способ радиоподавления каналов связи

Формула изобретения

Способ радиоподавления каналов связи, заключающийся в том, что многократно принимают сигнал источника излучения на частотах общего канала сигнализации f_окс и вызывного канала f_вк, определяют в каждом цикле приема на обеих частотах наличие номера заданного для подавления абонента, с которым инициируется текущий сеанс связи, и значения пары сопряженных частот приема f_i и передачи f_j абонента, назначенных ему для проведения текущего сеанса связи, запоминают их, формируют сигнал управления режимом передачи и структурой модулирующего напряжения, формируют помеховый сигнал путем модулирования несущего колебания модулирующим напряжением, усиливают помеховый сигнал и излучают его, отличающийся тем, что структуру модулирующего напряжения формируют в виде сигнала управления об окончании сеанса связи от имени заданного для подавления абонента, причем помеховый сигнал излучают только на частоте передачи _j этого абонента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике создания искусственных радиопомех и, в частности, может быть использовано для избирательного подавления пользователей современных радиосетей связи и передачи данных с макро- и микросотовой структурой, использующих дуплексный разнос частот настройки приемника и передатчика. К их числу, прежде всего, относятся известные системы сотовой связи первого поколения (см. Ратынский М. В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 1998, стр. 13-17). В рамках представленных материалов рассмотрению подлежат эфирные интерфейсы аналоговых систем сотовой связи. Кроме того, заявленный способ может использоваться в качестве способа имитации помехового сигнала при наладке и оценке пропускной способности вышеупомянутых систем.

Заявленный способ расширяет арсенал средств данного назначения.

Известен способ формирования радиопомех: Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М. : Военное издательство, 1989. -С. 34, рис. 2.11. Этот аналог включает в себя прием сигнала источника излучения, определение параметров этого сигнала (несущую частоту, вид модуляции и ширину спектра), формирование структуры модулирующего помехового напряжения, модуляцию сигнала возбудителя полученным модулирующим напряжением, усиление и излучение в эфир помехового радиосигнала. Однако указанный аналог имеет недостаток - он обеспечивает подавление радиопомехами только радиолинии, абоненты которой работают на одной частоте в симплексном режиме (поочередная работа приемопередатчиков источника и получателя сообщения) и не способен надежно подавлять современные системы связи, использующие эффективные методы борьбы с замираниями сигнала и помехами в канале связи, основанные на частотном разнесении каналов приема и передачи (дуплексный разнос по частоте между каналами прямой и обратной передачи).

Известен способ формирования радиопомех; Европатент ЕР 0293167 А2, опубликованный 30.11.88, бюлл. 88/48, МПК Н 04 К 3/00. Этот аналог включает прием сигнала источника излучения, определение частотных и структурных параметров этого сигнала (несущую частоту, длительность передачи, моменты начала и окончания передачи соседнего "дружественного передатчика"), формирование структуры модулирующего помехового напряжения, модуляцию сигнала возбудителя полученным модулирующим напряжением, усиление и излучение в эфир помехового радиосигнала только после окончания работы соседнего передатчика. Однако указанный аналог не обеспечивает подавление радиопомехами современных систем связи, использующих разнесение по частоте каналов приема и передачи сообщений.

Известен способ радиоподавления каналов связи по патенту РФ 2104616 от 10.02.98., МПК Н 04 К 3/00, опубл. 10.02.98., бюлл. 4, RU 2104616 C1.

Способ включает в себя прием сигнала источника излучения, определение его параметров и интенсивности работы источника сообщения на этой частоте, формирование структуры модулирующего напряжения, модуляцию сигнала возбудителя, усиление и излучение в эфир помеховых сигналов в соответствии с установленным распределением ресурса подавления (время излучения на одной частоте).

Способ позволяет снизить затраты времени излучения радиопомех на одной частоте и использовать высвободившийся временной ресурс для подавления других источников излучения. Повышение эффективности создания помех в способе достигается за счет формирования правила излучения радиопомех, учитывающего особенности протоколов доступа к каналу передачи сообщений.

Недостатком способа является низкая эффективность подавления современных сетей связи с макро- и микросотовой структурой, использующих способы защиты от помех на основе частотного разнесения каналов приема и передачи информации (см. Ламекин В.Ф. Сотовая связь - Ростов-на-Дону: "Феникс", 1997, с. 12). Под эффективностью подавления понимается степень достижения требуемого информационного ущерба при воздействии на канал связи преднамеренных помех (см. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. Изд. 2-е, перер. и доп. - М.: Военное из-во, 1989, стр. 11,12).

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ радиоподавления каналов связи по патенту РФ 2149512 от 4.02.1999, МПК Н 04 К 3/00, G 01 S 7/38, опубл. 20.05.2000., бюлл. 14.

Способ-прототип включает в себя многократный прием сигнала источника излучения на частотах общего канала сигнализации - f_окс и вызывного канала - f_вк, определение в каждом цикле приема на обеих частотах номера абонента, с которым инициируется текущий сеанс связи, а также значения пары сопряженных частот приема f_i и передачи f_j, где i, j = 1, 2, 3..., назначенных абоненту для проведения текущего сеанса связи, на которых излучаются и сигналы управления, запоминание этих частот, определение вида модуляции и ширины спектра сигнала, формирование сигнала управления режимом передачи и структурой модулирующих напряжений, модулирование несущего колебания помеховым напряжением, усиление промодулированного помехового сигнала, одновременное излучение помехового сигнала в пределах цикла подавления на каждой из сопряженных частот (f_i, f_j), выделенных для проведения текущего сеанса связи абоненту с заданным номером.

Способ-прототип позволяет обеспечить избирательное (не мешающее другим абонентам сети) радиоподавление абонентов с заданным номером.

Недостаток способа-прототипа состоит в том, что его реализация предполагает относительно высокие энергетические и материальные затраты. Это обусловлено следующими обстоятельствами: деструктивное воздействие на заданного абонента осуществляется путем подавления дуплексно-сопряженных каналов (прямого и обратного) связи с использованием двух передатчиков;

гарантированное подавление сигналов на линиях базовая станция - мобильный абонент и мобильный абонент - базовая станция предусматривает излучение оптимизированных помеховых сигналов значительной мощности Р_помехи > Р_сигн. Данная проблема особенно актуальна для каналов "базовая станция - мобильный абонент", где мощность излучения базовой станции может составлять до 50 Вт (см. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 1998. - 248 с.). Создание помехового сигнала с заданной энергетикой еще более усложняется в силу того обстоятельства, что базовые станции, как правило, разворачиваются на главенствующих высотах (на крышах наиболее высоких зданий).

Целью данного изобретения является разработка способа подавления каналов связи, обеспечивающего избирательное радиоподавление абонентов с заданным номером с привлечением для этого минимальных материальных и энергетических ресурсов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе радиоподавления каналов связи, включающем многократный прием сигнала источника излучения на частотах общего канала сигнализации f_окс и вызывного канала f_вк, определение в каждом цикле приема на обеих частотах наличия номера заданного абонента, с которым инициируется текущий сеанс связи, и значения пары сопряженных частот приема f_i и передачи f_j абонента, назначаемых ему для проведения текущего сеанса связи, запоминание их, формирование сигнала управления режимом передачи и структурой модулирующего напряжения, формирование помехового сигнала путем модулирования несущего колебания модулирующим напряжением, усиление помехового сигнала и его излучение, структуру модулирующего напряжения формируют в виде сигнала управления об окончании сеанса связи для абонента с заданным номером, причем помеховый сигнал излучают только на частоте передачи f_j абонента с заданным номером.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что структура модулирующего напряжения формируется в виде сигнала управления об окончании сеанса связи от имени абонента с заданным номером, причем помеховый сигнал излучается только на частоте передачи f_j абонента с заданным номером, позволяет достичь цели изобретения - существенно снизить энергетические затраты на избирательное подавление абонентов с заданным номером, обеспечить скрытность деструктивного воздействия как для заданного абонента, так и для системы связи, упростить физическую реализацию способа.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого способа создания помех каналам связи, отсутствуют и, следовательно, заявляемый объект обладает свойством новизны.

Исследование известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа показало, что они не следуют явным образом из уровня техники, из которого не выявлена также известность влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного результата, что позволяет считать заявляемый объект соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 поясняется работа сотовой системы связи первого поколения, где показано взаимодействие приемопередатчиков базовой станции с группой пассивных абонентских станций, находящихся в режиме дежурного приема - 1, отдельных абонентских приемопередатчиков в активном режиме работы - 2 (Прм - приемник, Прд - передатчик), и активного приемопередатчика базовой станции, выделенного для обозначения свободного вызывного канала - 3 (выделен для соединения с проявляющими активность мобильными абонентами;

на фиг. 2 поясняется порядок взаимодействия базовой станции и приемопередатчика мобильного абонента при внешнем вызове;

на фиг.3 показан порядок завершения сеанса связи по инициативе мобильного абонента;

на фиг. 4 поясняется порядок взаимодействия базовой станции и приемопередатчика мобильного абонента при инициализации вызова последним;

на фиг.5 показана структурная схема станции помех, реализующей заявленный способ радиоподавления каналов связи;

на фиг.6 поясняется работа предлагаемого способа при подавлении сотовых систем связи первого поколения;

на фиг. 7 показана последовательность излучения помехового сигнала в стандарте NMT.

Возможность реализации заявленного способа радиоподавления современных систем с макро- и микросотовой структурой объясняется следующим.

Известно, что для управления работой абонентов в таких сетях используется общий канал сигнализации (ОКС) на специально выделенной частоте f_окс. Это справедливо для сотовых систем связи первого поколения (аналоговых). В этом канале передается вся служебная информация управления абонентскими приемопередатчиками (см. фиг.1, 2). Разнос между частотами излучения базовой станции (соседними каналами) является постоянной величиной и для разных стандартов составляет: 30 кГц (AMPS, NAMPS), 25 кГц (TACS), 25/20 кГц (NMT 450), 25/12,5 кГц (NMT 900), 25 кГц (NTT) и др. (см. Ратынский М.В. Основы сотовой связи /Под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 1998, стр. 195).

Частота излучений мобильных станций определяется жестким дуплексным разносом /f с частотой излучения базовой станции и для разных стандартов составляет 45 МГц (AMPS, NAMPS, NMT 900, TACS), 10 МГц (NMT 450), 55 МГц (NTT). Доступ к рабочим каналам в названных стандартах возможен только в пределах заявленной емкости в соответствии с частотным планом (см. Ламекин В.Ф. Сотовая связь. Ростов - на- Дону: Изд-во "Феникс", 1977. - 176 стр.).

Для реализации соединения базовой станции (БС) с мобильным абонентом (МА) организуется постоянное излучение ОКС.

Служебные кадры для разных стандартов сотовой связи отличаются друг от друга по структуре и объему, однако содержат, как правило, одну и ту же информацию: номер вызываемого абонента, номер канала, назначенного абоненту для данного сеанса связи, и другую служебную информацию (см. TIA/ELA Interim Standard. Base Station - Mobile Station Sompatibility Specification for 800 MHz Cellular, Auxiliary, and Residential Services. TIA/EIA/ IS - 91- A // Telecommunications Industry Association, November 1999. p. 128 - 145; NMT 450-1, 900-1 Nordic Mobile Telephone NMT DOC 450-1. System Description, March 1999. p. 26-35, 66).

Например, в стандарте NMT служебный кадр содержит 166 бит информации, из них 15 разрядов меандр, 11 разрядов - код Баркера (обеспечение синхронизации), 140 разрядов - информационное поле. В последнем: XI - Х7 номер абонента, N1 - N3 - номер канала, назначенного для данного сеанса связи, Р; Y1, Y2; J1-J3 и др. - тип сообщения и другая служебная информация (см. В.Ф. Ламекин. Сотовая связь. - Рнд.: "Феникс", 1997, с. 62, рис. 29). Служебные команды, предназначенные одному абоненту, могут состоять из нескольких кадров, передаваемых подряд.

При работе мобильного абонента возможны две ситуации: инициатива по организации связи принадлежит корреспонденту мобильного абонента (опосредовано через базовую станцию); инициатором связи является мобильный абонент. Рассмотрим эти ситуации применительно к особенностям выполнения операций предлагаемого способа.

Каждый абонентский приемопередатчик после включения питания автоматически настраивается на ОКС. Находясь в режиме дежурного приема, приемопередатчик постоянно принимает кадры ОКС на частоте f_окс (см. фиг.1, состояние 1), выделяет их информационную часть и проверяет на предмет совпадения номера вызываемого абонента (например, X1 - Х7) со своим собственным номером. При совпадении принятого и собственного номеров происходят считывание назначенного для очередного сеанса связи номера канала (N1 - N3) и пересчет этого номера в частоту f_i в соответствии с выражением

f_i = f_БСmin + (n_i - 1) ,

где n_i = 1, 2, 3,... - номер канала связи; f_БСmin - начальная частота диапазона излучения базовой станции; - полоса частот канала в МГц. Далее абонентский приемопередатчик уходит с частоты f_окс и настраивается на выделенную для связи частоту приема f_i. Связь между абонентами всегда осуществляется через базовую станцию. Обмен информацией между базовой станцией и абонентскими приемопередатчиками выполняется в дуплексном режиме. Значение сопряженной частоты передачи f_j, (для абонентского передатчика) находится следующим образом:

f_j = f_i - f

Имея информацию об обеих сопряженных частотах, абонентский приемопередатчик настраивает приемник на частоту f_i, а передатчик на другую - f_j. После этого осуществляется обмен информацией между абонентами.

Процедура окончания сеанса связи в заявленном способе может иметь две ситуации: инициатива окончания сеанса связи принадлежит корреспонденту мобильного абонента; инициатором окончания сеанса связи является сам мобильный абонент. Первая из них предполагает излучение на частоте f_i блока управляющей информации (об окончании сеанса связи) большой мощности Р_помехи 50 Вт. Данная задача трудно реализуема и в рамках предложенного способа рассмотрению не подлежит.

Вторая из них состоит в том, что инициатива окончания связи принадлежит мобильному абоненту. В этом случае в стандарте AMPS (IS - 54 В) передатчик абонента излучает блок служебной информации емкостью 463 бита со скоростью 20 кБод (см. TIA/ELA Interim Standard. Base Station - Mobile Station Sompatibility Specification for 800 MHz Cellular, Auxiliary, and Residential Services. TIA/EIA/ IS - 91- A // Telecommunications Industry Association, November 1999. p. 132, 133). Полоса частот излучения блока совпадает с полосой излучения аналогового сигнала. Блок имеет следующую структуру:

23 разряда - синхрокомбинация;

440 разрядов - мажоритарно кодированное информационное поле (свой номер, тип сообщения "отбой", код города, код коммутатора).

В стандарте NAMPS передается аналогичный блок информации. Отличие состоит в скорости ее передачи 205 Бод и в том, что она передается на поднесущей.

Более сложный алгоритм окончания сеанса связи имеет место в стандарте NMT. Завершение работы по инициативе мобильного абонента (выключение приемопередатчика) выполняется путем многократного обмена блоками служебной информации (метками линейной синхронизации) между абонентским приемопередатчиком и базовой станцией (см. NMT 450-1, 900-1 Nordic Mobile Telephone NMT DOC 450-1// System Description, March 1999. p. 29-32, 66). Данный процесс начинается с излучения передатчиком мобильного абонента на частоте f_j двух блоков по 166 бит каждый со скоростью 1200 Бод длительностью 138,3 мс (см. фиг. 3). Структура блока описана выше, в информационном поле номер трубки и сообщение типа "отбой" (метка линейной синхронизации N8). На данное сообщение базовая станция отвечает меткой линейной синхронизации N6 (аналогичный блок служебной информации). Отличие блока N6 от блока N8 состоит в номере абонента. Далее следует взаимный обмен блоками N8 трубки и N6 базовой станции. Процесс завершается излучением двух блоков N6 базовой станцией, что свидетельствует об отключении от базовой станции корреспондента, инициирующего данный сеанс связи.

Постоянный прием сигналов на частоте f_окс позволяет своевременно обнаружить начало сеанса связи заданного абонента, вскрыть значения пары сопряженных частот f_i и f_j. Формирование помехи в виде сигнала управления об окончании сеанса связи на частоте f_j, в стандарте AMPS, NAMPS (в информационном поле блока управления предварительно записывается номер заданного абонента и тип сообщения "отбой") приводит к отключению абонента от базовой станции, т. е. к срыву связи.

Для достижения аналогичного результата в стандарте NMT потребуется неоднократное, согласованное с излучениями базовой станции, передача метки линейного сигнала N8. При этом аналогично вышерассмотренному случаю в информационном поле блока должны быть сформированы номер абонента и тип сообщения "отбой".

Рассмотрим другую возможную ситуацию, когда инициатором связи является мобильный абонент. В данном случае реализация соединения между мобильной станцией и базовой станцией в системах сотовой связи первого поколения осуществляется следующим образом. В сети один из свободных приемопередатчиков базовой станции всегда выделяется для излучения в одном из свободных частотных каналов служебных сообщений и носит наименование свободный вызывной канал (см. фиг.1, состояние 3). Как только мобильный абонент начинает набор номера, его приемопередатчик выходит из состояния дежурного приема на частоте f_окс и в автоматическом режиме осуществляет поиск и настройку на частоту свободного вызывного канала (СВК) f_вк. После завершения процесса перехода с f_окс на f_вк передатчик мобильного абонента, например, системы NMT передает на базовую станцию серию (четыре блока 10В) сообщений с запросом на соединение с требуемым абонентом (см. фиг.4). Структура блоков служебной информации аналогична рассмотренным выше. Приняв запрос от мобильного приемопередатчика, базовая станция дает подтверждение 3В и отдает этот канал для проведения текущего сеанса связи мобильному абоненту с вызываемым ею абонентом 5 (1= 3). После этого абонентский терминал начинает передачу номера вызываемого абонента (сообщение 14а, 14в). Базовая станция подтверждает прием номера вызываемого абонента 5а и информирует о начале разговора (подключения) 20.

Постоянный прием сигналов на частоте вызывного канала f_вк обеспечивает своевременное обнаружение инициализации сеанса связи заданным мобильным абонентом. Временной интервал t, необходимый базовой станции на принятие решения на выделение абоненту вызываемого канала (частота f_вк становится f_i), достаточен для системы подавления на формирование помехового сигнала на дуплексно сопряженной частоте f_вк(f_j) в виде сигнала квитирования окончания речевого сообщения. Структура сообщения (а для стандарта NMT и структура цикла обмена "базовая станция - мобильный абонент") аналогична рассмотренным выше. Реакция системы на рассмотренное деструктивное воздействие будет состоять в отключении приемопередатчика заданного абонента от базовой станции.

Указанная последовательность действий предложенного способа может быть реализована, например, с помощью станции помех, один из вариантов структурной схемы которой приведен на фиг.5. Прием сигналов на частоте основного канала сигнализации f_окс осуществляется приемником 3, в вызывном канале f_вк - приемником 5. Управление блоками 3 и 5 выполняется с помощью устройства управления 1 через блок обработки и мультиплексирования 2. В процессе обработки сигналов, принятых на частотах f_окс и f_вк, блок 2 автоматически демодулирует, декодирует, запоминает информационную часть принятых блоков управляющей информации и сообщает устройству управления 1 о завершении цикла приема очередного блока. Устройство 1 считывает необходимую информацию (номер абонента, номер канала для очередного сеанса связи n_i), сравнивает с номером (номерами) заданного для подавления абонента и при совпадении определяет значения дуплексно сопряженных частот f_i и f_j. После этого блок 1 формирует команду на сброс (обнуление) информации в блоке 2.

На следующем этапе работы устройства блок управления 1 формирует структуру модулирующего напряжения в виде сигнала управления об окончании сеанса связи от имени абонента с заданным номером.

Для этого в информационном поле сигнала управления соответствующего стандарта сотовой связи записывается номер заданного абонента, номер текущего (используемого) канала связи, код сигнала "отбой", а также другие формальные его элементы. После этого устройство переходит к этапу подавления.

Для излучения помех в цикле подавления на частоте f_i, (см. фиг.6) в устройстве 1 формируются управляющие сигналы, задающие режим работы передатчика 6. Задача последних состоит в обеспечении настройки передатчика 6 на частоту f_j, устанавлении вида модуляции, скорости передачи помехового сообщения и его содержания, длительности цикла излучения, а при подавлении пользователя системы NMT синхронности излучения с сигналами базовой станции, соблюдении протокола излучений метки линейного сигнала 8 (см. фиг.3 и 7). Контроль состояния подавляемого канала связи осуществляется с помощью приемника 5. Если инициатива в организации связи принадлежит удаленному корреспонденту (опосредовано через базовую станцию), то после обнаружения факта вызова заданного абонента на f_окс устройство управления 1 дает команду приемнику 5 перестроиться на выделенную для связи частоту f_i. Если инициатива в организации связи принадлежит мобильному абоненту, тогда блок 1 дает команду приемнику 5 остаться на данной частоте, т.к. f_вк = f_i.

Излучение помехового сигнала Р_пом осуществляется в полосе аналогового сигнала Р_сиг (для большинства известных систем) при соблюдении неравенства

Р_пом > Р_сиг

Исключение составляют системы стандарта NAMPS, где помеховый сигнал излучается на поднесущей с соблюдением соотношения

Р_пом Р_сиг

Если по каким-либо причинам окончание сеанса связи не прошло, цикл подавления повторяется, но с большей помощью излучения помехового сигнала.

В предлагаемом способе положительный эффект по сравнению с прототипом достигается по энергетике станции помех. Получаемый при этом выигрыш косвенно может быть оценен как



где t_{под.прот} - время, необходимое для излучения помехи на частоте f_i, в способе-прототипе, t_под - время излучения помехового сигнала (блока управляющего сигнала об окончании сеанса связи) в предлагаемом способе.

Кроме того, не требует подавления прямой канал связи f_i, где мощность базовой станции может составлять 50 Вт. Его антенная система, как правило, размещается на доминантном по высоте здании. Создание деструктивного эффекта на частоте f_j предполагает использование передатчика помех с существенно большей мощностью и антенной системой, также размещаемой на крыше высотного здания, что является технически и организационно сложно реализуемой задачей. В свете вышесказанного, положительный эффект многократно возрастает. В станции помех отпадает необходимость во втором высокомощном передатчике помех и третьем приемнике.

Дополнительным положительным эффектом, достигаемым предлагаемым способом, является скрытность деструктивного воздействия на канал n_j как для системы связи, так и для заданного абонента. Абонент не будет связывать отсутствие связи с воздействием преднамеренных помех.

В качестве устройств, реализующих перечисленные действия, могут быть использованы, например, серийно выпускаемые образцы: персональная IBM, совместимая вычислительная машина - устройство управления 1; приемные устройства 3 и 5, управляемые по стыку RS-232С, типа IC-R8500, IC-R-7000, IC-R1000 или AR-3000A; передающее устройство 6, управляемое по стыку RS-232C, типа Icom IC-F310/F320, IC-F410/F420; цифровой сигнальный процессор типа ADSP-2100 и специализированные микросхемы к нему типа AD607 и другие - блок обработки и мультиплексирования 2 (см. ADSP-2100 Famaly User"s Manual Third Edition, September 1995. Analog Devices, Inc. Computer Products Division, Norwood, MA 02062 - 9106).