屏蔽范圍的理論計算

屏蔽范圍的理論計算

1監(jiān)獄、法院、醫(yī)院和國內(nèi)重要場所的通信信號作為下一代的通信技術(shù)，移動通信逐漸進入生活的各個方面。但是,在監(jiān)獄、法庭、重要會議、考場、醫(yī)院及教堂等特殊場所,出于秩序、機密和安全的要求,并不歡迎移動通信信號。此時,可采用手機信號屏蔽系統(tǒng),對這些場所內(nèi)的手機進行信號屏蔽。2干擾的基本原理壓制性干擾是一種常見的信號干擾方式,它在通信的規(guī)定頻率上發(fā)射功率強大的干擾信號,使通信接收機無法正常地工作,從而達到通信干擾效果。一般壓制性干擾是從干擾信號的頻譜特點上來劃分的,如瞄準(zhǔn)某一特定通信工作頻率施放干擾,破壞通信,這種方式稱為瞄準(zhǔn)式干擾;能同時干擾一個頻段范圍內(nèi)的不同工作頻率的,稱為阻塞式干擾。此外,還有掃頻式干擾等常見的干擾方式。2.1發(fā)射帶寬同一特性瞄準(zhǔn)式干擾是指干擾的載頻,即干擾的中心頻率與信號頻率重合,干擾和信號的頻譜寬度基本相同。其基本原理是發(fā)射與接收機工作帶寬同一頻段的干擾信號,使接收機輸出端信噪比嚴(yán)重下降,達到阻止接收機接收有用信號的目的。該方式的優(yōu)點是干擾能量集中,干擾效果較好,因其只干擾某一信道的通信,可使己方需要的通信免受干擾;主要缺點是需要事先確定被干擾對象的具體頻點。2.2干擾信號的選擇阻塞式干擾的基本原理是發(fā)射出帶寬遠(yuǎn)大于接收機工作帶寬的干擾信號,達到阻止接收機接收有用信號的目的。由于阻塞式干擾帶寬相對較寬,所以對頻率引導(dǎo)精度的要求低,頻率引導(dǎo)設(shè)備簡單;其缺點則是干擾功率密度低、效率不高。2.3dds+pll技術(shù)掃頻式干擾是目前運用最多的一種干擾方式,它是瞄準(zhǔn)式干擾和阻塞式干擾兩種方式的一個綜合。它是指干擾發(fā)射機的載頻在較寬的頻段內(nèi)按照一定的速度、一定的帶寬和一定的掃頻順序陸續(xù)掃過所有的頻率信號而連續(xù)變化所形成的干擾,如圖1所示。掃頻干擾有很多優(yōu)點,比如對發(fā)射功率沒有過高的要求,避免了功率浪費;運用靈活,可根據(jù)需要設(shè)置參數(shù),使其在不同系統(tǒng)中都能夠獲得良好的干擾效果。掃頻式干擾信號可由圖2所示的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。采用了DDS+PLL技術(shù)的寬帶掃頻信號源可產(chǎn)生圖1所示的掃頻信號,該信號再同噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號混頻放大輸出后,即可得到掃頻干擾信號。DDS輸出信號的頻率與頻率控制字和時鐘頻率的關(guān)系為:其中,fDDS是DDS的輸出頻率,FCW是頻率控制字,fC是時鐘頻率,A是累加器的位數(shù)。以屏蔽CDMA制式的下行信號為例。首先配置DDS芯片AD9858中的功能控制寄存器(CFR)、頻率轉(zhuǎn)換字寄存器(DFRW)、頻率斜率控制字寄存器(DFRRW)和頻率控制字寄存器(FTW0)等寄存器,使DDS芯片產(chǎn)生217.5MHz~220MHz的掃頻信號。其中DFTW用來設(shè)置頻率增量,DFRRW用來設(shè)置頻率時間間隔,FTW0用來設(shè)置起始頻率。接著,用DDS作為PLL的激勵信號,采用PLL作為跟蹤倍頻鎖相環(huán)的方案。當(dāng)環(huán)路鎖定時,PLL的輸出頻率為:當(dāng)設(shè)置PLL中的分頻器為4分頻時(即N=4),PLL輸出的信號頻率為DDS輸出信號的4倍頻,即870MHz~880MHz。該信號再同噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號混頻放大輸出后,即可得到掃頻干擾信號。通過設(shè)置DDS芯片中的相關(guān)寄存器及PLL芯片中的倍頻數(shù),可靈活調(diào)整輸出掃頻信號的頻率范圍,從而產(chǎn)生各種制式的干擾信號。3單元格柵系統(tǒng)的策劃方案3.1生物處理技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用專用通信屏蔽系統(tǒng)要求全天候不間斷地控制、截斷指定范圍內(nèi)的國內(nèi)所有公眾通信標(biāo)準(zhǔn)的手機信號(CDMA、GSM、DCS、PHS、CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA),且不得影響該范圍內(nèi)其他電子設(shè)備系統(tǒng)的正常運行。在設(shè)計專用屏蔽系統(tǒng)時,要遵循如下的設(shè)計原則:◆電磁輻射的健康性:必須符合國家相關(guān)部門的電磁輻射有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定?！舾蓴_方案的先進性:不影響運營商的基站工作?！艨刂平M網(wǎng)的靈活性:只對指定范圍內(nèi)手機信號進行屏蔽,對干擾目標(biāo)區(qū)域外不造成通信盲區(qū)而影響正常通信?？刂平M網(wǎng)采用無線網(wǎng)關(guān)和有線控制模塊相結(jié)合的方式,既能靈活施工又保證了系統(tǒng)擴展性?！粝到y(tǒng)運行的穩(wěn)定性:采用圖形化界面的屏蔽器集控管理系統(tǒng),使用可靠的數(shù)據(jù)庫平臺,實時監(jiān)測屏蔽器的工作狀態(tài),遇到屏蔽器損壞或故障等異常狀態(tài)能夠自動報警。另外系統(tǒng)配備了區(qū)域大容量UPS,保證系統(tǒng)斷電時能正常工作,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2rts有效屏蔽范圍計算以GSM1800MHz信號為例,其衰減估算主要采用歐洲電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合會推薦的Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減模型。根據(jù)該模型,在非視距情況下,基本傳輸損耗由三項組成:Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗;Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗;L0代表自由空間損耗,其表達式如下:其中距離d的單位為km,信號頻率f的單位為MHz。假設(shè)干擾機的發(fā)射功率為2w(33dBm),若干擾區(qū)邊緣處實際測得的GSM1800MHz手機基站信號場強是-70dBm,那么若想要干擾此處手機,干擾機的場強必須高于-70+15=-55dBm,此時總損耗為:因為一般鋼筋混凝土建筑物的穿透損耗約為20dB,人體損耗約為3dB,所以:令f=1800MHz,將式(4)~(6)代入式(3),可算出屏蔽器的有效屏蔽范圍d約為24m。通過以上所述的理論計算來設(shè)計安裝屏蔽器設(shè)備的位置、單機配置和總體數(shù)量,根據(jù)所需要屏蔽的環(huán)境或建筑的實際特點,來選擇屏蔽器集控管理系統(tǒng)的組網(wǎng)方式(有線或無線)、安裝點位,以達到最佳效果。3.3rs-843及其系統(tǒng)集控此系統(tǒng)原理上主要分為兩個部分:集控管理系統(tǒng)和手機信號屏蔽器部分,如圖3。每個分布模塊都與RS-485連接,每個模塊內(nèi)部均可收發(fā)數(shù)據(jù)。整個RS-485網(wǎng)絡(luò)上的模塊都通過安裝了集控管理系統(tǒng)的主控計算機來控制,主控計算機利用一個RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊,就可以控制整個RS-485總線上的所有I/O模塊。當(dāng)遇到屏蔽器安裝位置比較分散、有線連接比較麻煩的情況時,可采用圖4所示的方法進行無線集控管理組網(wǎng)。與有線組網(wǎng)方式相比較,該方式通過無線收發(fā)器將不同區(qū)域的眾多模塊結(jié)合在一起,降低了施工難度,提高了部署效率。4系統(tǒng)硬件實現(xiàn)4.1屏蔽器sd控制本系統(tǒng)采用YK-3000H系列手機信號屏蔽器,如圖5所示。該屏蔽器內(nèi)置控制模塊,可聯(lián)機組成系統(tǒng),滿足大規(guī)模應(yīng)用的需要。該產(chǎn)品適合中等面積建筑使用,可24小時開機工作。產(chǎn)品特點:(1)屏蔽現(xiàn)有的一切制式手機信號(CDMA、GSM、DCS、PHS、CDMA2000、WCDMA和TDSCDMA);(2)屏蔽半徑18~50米(-75dBm);(3)發(fā)射功率小,電磁輻射小,對人體無傷害;(4)不影響話筒、對講機等其他電子設(shè)備的正常工作;(5)緩啟動電路設(shè)計,無機械開關(guān)打火現(xiàn)象;(6)具備運行高穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性;(7)適合24小時開機工作的工程機型。屏蔽器中的控制模塊主要采用8051單片機實現(xiàn)。8051單片機通過MAX485總線收發(fā)芯片從總線上收發(fā)信息,其接口電路見圖6。單片機的P3.0、P3.1腳分別與MAX485中的一組收發(fā)器對應(yīng)相連,這樣8051單片機只需要在串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中讀取或?qū)懭朊罴纯伞?.2平板天線的實現(xiàn)天線在屏蔽系統(tǒng)中起著重要的作用,為了避免干擾區(qū)越界,影響到公眾的正常通信,工程中不宜大量采用全向天線,而應(yīng)該在室內(nèi)采用平板天線,室外采用八木定向天線與全向天線等組合方式,實現(xiàn)信號的精確屏蔽。全向天線,在水平方向具有360度覆蓋能力,增益為0dBi~5dBi。平板天線屬于空氣介質(zhì)型微帶天線,天線具有約7dBi的增益。八木定向天線具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便等優(yōu)點,通常采用6~12單元的八木定向天線,其增益可達10dBi~15dBi。4.3rs-843-c無線收發(fā)器組網(wǎng)原理結(jié)構(gòu)如圖7所示,由一個具有RS-232接口、連接集控管理系統(tǒng)的無線收發(fā)器和若干個連接RS-485總線的無線收發(fā)器組成。具有RS-232接口的無線收發(fā)器連接控制電腦,接收集控管理系統(tǒng)對屏蔽設(shè)備的控制指令數(shù)據(jù),通過無線方式將指令發(fā)送出去;并接收其它收發(fā)器發(fā)送的返回數(shù)據(jù),將其送到RS-232上。RS-485接口的無線收發(fā)器工作方式與RS-232接口的無線收發(fā)器的基本相同,不同點只是在接口上。4.4用戶管理和監(jiān)測控制集控管理服務(wù)器端軟件是集控管理系統(tǒng)的核心部分,它安裝在主控服務(wù)器上,接收管理員的指令,對所有屏蔽器設(shè)備進行監(jiān)測與控制。在用戶管理方面,集控管理服務(wù)器端軟件能實現(xiàn)管理員的身份驗證,也對管理員的權(quán)限進行劃分,能將管理員登錄信息及操作信息記錄到日志文件。在監(jiān)測控制方面,集控管理服務(wù)器端軟件能實現(xiàn)手機信號屏蔽器的點控、組控和全控;能實時監(jiān)測屏蔽器的工作狀態(tài),遇到損壞或故障等異常狀態(tài)能夠自動報警。在操作界面方面,集控管理服務(wù)器端軟件顯示樹狀管理菜單,支持靈活的節(jié)點擴展管理,還可以加入電子地圖。4.5監(jiān)測并接收rs-843-843數(shù)據(jù)終端軟件運行在信號屏蔽器上,主要任務(wù)是監(jiān)測并接收RS-485總線上的命令數(shù)據(jù),按照命令內(nèi)容做出相應(yīng)的操作。其工作流程圖如圖8所示:5維護特