基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置及方法與流程

本發明涉及一種通信設備，特別指一種基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置及方法。

背景技術：

隨著移動通信技術的迅猛發展，移動通信相關的產品和服務已經深入社會的各個角落。移動通信技術在給人們生活帶來極大便利的同時，也使少數人有可能利用移動通信技術從事考試作弊、泄露國家機密等非法活動。因此，在一些如政府機關、武警部隊駐地、監獄、學校等重要場所就有必要部署信號屏蔽器，以對如用戶設備的移動通信裝置的信號進行屏蔽，從而防止有人利用移動通信技術從事非法活動。

現有技術在解決以上問題時，都是通過干擾無線信號的方式來中斷手機和基站之間的通信。目前常用的干擾方式有兩種：上行干擾和下行干擾；其中，上行干擾是干擾手機的發射信號，下行干擾是干擾手機的接收信號；由于上行干擾會阻塞基站，一般較少使用，因此，通常采用的干擾方式都是干擾基站的發射信號。現有的干擾方式是先通過鋸齒波來控制一個壓控振蕩器，再通過掃頻的方式產生某一頻段內從低頻至高頻的震蕩波來干擾基站的下行信號。還有一種干擾方式是通過產生一定帶寬的隨機序列信號進行干擾。由于干擾信號為同頻載波干擾，沒有基帶信號的調制，故稱為同頻載波壓制式干擾，通過不間斷的發射全頻段，用較大功率的高頻干擾信號進行壓制，使手機接收的信噪比達不到解調要求，從而達到干擾手機正常通信的作用。

現有的干擾方式針對第二代窄帶移動通信系統(GSM)是有一定的效果，但還是需要提高一些功率進行壓制，而對于采用寬帶碼分多址的移動通信系統(CDMA)而言，現有的同頻壓制方式方案已無法適應實際使用需求。 請參照圖1所示，碼分系統(CDMA)在發射端對用戶信號進行擴頻處理，并將所有通信信道(包括用戶信號和其它信號)都疊加在同一載頻上(如圖1a、1b所示)，當有干擾信號對通信信道進行干擾時，干擾信號也將疊加到載頻上(如圖1c所示)；在接收端需要進行解擴處理，在解擴時，終端會識別出與自身相關的碼道信道并進行能量匯聚，以便解碼，同時終端還會將所有無關信道及干擾信號的能量在一個很大的頻譜范圍內進行擴散(如圖1d所示)，再經由濾波處理后將絕大部分無關信道及干擾信號進行濾除(如圖1e所示)，因此，碼分系統的抗干擾能力極強。而現有的屏蔽干擾方式由于不含有任何與終端自身相關的碼道信息，因此在解擴時大部分干擾功率都會被濾除，從而導致干擾效果不理想，干擾屏蔽范圍也比較小，且需要輸出較大的功率才能取得一定的干擾效果(一般要比下行信號大23dB左右的功率)，這不僅會浪費能源，而且還會對人體和周圍的環境造成不良的影響。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題之一，在于提供一種基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置，通過該裝置來對政府機關、武警部隊駐地等重要場地的無線信號進行有效屏蔽，以防止有人利用移動通信技術從事非法活動，確保信息安全。

本發明是這樣實現技術問題之一的：基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置，該阻斷裝置包括一低噪聲功率放大器、一下變頻器、一模數轉換器、一FPGA、一數模轉換器、一上變頻器、一時鐘模塊、一控制主板以及一功率放大器；

所述低噪聲功率放大器與所述下變頻器連接；所述下變頻器與所述模數轉換器連接；所述模數轉換器和數模轉換器均與所述FPGA相連接；所述上變頻器與所述數模轉換器連接；所述功率放大器與所述上變頻器連接；

所述下變頻器、模數轉換器、FPGA、數模轉換器以及上變頻器均由所述時鐘模塊提供時鐘信號；所述低噪聲功率放大器、下變頻器、模數轉換器、FPGA、數模轉換器、上變頻器以及功率放大器均由所述控制主板進行參數 配置和狀態監測。

進一步地，還包括一存儲器，所述存儲器與所述FPGA相連接。

進一步地，所述FPGA設置有一光口和一網口。

本發明要解決的技術問題之二，在于提供一種基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷方法，通過該方法來對政府機關、武警部隊駐地等重要場地的無線信號進行有效屏蔽，以防止有人利用移動通信技術從事非法活動，確保信息安全。

本發明是這樣實現技術問題之二的：基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷方法，所述方法使用上述無線信號阻斷裝置，該方法包括如下步驟：

步驟1、使用低噪聲放大器對天線接收的無線通信信號進行低噪聲放大，并將放大的信號傳送給下變頻器；

步驟2、下變頻器將接收到的信號下變頻至中頻信號，并將中頻信號傳送給模數轉換器；

步驟3、模數轉換器將接收到的中頻信號轉換成數字信號，并將數字信號傳送給FPGA；

步驟4、FPGA獲取并解析數字信號中的導頻信道，捕獲基站的導頻偏置信息，并對導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，之后將加擾后的干擾信號源傳送給數模轉換器；

步驟5、數模轉換器將接收到的干擾信號源轉換成模擬信號，并將模擬信號傳送給上變頻器；

步驟6、上變頻器對接收到的模擬信號進行上變頻，并將經過上變頻的干擾信號傳送給功率放大器；

步驟7、功率放大器對接收到的干擾信號進行功率放大處理，并將放大后的干擾信號通過天線發送給終端接收。

進一步地，所述步驟4具體包括：

步驟41、FPGA對接收到的數字信號進行抽取；

步驟42、將抽取的信號通過NCO下變頻搬移至0頻，并通過帶通濾波處理取出下行信號；

步驟43、先從下行信號中獲取出導頻信道，并采用相關滑動法從導頻信道中捕獲出基站的導頻偏置信息；然后，對捕獲的導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，形成能夠被終端識別為主導扇區信號的下行干擾信號源；

步驟44、對下行干擾信號源進行插值處理；

步驟45、將插值處理后的下行干擾信號源通過NCO數字上變頻至中頻，并通過帶通濾波進行濾波，之后將下行干擾信號源傳送給數模轉換器。

進一步地，所述“對捕獲的導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，形成能夠被終端識別為有效信號的下行干擾信號源”具體為：在捕獲到基站的導頻偏置信息后，通過FPGA內部產生一個或若干個具有相同偏置或者在偏置誤差范圍內的相近偏置的導頻信號，并將產生的導頻信號疊加到導頻信道中生成加擾導頻信道，從而形成能夠被終端識別為主導扇區信號的下行干擾信號源。

本發明具有如下優點：1、本發明通過對空間原始信號進行碼域干擾，使得手機用戶無法與基站正常通信，從而達到阻斷通信的目的，根據實際測試得出，當干擾信號與空間信號電平相當時便可達到阻斷通信的目的；在使用時，通過將本發明信號阻斷裝置和信號阻斷方法應用到政府機關、武警部隊駐地、監獄、學校等重要場中，可以實現對用戶移動通信裝置的信號進行有效屏蔽，從而防止有人利用移動通信技術從事非法活動，確保信息安全；2、本發明可以實現多種碼分通信制式無線信號的阻斷，且成本低，阻斷效果好。

附圖說明

下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。

圖1為現有CDMA系統抗干擾原理的流程框圖。

圖1a為現有CDMA系統抗干擾原理中用戶信號的示意圖。

圖1b為現有CDMA系統抗干擾原理中對用戶信號進行擴頻的示意圖。

圖1c為現有CDMA系統抗干擾原理中對用戶信號進行干擾的示意圖。

圖1d為現有CDMA系統抗干擾原理中對干擾后的信號進行解擴的示意圖。

圖1e為現有CDMA系統抗干擾原理中對干擾后的信號進行濾波的示意圖。

圖2為本發明基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置的硬件結構圖。

圖3為本發明進行碼域信道破壞的流程框圖。

圖4為本發明生成導頻信號的原理圖。

圖5為本發明進行CDMA導頻干擾的流程框圖。

圖5a為本發明進行CDMA導頻干擾時用戶信號的示意圖。

圖5b為本發明進行CDMA導頻干擾時對用戶信號進行擴頻的示意圖。

圖5c為本發明進行CDMA導頻干擾時對用戶信號進行導頻干擾的示意圖。

圖5d為本發明進行CDMA導頻干擾時對干擾后的信號進行解擴的示意圖。

圖5e為本發明進行CDMA導頻干擾時對干擾后的信號進行濾波的示意圖。

具體實施方式

請參照圖2所示，基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷裝置，包括一低噪聲功率放大器1、一下變頻器2、一模數轉換器(ADC)3、一FPGA 4(現場可編程門陣列)、一數模轉換器(DAC)5、一上變頻器6、一時鐘模塊7、一控制主板8、一存儲器9以及一功率放大器10；

所述低噪聲功率放大器1與所述下變頻器2連接；所述下變頻器2與所述模數轉換器3連接；所述模數轉換器3和數模轉換器5均與所述FPGA 4相連接；所述上變頻器6與所述數模轉換器5連接；所述功率放大器10與所述上變頻器6連接；其中，FPGA 4是一種現場可編程器件，具有較高的靈活性，在進行信號處理時，只要修改軟件便可以實現不同制式的系統升級。

所述下變頻器2、模數轉換器3、FPGA 4、數模轉換器5以及上變頻器 6均由所述時鐘模塊7提供時鐘信號；所述低噪聲功率放大器1、下變頻器2、模數轉換器3、FPGA 4、數模轉換器5、上變頻器6以及功率放大器10均由所述控制主板8進行參數配置和狀態監測。

所述存儲器9與所述FPGA 4相連接，所述存儲器9包括Flash存儲器91和DDR存儲器92，其中，Flash存儲器又名閃存，是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息)的存儲器；DDR存儲器(即DDR內存)是一個時鐘周期內傳輸兩次數據，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據，因此又稱為雙倍速率同步動態隨機存儲器。

所述FPGA 4設置有一光口11和一網口12，以便于光纖的近遠端傳輸以及網絡的相互通信。

請參照圖3，基于碼域信道破壞式的無線信號阻斷方法，所述方法使用上述無線信號阻斷裝置，該方法包括如下步驟：

步驟1、使用低噪聲放大器1對天線接收的無線通信信號進行低噪聲放大，并將放大的信號傳送給下變頻器2；

步驟2、下變頻器2將接收到的信號下變頻至中頻信號，并將中頻信號傳送給模數轉換器3；

步驟3、模數轉換器3將接收到的中頻信號轉換成數字信號，即對中頻信號進行奎斯特采樣，并將數字信號傳送給FPGA 4；模數轉換器3的采樣時鐘為61.44M，將接收到的中頻信號轉換成數字信號，即采樣率為61.44MSPS。

步驟4、FPGA 4獲取并解析數字信號中的導頻信道，捕獲基站的導頻偏置信息，并對導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，之后將加擾后的干擾信號源傳送給數模轉換器5；該步驟4具體包括：

步驟41、FPGA 4對接收到的數字信號進行抽取；FPGA在抽取時，其內部多個通道將采用復用處理機制，在此以單通道的數據速率流程為例：61.44—>15.36—>3.84—>3.84—>15.36—>61.44，混頻是在61.44M位置進行混頻，混頻及濾波器采用三倍復用的方式，系統跑184.32M的時鐘， 為了將資源的合理利用，以下為抽取濾波器的設計:第一級61.44—>15.36主要是采用CIC濾波器，由于此濾波器抑制要求不高，同時只消耗slice，不用消耗DSP，因為后面的設計需要大量的DSP；第二級15.36—>3.84主要是做防混疊的設計；第三級3.84主要是進行單速率濾波，這級采樣率較低，這樣容易達到較好的抑制。

步驟42、將抽取的信號通過NCO(數控振蕩器)下變頻搬移至0頻，并通過帶通濾波處理取出下行信號；

步驟43、先從下行信號中獲取出導頻信道，并采用相關滑動法從導頻信道中捕獲出基站的導頻偏置信息；然后，對捕獲的導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，形成能夠被終端識別為主導扇區信號的下行干擾信號源；

在實施時，導頻信道的獲取算法如下：導頻信道(F-PICH)輸入為全0，未經過編碼交織，用Walsh序列0進行擴頻，由于PN碼序列的周期為2^15＝32768碼片，所以一個導頻信號的PN序列周期內可容納512個碼長為64的Walsh函數序列。所有基站的導頻信號均使用相同的短PN碼，不同的基站之間通過對應的時間偏置來識別。每個偏置是64碼片的整倍數，所以共有32768/64＝512個不同偏置。

CDMA系統要實現通信，首先要通過導頻序列保持同步，CDMA的導頻序列是偽隨機序列，所謂偽隨機序列的同步就是保持其時差為(相位差)為0的狀態，如：a(t-τ₁),a(t-τ₂)為兩個長度相等的偽隨機序列，保持同步就是保持τ₁＝τ₂或Δτ＝τ₁-τ₂＝0，在碼分系統中要求發送的導頻碼與本地碼同步。偽碼同步分為兩個過程：粗同步和細同步，粗同步又稱捕獲，細同步又稱跟蹤。下面我們對捕獲的基本原理做進一步分析：

捕獲同步部分的輸入分別是RFI和RFQ，這兩路數據分別是濾波器的輸出，捕獲的基本方法是滑動相關法。采用32路并行捕獲，為了降低捕獲的時間，分兩步完成，第一步：對32路同時以較短的積分時間(1024，由四個256碼片積分值的絕對值累加得到)判斷是否有超過門限的，如果有超過門限的(當多路同時超過門限時，選擇最大的那一路)，則輸出捕獲指示為 “1”，并停止PN碼時鐘滑動；第二步：當某一路超過門限(當多路同時超過門限時，選擇最大的那一路)時，再連續進行31次捕獲，將32次累加后與門限比較，進行同步驗證，如果仍超過門限，則輸出同步指示為“1”，以及所對應的PN選擇號碼，完成捕獲過程；如低于門限，則輸出捕獲指示為“0”，開始PN碼時鐘滑動，重新開始捕獲過程。在捕獲過程完成后，一直以256個PN碼元時間為積分時間，進行32×4次捕獲，完成128次累加后，判斷是否超過門限，以監測系統是否處于同步狀態，如低于門限，則輸出捕獲指示和同步指示為“0”，開始PN碼時鐘滑動，重新開始捕獲過程。導頻信道獲取后，便可以解析出同步信道，尋呼信道，業務信道等。

其中，所述“對捕獲的導頻偏置信息進行加擾處理生成加擾導頻信道，形成能夠被終端識別為有效信號的下行干擾信號源”具體為：在捕獲到基站的導頻偏置信息后，通過FPGA 4內部產生一個或若干個具有相同偏置或者在偏置誤差范圍內的相近偏置(最大偏置誤差不大于網絡側多徑搜索窗設定的值)的導頻信號，并將產生的導頻信號疊加到導頻信道中生成加擾導頻信道，從而形成能夠被終端識別為主導扇區信號的下行干擾信號源。請參照圖4所示，導頻信號的生成過程如下：先將經過沃爾什碼調制后的數據符號序列的復用數據分別與兩個不同的短PN碼相乘，這兩個PN碼相當于I路和Q路的正交載波分量；然后分別通過FIR基帶濾波器進行濾波，最后通過載波調制輸出完整的導頻信號。

步驟44、對下行干擾信號源進行插值處理；

步驟45、將插值處理后的下行干擾信號源通過NCO數字上變頻至中頻，并通過帶通濾波進行濾波，之后將下行干擾信號源傳送給數模轉換器。

步驟5、數模轉換器5將接收到的干擾信號源轉換成模擬信號，并將模擬信號傳送給上變頻器6；

步驟6、上變頻器6對接收到的模擬信號進行上變頻，并將經過上變頻的干擾信號傳送給功率放大器10；

步驟7、功率放大器10對接收到的干擾信號進行功率放大處理，并將放大后的干擾信號通過天線發送給終端接收，終端在解擴干擾信號時，由于 導頻信道所解擴出的功率能量將遠大于業務信道及控制信道信息的功率能量，因此終端接收的信噪比將達不到解調要求，從而實現干擾終端(手機)正常通信的作用。

本發明實現碼分通信制式無線信號的阻斷，其基本出發點在于產生一個干擾信號，使CDMA終端將該干擾信號識別為自身信號，從而在解擴時將干擾信號與有效信道信號功率同時進行功率收集，以此實現高效碼域信道加擾。考慮到加擾的信號必須可以被所有終端識別，因此本發明選擇產生一個或若干個小區導頻信號，利用CDMA系統自干擾特性，實現CDMA系統內嚴重的自干擾，進而導致終端無法解調業務信道信息。

由于在當前基站配置中，小區導頻的功率能量一般僅占基站總功率的10％～20％，而其它信道功率能量則占比更小，因此當加強某一小區導頻信號時，該扇區即可被基站識別為主導扇區，從而將其它基站排除在搜索集范圍。請參照圖5所示，本發明在對用戶信號進行擴頻，并將所有通信信道(包括用戶信號和其它信號)都疊加在同一載頻上后(如圖5a、5b所示)，首先獲取用戶信號中最強扇區的導頻偏置信息，并通過FPGA內部產生成一個或若干個相同或相近偏置的導頻信號，并將產生的導頻信號疊加到導頻信道中形成加擾導頻信道(如圖5c所示)，此時主導扇區的導頻信號將明顯增強，相鄰扇區的信號將被排除在終端的搜索集之外，即不被終端所接收，因此終端只能接收到主導扇區信號。而在主導扇區信號中，由于導頻信號功率占比很大，而其它信道功率占比相對較小，因此終端在解擴時，導頻信道所解擴出的功率能量將遠大于業務信道及控制信道信息的功率能量(即實現CDMA系統內嚴重的自干擾)，經過濾波后，大部分干擾導頻信號都不會被濾除(如圖5d、5e所示)，因此可以使手機接收的信噪比達不到解調要求，從而達到干擾手機正常通信的作用。

當然，以上實施例僅是以CDMA系統碼域加擾為例來對本發明進行詳細說明的，但是本發明并不局限于此，本發明同樣可以適用于其它碼分多址系統，例如WCDMA、GOTA等系統。

綜上所述，本發明具有如下優點：1、本發明通過對空間原始信號進行 碼域干擾，使得手機用戶無法與基站正常通信，從而達到阻斷通信的目的，根據實際測試得出，當干擾信號與空間信號電平相當時便可達到阻斷通信的目的；在使用時，通過將本發明信號阻斷裝置和信號阻斷方法應用到政府機關、武警部隊駐地、監獄、學校等重要場中，可以實現對用戶移動通信裝置的信號進行有效屏蔽，從而防止有人利用移動通信技術從事非法活動，確保信息安全；2、本發明可以實現多種碼分通信制式無線信號的阻斷，且成本低，阻斷效果好。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是熟悉本技術領域的技術人員應當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本發明的范圍的限定，熟悉本領域的技術人員在依照本發明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應當涵蓋在本發明的權利要求所保護的范圍內。