СПОСОБ БЛОКИРОВКИ СОТОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 2021 года по МПК H04K3/00 H04W48/04 

Изобретение относится к области радиотехники, занимающейся созданием искусственных помех радиосвязи. Изобретение может быть использовано для блокировки прохождения информационных потоков в радиосетях связи и передачи данных с макро и микросотовой структурой.

Повсеместное проникновение сотовой связи позволяет легко использовать соответствующие каналы связи в качестве каналов утечки информации. Поэтому остро встаёт вопрос об эффективном способе блокировки сотовой связи из выделенных помещений.

Способы блокировки сотовой связи должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

– нельзя вносить необратимые изменения в блокируемые (абонентские) устройства;

– блокировка сотовой связи не должна влиять на функционирование любых других электронных систем, находящихся как в зоне контроля, так и вне её.

Известен способ создания ретрансляционных помех по патенту РФ № 2123238. Этот аналог включает в себя: усиление принятого широкополосного сигнала, выделение участков спектра, поражённых помехами и исключение их из спектра сигнала, запоминание полученного сигнала с последующим циклическим переизлучением и манипулированием по фазе по закону низкочастотной бинарной псевдослучайной последовательности. Однако для осуществления блокировки большого количества устройств сотовой связи, размещенных в зоне контроля, необходимо соответствующее количество каналов фильтрации и запоминания в устройстве блокирования, что приводит к чрезвычайно высокой сложности, вплоть до невозможности в масштабе реального времени реализации данного способа, или требует значительных аппаратно-программных ресурсов для реализации.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому является способ локального подавления мобильной связи (евразийский патент № 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 производят с принятым и усиленным сигналом в реальном времени, а спектр переизлучаемого сигнала сохраняют в пределах полосы разрешённых частот.

Фаза помехового сигнала меняется с низкой частотой и либо точно совпадает с фазой принимаемого, либо отличается на 180 градусов. Поэтому способ-прототип не позволяет надёжно заблокировать сотовую связь в зоне контроля (зоне блокировки). Как следствие, суперпозиция помехового и основного сигналов на приёмной стороне имеет отличие от чистого сигнала на детерминированный сдвиг фазы с двумя фиксированными значениями, пусть и определяемыми случайным образом в случайные моменты времени.

Псевдослучайная последовательность, определяющая скачки фаз, является низкочастотной, в связи с этим вносимые ошибки носят групповой характер (десятки-сотни бит информации). Так как фазовый сдвиг для всей группы ошибок одинаковый, существуют возможности откорректировать внесённые в полезный сигнал ошибки программным способом. Например, можно внести в передаваемый сигнал некоторую избыточность дополнительными специальными последовательностями и, восстанавливая эти последовательности, вычислять внесённый сдвиг фаз и, как следствие, – корректировать ошибки. Существуют и другие способы коррекции ошибок такого рода. При внесении детерминированной фазовой помехи группы фазовых сдвигов (в данном случае две модификации фазы) долгое время сохраняют устойчивость (в зависимости от взаимных перемещений приёмника и передатчика). Это означает, что вычисленная ошибка применима для коррекции достаточно длительное время (сотни миллисекунд - десятки секунд).

Задачей данного изобретения является повышение надёжности блокировки сотовой связи в определенной зоне при отсутствии влияния на абонентские терминалы сотовых сетей, находящиеся вне зоны блокировки, а также на электронные устройства в зоне блокировки, не являющиеся абонентскими терминалами сотовых сетей.

Указанная задача решается посредством способа блокировки сотовой связи, включающего усиление принятого широкополосного сигнала, излучаемого абонентским устройством, его переизлучение с внесением изменения фазы по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности в реальном времени с сохранением спектра в пределах разрешённых частот абонентского устройства, отличающегося тем, что изменение фазы в переизлучаемом сигнале выполняют на случайное значение, при этом случайное значение выбирают из множества значений последовательности, находящихся в диапазоне от 0 до (n-1)*2р/n и отстоящих друг от друга с шагом 2р/n, причем n представляет собой целое число, а низкочастотная псевдослучайная последовательность, определяющая значение сдвига фаз, принимает n значений в интервале от 0 до n-1.

Для изменения фазы в переизлучаемом сигнале могут использовать управляемый многопозиционный фазовый коммутатор и генератор управляющей псевдослучайной последовательности, при этом управляемый многопозиционный фазовый коммутатор выполнен с возможностью управления от генератора управляющей псевдослучайной последовательности.

В предлагаемом способе блокировки сотовой связи изменение фазы формируемого помехового сигнала производится не путём манипуляции фазой (как в прототипе, где два значения: 0 градусов и 180 градусов), а путём многопозиционной фазовой модуляции (n значений фазы с интервалом 2р/n), при этом псевдослучайная последовательность, управляющая выбором фазового сдвига, является не бинарной (два значения, 0 или 1), а может принимать n различных значений (каждое значение псевдослучайной последовательности может принимать одно из n значений от 0 дo n-1).

Это позволяет создать помеховый сигнал, фильтрация которого на приёмной стороне значительно сложнее как в программной, так и в аппаратной реализации, чем фильтрация помехи с двумя значениями фазового сдвига.

Кроме того, дополнительным результатом является то, что реализация предлагаемого способа увеличивает радиус зоны блокировки сотовой связи при сохранении остальных параметров, так как радиус зоны блокировки (для блокираторов ретрансляционного типа) является функцией от уровня принятого для переизлучения сигнала и количества вносимых ошибок: если на каком-то радиусе зоны блокировки уровня принятого сигнала уже не хватает для блокировки с использованием фазовой манипуляции, то метод многопозиционной модуляции (больше вносимых ошибок) эффективен на более слабом сигнале, то есть имеет большую дальность блокирования. Увеличение радиуса зоны блокирования подтверждено экспериментально. Вследствие этого повышается надежность блокировки.

Заявленный способ позволяет производить подавление сотовой связи, привнося в блокируемый сигнал максимальное количество некорректируемых ошибок.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство для реализации способа содержит приемную антенну 1 для приема сигнала, входной полосовой фильтр 2, высокочастотный усилитель 3, управляемый многопозиционный фазовый коммутатор 4, генератор 5 управляющей псевдослучайной последовательности, выходной усилитель мощности 6 и переизлучающую антенну 7. При этом выход приемной антенны 1 соединен с входом входного полосового фильтра 2, выход которого соединен с входом высокочастотного усилителя 3, выход которого соединен с высокочастотным входом управляемого многопозиционного фазового коммутатора 4. Управляющий вход управляемого многопозиционного фазового коммутатора 4 с возможностью получения управляющего сигнала соединен с генератором 5 управляющей псевдослучайной последовательности, выход управляемого многопозиционного фазового коммутатора 4 соединен с выходным усилителем мощности 6 и переизлучающей антенной 7 для излучения переизлучаемого сигнала.

Отличие от устройства, реализующего способ-прототип, состоит в том, что управляющий коммутатором 4 генератор 5 выполнен с возможностью генерирования управляющей псевдослучайной последовательности из множества значений последовательности, находящихся в диапазоне от 0 до (n-1)*2р/n и отстоящих друг от друга с шагом 2р/n, причем n представляет собой целое число. При этом фазовый коммутатор 4 является многопозиционным, т.е. выполнен с возможностью изменения фазы сигнала на случайное определенное генератором 5 управляющей псевдослучайной последовательности значение из множества значений последовательности.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Направленной приемной антенной 1 (это может быть и группа направленных антенн, необходимая для создания сложных границ зоны контроля, т.е. зоны блокировки сотовой связи) принимают излучаемый из зоны блокировки сигнал абонентского терминала.

Принятый антенной 1 сигнал от абонентского терминала проходит необходимую диапазонную фильтрацию входным полосовым фильтром 2 и усиливается нормирующим высокочастотным усилителем 3, после чего поступает на высокочастотный вход управляемого многопозиционного фазового коммутатора 4.

На управляющий вход фазового коммутатора 4 поступает управляющий сигнал от генератора 5 управляющей псевдослучайной последовательности.

В зависимости от значения управляющего сигнала, действующего на управляющем входе фазового коммутатора 4, на высокочастотном выходе фазового коммутатора 4 формируется сигнал, сдвинутый по фазе относительно входного на угол k*2π/n, где n – количество возможных значений управляющей псевдослучайной последовательности, а k – целое число, определяющее значение этой последовательности в текущий момент времени.

Например, если псевдослучайная последовательность может принимать одно из 12 значений (от 0 до 11), то сдвиг фазы выходного сигнала фазового коммутатора 4 относительно сигнала на высокочастотном входе определится, как k*30°. Полученный с высокочастотного выхода многопозиционного фазового коммутатора 4 сигнал усиливается выходным усилителем мощности 6 и излучается переизлучающей антенной 7.

Благодаря наличию генератора 5 многопозиционной псевдослучайной последовательности и коммутатора 4, управляющего фазой, удаётся получить сигнал помехи с переменным значением фазового сдвига относительно собственного сигнала блокируемого устройства, причем это значение не бинарно, а случайным образом принимает одно из n значений, где n – количество значений управляющей псевдослучайной последовательности.

На антенну базовой станции поступает сигнал от блокируемого абонентского устройства и сигнал помехи от переизлучающей антенны 7 устройства, реализующего заявленный способ. Смесь блокируемого и блокирующего сигналов поступают на дальнейшую обработку, т.е. на обработку в аппаратуру базовой станции поступает сигнал, «поражённый» фазовой помехой. При этом неизбежны групповые ошибки (количество символов в группе определяется отношением длительности такта применяемой псевдослучайной последовательности к длительности информационного бита), причём, если при бинарной фазовой манипуляции ошибки легко могут быть скорректированы относительно простыми алгоритмами коррекции, то при многопозиционной фазовой манипуляции алгоритмы коррекции многократно усложняются, что значительно повышает вероятность обрыва связи уже на стадии организации соединения.

Заявляемый способ был опробован образом, аналогичным тестированию способа по патенту-прототипу.

Сначала была собрана схема, представленная в евразийском патенте № 006784, описывающем прототип. Фильтр был настроен на полосу частот 1920-1980 МГц, т.е. проверка проводилась в диапазоне UMTS (uplink). Частота генератора псевдослучайной последовательности была установлена равной 5 кГц. Мощность, подводимая к переизлучающей антенне, составляла 30 дБм (1 Вт), а чувствительность по входу (с приемной антенны) – минус 60 дБм. Применялись штыревые диапазонные (1920 - 1980 МГц) приемная и переизлучающая антенны с круговой диаграммой направленности. Приемная антенна была установлена в центре контролируемого помещения (зал для статических испытаний авиационных конструкций 90*70 м), переизлучающая антенна – на крыше ангара. В качестве тестового устройства выбран смартфон Huawei P Smart Z, принудительно установленный в режим «только 3G». Производились многократные попытки установления соединения как по активности тестового устройства, так и по активности внешнего абонента (различие в результатах не наблюдалось).

Были получены следующие результаты эксперимента: зона уверенной блокировки – в радиусе 11 метров от установленной приёмной антенны (из нескольких сотен попыток установления связи успешных соединений не произошло); зона неустойчивой связи – радиус от 11 до 15 метров (установление связи возможно, но она носит неустойчивый характер с возможностью обрыва в произвольный момент времени); зона устойчивой связи – далее 15 метров от места расположения приёмной антенны.

Затем была собрана схема, соответствующая схеме заявляемого способа (фиг. 1). Параметры усилителей, фильтров, антенн, а также расположение приёмной антенны 1 и передающей антенны 7 были установлены такими же, как и в первом эксперименте. Отличие заключалось только в модуляционной схеме. Был применён фазовый коммутатор 4 на 16 значений сдвига фаз и генератор 5 псевдослучайной последовательности с той же частотой генерации (5 кГц) с числовыми значениями k на выходе, находящимися в диапазоне от 0 до 15. Результаты эксперимента следующие: зона уверенной блокировки – в радиусе 19 метров от места установки приёмной антенны 1; зона неустойчивой связи – в радиусе от 19 до 26 метров; зона устойчивой связи – далее 26 метров от места расположения приёмной антенны.

Таким образом, по радиусу блокировки предлагаемый способ в 1,7 раза эффективнее способа-прототипа. Технический результат заключается в том, что способ позволяет обеспечить более надёжную блокировку сотовой связи в охраняемой зоне, при этом вне зоны блокировки влияния на сотовую связь отсутствует. Дополнительный технический результат состоит в увеличении размера зоны блокировки при тех же параметрах связи, т.е. при тех же характеристиках и условиях работы терминала и станции мобильной связи, усилителей, фильтров, антенн, при том же расположении приёмной и передающей антенн.

Изобретение относится к области радиотехники, занимающейся созданием искусственных помех радиосвязи. Технический результат состоит в увеличении размера зоны блокировки и повышении надежности блокировки. Заявленный способ блокировки сотовой связи включает усиление принятого широкополосного сигнала, излучаемого абонентским устройством, его переизлучение с внесением изменения фазы по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности в реальном времени с сохранением спектра в пределах разрешённых частот абонентского устройства. Изменение фазы в переизлучаемом сигнале выполняют на случайное значение, которое выбирают из множества значений последовательности, находящихся в диапазоне от 0 до (n-1)*2/n и отстоящих друг от друга с шагом 2/n, а низкочастотная псевдослучайная последовательность, определяющая значение сдвига фаз, принимает n целых значений в интервале от 0 до n-1. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ блокировки сотовой связи, включающий усиление принятого широкополосного сигнала, излучаемого абонентским устройством, его переизлучение с внесением изменения фазы по закону низкочастотной псевдослучайной последовательности в реальном времени с сохранением спектра в пределах разрешённых частот абонентского устройства, отличающийся тем, что изменение фазы в переизлучаемом сигнале выполняют на случайное значение, при этом случайное значение выбирают из множества значений последовательности, находящихся в диапазоне от 0 до (n-1)*2/n и отстоящих друг от друга с шагом 2/n, а низкочастотная псевдослучайная последовательность, определяющая значение сдвига фаз, принимает n целых значений в интервале от 0 до n-1.

2. Способ по п. 1, в котором для изменения фазы в переизлучаемом сигнале используют управляемый многопозиционный фазовый коммутатор и генератор управляющей псевдослучайной последовательности, при этом управляемый многопозиционный фазовый коммутатор выполнен с возможностью управления от генератора управляющей псевдослучайной последовательности.

3. Способ по п. 1, в котором прием шарокополосного сигнала осуществляют с использованием множества направленных приемных антенн, предварительно ориентированных так, чтобы установить зону блокирования сотовой связи.

4. Способ по п. 1, в котором переизлучение сигнала осуществляют с использованием множества направленных переизлучающих антенн, предварительно ориентированных так, чтобы установить зону блокирования сотовой связи.