步相干干扰信号之前，信号采集/处理与控制模块4对经由收发天线1、收发电子开关2、5G基站下行链路信号接收模块3所接收5G基站下行链路信号进行采集与处理，以提取出5G基站下行同步信号的中心频率、功率、基站及5G基站下行同步信号的时间信息。图2所示为信号采集/处理与控制模块4所采集到的5G基站下行链路信号波形(正交下变频采样，采样频率128Msps，零中频对应的频率为3450.72MHz，接收信道带宽为100MHz)。此处，信号采集/处理与控制模块4没有控制5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行扫频接收，而是采用通道带宽为100MHz的5G基站下行链路信号接收模块3对5G基站下行链路信号进行全频段接收，并采用正交下变频采样技术，采样频率为128Msps，零中频对应的频率为3450.72MHz。
记实录的5G基站下行链路信号、侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别为r(t)、s0(t)、s1(t)、s2(t)，其中，t表示时间，同时，记相邻同步栅格所对应的频率间隔为Δf，则信号采集/处理与控制模块4从5G基站下行链路信号检测下行同步信号，并从中提取5G基站下行同步信号的中心频率、功率、基站及5G基站下行同步信号的时间信息的过程可描述如下：
P0(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s0(t)exp(j2πnΔft)]}} (1)
P1(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s1(t)exp(j2πnΔft)]}} (2)
P2(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s2(t)exp(j2πnΔft)]}} (3)
Pmax＝max{P0(n),P1(n),P2(n)|n＝-34,-33,-32,…,34} (4)
式(1)、(2)、(3)中，max(·)、abs(·)和xcorr(·)分别表示求最大值运算、求绝对值运算和互相关运算，n＝-34,-33,-32,…,34(当对2G、3G、4G基站下行同步信号进行相关检测及特征参数提取时，n＝0)。求得全部的P0(n)、P1(n)、P2(n)后，将这三组数据放在一起，并从中寻找最大值Pmax，再确定Pmax在P0(n)、P1(n)、P2(n)三组数据中的哪一组中，以及Pmax所对应的同步栅格频率值。Pmax所对应的同步栅格频率值就是5G基站下行同步信号的中心频率。若Pmax在P0(n)中，则基站若Pmax在P1(n)中，则基站/>若Pmax在P2(n)中，则基站/>由xcorr(·)的定义及Pmax的大小，可直接求得5G基站下行同步信号的功率。图3示出了P1(n)与n之间的关系曲线，搜索用参考信号为侯选同步信号1。本例中，Pmax＝P1(0)。
假设估计出的基站则将接收到的5G基站下行同步信号与s1(t)作实时互相关运算，互相关输出绝对值的最大值点所对应的时刻减去s1(t)的时间长度就是5G基站下行同步信号的起始时刻信息。据此信息，再根据5G下行同步信号的周期性(周期为20ms)就可以计算出下一个5G下行同步信号的起始时刻。
随后，信号采集/处理与控制模块4控制收发电子开关2，实现收发天线1与功放模块6的连接，然后，由相干干扰信号产生与输出模块5按所在频段5G基站下行同步信号簇(SSB burst)中同步信号块(SSB)的样式，如图4中所示，以及所提取的5G下行同步信号中心频率、基站信息，利用与该基站/>相对应的侯选基带同步信号生成同步干扰信号序列，再转换为模拟信号，并在下一个5G下行同步信号到来时刻附近(如相距1ms以内)，将该模拟信号上变频至所提取5G下行同步信号中心频率所对应的频率处、经功率放大后周期性地输出，重复周期为20ms。为更具有欺骗性，应对该同步干扰信号序列进行功率调制，以模拟5G基站发射同步信号簇期间的发射波束扫描特征。为充分利用干扰信号功率，功放模块6的输出功率应根据所需的干扰距离范围及所提取的5G下行同步信号功率进行调整，并保留一定余量。为简化信号采集/处理与控制模块4的设计，也可以仅利用5G基站下行同步信号的中心频率信息对5G基站下行同步信号进行相干干扰。此种情况下，可从3个侯选基带同步信号中任选一个，作为生成相干干扰信号的波形样本，并按5G下行同步信号簇中主同步信号间的间隔时间组成干扰信号序列，然后，相干干扰信号产生与输出模块可以以2ms～10ms为周期，周期性地输出所生成的干扰信号序列，并根据所需的干扰范围调整功放模块的输出功率，并保留较大的余量。
图5示出了仅利用5G基站下行同步信号的中心频率信息生成相干干扰信号(通过输出干扰信号功率调制，模拟了5G基站发射同步信号簇期间发射波束的扫描特征；同步干扰信号的重复周期为5ms)，并将所生成的同步相干干扰信号叠加到实录的5G基站下行信号上后的信号波形。图6示出了图5中所示信号与侯选基带同步信号s1(t)进行相关运算后所得相关输出的绝对值与时延的关系曲线。作为对比，图7示出了加扰前实录5G基站下行同步信号与侯选基带同步信号s1(t)进行相关运算后所得相关输出的绝对值与时延的关系曲线。对比图2与图5、图6与图7可见，基于5G基站下行同步信号相干干扰的5G手机干扰器无需较大的干扰信号功率，就可以实现对5G基站下行同步信号的干扰。
当本发明所述的基于同步信号相干干扰的手机干扰器输出的干扰信号满足下列条件时，其干扰效果是最佳的：a)相干干扰信号波形与被干扰基站所对应的侯选基带同步信号波形相同；b)干扰信号功率可根据所估计的XG(X＝4、5)基站下行同步信号的功率及干扰范围需求进行动态调整；c)仅在XG(X＝4、5)基站下行同步信号起止时刻附近一个很小的时间范围内，如1ms，才输出相干干扰信号。
对本发明中所用硬件的工作频率范围、带宽及信号处理能力等进行扩展后，本发明所述5G手机干扰器可用于同时对4G及5G基站下行同步信号进行干扰(实际上，对2G和3G基站而言，只要它在与手机终端的通信过程中使用了同步信号，本发明所述5G手机干扰器也可用于对2G及3G基站下行同步信号进行相干干扰)。由于4G基站下行同步信号的中心频率是固定的(2G及3G基站下行同步信号的中心频率也是固定的)，因此，当用于对4G基站下行同步信号进行相干干扰时，所述信号采集/处理与控制模块4无需对4G基站下行同步信号的中心频率进行估计，自然也就无需对4G基站下行链路信号进行扫频接收。当不追求获得最佳的干扰效果，又仅用于对4G基站下行同步信号进行相干干扰时，本发明所述的基于同步信号相干干扰的手机干扰器可以不包含4G基站下行链路信号接收通道，接收通道包括收发电子开关2、基站下行链路信号接收模块3以及信号采集/处理与控制模块4中的信号采集部分。
如果仅干扰5G基站下行同步信号，干扰信号无需对被干扰5G频段进行全频段覆盖，干扰带宽明显减小，所需干扰功率自然明显减小。再者，相比于压制干扰，相干干扰所需干扰功率显著减小。因此，基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器工作可靠性更高，实用性更强。
Claims (6)
1.一种基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，包括收发天线(1)、收发电子开关(2)、5G基站下行链路信号接收模块(3)、信号采集/处理与控制模块(4)、相干干扰信号产生与输出模块(5)、功放模块(6)；所述收发天线(1)经过二选一收发电子开关(2)分别与5G基站下行链路信号接收模块(3)、功放模块(6)相连；
所述收发天线(1)用于5G基站下行链路信号的接收和手机干扰信号的发射；
所述收发电子开关(2)用于在信号采集/处理与控制模块(4)的控制下实现收发天线(1)由接收状态到发射状态或由发射状态到接收状态的转换；
所述5G基站下行链路信号接收模块(3)对收发天线(1)所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理后，发送至信号采集/处理与控制模块(4)；
所述信号采集/处理与控制模块(4)一方面用于控制收发电子开关(2)和5G基站下行链路信号接收模块(3)对5G基站下行链路信号进行扫频接收；另一方面用于从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，其中基站识别号记作 的取值为0、1、2；还用于控制功放模块(6)的输出信号功率；
所述相干干扰信号产生与输出模块(5)根据信号采集/处理与控制模块(4)所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块(6)；
所述功放模块(6)用于对接收到的信号进行功率放大和输出功率控制，再经收发电子开关(2)和收发天线(1)向空间中辐射；
信号采集/处理与控制模块(4)从输入信号中检测5G下行同步信号，并从中提取5G下行同步信号的中心频率、功率、基站识别号以及5G下行同步信号的起始时刻信息，具体为：
记5G基站下行链路信号、侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别为r(t)、s0(t)、s1(t)、s2(t)，其中，t表示时间，同时，记相邻同步栅格所对应的频率间隔为Δf；侯选基带同步信号0、侯选基带同步信号1、侯选基带同步信号2分别与基站1、2相对应，为已知的信号波形；
将采集到的5G基站下行链路信号与3个侯选基带同步信号分别进行相关运算，得到P0(n)、P1(n)、P2(n)：
P0(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s0(t)exp(j2πnΔft)]}} (1)
P1(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s1(t)exp(j2πnΔft)]}} (2)
P2(n)＝max{abs{xcorr[r(t),s2(t)exp(j2πnΔft)]}} (3)
Pmax＝max{P0(n),P1(n),P2(n)|n＝-34,-33,-32,…,34} (4)
式(1)、(2)、(3)中，max(·)、abs(·)和xcorr(·)分别表示求最大值运算、求绝对值运算和互相关运算，n＝-34,-33,-32,…,34为同步栅格频率值；
求得全部的P0(n)、P1(n)、P2(n)后，将这三组数据放在一起，并从中寻找最大值Pmax，再确定Pmax在P0(n)、P1(n)、P2(n)三组数据中的所在组，以及Pmax所对应的同步栅格频率值，Pmax所对应的同步栅格频率值就是5G基站下行同步信号的中心频率；若Pmax在P0(n)中，则基站若Pmax在P1(n)中，则基站/>若Pmax在P2(n)中，则基站/>由xcorr(·)的定义及Pmax的大小，直接求得5G基站下行同步信号的功率；
假设估计出的基站则将接收到的5G基站下行同步信号与s1(t)作实时互相关运算，互相关输出绝对值的最大值点所对应的时刻减去s1(t)的时间长度就是5G基站下行同步信号的起始时刻信息；据此信息，再根据5G下行同步信号的周期性计算出下一个5G下行同步信号的起始时刻。
2.根据权利要求1所述的基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，所述5G基站下行链路信号接收模块(3)对收发天线(1)所接收的5G基站下行链路信号进行功率放大、滤波及下变频处理，具体如下：
当信号采集/处理与控制模块(4)不能直接对射频信号进行A/D采样时，5G基站下行链路信号接收模块(3)对5G基站下行链路信号进行频率扫描接收，所需频率选择信号由信号采集/处理与控制模块(4)提供；此时，5G基站下行链路信号接收模块(3)的接收带宽大于5G基站下行同步信号带宽；
当信号采集/处理与控制模块(4)能直接对射频信号进行A/D采样时，对5G基站下行链路信号的扫频接收功能在信号采集/处理与控制模块(4)中实现，5G基站下行链路信号接收模块(3)对5G基站下行链路信号进行全频段接收。
3.根据权利要求1所述的基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，所述5G基站下行链路信号接收模块(3)，仅在所述5G手机干扰器刚开机的设定时间段内工作；当所述信号采集/处理与控制模块(4)提取到5G基站下行同步信号的特征信息时，所述5G基站下行链路信号接收模块(3)将停止工作，直到所述5G手机干扰器重新开机工作。
4.根据权利要求1所述的基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，在干扰器向空间中发射干扰信号之前，信号采集/处理与控制模块(4)控制收发电子开关(2)，将收发天线(1)的接收信号发送至5G基站下行链路信号接收模块(3)，以实现指定频段5G基站下行链路信号的放大、滤波和下变频处理。
5.根据权利要求1所述的基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，信号采集/处理与控制模块(4)控制收发电子开关(2)和5G基站下行链路信号接收模块(3)对5G基站下行链路信号进行扫频接收，具体如下：
信号采集/处理与控制模块(4)对一个扫描频点的接收信号进行采集时，采集信号长度大于5G基站下行同步信号的周期，并将采集信号下变频至零中频信号；所述扫描频点的频率值等于指定频段5G基站下行同步信号的侯选同步栅格的频率值。
6.根据权利要求1所述的基于同步信号相干干扰的5G手机干扰器，其特征在于，所述相干干扰信号产生与输出模块(5)根据信号采集/处理与控制模块(4)所提取的5G下行同步信号中心频率、基站识别号及5G下行同步信号的起始时刻信息，产生相应的干扰信号，并进行上变频、滤波处理后发送至功放模块(6)，具体如下：
相干干扰信号产生与输出模块(5)根据信号采集/处理与控制模块(4)所提取的5G下行同步信号中心频率、基站信息，将与该基站/>相对应的侯选基带同步信号按5G下行同步信号簇中主同步信号间的间隔时间组成干扰信号序列，再转换为模拟信号，并在距离下一个5G下行同步信号到来时刻设定时间范围内，将该模拟信号上变频至所提取5G下行同步信号中心频率所对应的频率处、经功率放大后周期性地输出。
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