中心議題：

• 通信幹擾的基本原理
• 通信幹擾設備的係統硬件設計

解決方案：

• 音調幹擾基帶信號源模塊設計

1 引言

隨著無線電技術的迅速發展．恐(kong)怖(bu)組(zu)織(zhi)和(he)不(bu)法(fa)分(fen)子(zi)利(li)用(yong)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)實(shi)施(shi)高(gao)科(ke)技(ji)恐(kong)怖(bu)和(he)間(jian)諜(die)活(huo)動(dong)越(yue)來(lai)越(yue)猖(chang)獗(jue)，給(gei)國(guo)家(jia)安(an)全(quan)和(he)人(ren)民(min)生(sheng)活(huo)帶(dai)來(lai)諸(zhu)多(duo)不(bu)安(an)定(ding)因(yin)素(su)，更(geng)是(shi)對(dui)當(dang)前(qian)世(shi)界(jie)和(he)平(ping)穩(wen)定(ding)發(fa)展(zhan)的(de)大(da)環(huan)境(jing)提(ti)出(chu)挑(tiao)戰(zhan)。因(yin)此(ci)研(yan)究(jiu)抑(yi)製(zhi)信(xin)息(xi)犯(fan)罪(zui)的(de)電(dian)子(zi)對(dui)抗(kang)技(ji)術(shu)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。隨(sui)著(zhe)手(shou)機(ji)的(de)普(pu)及(ji)
，手(shou)機(ji)犯(fan)罪(zui)案(an)例(li)的(de)上(shang)升(sheng)
，當(dang)前(qian)通(tong)信(xin)製(zhi)式(shi)下(xia)的(de)手(shou)機(ji)幹(gan)擾(rao)亦(yi)成(cheng)為(wei)研(yan)究(jiu)的(de)熱(re)點(dian)。

2 基本原理

當前通信製式下
，基於FDMA/TDMA體製的GSM手機和基於CDMA體製的CDMA手shou機ji均jun是shi通tong過guo接jie收shou基ji站zhan發fa射she的de某mou一yi頻pin率lv的de電dian平ping信xin號hao實shi現xian通tong信xin。因yin此ci每mei一yi個ge手shou機ji接jie收shou機ji都dou有you一yi個ge抗kang幹gan擾rao容rong限xian，隻zhi要yao幹gan擾rao信xin號hao與yu幹gan擾rao目mu標biao使shi用yong相xiang同tong頻pin率lv且qie信xin號hao電dian平ping超chao過guo接jie收shou機ji的de抗kang幹gan擾rao容rong限xian
，就jiu使shi通tong信xin不bu能neng進jin行xing，從cong而er實shi現xian通tong信xin幹gan擾rao。

2．1 幹擾策略
（1）zaoshengganraoganraoxinhaozhanyongtongxinxitongdebufenhuozhenggepinpu，danshizhexieganraoxinhaozhizhuliuzaipinpudeyigedifang。ganraozaiboxinhaocaiyongsuijizaoshengboxingtiaozhi，jijiushijiangzaoshengzhurujieshoujilaiganraotongxinboxing。youyuyouxianganraogonglvbeikuozhan
，kuandaizaoshengdeganraogonglvhendi。

（2）掃(sao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)在(zai)整(zheng)個(ge)或(huo)部(bu)分(fen)頻(pin)譜(pu)內(nei)掃(sao)描(miao)波(bo)形(xing)，在(zai)擬(ni)幹(gan)擾(rao)頻(pin)段(duan)和(he)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)段(duan)內(nei)，若(ruo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)與(yu)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)的(de)碰(peng)撞(zhuang)概(gai)率(lv)超(chao)過(guo)一(yi)定(ding)數(shu)量(liang)時(shi)，則(ze)對(dui)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi)
，誤(wu)碼(ma)率(lv)或(huo)誤(wu)幀(zhen)率(lv)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)，產(chan)生(sheng)有(you)效(xiao)幹(gan)擾(rao)。因(yin)此(ci)，隻(zhi)要(yao)在(zai)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)頻(pin)段(duan)內(nei)掃(sao)描(miao)波(bo)形(xing)，使(shi)其(qi)信(xin)噪(zao)比(bi)或(huo)誤(wu)碼(ma)率(lv)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)即(ji)可(ke)達(da)到(dao)幹(gan)擾(rao)目(mu)的(de)。

（3）音yin調tiao幹gan擾rao單dan個ge或huo多duo個ge音yin調tiao根gen據ju幹gan擾rao策ce略lve的de需xu要yao將jiang其qi置zhi於yu頻pin譜pu內nei相xiang應ying位wei置zhi。其qi音yin調tiao數shu量liang和he位wei置zhi都dou會hui影ying響xiang幹gan擾rao性xing能neng。單dan音yin調tiao是shi一yi個ge單dan頻pin連lian續xu波bo音yin調tiao的de幹gan擾rao信xin號hao
，在zai一yi個ge頻pin率lv上shang發fa射she單dan音yin調tiao
，又you稱cheng點dian頻pin幹gan擾rao。多duo音yin調tiao為wei幹gan擾rao機ji發fa射she的de多duo個ge音yin調tiao，這zhe些xie音yin調tiao或huo隨sui機ji分fen布bu或huo位wei於yu特te定ding的de頻pin率lv。當dang總zong幹gan擾rao功gong率lv一yi定ding時shi
，將jiang有you更geng多duo功gong率lv分fen配pei給gei單dan音yin調tiao，且qie比bi多duo音yin調tiao幹gan擾rao分fen配pei給gei每mei個ge音yin調tiao的de功gong率lv大da
，從cong而er提ti高gao抑yi製zhi處chu理li增zeng益yi的de概gai率lv。如ru果guo目mu標biao係xi統tong易yi受shou特te定ding音yin調tiao幹gan擾rao，而er且qie幹gan擾rao機ji知zhi道dao這zhe種zhong情qing況kuang，音yin調tiao不bu能neng隨sui機ji分fen布bu。因yin此ci無wu論lun采cai用yong哪na種zhong音yin調tiao幹gan擾rao對dui策ce，係xi統tong都dou會hui默mo認ren為wei該gai音yin調tiao精jing確que位wei於yu頻pin譜pu的de一yi個ge頻pin率lv，使shi幹gan擾rao音yin調tiao通tong過guo接jie收shou機ji的de濾lv波bo器qi，且qie不bu會hui產chan生sheng失shi真zhen或huo衰shuai減jian。

當前幹擾多采用噪聲或掃頻幹擾實現通信幹擾
，針對數字移動通信網絡基站所具有的頻點數量確定
、頻率已知及可幀收等特點，提出采用音調幹擾實現當前通信製式的幹擾。以C網手機幹擾為例：幹擾信號源針對幹擾目標生成的基帶信號進行頻譜搬移得到對應CDMA 800網絡下行工作頻段的射頻信號，將射頻信號送到發射機進一步功率放大，並對大功率射頻信號的諧
、雜za波bo進jin行xing濾lv波bo處chu理li後hou發fa送song至zhi天tian線xian，由you天tian線xian輻fu射she幹gan擾rao目mu標biao。由you於yu手shou機ji通tong信xin是shi由you接jie收shou基ji站zhan的de信xin號hao電dian平ping實shi現xian的de，因yin此ci隻zhi要yao幹gan擾rao機ji發fa射she的de同tong頻pin信xin號hao電dian平ping到dao達da幹gan擾rao目mu標biao手shou機ji的de電dian平ping高gao於yu基ji站zhan到dao達da幹gan擾rao目mu標biao手shou機ji的de信xin號hao電dian平ping，幹gan擾rao目mu標biao手shou機ji就jiu不bu能neng正zheng常chang通tong信xin。

2．2 設計要求與計算模型
設幹擾目標在視距範圍內，所需幹擾目標的接收信號和幹擾信號的距離衰減可視為自由空間傳播衰減，自由空間的傳播衰減為：

式中：f為信號頻率；R為信號傳播距離
；32．4是頻率單位路徑衰減。

設發射係統的發射功率為Pc，單位為W
；發射天線增益為Gc，單位為dB；發射距離為Rc
，單位為km；信號傳輸損耗為Lost_r_R，單位為dB；信號頻率為fc，單位為MHz。發射信號到達接收係統的功率為：

同理
，設幹擾係統的發射功率為Pj，單位為W；係統損耗為Lsys，單位為dB
；發射天線增益為Gi

，單位為dB；發射距離為Rj
，單位為km；信號傳輸損耗為Lost_j_R，單位為dB
；信號頻率為fc，單位為MHz（與幹擾目標相同）。則幹擾信號到幹擾目標的功率為：

由於GSM手機和CDMA手機都有一個抗幹擾容限指標
，因此
，隻要幹擾信號（不需要太強的功率）chanshengdezonghexiaoguodadaohuochaoguoshoujijieshoubufendekangganraorongxian，jiunengchanshengyouxiaoganrao，congerzuzhishoujidezhengchangtongxin。tongguofenxitongxinmubiaodexinhaotiaozhiyangshi，jikededaodeyouxiaoganraomubiaodekangganraomenxianweiJSR。即：

由此可根據幹擾距離要求，以及對目標係統的參數分析，可得到相應的幹擾機發射功率。
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3 係統硬件設計

3．1 係統組成
該係統由音調幹擾基帶信號源（產生音調幹擾基帶信號），射頻激勵源（對音調幹擾基帶信號上變頻產生音調幹擾信號），功放（對音調幹擾信號進行功率放大）
，天線（發射幹擾信號至幹擾目標）等部分組成。圖1為係統模塊框圖。

係統工作原理：計算機控製係統根據幹擾目標的技術參數調用專用動態連接庫內的波形發生函數，運算後生成相應的波形控製文件
，然後利用USB高速接口將波形數據文件快速加載至音調幹擾基帶信號源；信號源通過高速控製器控製高速D／A轉換實現數模轉換
，產生O～120 MHz帶寬的任意正交波形
；幹擾信號源將該波形送至射頻激勵源，產生對應幹擾目標所需的射頻信號
；再經功率放大器放大


，實現目標幹擾。對於手機通信使用的GSM，CDMA，DCS 3種通信製式，隻要對其上行或下行進行幹擾即可。該係統是對下行幹擾，具體幹擾頻段為CDMA：869～894 MHz；GSM：935—960 MHz
；DCS：1 805~1 880 MHz。對於每一種通信製式，其音調幹擾基帶信號發生器產生的基帶信號，上變頻的本振、功放和天線的頻率範圍都不相同。對於上述3種不同的幹擾策略，最根本的不同隻是基帶信號源的產生信號不同。因此以下重點介紹音調幹擾基帶信號源。

3．2 音調幹擾基帶信號源模塊
由於現階段的D／A轉換器件幾乎不可能產生3 GHz的信號，因此必須產生一組幹擾頻帶的基帶信號，考慮到濾波效果以及可實現性，D／A轉換器輸出不小於120 MHz帶寬的基帶信號，該基帶信號可受控在某一段頻帶上留出信號通行區域
，經過混頻後產生所需幹擾的頻譜和留出的通信通道。

根據以上幹擾樣式的要求

，權衡考慮可使用FPGA+D／A轉換器的硬件平台實現，采用多套基帶電路板配合不同的混頻器、功放以及前端天線實現對通信頻段的廣譜幹擾，音調幹擾基帶信號源模塊的硬件電路如圖2所示。

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在幹擾頻帶內，通信頻率產生梳狀譜，一般相隔約0．02 MHz產生一個幹擾頻點，即可滿足幹擾要求（GSM
，DCS網絡的信道間隔均為0．02 MHz，CDMA共使用7個頻點）。要做到幹擾頻點可控，即根據終端計算發送的指令決定產生何種頻點／段，簡單可靠的方法是數字直接頻率合成

，因此可在 FPGA內產生DDS模塊，根據FPGA產生基帶信號的要求
，若幹擾信號信噪比大於40 dB，經計算約需要450個以上的DDS模塊
，對於FPGA，這是一個龐大的資源量，因此選用FPGAStratix II EP2S90
，由於係統要求基帶最小輸出功率
，因此根據係統要求的信噪比及成本，選用AD97XX係列高性能高性價比D／A轉換器AD9779。 AD97xX係列的采樣率都在800 MHz以上、最高可達1．6 GHz，完全滿足基帶采樣要求。

以0．02 MHz為步進產生梳狀譜為例，根據係統選擇的基帶頻譜的範圍、信噪比依次產生450個以上的DDS，該DDS的時鍾頻率大於等於500 MHz，且受指令控製。當FPGA根據終端計算機發送的指令解析為某段頻率為本方通信頻率時，關斷該段頻率對應的所有DDS。最後FPGA將所有DDS產生的頻點疊加輸出到D／A轉換器，經過D／A轉換器送入前端混頻器。該方案的優點是：幹(gan)擾(rao)各(ge)個(ge)通(tong)信(xin)頻(pin)點(dian)，而(er)不(bu)是(shi)整(zheng)個(ge)頻(pin)帶(dai)
，即(ji)使(shi)有(you)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)的(de)交(jiao)調(tiao)
，但(dan)是(shi)其(qi)在(zai)該(gai)幹(gan)擾(rao)點(dian)上(shang)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)較(jiao)整(zheng)頻(pin)帶(dai)幹(gan)擾(rao)方(fang)式(shi)還(hai)是(shi)大(da)得(de)多(duo)，並(bing)且(qie)功(gong)放(fang)較(jiao)為(wei)容(rong)易(yi)計(ji)算(suan)所(suo)需(xu)功(gong)率(lv)。這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)在(zai)終(zhong)端(duan)計(ji)算(suan)機(ji)中(zhong)需(xu)根(gen)據(ju)指(zhi)令(ling)實(shi)時(shi)運(yun)算(suan)相(xiang)應(ying)幹(gan)擾(rao)參(can)數(shu)，幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)任(ren)意(yi)可(ke)幹(gan)擾(rao)和(he)可(ke)開(kai)窗(chuang)頻(pin)段(duan)
，且(qie)信(xin)噪(zao)比(bi)可(ke)達(da)很(hen)高(gao)
，不(bu)受(shou)控(kong)製(zhi)激(ji)勵(li)模(mo)塊(kuai)硬(ying)件(jian)資(zi)源(yuan)的(de)限(xian)製(zhi)嘲(chao)。圖(tu)3為音調幹擾基帶信號源模塊的流程圖。

具體實現：計算機直接參數控製是通過USB總(zong)線(xian)，將(jiang)終(zhong)端(duan)控(kong)製(zhi)計(ji)算(suan)機(ji)中(zhong)根(gen)據(ju)控(kong)製(zhi)指(zhi)令(ling)實(shi)時(shi)運(yun)算(suan)的(de)幹(gan)擾(rao)數(shu)據(ju)傳(chuan)入(ru)幹(gan)擾(rao)激(ji)勵(li)模(mo)塊(kuai)，幹(gan)擾(rao)激(ji)勵(li)模(mo)塊(kuai)根(gen)據(ju)指(zhi)令(ling)實(shi)時(shi)更(geng)新(xin)從(cong)終(zhong)端(duan)計(ji)算(suan)機(ji)傳(chuan)送(song)的(de)幹(gan)擾(rao)數(shu)據(ju)，並(bing)按(an)照(zhao)查(zha)表(biao)法(fa)將(jiang)相(xiang)應(ying)數(shu)據(ju)送(song)入(ru)D／A轉換器
，產生基帶幹擾信號。

4 結論

實驗證明，在通視環境下，目標接收信號電平為一65 dBm（在實際的G網和C網中，一65dBm的信號屬於較強信號）時，若GSM，DCS，CDMA幹擾係統均選用200 W的功率放大器，對C網手機
、G網手機的幹擾半徑分別為180 m
，185 m。在同樣的環境下
，白噪聲和掃頻幹擾方式的幹擾半徑分別為80 m和90 m，而(er)在(zai)使(shi)用(yong)定(ding)向(xiang)天(tian)線(xian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，音(yin)調(tiao)幹(gan)擾(rao)較(jiao)白(bai)噪(zao)聲(sheng)和(he)掃(sao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)的(de)效(xiao)果(guo)更(geng)優(you)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)製(zhi)式(shi)固(gu)定(ding)，頻(pin)點(dian)固(gu)定(ding)且(qie)為(wei)已(yi)知(zhi)的(de)手(shou)機(ji)通(tong)信(xin)，采(cai)用(yong)音(yin)調(tiao)幹(gan)擾(rao)最(zui)為(wei)有(you)效(xiao)。並(bing)且(qie)隨(sui)著(zhe)3G手機的商用化
，音調幹擾對於3G手機的幹擾效果同樣明顯，而基於軟件無線電原理的基帶信號源實現音調幹擾的方式是實現最優幹擾效果的較好方式。