Способ блокировки сотовой связи с защитой от самовозбуждения
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для блокировки сотовой связи ретрансляционного типа с защитой от самовозбуждения. Технический результат заключается в обеспечении невозможности восстановления блокируемого сигнала за счет усложнения структуры помехового электромагнитного поля. В способе блокировки сотовой связи принятый и усиленный широкополосный сигнал манипулируют по фазе по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности в масштабе реального времени. Манипулированный по фазе сигнал запоминают в линии задержки для последующего переизлучения. Задержанный сигнал переизлучают n раз в периоде переизлучения длительностью nТ, при этом n является случайным целым числом, принимающим равновероятное значение от минимального до максимально допустимого и выбираемым перед началом каждого периода переизлучения, при таком выборе числа n помеховый сигнал не имеет характера периодической импульсной помехи. Прием сигнала во время переизлучения не осуществляют и возобновляют прием сигнала по истечении защитного временного интервала после завершения периода переизлучения, предотвращая тем самым генерирование сигнала при отсутствии устройства, которое необходимо заблокировать. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, занимающейся созданием искусственных помех радиосвязи, в частности к способам блокировки сотовой связи ретрансляционного типа с защитой от самовозбуждения. Изобретение может быть использовано для блокировки прохождения информационных потоков в радиосетях связи и передачи данных.
Известен способ противодействия радиосвязи, описанный в патенте США № 4103237. Этот способ заключается в том, что сигналы широкополосных передатчиков принимают на антенну, вносят ошибки, затем запоминают подготовленную (с внесёнными ошибками) реализацию принятого сигнала длительностью T (определяется ёмкостью применяемой буферной памяти для запоминания образца блокируемых сигналов), после чего многократно переизлучают, а кратность переизлучения выбирается из соображений поражения помехой достаточной части сигналов блокируемых устройств. Передатчик всегда блокируется на время набора сигналов в буферную память (на время T), приёмник, соответственно, открыт, затем приёмник закрывается и производится излучение помехового сигнала с длительностью nT, где n – исходно выбранная кратность переизлучения. После излучения вновь производится набор сигнала в буферную память. Таким образом, помеховый сигнал с длительностью nT периодически повторяется с периодом (n+1)T, то есть помеха носит строго регулярный (периодический) характер. Аппаратные и программные методы борьбы именно с такого рода помехами максимально развиты в настоящее время и с успехом применяются в аппаратуре сотовой связи. Поэтому недостатком такого способа является низкая эффективность создания помех.
Наиболее близким по своей сущности к заявляемому является способ локального подавления мобильной связи по Евразийскому патенту №006784. Способ-прототип включает в себя: усиление принятого широкополосного сигнала и его переизлучение с манипулированием по фазе по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности, при этом манипулирование по фазе производится с принятым и усиленным сигналом в масштабе реального времени, а спектр переизлучённого сигнала сохраняется в пределах полосы разрешённых частот. У этого способа есть значительный недостаток: если передающие и приёмные антенны находятся в непосредственной близости друг от друга, точнее – если коэффициент сквозного усиления тракта приём-передача больше проходного затухания между приёмной и передающей антенной, то происходит потеря устойчивости системы, т.е. самовозбуждение. Естественно, что в этом случае блокировка связи не происходит.
Задача состоит в создании такого способа блокировки сотовой связи в локальной зоне на принципе постановки ретрансляционной помехи, чтобы устройства, созданные для реализации такого способа:
– были свободны от самовозбуждения вне зависимости от взаимного расположения приёмной и передающей антенн («прямого» самовозбуждения);
– не переходили в режим автогенерации при наличии отражающих электромагнитные волны препятствий на пути распространения помехового сигнала (самовозбуждение через «посредника») вне зависимости от расположения этих препятствий;
– были сопоставимы по уровню надёжности блокирования и радиуса блокировки с устройствами, работающими на ретрансляционном принципе, в которых защита от самовозбуждения любого типа («прямого» или через «посредника») не предусмотрена, но находящихся в рабочем режиме (то есть взаимное положение антенн и положение отражающих препятствий такое, что самовозбуждение в устройстве отсутствует).
Задача решается тем, что способ блокировки сотовой связи включает прием широкополосного сигнала в течение времени Т, усиление принятого сигнала и его переизлучение с манипулированием по фазе по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности, при этом манипулирование по фазе производят с принятым и усиленным сигналом в масштабе реального времени, а спектр переизлучённого сигнала сохраняют в пределах полосы разрешённых частот, при этом способ отличается тем, что принятый и обработанный упомянутым образом сигнал запоминают в линии задержки для последующего переизлучения, во время переизлучения прием сигнала не осуществляют, задержанный сигнал переизлучают n раз в периоде переизлучения длительностью nТ, при этом n является случайным целым числом, принимающим равновероятное значение между минимальным и максимальным допустимыми и выбираемым перед началом каждого периода переизлучения, а затем прием сигнала возобновляют по истечении защитного временного интервала после завершения периода переизлучения.
Принятый широкополосный сигнал может представлять собой сигнал от нескольких базовых станций или абонентских терминалов.
Способ реализуют посредством устройства, содержащего приёмную антенну, входной управляемый аналоговый ключ, входной полосовой фильтр, нормирующий высокочастотный усилитель, управляемый фазовый коммутатор, генератор управляющей псевдослучайной последовательности, выходной усилитель мощности, переизлучающую антенну, линию задержки, генератор управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел, выходной управляемый аналоговый ключ и управляемый аналоговый ключ в обратной связи линии задержки, при этом выход приемной антенны через входной управляемый аналоговый ключ соединен с входом входного полосового фильтра, выход которого соединен со входом нормирующего высокочастотного усилителя, выход которого соединен с высокочастотным входом управляемого фазового коммутатора, управляющий вход управляемого фазового коммутатора соединен с генератором управляющей псевдослучайной последовательности, выход управляемого фазового коммутатора через линию задержки и через выходной управляемый аналоговый ключ соединен с выходным усилителем мощности, выход которого подключен к переизлучающей антенне, управляемые аналоговые ключи соединены с генератором управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел и управляются им, при этом функция выбор числа n реализуется посредством управляемого аналогового ключа в обратной связи линии задержки и генератора управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел.
Технический результат заключается в обеспечении невозможности восстановления блокируемого сигнала за счет усложнения структуры помехового электромагнитного поля. При этом реализация способа обеспечивается при любом взаимном расположении передающей и приемной антенн независимо от особенностей окружающей территории.
На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство для реализации способа содержит приёмную антенну 1, входной аналоговый ключ к1, входной полосовой фильтр 2, нормирующий высокочастотный усилитель 3, управляемый фазовый коммутатор 4, генератор 5 управляющей псевдослучайной последовательности, выходной усилитель мощности 7, переизлучающую антенну 8, линию задержки 6, генератор 9 управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел, выходной аналоговый ключ к2 и ключ к3 в обратной связи линии задержки.
Выход приемной антенны 1 через входной аналоговый ключ к1 соединен с входом входного полосового фильтра 2, выход которого соединен со входом нормирующего высокочастотного усилителя 3, выход которого соединен с высокочастотным входом управляемого фазового коммутатора 4. Управляющий вход управляемого фазового коммутатора 4 соединен с генератором 5 управляющей псевдослучайной последовательности, выход управляемого фазового коммутатора 4 через линию задержки 6, в обратной связи которой установлен аналоговый ключ к3, и через выходной аналоговый ключ к2 соединен с выходным усилителем мощности 7, выход которого подключен к переизлучающей антенне 8. Аналоговые ключи к1, к2 и к3 соединены с генератором 9 управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел и управляются им.
Отличие от устройства, реализующего способ-прототип, состоит в том, что имеются генератор 9 управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел, аналоговые ключи к1, к2, к3 и линия задержки 6.
С помощью этого устройства заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Устройство циклически переключается между первым, вторым и третьим состояниями.
Первое состояние длится период времени T, длительность которого определяется временем задержки линии задержки 6, которое определяется объёмом буферной памяти. При этом линия задержки как раз и является буферной памятью, а время T – это характеристика линии, то есть время задержки.
В первом состоянии ключ к1 замкнут, ключи к2 и к3 разомкнуты. Посредством антенны 1 выполняют прием широкополосного сигнала. Принятый широкополосный сигнал может представлять собой суммарный сигнал от нескольких базовых станций или абонентских терминалов.
Принятый сигнал фильтруют входным полосовым фильтром 2, усиливают, нормируют высокочастотным усилителем 3 и модулируют по фазе управляемым фазовым коммутатором 4, то есть выполняют манипулирование по фазе по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности на основе данных от генератора 5 псевдослучайной последовательности. Спектр переизлучённого сигнала сохраняют в пределах полосы разрешённых частот.
Сигнал с выхода фазового коммутатора 4 запоминают в линии задержки 6, где он накапливается для последующей рециркуляции через ключ обратной связи к3, усиления усилителем мощности 7 и излучения переизлучающей антенной 8.
Во втором состоянии ключ к1 разомкнут, а ключи к2 и к3 замкнуты. Происходят усиление задержанного сигнала усилителем мощности 7 и новая запись собственного сигнала в линию задержки 6. Количество n новых записей и, соответственно, излучений, определяется генератором 9 управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел, причём перед каждым периодом переизлучения встроенный датчик случайных чисел производит новую равновероятную выборку случайного числа из исходно заданного разрешённого интервала. Сигнал, накопленный в линии задержки, многократно (n раз) после усиления усилителем мощности 7 излучается переизлучающей антенной 8. Поскольку сигнал повторяется n раз, длительность этого состояния (периода переизлучения) составляет nТ и является случайной величиной, так как число n получено от датчика случайных чисел, встроенного в генератор 9 управляющих сигналов.
Число n выбирается случайным для того, чтобы помеховый сигнал не имел характера периодической импульсной помехи, а для непериодических импульсных помех алгоритмы противодействия разработаны значительно хуже, чем для периодических.
В третьем состоянии генератор 9 управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел удерживает ключи к1, к2 и к3 в разомкнутом состоянии. Длительность этого состояния равна защитному временному интервалу и выбирается из соображений релаксации возможных отражённых сигналов. Защитный интервал необходим для защиты от самовозбуждения через «посредника», то есть из-за сигнала от отражающих препятствий на пути распространения сигнала блокировки.
Для организации защитного временного интервала генератор управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел вновь разрешает приём сигналов с задержкой на временной интервал, необходимый для релаксации переотражённых сигналов. Таким образом, приём сигнала возобновляется по истечении защитного временного интервала, начинающегося в момент завершения периода переизлучения.
Самовозбуждение системы, не связанное с взаимным расположением антенн, происходит по следующей причине. Сигнал после излучения начинает распространяться в пространстве. По ходу распространения возможно наличие отражающего препятствия. Сигнал отражается от препятствия и возвращается обратно в зону расположения приёмной антенны блокиратора. Естественно, что этот сигнал задержан относительно излучаемого сигнала на время, определяемое скоростью света и расстоянием до отражающего препятствия, а уровень этого сигнала связан с коэффициентом отражения и расстоянием до препятствия. Если задержанный, отражённый от препятствия сигнал превышает по уровню сигнал от абонентских терминалов (базовых станций) и попадает во временное окно приема сигнала для блокировки, то в линии задержки 6 (или каком-либо ином виде памяти) вместо полезного сигнала запоминается переизлученный отражённый от препятствия сигнал. Переизлучение такого сигнала не выполняет функцию блокировки (утрачена корреляционная связь помехового и блокируемого сигналов). Кроме того, если объект блокировки прекратил попытки организации связи, циклическая генерация продолжается, так как на приёмную антенну продолжает поступать отражённый от препятствия задержанный сигнал, и система путает этот сигнал с полезным, который требуется блокировать, и вновь генерирует сигнал, что при отсутствии устройства, которое необходимо заблокировать, является автогенерацией (самовозбуждением).
По истечении защитного временного интервала устройство возвращается к первому состоянию, и описанная последовательность состояний повторяется.
Таким образом, когда происходит приём и накопление сигнала в линию 6 задержки, переизлучение не происходит, когда же происходит переизлучение – отсутствует приём.
Кроме того, для более надёжного сохранения работоспособности, то есть для борьбы с негативным эффектом автогенерации, связанным с возможным наличием отражающих препятствий на пути распространения блокирующего сигнала, предлагается ввести дополнительный защитный интервал (после излучения помехового сигнала система не сразу переводится в режим приёма, то есть набора сигнала в память, а по истечении защитного интервала, длительность которого выбирается из соображений релаксации возможных отражённых сигналов).
Результатом введения защитного интервала между переизлучением и приёмом является невозможность потери работоспособности способа при любом расположении отражающих объектов относительно приёмных и передающих антенн.
Заявленный способ был опробован образом, аналогичным тестированию по патенту прототипу.
Сначала была собрана схема, представленная в Евразийском патенте № 006784, описывающем прототип. Фильтр был настроен на полосу частот 2110-2170 МГц, то есть проверка проводилась в диапазоне UMTS (downlink). Частота генератора псевдослучайной последовательности была установлена равной 5 кГц. Мощность, подводимая к переизлучающей антенне, составляла 30 дБм (1 Вт), а чувствительность по входу – минус 60 дБм. Применялись штыревые диапазонные (2110-2170МГц) приёмная и переизлучающая антенны с круговой диаграммой направленности. Переизлучающая антенна была установлена в центре ровной плоской площадки (поле) на открытом пространстве, а приёмная на расстоянии 50 м от передающей (край выбранной площадки размером 50х50 м). В качестве тестового устройства выбран смартфон Huawei SmartZ, принудительно установленный в режим «только 3G». Производились многократные попытки установки соединения как по активности тестового устройства, так и по инициативе внешнего абонента. Различия в результатах не наблюдалось.
Были получены следующие результаты эксперимента: зона уверенной блокировки – в радиусе 11 м от установленной переизлучающей антенны; зона неустойчивой связи – радиус от 11 до 15 м; зона устойчивой связи – далее 15 м от позиции переизлучающей антенны.
При приближении приёмной антенны к месту расположения переизлучающей на расстояние меньшее 25 м блокиратор переходил в режим самовозбуждения и прекращал выполнение функции блокирования.
Затем было собрано устройство по заявляемому способу. Параметры усилителей, фильтров, антенн, а также исходное расположение приёмной и переизлучающей антенн были установлены такими же, как и в первом эксперименте. Были рассмотрены два варианта настройки собранного устройства.
В первом варианте значение числа n было выбрано детерминированным и равным 4 (4 цикла переизлучения на один цикл набора, то есть поражение 80% сигнала импульсной регулярной помехой). Был установлен нулевой защитный интервал. Такая схема была собрана для анализа работоспособности способа по патенту США № 4103237, а поражение сигнала помехой на 80% было применено исходя из описанных в этом патенте рекомендаций.
Были получены следующие результаты: зона уверенной блокировки – в радиусе 8 м от установленной переизлучающей антенны; неустойчивой связи – от 8 до 11 м; устойчивой связи – далее 11 м.
При сближении антенн характеристики зоны блокировки не изменялись вплоть до 1,5-метрового расстояния между ними (на этом расстоянии электромагнитная связь возникала в связи с недостаточным экранированием устройства).
При компактном расположении антенн друг относительно друга (на расстоянии от двух до трёх метров) и переносе всей конструкции на площадку, от которой на расстоянии 30 м расположен высокий цельнометаллический забор, был получен результат самовозбуждения через «посредника», то есть устройство потеряло устойчивость и, соответственно, работоспособность.
Во втором варианте n выбиралось случайно и равновероятно из алфавита 2; 3; 4; 5; 6. Защитный интервал был выбран равным одной двадцатой части от времени задержки сигнала в линии задержки. Среднее поражение сигнала помехой и в этом случае составило 80%, но помеха из импульсной регулярной превратилась в импульсную со случайной длительностью импульса.
Были получены следующие результаты: зона уверенной блокировки – в радиусе 10 м от установленной переизлучающей антенны; неустойчивой связи – от 10 до 14 м; устойчивой связи – более 14 м.
При сближении антенн характеристики зоны блокировки не изменялись, как и в случае фиксированного числа n.
При компактном расположении антенн друг относительно друга (на расстоянии от двух до трёх метров) и переносе всей конструкции на площадку, от которой на расстоянии 30 м расположен высокий цельнометаллический забор, результат самовозбуждения через «посредника» получен не был, так же он не был получен и во множестве других расположений устройства относительно отражающего препятствия.
Таким образом, способ блокировки сотовой связи с защитой от самовозбуждения по дальности уверенной блокировки (то есть по эффективности) лишь немного уступает способу прототипу (на 9 %), значительно выигрывает относительно US № 4103237 (на 25 %). Устройство не переходит в режим самовозбуждения как при сближении приёмной и переизлучающей антенн, так и при наличии отражающих электромагнитные волны препятствий, то есть может быть применено на любых территориях.
1. Способ блокировки сотовой связи, включающий прием широкополосного сигнала в течение времени Т, обработку сигнала, включающую усиление принятого сигнала и манипулирование по фазе по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности, производимое с принятым и усиленным сигналом в масштабе реального времени с сохранением спектра переизлученного сигнала в пределах полосы разрешенных частот, и переизлучение обработанного сигнала, отличающийся тем, что обработанный упомянутым образом сигнал запоминают в линии задержки для последующего переизлучения, во время переизлучения прием сигнала не осуществляют, задержанный сигнал переизлучают n раз в периоде переизлучения длительностью nT, при этом n является случайным целым числом, принимающим равновероятное значение от минимального до максимально допустимого и выбираемым перед началом каждого периода переизлучения, затем прием сигнала возобновляют по истечении защитного временного интервала после завершения периода переизлучения.
2. Способ по п. 1, в котором принятый широкополосный сигнал представляет собой сигнал от нескольких базовых станций или абонентских терминалов.
3. Устройство блокировки сотовой связи для реализации способа по любому из пп. 1 или 2, содержащее приемную антенну, входной управляемый аналоговый ключ, входной полосовой фильтр, нормирующий высокочастотный усилитель, управляемый фазовый коммутатор, генератор управляющей псевдослучайной последовательности, выходной усилитель мощности, передающую антенну, линию задержки, генератор управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел, выходной управляемый аналоговый ключ и управляемый аналоговый ключ в обратной связи линии задержки, при этом выход приемной антенны через входной управляемый аналоговый ключ соединен с входом входного полосового фильтра, выход которого соединен с входом нормирующего высокочастотного усилителя, выходы которого соединены с высокочастотными входами управляемого фазового коммутатора, управляющий вход управляемого фазового коммутатора соединен с генератором управляющей псевдослучайной последовательности, выход управляемого фазового коммутатора через линию задержки и через выходной управляемый аналоговый ключ соединен с выходным усилителем мощности, выход которого подключен к передающей антенне, управляемые аналоговые ключи соединены с генератором управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел и управляются им, при этом функция выбора числа n реализуется посредством управляемого аналогового ключа в обратной связи линии задержки и управляемого сигналом с соответствующего выхода генератора управляющих сигналов с встроенным датчиком случайных чисел.
