СПОСОБ РАДИОПОДАВЛЕНИЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04K3/00 G01S7/38 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике создания искусственных помех 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. Кроме того, заявленный способ может использоваться в качестве способа имитации помехового сигнала при наладке и оценке пропускной способности вышеупомянутых сетей.

Известен способ формирования радиопомех: Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Военное издательство, 1989. - C. 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 раиосигнала. Однако указанный аналог имеет следующий недостаток - он обеспечивает подавление радиопомехами только радиолин, абоненты которой работают на одной частоте в симплексном режиме (поочередная работа приемопередатчиков источника и получателя сообщения) и не способе надежно подавлять современные системы связи, использующие эффективные методы борьбы с замирениями 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 EP 0293167 A2, опубликованный 30.11.88, бюл. 88/48, МПК H 04 K 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 современные системы связи, использующие разнесение по частоте каналов приема и передачи сообщений.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ радиоподавления каналов связи по патенту РФ N 2104616, от 10.02.98., МПК H 04 K 3/00, опубл. 10.02.98., бюл. N 4, RU 2104616 C1.

Способ-прототип 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-прототип позволяет снизить затраты времени излучения радиопомех на одной частоте и использовать высвободившийся ресурс для подавления других источников излучения. Повышение эффективности (под эффективностью подавления в способе-прототипе понимается достижение заданной степени подавления канала связи при минимально необходимых для этого энергетических затратах) создания помех в способе-прототипе достигается за счет формирования правила излучения радиопомех, которое учитывает особенности протоколов доступа к каналу передачи сообщений.

Недостатком способа-прототипа является низкая эффективность подавления современных сетей связи с макро- и микросортовой 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). Это обусловлено следующими обстоятельствами:
малые длительности (10-100 мс) сообщений в современных системах связи и значительные аппаратные задержки (0,5 - 1,0 с) станций помех, делают невозможным создание ответных помех в коротком интервале времени излучения служебного сообщения о переходе на другую пару рабочих частот;
значительные временные затраты на поиск излучений приемопередатчиков, ушедших из-под помех, не позволяют своевременно обнаружить и сорвать передачу сообщений между абонентами;
невозможно одновременное подавление одним передатчиком обоих каналов связи (прямого и обратного), разнесенных по частоте, что не позволяет надежно заблокировать передачу служебных сигналов несущих информацию об ухудшении качества одного из каналов, которая может послужить основание для принятия решения о переходе на другую пару рабочих частот.

Целью данного изобретения является разработка способа радиоподавления каналов связи, обеспечивающего избирательное (не мешающее другим пользователям сети) радиоподавление абонентов с заданным номером пользующихся услугами современных цифровых сетей (систем) связи, которые в соответствии с концепцией интеллектуальной цифровой сети связи с макро- и микросотовой структурой используют 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).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе радиоподавления каналов связи, включающем прием сигналов источника излучения, определение его параметров (несущая частота, вид модуляции, ширина спектра сигнала), формирование сигналов управления режимом передачи и структурой модулирующих помеховых напряжений, модуляцию, усиление и изучение в эфир помехового сигнала на частоте источника излучения, цифровой сигнал источника излучения принимают многократно на частотах общего канала сигнализации - f_окс и вызывного канала - f_вк. В каждом цикле приема на обоих частотах определяют номер абонента, с которым инициализируется текущий сеанс связи, а также значения пары сопряженных частот приема f_i и передачи f_j, назначенных абоненту для проведения текущего сеанса связи, где i, j = 1,2,3,.... Затем запоминают эти частоты. Причем помеховый сигнал в пределах цикла подавления излучают одновременно на каждой из сопряженных частот только для той пары сопряженных частот, которая выделена для проведения текущего сеанса связи абоненту с заданным номером. Для определения номера абонента, а также пары сопряженных частот приема f_i и передачи f_j, записывают принимаемое служебное сообщение побитно. Затем из этого сообщения выделяют информационную часть, из которой считывают абонентский номер и значение номера частотного канала, назначенного для передачи сообщений в текущем сеансе связи. После этого присваивают номеру этого частотного канала соответствующее значение рабочей частоты приема f_i. Значение частоты передачи f_j, назначенное для обратной передачи сообщений, вычисляется по выражению f_j= f_i-Δf, , где Δf - частотный разнос между частотами приема и передачи.

Указанная новая совокупность существенных признаков благодаря тому, что она учитывает информацию о номере абонента, а также информацию о том в каком частотном канале будет проходить текущий сеанс связи данного абонента (т.е. о двух разнесенных по частоте каналах передачи сообщений), передаваемую самой системой связи, позволяет:
сократить затраты времени, неизбежно необходимые в известных способах на поиск активных приемопередатчиков, и заменить этот процесс простой перестройкой передатчиков помех на известные частоты:
обеспечить избирательное подавление абонентов с заданным номером, не мешая при этом работе остальных пользователей сети;
обеспечить подавление канала связи абонента с заданным номером независимо от того кто является инициатором текущего сеанса связи (он вызывал или его вызывали);
своевременно подавить управляющие (рефлексивные или служебные) сообщения, несущие информацию об ухудшении качества канала связи и/или переходе на другую пару частот, и тем самым обеспечить надежное подавление дуплексного канала связи, лишив систему связи возможности вывода подавляемого канала из-под помех.

Приведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень"
Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 - 6.

На фиг. 2 поясняется работа предлагаемого способа при подавлении каналов связи современных систем, использующих частотное разнесение между каналами прямой и обратной передачи;
на фиг. 3 поясняется работа современной системы связи с микро- и макросотовой структурой, 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. 4 показан порядок инициализации сеанса связи со стороны базовой станции - А, и порядок инициализации сеанса связи со стороны мобильной станции - Б;
на фиг. 5 показана блок-схема станции помех, реализующей заявленный способ радиоподавления каналов связи;
на фиг. 6 показана структура кадра, передаваемого базовой станцией в общем канале сигнализации и вызывном канале при управлении абонентскими приемопередатчиками.

Возможность реализации заявленного способа радиоподавления современной цифровой сети связи с макро- и микросотовой структурой объясняется следующим. Известно, что для управления работой абонентов в таких сетях используется общий канал сигнализации (ОКС). В этом канале, работающем на специально выделенной для него частоте f_k, передается вся служебная информация управления абонентскими приемопередатчиками (см. фиг. 3, 4А и фиг. 6). Частота излучения базовых станций (БС) при разносе между соседними каналами в 25 кГц определяется по формуле:
f_i = f_БCmin +(n_i-1)•0,025 [МГц],
где n_i = 1,2,3,... - номер канала связи;
f_БCmin - начальная частота диапазона излучения базовых станций,
т. е. частоты каналов пронумерованы слева на право по частотной оси (от минимального значения к максимальному значению частоты). Частота диапазона излучения мобильных станций (МС) определена жестким дуплексным разносом Δf и может быть рассчитана двумя способами: либо по выражению f_j= f_i-Δf; либо по формуле
f_j = f_MCmin+(n_j-1)•0,025 [МГц],
где n_j = 1,2,3,... - номер канала связи;
f_MCmin - начальная частота диапазона излучения мобильных станций.

Доступ к рабочим каналам в такой системе связи возможен только в пределах заявленной емкости в соответствии с частотным планом.

Для реализации соединения БС с мобильным абонентом на БС организуется постоянное излучение ОКС.

Служебные кадры, передаваемые в ОКС и состоящие из N бит данных, содержат номер вызываемого абонента (X1-X7), номер канала, назначенного абоненту для данного сеанса связи, (N1-N3) и другую служебную информацию: P; Y1, Y2; J1-J3 (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. Каждый абонентский приемопередатчик после включения питания автоматически настраивается на ОКС. Находясь в режиме дежурного приема, приемопередатчик постоянно принимает кадры ОКС на частоте f_k (см. фиг. 3), выделяет их информационную часть и проверяет ее на предмет совпадения номера вызываемого абонента (X1-X7) со своим собственным номером. При наличии выхода данному абоненту со стороны БС (т.е. при совпадении принятого и собственного номеров) происходит считывание назначенного для очередного сеанса связи номера канала (N1-N3) и пересчет этого номера в частоту f_i. Далее абонентский приемопередатчик уходит с ОКС и настраивается на выделенную для связи частоту приема f_i, на которой ему предоставляется соединение с абонентом, инициализировавшим вызов. Связь между абонентами осуществляется всегда через базовую станцию. Обмен информацией между базовой станцией и абонентскими приемопередатчиками осуществляется в дуплексном режиме. Значение сопряженной частоты передачи f_j (для абонентского приемопередатчика) вычисляется по формуле f_j= f_i-Δf. Имея информацию об обеих сопряженных частотах, абонентский приемопередатчик настраивает приемник на одну из них - f_i, а передатчик на другую - f_j. После окончания сеанса связи приемопередатчик автоматически возвращается на ОКС и ожидает нового вызова (до следующего цикла работы). Описанный порядок работы поясняется схемами, представленными на фиг. 3 и фиг. 4А.

Кроме описанного варианта инициализации сеанса связи после вызова мобильного абонента со стороны БС возможен и второй вариант проведения сеанса связи, вызванный проявлением активности одной из мобильных станций (МС).

Для реализации соединения между проявляющей активность МС и базовой станцией предусмотрен следующий механизм. В сети один из свободных приемопередатчиков базовой станции всегда выделяется для излучения в одном из свободных частотных каналов служебных сообщений (кадров), обозначающих свободный вызывной канал (см. фиг. 3). Как только какой-нибудь мобильный абонент начинает набор номера на своей МС (т.е. "снимает трубку"), его МС выходит из состояния дежурного приема ОКС и в автоматическом режиме осуществляет поиск и настройку на частоту свободного вызывного канала f_n. Как только процесс перехода с ОКС на вызывной канал завершается, МС передает на БС серию сообщений с запросом на соединение с требуемым абонентом. Структура данных сообщений аналогична структуре, представленной на фиг. 6. Приняв запрос от МС базовая станция дает подтверждение (структура сообщения аналогична уже описанной) и отдает этот канал для проведения текущего сеанса связи данной МС с вызываемым ею абонентом (другой МС). После этого на БС включается другой еще не задействованный (или уже освободившийся) приемопередатчик для обозначения свободного вызывного канала на другой частоте.

Указанная последовательность действий предложенного способа может быть реализована, например, с помощью станции помех, один из вариантов структурной схемы которой показан на фиг. 5. Прием сигналов в ОКС осуществляет приемник 3, в ВК - приемник 4. Они работают по командам устройства управления 1, подаваемым через блок обработки и мультиплексирования 2. Измерение параметров сигнала осуществляется по командам устройства управления 1 в устройстве обработки и мультиплексирования 2. В процессе обработки сигналов, принимаемых на частотах f_k и f_n, блок 2 автоматически демодулирует, декодирует, запоминает выделенную информационную часть принятых кадров и выдает команду устройству управления 1 о том, что буферы памяти блока 2 заполнены очередными сообщениями. Устройство управления 1, выполняя заложенный в него алгоритм работы, периодически контролирует наличие на выходе блока 2 команды о принятом и обработанном сообщении. Как только эта команда появляется, устройство управления 1 приостанавливает выполнение основной программы и запускает подпрограмму считывания из принятого кадра необходимой информации (номер канала, назначенного для очередного сеанса связи, номер вызываемого абонента и т.д.). Процесс считывания информации о номере частотного канала заключается в считывании первых 12 бит от начала кадра (1-3 квадрбиты), а процесс считывания номера абонента заключается в считывании квадрбит с 7 по 13 включительно. Процесс выполнения вызванной подпрограммы заканчивается запоминанием данных, необходимых для работы основного алгоритма, и подачей команды в блок 2, разрешающей сброс больше ненужного сообщения. Получаемая в результате наблюдения за данными частотами информация накапливается в устройстве управления 1. После окончания этапа сбора информации о характеристиках каналов связи (скорость передачи, длина передаваемых сообщений и т.д.) и сопряженных частотах устройство управления 1 формирует помеховую последовательность бит, запоминает ее и переходит к этапу радиоподавления.

Для излучения помех в цикле подавления сопряженных частот f_i и f_j в устройстве управления 1 формируются управляющие сигналы, задающие режим работы передатчиков 6 и 7. Процесс формирования сигнала, задающего режим работы передатчиков, включает: настройку передатчиков на обе из выбранных для подавления частот (f_i, f_j); формирование сигналов, устанавливающих в каждом из передатчиков вид модуляции, ширину спектра формируемой помехи, скорость передачи помехового сообщения и длительность цикла излучения помех. На этапе радиоподавления устройство управления 1 через блок 2 подает команды о настройке передатчиков 6 и 7 на выбранные для подавления частоты, выдает в блок 2 помеховую последовательность бит и длительность интервала времени, в течение которого эту последовательность следует излучать. Контроль состояния подавляемого канала связи осуществляется с помощью приемника 5 посредством подачи на него команд настройки на необходимую частоту.

В качестве устройств, реализующих перечисленные действия, могут быть использованы, например, серийно выпускаемые образцы: персональная IBM, совместимая вычислительная машина - устройство управления; приемное устройство, управляемое по стыку RS-232C, типа IC-R8500 или AR-3000A; передающее устройство, 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 - блок обработки и мультиплексирования [см. ADSP-2100 Family User's Manual Third Edition, September 1995. Analog Devices, Inc. Computer Products Division, Norwood, MA 02062-9106].

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике создания искусственных помех, и, в частности, может быть использовано для избирательного подавления пользователей современных радиосетей с макро- и микросотовой структурой. Кроме того, заявленный способ может использоваться в качестве способа имитации помехового сигнала при наладке и оценке пропускной способности вышеупомянутых сетей. Техническим результатом является разработка способа избирательного подавления абонента с заданным номером, обеспечивающего создание эффективных радиопомех, достигаемое за счет использования информации, передаваемой самой сетью в общем канале сигнализации и вызывном канале. Это достигается тем, что способ включает процессы многократного приема сообщений, передаваемых в перечисленных каналах, побитной записи служебных кадров, выделение их информационной части и считывание из нее номера абонента и значения номера канала, назначаемого для текущего сеанса связи, а также формирование помех одновременно на двух частотах. Благодаря использованию информации о канале связи удается избежать затрат времени на поиск требуемого канала связи, своевременно настроить передатчики помех на назначенные для связи частоты и подавить передачу информации в дуплексном канале связи абонента с заданным номером. Перечисленные меры позволяют обеспечить эффективное подавление отдельных пользователей современных систем связи с макро- и микросотовой структурой, не мешая при этом работе других абонентов сети. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ радиоподавления каналов связи, заключающийся в том, что принимают сигнал источника излучения, определяют его несущую частоту, вид модуляции и ширину спектра, формируют сигналы управления режимом передачи и структурой модулирующих напряжений, модулируют несущее колебание помеховым напряжением, усиливают промодулированный помеховый сигнал и излучают его, отличающийся тем, что сигнал источника излучения принимают многократно на частотах общего канала сигнализации - f_окс и вызывного канала - f_вк и в каждом цикле приема на обеих частотах определяют номер абонента, с которым инициализируется текущий сеанс связи, а также значение пары сопряженных частот приема fi и передачи fj, где i, j = 1, 2, 3, ..., назначенных абоненту для проведения текущего сеанса связи, запоминают эти частоты, а помеховый сигнал в пределах цикла подавления излучают одновременно на каждой из сопряженных частот только для той пары сопряженных частот (fi, fj), которая выделена для проведения текущего сеанса связи абоненту с заданным номером. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения номера абонента, а также пары сопряженных частот приема fi и передачи fj, назначенной данному абоненту для проведения текущего сеанса связи, записывают принимаемое сообщение побитно, выделяют его информационную часть и считывают из нее абонентский номер и номер частотного канала, назначенного для проведения сеанса связи данному абоненту, после чего присваивают номеру частотного канала соответствующее ему значение рабочей частоты приема fi, а значение частоты передачи fj вычисляют по формуле fj = fi-Δf, где Δf - частотный разнос между частотами приема и передачи.