Система блокирования сотовой связи Москит-gsm

Для начала рассмотрим подробно классификацию блокираторов. По принципу работы блокираторы можно разделить на две группы: пассивные и активные. Пассивные (подавляющие) заключаются в поглощении мощности излучаемого сигнала. К таким относится разработка японских ученых - деревянные панели, которые поглощают радиосигналы сотовых телефонов. Это специальные панели, в которых между тонкими (4 мм) слоями дерева находится слой ферромагнитного материала, поглощающего радиосигналы. Установлено, что такой материал поглощает до 97% мощности сигнала, поэтому общаться по сотовому телефону в помещении, оборудованном такими панелями, будет невозможно.

Активные (обнаруживающие и подавляющие) блокираторы в свою очередь строятся на принципе зашумления, то есть они накладывают помеху, превосходящую по мощности исходный сигнал, на необходимые частоты. Аналогичны генераторам шума, но в отличии от них ставят помеху в узком диапазоне частот - диапазоне работы радиосредства (мобильного телефона). Как правило, данные блокираторы могут работать в трех режимах:

• обнаружение (ручной);

• обнаружение и подавление (автоматический режим);

• подавление (ручной).

При обнаружении в зоне чувствительности приемника блокиратора работающего сотового телефона, генератор помехи автоматически включается на определенное время, достаточное для подавления телефона. Затем блокиратор переходит в режим обнаружения. Обнаруживающие и подавляющие - аналогичные первым с той лишь разницей, что подавление происходит после обнаружения работы сотового телефона, затем происходит подавление. Подавляющие можно охарактеризовать как генераторы шума. Они работаю с момента включения устройства до момента его выключения. При этом все мобильные телефоны в зоне блокирования выходят из обслуживания в сети, что отображается на дисплее телефона.

Отдельно можно выделить группу интеллектуальных блокираторов. Они определяют включение мобильного аппарата, основные характеристики сеанса связи (несущую частоту, временной слот) и ставят непродолжительную, маломощную и точечную помеху, которая блокирует работу мобильного аппарата.

Обнаружение пассивных блокираторов не представляет проблемы, так как мобильный телефон при попадание в экранированное помещение, перестает получать и принимать любые сигналы от базовой станции (в том числе управляющие сигналы, сигналы регистрации и т.д.), что приводит к выводу на экран мобильного устройства диагностического сообщения "Поиск Сети" или "Сеть не обнаружена". Такое сообщение и будет являться признаком того, что мобильный телефон блокируется [20].

Теперь рассмотрим принцип работы блокиратора сотового телефона типа Москит-GSM.

Перед описанием необходимо сделать отступление с пояснением принципа работы сотового телефона на примере сети GSM-900.

Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. А точнее, в случае рассмотрения диапазона 900МГц, подвижный абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.

Таблица 2.1

Распределение частот в стандарте GSM-900

Восходящий (25 МГц)		Разделяющий (20 МГц)	Нисходящий (25 МГц)
890МГц	915МГц		935МГц	960МГц

По аналогии со спутниковыми каналами, направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Rise), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Fall). В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45МГц) шириной по 200кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123.

Таблица 2.2

1 (200 кГц)

2 (200 кГц)

3 (200 кГц)

. . .

122 (200 кГц)

123 (200 кГц)

124 (200 кГц)

Структура восходящего и нисходящего радиоканалов

В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.

В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.

Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов (Табл. 2.3.). В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества.

Таблица 2.3.

Структура FDMA –фрейма

0	1	2	3	4	5	6	7
25 кГц	25 кГц	25 кГц	25 кГц	25 кГц	25 кГц	25 кГц	25 кГц

Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы - иначе будут создаваться помехи в других каналах (Рис. 2.1.). В соответствии с вышеизложенным работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла - 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции (Рис. 2.2).

. б)

Рис. 2.1. а) Канальные интервалы (восемь каналов с временным разделением).

б) Сдвиг канальных интервалов, выделенных передатчикам подвижного аппарата и базовой станции.

Рис. 2.2. Временная диаграмма работы передатчика сотового телефона

Анализ структуры GSM-сигнала позволяет сделать вывод, что наиболее слабым местом сотового телефона с точки зрения помехоустойчивости является временная синхронизация работы передатчика и приемника с выделенным временным интервалом.

В чем же заключается временная синхронизация?

Как было сказано выше, абоненту выделяется помимо частотного канала, один из канальных интервалов (временных каналов), в котором абонент должен вести передачу, не выходя за его пределы. К тому же то, что абоненту выделяется только один из восьми канальных интервалов, позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция всегда передает на три канальных интервала (временных канала) раньше подвижного аппарата. В этом и заключается временная синхронизация работы.

При появлении в полосе приемного устройства сигнала помехи, в первую очередь появляются сбои синхронизации. При достаточной удаленности базовой станции от абонентского аппарата хватает и маломощной помехи (50 мВт) для рассинхронизации работы передатчика и приемника. На практике это выражается в пропадании или искажении отдельных фрагментов речи, а через несколько секунд связь вообще прекращается.

Для получения рассинхронизации, воздействие помехой должно происходить на приемный канал, при воздействии на сигналы передатчика, как показали эксперименты, ничего не происходит.

К тому же в процессе передачи помеха воздействует на канал управления. То есть происходит подавление служебных сигналов кадра. Что касается речевого канала, то он сбивается сложно, так как при передаче происходит сложное кодирование речи.

Рассмотрим схему построения блокиратора. Составной частью таких устройств является индикатор работающего сотового телефона. При наличии на его выходе сигнала постоянного напряжения, устройство управления через электронный ключ подает напряжение питания на генератор помехи и последующие каскады. Сигнал помехи через буферный усилитель поступает на усилитель мощности, а затем через выходные селективные цепи и антенну излучается в пространство. Периодически генератор импульсов сброса вырабатывает импульс, который выключает генератор помехи на время, достаточное для определения в зоне контроля наличия или отсутствия работающего сотового телефона. В первом случае генератор помехи снова выключается, а во втором остается выключенным.

Рис. 2.3. Обобщенная структурная схема устройств-блокираторов работы мобильных телефонов.

В зависимости от варианта применения устройств необходимая дальность подавления сотового телефона может быть различной, поэтому мощность помехи, соответственно и дальность, целесообразно делать переключаемой (например, изменением коэффициента усиления выходного усилителя мощности), чтобы пользователь сам мог устанавливать необходимую дальность действия.

При обнаружении работы сотового телефона - работы передатчика (890-915 МГц) блокиратор генерирует пилообразную помеху, которая нарушает синхронизацию телефона, при этом амплитуда сигнала помехи перекрывает диапазон приемника сотового телефона (Рис. 2.4).

Рис. 2.4. Характер воздействия сигнала помехи на приемник сотового телефона

Интеллектуальные системы. Принцип их работы - это обнаружение сигнала работающего радиосредства вычисление параметров сигнала и постановка прицельной узкополосной помехи. Сотовый телефон, зарегистрированный в сети, находится под постоянным контролем и управлением базовой станции - на обслуживании. Интеллектуальные системы блокируют прием сигналов управления от базовой станции телефоном, тем самым, блокируя телефон в радиусе действия блокирующего устройства.

Различают блокираторы сотовых телефонов аналоговых стандартов, таких как АМРS, N-АМРS, NМТ, ТАСS; цифровых - GSМ, СDМА, ТDМА, iDЕN, UMTS; комбинированные - способные блокировать как аналоговые, так и цифровые стандарты. Однако наиболее перспективны (с коммерческой точки зрения) GSM-блокираторы, поскольку последнее время наблюдается устойчивый рост именно GSM-сетей, что обусловлено качеством связи и набором дополнительных услуг и возможностей Мобильные блокираторы сопоставимы по размерам с видеокассетой, оборудованы автономным источником питания - аккумулятором. Эффективная дальность действия подобных устройств составляет, как правило, 3-5 метров, могут быть закамуфлированы под различные предметы - приемник, телефон и т.д.

Стационарные блокираторы более мощные и имеют довольно широкий диапазон радиуса действия от 3-5 метров до 3 км. Отличительная особенность стационарных блокираторов - в большинстве случаев имеется возможность установки внешних антенн.

Наибольшее распространение на рынке получили блокираторы, ставящие заградительную помеху во всем диапазоне работы радиотелефона, так как эти устройства недороги и эффективны. Большинство блокираторов предназначены для работы со стандартами GSM 900/1800, это связанно с распространенностью самого стандарта. Наиболее часто используемый режим работы автоматический, который позволяет при эффективном подавлении сотовых телефонов экономить электроэнергию, что особенно важно для портативных блокираторов, работающих от автономных источников питания.

Рассмотрим интеллектуальный блокиратор. Поскольку во многих случаях априорных данных о сигналах подлежащих блокированию, ничтожно мало, обычно подавлению подвергается диапазон, в котором возможна работа радиолинии управления системы передачи информации. Чем шире охватываемый диапазон частот и чем больше мощность заградительной помехи, тем меньше вероятность исполнения команды, передаваемой по радиолинии. Неоспоримо, но примитивно. Энергетический, да и человеческий ресурсы не безграничны. Принципы радиоэлектронной борьбы в мирное время, по меньшей мере, не гуманны. Эти принципы как говорилось выше используются в активных системах блокирования сотового канала связи. Однако систему подавления можно оптимизировать, сделав ее интеллектуальной: сначала обнаружить сигнал и оценить его параметры, а затем точено блокировать приемник радиолинии, которому адресована информация, содержащаяся в данном сигнале. Как в системе ПротивоРакетной Обороны (ПРО): сначала обнаружить цель, вычислить ее траекторию, а затем запустить свою антиракету для ее поражения. Стрелять всеми ракетами сразу бессмысленно, да и накладно.

Характерным примером такого рода систем являются устройства подавления сотовой связи в заданном районе, здании или помещении. Сигналы в сотовых сетях могут быть как командной радиолинией, так и использоваться для передачи конфиденциальной информации. Аналогичные функции могут выполнять любые современные радиолинии, соответствующие стандартам беспроводных компьютерных сетей (WLAN, Wi-Fi, Zig-Вее), различные системы беспроводного доступа и т.д. Рассмотрим ниже стратегию и основные принципы построения интеллектуальных систем блокирования. В статье «Интеллектуальные системы блокирования сотовой телефонии: нет причины - нет подавления» также показано на примере, что энергетический выигрыш в таких системах по сравнению с системами, использующими заградительную помеху, достигает десятков децибел при их одинаковой эффективности.

При построении современных систем интеллектуального блокирования, как и систем радиомониторинга и защиты информации, основной задачей является быстрое обнаружение и вычисление параметров коротких сигналов длительностью вплоть до нескольких микросекунд. Эти сигналы могут быть как одиночными, например, представлять собой кодированную команду управления, так и являться мгновенной выборкой из потока радиоимпульсов различной частоты. Такой поток может представлять собой канал передачи информации в какой-либо связной системе, соответствующей определенному стандарту связи, где для улучшения помехоустойчивости используется режим передачи со скачками по частоте (frequency hopping). Для режима FH характерна смена несущей частоты радиоимпульса по псевдослучайному закону с высокой скоростью: например, для стандарта Bluetooth она происходит 1600 раз в секунду в полосе 79 МГц. Соответственно, спектр одного импульса занимает полосу частот около 1 МГц.

Режим скачков по частоте используется для расширения спектра (FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum) в беспроводных компьютерных сетях для передачи данных по протоколу IEEE 802.11 и в различных радиосистемах военного применения.

Одним и наиболее характерных примеров является режим скачков РН в стандарте сотовой связи GSM, эффективно используемые для борьбы с замиранием сигнала, главным образом, при движении в автомобиле. Длительность радиоимпульса, или слота, в стандарте GSM равна 577 мкс, а длительность радиоимпульса при запросе связи абонентской трубкой как в случае исходящего, так и в случае входящего звонка составляет всего 300 мкс. Выход мобильного телефона в эфир с импульсом запроса (Random Burst) осуществляется на дуплексной частоте канала управления базовой станции. Весь последующий процесс обмена информацией между абонентским терминалом и базовой станцией может происходить уже в режиме скачков. Число используемых частотных каналов определяется базовой станцией.

Система, решающая задачу обнаружения короткого импульса сигнала, может быть построена различными путями. Известно, что вероятность обнаружения сигнала зависит от отношения сигнал/шум, то есть от энергии сигнала и чувствительности приемника. В идеале полоса пропускания приемного устройства до детектора должна повторять форму огибающей спектра радиосигнала. Очевидно, что если полоса пропускания приемного устройства или полоса фильтра измерительного устройства, работающего на широкополосном выходе промежуточной частоты приемника, в несколько раз уже полосы радиоимпульса, то такой приемник просто не прореагирует на воздействие на его входе сигнал. Для правильного построения обнаружителя необходимы полные априорные данные о сигнале, включая несущую частоту. Для стандарты GSM это частотные каналы: 124 полнодуплексных канала в диапазоне 890-915 МГц (обратные каналы, абонентские терминалы - базовая станция) и 935-960 МГц (прямые каналы, базовая станция - абонентские терминалы), а также 374 канала в диапазоне 1710-1785 МГц и 1805-1880 МГц. Разнос между каналами составляет 200 кГц. Реально, конечно, используется лишь некоторое количество каналов, на которых может работать базовая станция. Это может быть связано и с распределением сетки частот между различными операторами связи.

Итак, все априорные данные известны, а задача сводится к энергетическому обнаружению сигнала в интервале времени и оценке его параметра - несущей частоты или номера частотного канала в системе GSM.

Широкополосный обнаружитель проигрывает в энергетике обнаруживаемого сигнала согласованному по полосе канала обнаружителю. Однако при достаточно мощном сигнале он гарантирует обнаружение такового, вероятность чего для одноканального обнаружителя в режиме сканирования по каналам ничтожна мала. Понятно, что для сохранения минимальной мощности обнаруживаемого сигнала и гарантированной вероятности его обнаружения (равной единице) необходим многоканальный обнаружитель, в котором число согласованных приемников равно числе частотных каналов в системе, конкретно - 124+374 = 498 приемников для системы GSM.

Задачу многоканального обнаружения можно решить, применяя цифровые способы обработки сигналов. Классическим методом обнаружения сигнала является спектральное оценивание составляющих прямого преобразования Фурье для действующей на входе приемника смеси сигнал +шум. Для получения спектральной оценки необходимо перевести сигнал в цифровую форму и вычислить его спектральное представление на цифровом процессоре (DSP), используя широко известные алгоритмы, например, быстрое преобразование Фурье (FFT). В идеале, принятый сигнал должен быть оцифрован насколько возможно ближе к антенне, так как при этом цифровое представление сигнала будет иметь минимально возможные спектральные потери при дальнейшей цифровой обработке.

Как уже отмечалось, эти блокираторы не являются устройствами подавления сотовой связи в прямом смысле, то есть это не генераторы помех и не генераторы шума. Блокируется приемник только абонента, находящегося внутри зоны блокирования, и только на момент передачи базовой станцией сигнала именно этому абоненту, что не позволяет ему вступить в связь внутри заданной зоны. Информацию общего характера, например, широковещательного канала, телефон получает сполна и потому остается на обслуживание в сети. Никакому другому абоненту сети вне зоны сигнал блокирования не приносит ни малейшего вреда. Невозможность установления связи гарантирует не прохождение вызова, то есть отсутствие звонков и тишину. Зона блокирования определяется либо по радиусу от коллинеарной антенны, либо формируется диаграммой направленности используемой антенны. Заметим, что «ответ» интеллектуального блокиратора адекватен импульсному излучению абонентского аппарата в течении менее одной секунды (это время блокирования), поэтому излучение блокиратора гораздо менее вредно, чем излучение телефона, находящегося непосредственно у головы человека. При блокировании одной трубки интегральная мощность излучения интеллектуального блокиратора на несколько порядков меньше мощности, излучаемой блокираторами зарубежных производителей с заградительной помехой (C-Guard, Blockfone, и т.д.)

Порядок выполнения лабораторной работы

- получить блокиратор;

-изучить инструкцию по эксплуатации;

По заданию преподавателя расположить блокиратор;

- включив сотовые телефоны определить зону их подавления ;двери

- определить зону подавления при закрытой двери.

. Оформление отчета

Отчет по выполненной лабораторной работе выполняется в отдельной тетради или в лабораторном журнале (на отдельных листах) в рукописном или печатном вариантах и включает следующие разделы:

• наименование лабораторной работы и ее учебные вопросы;

• описание и схема лабораторной установки;

• таблицы с измеряемыми параметрами

• расчеты;

• разработанные предложения;

• выводы.