CN117527136A - 一种低功率的宽带4g信号屏蔽器的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，给信号屏蔽器上电进行硬件执行自检,初始化信号屏蔽器后，信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环在自由振荡模式进入时钟锁定状态；由信号屏蔽器对工作频段和带宽范围内的4G信号进行扫频操作；记录信号屏蔽器在扫频过程中执行空口同步，捕获的频点信息和物理小区ID信息；生成每一个物理小区ID对应的PSS主同步干扰序列；生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号；把窄带干扰信号合成宽带干扰信号进行发射，通过窄带的干扰信号,在宽频带内干扰多个目标4G基站的同步信道，使终端无法捕获4G基站的同步信道，从而无法接入基站和进行后续的其他业务，达到阻断信号隔离区域的4G通信。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法。
背景技术
在很多特定的区域和场所，需要屏蔽周围部署的4G基站的信号，以达到4G信号隔离的目的。当前的信号干扰器普遍使用，在目标频带内发射宽带白噪声干扰信号，降低终端接收到的4G信号的信噪比，使终端无法解调4G信号,从而达到信号屏蔽的作用。
由于4G通信系统的信号具有抗干扰设计(如图1中PSS主同步序列的自相关运算，PSS主同步序列在添加白噪声后，信噪比为20db的场景下相关运算的结果，一般4G信号覆盖区域内，手机接收到的信号信噪比在30db以上)，白噪声干扰源必须有比较大的发射功率，才能使信噪比降低到无法解调的程度。但加大白噪声干扰源的发射功率带来了以下问题:
由于会有多个无线运营商提供4G服务,所以信号屏蔽器需要在目标区域多点部署,同时信号屏蔽器需要工作在宽频带上,在宽频带上发射干扰信号，这样就会使干扰信号的功率谱降低,单纯的加大白噪声的发射功率，导致干扰源整体发射功率大幅增加，能耗增加，设备老化变快。
大功率的白噪声干扰信号作用范围变大，对一些不想被干扰的区域造成了干扰(如图2中加大发射功率白噪声干扰器的溢出作用范围)。
白噪声干扰信号具有一定的随机性,干扰结果不稳定，如图3中在加入白噪声干扰信号以后，会出现干扰失败,终端仍然可以捕获正确的同步信道进行通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，精确地对4G主同步信号进行窄宽干扰,从而在宽频带内阻断4G基站和屏蔽区域内的终端的无线链接，实现对4G信号屏蔽的作用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，包括：给信号屏蔽器上电进行硬件执行自检,初始化信号屏蔽器后，信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环在自由振荡模式进入时钟锁定状态；由所述信号屏蔽器对工作频段和带宽范围内的4G信号进行扫频操作；记录所述信号屏蔽器在扫频过程中执行空口同步，捕获的频点信息和物理小区ID信息；生成每一个所述物理小区ID对应的PSS主同步干扰序列；生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号；把所述窄带干扰信号合成宽带干扰信号进行发射。
所述初始化信号屏蔽，包括：信号屏蔽器上电初始化,设备完成硬件开机自检流程；信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环,进入本地时钟锁定模式，产生本地调度10ms；信号屏蔽器产生本地的同步信道的PSS序列和SSS序列。
所述记录所述信号屏蔽器在扫频过程，包括：关闭下行处理,配置设备工作在上行全收的模式下，信号屏蔽器通过OM配置接口,配置起始扫频的频点和扫频带宽，信号屏蔽器进入扫频起始工作状态，初始化扫频记录。
所述4G信号的扫频操作，包括：在当前频点上执行4G空口同步算法处理,实现时间同步，当算法成功捕获到同步信道后,要记录扫描到的频点和物理小区ID；累加扫频频率步进值到下一个扫描频点，根据扫描带宽约束判定扫频工作结束。
所述生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号，包括：根据PSS主同步信道导频生成序列生成算法公式进行计算逆序列；根据宏基站的下行无线帧结构，在PSS同步序列映射的位置，插入新生成的干扰序列；生成窄带的下行干扰信号。
所述合成宽带干扰信号，包括：对所述窄带干扰信号进行频谱搬移处理；通过多相合成的滤波器合成最终的宽带干扰信号。
所述根据PSS主同步信道导频生成序列生成算法公式进行计算逆序列，包括：
生成和PSS导频一样的基序列，公式如下：
；
根据生成的基序列对序列中的每一个复数的实部和虚部取反，生成干扰序列。
所述频谱搬移处理，包括：
；
式中，为第一个窄带干扰信号的频点；/>为第二个窄带干扰信号的频点；/>为信号屏蔽器的中心频点。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过给信号屏蔽器上电进行硬件执行自检,初始化信号屏蔽器后，信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环在自由振荡模式进入时钟锁定状态；由信号屏蔽器对工作频段和带宽范围内的4G信号进行扫频操作；记录信号屏蔽器在扫频过程中执行空口同步，捕获的频点信息和物理小区ID信息；生成每一个物理小区ID对应的PSS主同步干扰序列；生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号；把窄带干扰信号合成宽带干扰信号进行发射，通过窄带的干扰信号,在宽频带内干扰多个目标4G基站的同步信道，使终端无法捕获4G基站的同步信道，从而无法接入基站和进行后续的其他业务，达到阻断信号隔离区域的4G通信。
附图说明
图1为PSS主同步序列在加入了白噪声干扰的示意图之一；
图2为加大发射功率的白噪声信号屏蔽器示意图；
图3为PSS主同步序列在加入了白噪声干扰示意图之二；
图4为本发明低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法的流程图；
图5为本发明信号屏蔽器初始化的流程图；
图6为本发明初始化扫频的流程图；
图7为本发明4G空口扫频处理的流程图；
图8为本发明干扰信号的信噪比在20db同步信道相关运算的仿真示意图；
图9为本发明生成窄带的下行干扰信号的流程图；
图10为本发明宽带干扰信号的合成的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图4-图10所示的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，包括如下步骤：
步骤一：给信号屏蔽器上电进行硬件执行自检,初始化信号屏蔽器后，信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环在自由振荡模式进入时钟锁定状态；
具体的，初始化信号屏蔽的步骤为：信号屏蔽器上电初始化,设备完成硬件开机自检流程，确保设备硬件工作正常；信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环,进入本地时钟锁定模式，产生本地调度10ms；信号屏蔽器产生本地的同步信道的PSS序列和SSS序列。
步骤二：由所述信号屏蔽器对工作频段和带宽范围内的4G信号进行扫频操作；
具体的，记录所述信号屏蔽器在扫频过程为信号屏蔽器空口扫频配置，包括：关闭下行处理,配置设备工作在上行全收的模式下，信号屏蔽器通过OM配置接口,配置起始扫频的频点和扫频带宽(起始扫频的频点和扫频带宽由信号屏蔽器的工作频带范围决定)，以及频率步进值(4G协议规定信道的频率最小间隔是100KHz)，信号屏蔽器进入扫频起始工作状态，初始化扫频记录。
另外，根据36101 5.7.2中对于4G信道的划分规定,4G信道的频率间隔是100Khz.举例:信号屏蔽器工作的频率范围是1800MHz—1850MHz,带宽50M的范围,扫频的过程就是从1800MHz开始,每次以100Khz为步进,执行空口同步的过程。
步骤三：记录所述信号屏蔽器在扫频过程中执行空口同步，捕获的频点信息和物理小区ID信息；
具体的，4G信号的扫频操作，包括：在当前频点上执行4G空口同步算法处理,实现时间同步（由于4G的小区都要对齐GNSS信号转换来的10ms脉冲，所以算法只需要和第一个捕获到的同步信道对齐10ms），当算法成功捕获到同步信道后,要记录扫描到的频点和物理小区ID；累加扫频频率步进值到下一个扫描频点，根据扫描带宽约束判定扫频工作结束。
步骤四：生成每一个所述物理小区ID对应的PSS主同步干扰序列；
具体的，根据PSS主同步信道导频生成序列生成算法公式进行计算逆序列；根据宏基站的下行无线帧结构，在PSS同步序列映射的位置，插入新生成的干扰序列；生成窄带的下行干扰信号。
另外，生成独特的序列是本发明的关键部分，序列生成算法是根据 PSS 主同步信道导频生成公式，产生的逆序列，生成算法如下。
生成和 PSS导频一样的基序列，公式如下：
；
根据生成的基序列对序列中的每一个复数的实部和虚部取反，生成干扰序列；
伪代码如下:
for i= 1: 62 begin
new_seqence(i) = complex (-real(old_seqence(i) ), - imag(old_seqence(i)));
end。
另外，原序列是长度为62的复数序列, 算法的关键部分就是生成同样长度的复数序列，但每一个复数的实部和虚部取反。
步骤五：生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号；
对于生成窄带的下行干扰信号，实际应用中宏基站部署的带宽有 10M 15M 20M,本发明不对全频带的信号进行干扰，只对4G信号的主同步信道进行干扰，任一种带宽的4G信号中间 6RB位置是同步信道发射的位置，6RB的带宽是1.4M, 信号屏蔽器只用在干扰频点产生1.4M带宽的干扰信号就可以达到干扰宽带4G的目标。在PSS导频位置,干扰信号是逆序列，空口信号经过传播路径合路以后，在终端侧产生干扰。
如图8所示，干扰信号的信噪比在 20db同步信道相关运算的仿真(正常的终端接收的4G信号,信噪比在 30db 以上)，最大相关峰不是正确PSS主同步相关峰的位置，终端不能通过PSS主同步序列实现和基站的时间同步，不能接入和进行后续的业务。
步骤六：把所述窄带干扰信号合成宽带干扰信号进行发射；
在合成宽带干扰信号的步骤如下：对所述窄带干扰信号进行频谱搬移处理；通过多相合成的滤波器合成最终的宽带干扰信号，通过一个多相合成的滤波器来生成最终的宽带干扰信号，多相合成的滤波器由FPGA的滤波器Core来完成。
具体的，信号屏蔽器工作在宽带上,本发明实施例中产生的是窄带的干扰信号，所以需要对窄带信号进行频谱搬移：
所述频谱搬移处理，包括：
；
式中，为第一个窄带干扰信号的频点；/>为第二个窄带干扰信号的频点；/>为信号屏蔽器的中心频点；
举例说明:
信号屏蔽器工作带宽40M, 中心频点 800MHz, 第一个窄带干扰信号的频点是780MHz , 第二个窄带干扰信号的频点是 810M,
第一个窄带信号的频谱搬移公式为:
第二个窄带信号的频谱搬移公式为:。
本实施例中使4G的信号屏蔽器在达到白噪声干扰源同样的干扰目的下，发射功率可以减小近10倍。通过窄带的干扰信号,在宽频带内干扰多个目标4G基站的同步信道，使终端无法捕获4G基站的同步信道，从而无法接入基站和进行后续的其他业务，达到阻断信号隔离区域的4G通信。
举例说明：比如信号屏蔽器需要干扰的带宽是 100M, 在这100M 里分别有4个20M的4G信号,每个4G信号的隔离保护带是5M, 信号干扰器最大发射功率10W,干扰信号的功率谱密度是 10W/100M=0.1(W/M), 而执行本发明技术方案，不需要在100M范围发射宽带干扰信号，只需要精确干扰4G同步信道所在的6RB,6RB是1.4M, 达到同样效果的干扰功率谱密度，信号屏蔽器的发射功率为 4*(0.1)*1.4 = 0.56W,由于信号屏蔽器发射的仍然是100M宽带信号，在1.4M的干扰信号之间会有底噪能量的消耗，所以信号屏蔽器的发射功率会达到1.2W。
另外，本实施例中涉及的缩略语和关键术语定义：
10ms: 10毫秒.在无线通讯领域,无线信号传输的每一帧数据的时间长度是 10毫秒；
5ms: 5毫秒. 在4G 5G 通信中,每一个帧的一半长度是 5毫秒；
TDD: Timing Division Duplex 时分双工,上行和下行分时工作在一个频点上；
FDD: Frequency Division Duplex 频分双工,上行和下行分别工作在不同的频点上；
PSS: Primary synchronization signal 4G通信系统的主同步信号；
SSS: Secondary synchronization signal 4G通信系统的辅同步信号；
相关: cross-corelation 相关性运算；
空口: 无线通信的空口接口；
时间同步: 基站保证空口的无线帧和授时系统的10ms 对齐。
在另外一些实施例中，对于上述的实现时间同步的方法为：将4G光纤直放站或者一体化小基站进行上电检测，完成设备初始化；对初始化后的4G光纤直放站或者一体化小基站进行同步信道捕获配置,关闭4G光纤直放站或者一体化小基站的下行处理,配置设备工作在上行全收的模式状态；在光纤直放站或者一体化小基站的FPGA中，执行信号处理算法，捕获宏基站的同步信道，对主同步信道的捕获相关性进行处理；根据捕获的同步信道生成新的10ms脉冲，完成时间同步。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，包括：
给信号屏蔽器上电进行硬件执行自检,初始化信号屏蔽器后，信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环在自由振荡模式进入时钟锁定状态；
由所述信号屏蔽器对工作频段和带宽范围内的4G信号进行扫频操作；
记录所述信号屏蔽器在扫频过程中执行空口同步，捕获的频点信息和物理小区ID信息；
生成每一个所述物理小区ID对应的PSS主同步干扰序列；
生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号；
把所述窄带干扰信号合成宽带干扰信号进行发射。
2.根据权利要求1所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述初始化信号屏蔽，包括：
信号屏蔽器上电初始化,设备完成硬件开机自检流程；
信号屏蔽器内部晶振驱动时钟锁相环,进入本地时钟锁定模式，产生本地调度10ms；
信号屏蔽器产生本地的同步信道的PSS序列和SSS序列。
3.根据权利要求2所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述记录所述信号屏蔽器在扫频过程，包括：
关闭下行处理,配置设备工作在上行全收的模式下，信号屏蔽器通过OM配置接口,配置起始扫频的频点和扫频带宽，信号屏蔽器进入扫频起始工作状态，初始化扫频记录。
4.根据权利要求3所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述4G信号的扫频操作，包括：
在当前频点上执行4G空口同步算法处理,实现时间同步，当算法成功捕获到同步信道后,要记录扫描到的频点和物理小区ID；
累加扫频频率步进值到下一个扫描频点，根据扫描带宽约束判定扫频工作结束。
5.根据权利要求4所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述生成每一个干扰频点对应的窄带干扰信号，包括：
根据PSS主同步信道导频生成序列生成算法公式进行计算逆序列；
根据宏基站的下行无线帧结构，在PSS同步序列映射的位置，插入新生成的干扰序列；
生成窄带的下行干扰信号。
6.根据权利要求5所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述合成宽带干扰信号，包括：
对所述窄带干扰信号进行频谱搬移处理；
通过多相合成的滤波器合成最终的宽带干扰信号。
7.根据权利要求5所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述根据PSS主同步信道导频生成序列生成算法公式进行计算逆序列，包括：
生成和PSS导频一样的基序列，公式如下：
；
根据生成的基序列对序列中的每一个复数的实部和虚部取反，生成干扰序列。
8.根据权利要求6所述的一种低功率的宽带4G信号屏蔽器的实现方法，其特征在于，所述频谱搬移处理，包括：
；
式中， 为第一个窄带干扰信号的频点；/>为第二个窄带干扰信号的频点；为信号屏蔽器的中心频点。
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