CN202978974U

CN202978974U - 一种适用于gsm信号的信号屏蔽系统

Info

Publication number: CN202978974U
Application number: CN 201220662266
Authority: CN
Inventors: 陈群峰; 范叔亮; 陈金泉; 吴挺竹
Original assignee: FUJIAN YOUKE COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: China Youke Communication Technology Co ltd
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-12-05

Abstract

本实用新型涉及一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：包括一接收天线、一GSM信号屏蔽器和一发射天线；所述GSM信号屏蔽器包括一扫频单元和一伪导频发射机单元；所述接收天线连接所述扫频单元的输入端；所述扫频单元的输出端连接所述伪导频发射机单元的输入端；所述伪导频发射机单元的输出端连接所述发射天线。本实用新型能够很好的解决传统GSM信号屏蔽器发射功率大，干扰效果差的问题。

Description

一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其是一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统。

背景技术

随着科技的发展，移动通信越来越普及，手机已经成为人们生活中不可或缺的通信工具。然而，一切事物均有其两面性，在某些场合下需要屏蔽掉移动通信信号，比如为了保证考场、加油站、监狱等特殊场所的机密和安全，需要采用信号屏蔽器对这些场所内的手机信号进行干扰屏蔽。现有信号屏蔽器都是模拟设备，工作原理主要是采用扫频式干扰，信号屏蔽器的载频在较宽的频段内按照一定的速度、一定的带宽和一定的扫频顺序陆续扫过所有的频率信号而连续变化所形成的干扰，最终通过恶化手机接收信号的信噪比，使手机无法正常地工作，从而达到通信干扰的作用。现有信号屏蔽器需要发射功率大、扫频速度快才能获得较好的干扰效果，然而大功率的信号屏蔽器又往往会越界干扰到正常区域的移动通信，现实工程使用中，往往会引起多方纠纷。如何在信号屏蔽器发射功率更小的情况下，又能获得更好的干扰效果，是目前信号屏蔽器的热门研究方向。目前国内最大的手机用户群基本集中在2G网络—GSM网络中，也因此GSM信号屏蔽器是最常用的信号屏蔽器之一，然而在现有的GSM网络都普遍开启跳频，手机增强抗干扰能力的情况下，信号屏蔽器只能通过发射更强的干扰功率来保证干扰效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统。

本实用新型采用以下方案实现：一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：包括一接收天线、一GSM信号屏蔽器和一发射天线；所述GSM信号屏蔽器包括一扫频单元和一伪导频发射机单元；所述接收天线连接所述扫频单元的输入端；所述扫频单元的输出端连接所述伪导频发射机单元的输入端；所述伪导频发射机单元的输出端连接所述发射天线。

在本实用新型一实施例中，所述扫频单元包括一GSM手机终端芯片和一DSP处理器；所述GSM手机终端芯片的输入端作为所述扫频单元的输入端，所述GSM手机终端芯片的输出端连接所述DSP处理器的输入端；所述DSP处理器的输出端作为所述扫频单元的输出端。

在本实用新型一实施例中，所述伪导频发射机单元包括一数字变频模块、一射频模块和一干扰源；所述数字变频模块的控制输入端连接所述射频模块的控制输入端并作为所述伪导频发射机单元的输入端，所述数字变频模块的输出端连接所述射频模块的第一输入端；所述干扰源的输出端连接所述射频模块的第二输入端；所述射频模块的输出端作为所述伪导频发射机单元的输出端。

在本实用新型一实施例中，所述数字变频模块包括一数字频率合成器、一D/A转换器和一低通滤波器；所述数字频率合成器的控制输入端连接所述D/A转换器的控制输入端并作为所述数字变频模块的控制输入端，所述数字频率合成器的输出端连接所述D/A转换器的输入端；所述D/A转换器的输出端连接所述低通滤波器的输入端；所述低通滤波器的输出端作为所述数字变频模块的输出端。

在本实用新型一实施例中，所述数字频率合成器包括一相位累加器模块、一正弦查找表模块和一时钟模块；所述相位累加器模块的输入端作为所述数字频率合成器的控制输入端，所述相位累加器模块的输出端连接所述正弦查找表模块的输入端；所述正弦查找表模块的输出端作为所述数字频率合成器的输出端；所述时钟模块连接所述相位累加器模块的时钟输入端和所述正弦查找表模块的时钟输入端。

在本实用新型一实施例中，所述射频模块包括一调制器、一衰耗器和一功放管；所述调制器的基带输入端作为所述射频模块的第二输入端，所述调制器的载波输入端作为所述射频模块的第一输入端，所述调制器的输出端连接所述衰耗器的输入端；所述衰耗器的控制输入端作为所述射频模块的控制输入端，所述衰耗器的输出端连接所述功放管的输入端；所述功放管的输出端作为所述射频模块的输出端。

本实用新型的主要工作原理是引入了数字化技术，通过扫描信号屏蔽器接收到的GSM信号频谱，分析干扰区域内的GSM信号情况，然后通过发射伪导频信号集中干扰覆盖区内的GSM广播控制信道载频，造成手机解调频率校正信道和同步信道，无法解调广播控制信道，无法接入信源基站，从而达到干扰GSM手机通信的目的。这种采用新技术的信号屏蔽系统对信号屏蔽器发射功率要求低，不需要高速的扫描速度，但是却能达到更好的干扰效果。

附图说明

图1是本实用新型一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统的系统框架图。

图2是本实用新型一实施例中的扫频单元内部结构图。

图3是本实用新型一实施例中的伪导频发射机单元内部结构图。

图4是本实用新型一实施例中的数字变频模块内部结构图。

图5是本实用新型一实施例中的数字频率合成器内部结构图。

图6是本实用新型一实施例中的射频模块内部结构图。

图7是本实用新型一实施例中的广播控制信道时隙结构图。

图8是本实用新型一实施例中的相关同步计算示意图。

图9是本实用新型一实施例中的频率校正突发脉冲帧结构图。

图10是本实用新型一实施例中的干扰源内部工作流程图。

图11是本实用新型一实施例中的扫频式干扰频率特性图。

图12是本实用新型一实施例中的伪导频发射机单元采用闭环功率控制流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型提供一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：包括一接收天线、一GSM信号屏蔽器和一发射天线；所述GSM信号屏蔽器包括一扫频单元和一伪导频发射机单元；所述接收天线连接所述扫频单元的输入端；所述扫频单元的输出端连接所述伪导频发射机单元的输入端；所述伪导频发射机单元的输出端连接所述发射天线。

如图1所示，本实施例提供一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：包括一接收天线、一GSM信号屏蔽器和一发射天线；所述GSM信号屏蔽器包括一扫频单元和一伪导频发射机单元；所述接收天线连接所述扫频单元的输入端；所述扫频单元的输出端连接所述伪导频发射机单元的输入端；所述伪导频发射机单元的输出端连接所述发射天线。

如图2所示，所述扫频单元包括一GSM手机终端芯片和一DSP处理器；所述GSM手机终端芯片的输入端作为所述扫频单元的输入端，所述GSM手机终端芯片的输出端连接所述DSP处理器的输入端；所述DSP处理器的输出端作为所述扫频单元的输出端。

和普通信号屏蔽器只有发射天线不同的是，本实用新型的信号屏蔽系统还配置了接收天线，通过全向接收天线接收覆盖区内的无线信号，然后传送给扫频单元的GSM手机终端芯片。GSM手机终端芯片对接收信号进行解调、解码，获取覆盖区域内的信号情况，并将分析结果报告给DSP处理器，DSP处理器在获得这些信息后，通过内部的程序算法，控制下级的伪导频发射机单元工作。扫频单元的具体工作步骤如下：

在信号屏蔽系统开机后，GSM手机终端芯片首先会搜索完GSM频段所有的124个载频信道，并记录每个载频信道上读取的信号强度，在这个初始收索阶段，每个载频信道将重复读取5次测量电平，计算出平均电平，依据接收电平大小，依次排序。

由于本实用新型的信号屏蔽系统主要是通过干扰覆盖区内原有GSM信号的广播控制信道来达到干扰的目的，因此GSM手机终端芯片的紧接下一个任务就是甄别出覆盖区的广播控制信道载频和话务载频，如图7所示，GSM网络中设计了51帧结构的复帧，包含51个子帧，时间间隔为235ms, 主要用于控制信道，频率校正信道映射到广播控制信道载频的TS0时隙，因此如果能成功解调出频率校正信道，就可以判断该载频为广播控制信道载频，否则就为话务载频。其中，F（FCCH）表示：移动台依此同步频率，S（SCH）表示：移动台依此读TDMA帧号和BSIC码， B（BCCH）表示：移动台依此读有关此小区的通用信息，C（CCCH）表示：移动台依此接受寻呼和接入，T（TCH）表示：编码话音或数据，用于通话。附图7中1-9表示GSM的TDMA（时分多址）帧号。

在完成初始电平强度测量后，按照载频功率排序大小，GSM手机终端芯片会依次调谐到各个载频，尝试解码频率校正信道。由于频率校正突发脉冲序列有142固定比特用于频率同步，它的结构十分简单，固定比特全部为0，相当于一个未调载波，该序列当使用调制技术后，其结果是一个纯正弦波。它经过GMSK(高斯最小频移键控)调制后，成为频率高于载波频率67.708KHz的正弦波，持续546.12微秒，相邻比特间的相位差为90度，由4个比特可以组成一个周期的正弦波，所以148比特可以组成约37个周期的正弦波。可以利用频率校正突发脉冲序列这个独有的特点来查找它的位置，利用相关性，用递推公式

y(n)=-j×r(n) + j×y(n-1)+j×r(n-32)，M=32；

来对一段还有频率校正突发脉冲序列的数据进行处理，其中M表示n的最大取值范围，M=32表示n是小于等于32的正整数；y(n)为当前点的相关值，y(n-1)为前一个点的相关值，r(n)为当前接收的数据，r(n-32)为前32个接收到的数据，则可以得到如图8所示的图形，其中Y轴为相关值的模，即︳y(n) ︳，X轴为比特位置。当与含有频率校正突发脉冲序列的数据段为相关运算时，由于相关性强，相关值的模数值非常大，而其他数据的相关性弱，相关值的模停留在峰值的时间与相关的点数有关。根据以上特点，在查找频率校正突发脉冲序列时可以设置一个门限，此门限可根据信号的平均功率得到，当有若干个相关的某值高于门限，可以判定已经找到频率校正突发脉冲序列,可以推算出频率校正突发脉冲序列的大概起始位置。

在获得频率同步后，GSM手机终端芯片就依此认定该载频为覆盖区内的广播控制信道载频，并记录对应的广播控制信道载频号、数量、电平强度、载干比等有用信息汇报给DSP处理器。

如图3所示，所述伪导频发射机单元包括一数字变频模块、一射频模块和一干扰源；所述数字变频模块的控制输入端连接所述射频模块的控制输入端并作为所述伪导频发射机单元的输入端，所述数字变频模块的输出端连接所述射频模块的第一输入端；所述干扰源的输出端连接所述射频模块的第二输入端；所述射频模块的输出端作为所述伪导频发射机单元的输出端。

所述干扰源是由可编程芯片的FPGA通过硬件编程实现。通过前级的扫频单元获知了覆盖区原有信号情况后，伪导频发射机单元的任务就是发射和覆盖区内广播控制信道载频同频的干扰信号对原有信号进行干扰。目前的信号屏蔽器只能发射模拟的连续波信号，干扰信号在时隙上都是点频信号，因此需要高速扫描干扰，才能提高总工作带宽内的积分干扰功率。本实用新型的信号屏蔽系统发射的是经过信道编码、数字调制的载波信号，干扰信号本身占用带宽就和GSM载频信号一样，都是200KHz,因此在同样频率的扫描速度中，本实用新型的信号屏蔽系统干扰效果就会比普通信号屏蔽器好。

在GSM规范中，GSM信号的频率校正突发脉冲序和同步突发脉冲序列每10个时隙就会出现一次，并且频率校正突发脉冲序和同步突发脉冲序列由全0比特构成，如图9所示，信号特征十分明显，所以手机才会易于捕捉与判别，因此针对这个特征，本实用新型中的伪导频发射机单元反其道而行之，干扰源就是要采用了数字编码技术，产生反相位的频率校正序列和同步序列。如图10所示，在干扰源内部，干扰序列由全1比特构成，通过信道编码、交织、形成突发脉冲格式，最终形成干扰源的基带信号。

由于覆盖区内一般都存在多个GSM信源基站信息，因此需要干扰的广播控制信道载频一般不只一个，伪导频发射机单元需要对覆盖区原有广播控制信道载频进行扫描式干扰。如图11所示，伪导频发射机单元的载频在较宽的频段内按照一定的速度、一定的带宽和一定的扫频顺序陆续扫过所有的目标干扰载频。

如图4所示，所述数字变频模块包括一数字频率合成器、一D/A转换器和一低通滤波器；所述数字频率合成器的控制输入端连接所述D/A转换器的控制输入端并作为所述数字变频模块的控制输入端，所述数字频率合成器的输出端连接所述D/A转换器的输入端；所述D/A转换器的输出端连接所述低通滤波器的输入端；所述低通滤波器的输出端作为所述数字变频模块的输出端。

由于需要干扰的载频信号之间频谱上并不连续，因此伪导频发射机单元引入了数字变频技术，可以实现伪导频发射机单元的工作频率快速变频，在数字变频模块内部，前级扫描单元内的DSP处理器通过配置数字频率合成器的芯片内部寄存器，使之输出不同的幅度码，经过D/A转换器进行数模转换后得到相应的阶梯波，最后通过低通滤波器对波形进行平滑处理，得到所需频率的连续波波形。数字频率合成技术，输出相位连续、频率分辨率高、频率转换时间短，非常适合跳频应用的需求。

如图5所示，所述数字频率合成器包括一相位累加器模块、一正弦查找表模块和一时钟模块；所述相位累加器模块的输入端作为所述数字频率合成器的控制输入端，所述相位累加器模块的输出端连接所述正弦查找表模块的输入端；所述正弦查找表模块的输出端作为所述数字频率合成器的输出端；所述时钟模块连接所述相位累加器模块的时钟输入端和所述正弦查找表模块的时钟输入端。数字频率合成器输出信号的频率与频率控制字和时钟频率的关系为：

其中，

是数字频率合成器的输出频率，FCW是频率控制字，

是时钟频率，A为累加器的位数。

如图6所示，所述射频模块包括一调制器、一衰耗器和一功放管；所述调制器的基带输入端作为所述射频模块的第二输入端，所述调制器的载波输入端作为所述射频模块的第一输入端，所述调制器的输出端连接所述衰耗器的输入端；所述衰耗器的控制输入端作为所述射频模块的控制输入端，所述衰耗器的输出端连接所述功放管的输入端；所述功放管的输出端作为所述射频模块的输出端。

数字变频模块最终输出的信号fo，将作为伪导频发射机单元中射频模块中调制器的载波信号，干扰源的基带信号通过调制器后转换成射频信号，再通过衰减器和末级的放大管，放大信号通过发射天线发射干扰信号到覆盖区。

通过前级的扫频单元，信号屏蔽器可以获知原覆盖区内各个信源基站信号的覆盖电平，如图12所示，伪导频发射机单元采用闭环功率控制，对覆盖区内不同强度的无线信号发射对应不同的干扰功率，控制覆盖区内手机接收信号的载干比在无法解调的门限即可，在降低信号屏蔽系统发射功率的同时，又能保证干扰效果。手机一旦进入信号屏蔽系统的覆盖区域内，将无法解调信源基站的广播控制信道，无法获得频率同步和符号同步，造成手机无法通信。

本实用新型中的适用于GSM信号屏蔽器的新型干扰技术，其主要工作原理是引入了数字化技术，通过干扰覆盖区内所有的广播控制信道载频，导致手机无法解调频率校正信道和同步信道，无法接入信源基站小区，从而达到干扰GSM手机通信的目的。这种新技术对信号屏蔽器发射功率要求低，不需要高速的扫描速度，但是却能达到更好的干扰效果。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：包括一接收天线、一GSM信号屏蔽器和一发射天线；所述GSM信号屏蔽器包括一扫频单元和一伪导频发射机单元；所述接收天线连接所述扫频单元的输入端；所述扫频单元的输出端连接所述伪导频发射机单元的输入端；所述伪导频发射机单元的输出端连接所述发射天线。

2.根据权利要求1所述的一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：所述扫频单元包括一GSM手机终端芯片和一DSP处理器；所述GSM手机终端芯片的输入端作为所述扫频单元的输入端，所述GSM手机终端芯片的输出端连接所述DSP处理器的输入端；所述DSP处理器的输出端作为所述扫频单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：所述伪导频发射机单元包括一数字变频模块、一射频模块和一干扰源；所述数字变频模块的控制输入端连接所述射频模块的控制输入端并作为所述伪导频发射机单元的输入端，所述数字变频模块的输出端连接所述射频模块的第一输入端；所述干扰源的输出端连接所述射频模块的第二输入端；所述射频模块的输出端作为所述伪导频发射机单元的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：所述数字变频模块包括一数字频率合成器、一D/A转换器和一低通滤波器；所述数字频率合成器的控制输入端连接所述D/A转换器的控制输入端并作为所述数字变频模块的控制输入端，所述数字频率合成器的输出端连接所述D/A转换器的输入端；所述D/A转换器的输出端连接所述低通滤波器的输入端；所述低通滤波器的输出端作为所述数字变频模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：所述数字频率合成器包括一相位累加器模块、一正弦查找表模块和一时钟模块；所述相位累加器模块的输入端作为所述数字频率合成器的控制输入端，所述相位累加器模块的输出端连接所述正弦查找表模块的输入端；所述正弦查找表模块的输出端作为所述数字频率合成器的输出端；所述时钟模块连接所述相位累加器模块的时钟输入端和所述正弦查找表模块的时钟输入端。

6.根据权利要求3所述的一种适用于GSM信号的信号屏蔽系统，其特征在于：所述射频模块包括一调制器、一衰耗器和一功放管；所述调制器的基带输入端作为所述射频模块的第二输入端，所述调制器的载波输入端作为所述射频模块的第一输入端，所述调制器的输出端连接所述衰耗器的输入端；所述衰耗器的控制输入端作为所述射频模块的控制输入端，所述衰耗器的输出端连接所述功放管的输入端；所述功放管的输出端作为所述射频模块的输出端。