屏蔽范圍的理論計(jì)算

屏蔽范圍的理論計(jì)算

1監(jiān)獄、法院、醫(yī)院和國(guó)內(nèi)重要場(chǎng)所的通信信號(hào)作為下一代的通信技術(shù)，移動(dòng)通信逐漸進(jìn)入生活的各個(gè)方面。但是,在監(jiān)獄、法庭、重要會(huì)議、考場(chǎng)、醫(yī)院及教堂等特殊場(chǎng)所,出于秩序、機(jī)密和安全的要求,并不歡迎移動(dòng)通信信號(hào)。此時(shí),可采用手機(jī)信號(hào)屏蔽系統(tǒng),對(duì)這些場(chǎng)所內(nèi)的手機(jī)進(jìn)行信號(hào)屏蔽。2干擾的基本原理壓制性干擾是一種常見(jiàn)的信號(hào)干擾方式,它在通信的規(guī)定頻率上發(fā)射功率強(qiáng)大的干擾信號(hào),使通信接收機(jī)無(wú)法正常地工作,從而達(dá)到通信干擾效果。一般壓制性干擾是從干擾信號(hào)的頻譜特點(diǎn)上來(lái)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(chēng)為瞄準(zhǔn)式干擾;能同時(shí)干擾一個(gè)頻段范圍內(nèi)的不同工作頻率的,稱(chēng)為阻塞式干擾。此外,還有掃頻式干擾等常見(jiàn)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(hào)頻率重合,干擾和信號(hào)的頻譜寬度基本相同。其基本原理是發(fā)射與接收機(jī)工作帶寬同一頻段的干擾信號(hào),使接收機(jī)輸出端信噪比嚴(yán)重下降,達(dá)到阻止接收機(jī)接收有用信號(hào)的目的。該方式的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是需要事先確定被干擾對(duì)象的具體頻點(diǎn)。2.2干擾信號(hào)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(jī)工作帶寬的干擾信號(hào),達(dá)到阻止接收機(jī)接收有用信號(hào)的目的。由于阻塞式干擾帶寬相對(duì)較寬,所以對(duì)頻率引導(dǎo)精度的要求低,頻率引導(dǎo)設(shè)備簡(jiǎn)單;其缺點(diǎn)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(yùn)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(gè)綜合。它是指干擾發(fā)射機(jī)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(guò)所有的頻率信號(hào)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(diǎn),比如對(duì)發(fā)射功率沒(méi)有過(guò)高的要求,避免了功率浪費(fèi);運(yùn)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(hào)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(hào)源可產(chǎn)生圖1所示的掃頻信號(hào),該信號(hào)再同噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號(hào)混頻放大輸出后,即可得到掃頻干擾信號(hào)。DDS輸出信號(hào)的頻率與頻率控制字和時(shí)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(shí)鐘頻率,A是累加器的位數(shù)。以屏蔽CDMA制式的下行信號(hào)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(hào)。其中DFTW用來(lái)設(shè)置頻率增量,DFRRW用來(lái)設(shè)置頻率時(shí)間間隔,FTW0用來(lái)設(shè)置起始頻率。接著,用DDS作為PLL的激勵(lì)信號(hào),采用PLL作為跟蹤倍頻鎖相環(huán)的方案。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),PLL的輸出頻率為:當(dāng)設(shè)置PLL中的分頻器為4分頻時(shí)(即N=4),PLL輸出的信號(hào)頻率為DDS輸出信號(hào)的4倍頻,即870MHz~880MHz。該信號(hào)再同噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號(hào)混頻放大輸出后,即可得到掃頻干擾信號(hào)。通過(guò)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(hào)的頻率范圍,從而產(chǎn)生各種制式的干擾信號(hào)。3單元格柵系統(tǒng)的策劃方案3.1生物處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用專(zhuān)用通信屏蔽系統(tǒng)要求全天候不間斷地控制、截?cái)嘀付ǚ秶鷥?nèi)的國(guó)內(nèi)所有公眾通信標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)信號(hào)(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(yùn)行。在設(shè)計(jì)專(zhuān)用屏蔽系統(tǒng)時(shí),要遵循如下的設(shè)計(jì)原則:◆電磁輻射的健康性:必須符合國(guó)家相關(guān)部門(mén)的電磁輻射有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定?！舾蓴_方案的先進(jìn)性:不影響運(yùn)營(yíng)商的基站工作?！艨刂平M網(wǎng)的靈活性:只對(duì)指定范圍內(nèi)手機(jī)信號(hào)進(jìn)行屏蔽,對(duì)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和有線(xiàn)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(kuò)展性?！粝到y(tǒng)運(yùn)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(kù)平臺(tái),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)報(bào)警。另外系統(tǒng)配備了區(qū)域大容量UPS,保證系統(tǒng)斷電時(shí)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(jì)算以GSM1800MHz信號(hào)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(huì)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(xiàng)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(dá)式如下:其中距離d的單位為km,信號(hào)頻率f的單位為MHz。假設(shè)干擾機(jī)的發(fā)射功率為2w(33dBm),若干擾區(qū)邊緣處實(shí)際測(cè)得的GSM1800MHz手機(jī)基站信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)是-70dBm,那么若想要干擾此處手機(jī),干擾機(jī)的場(chǎng)強(qiáng)必須高于-70+15=-55dBm,此時(shí)總損耗為:因?yàn)橐话沅摻罨炷两ㄖ锏拇┩笓p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(guò)以上所述的理論計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)安裝屏蔽器設(shè)備的位置、單機(jī)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(shí)際特點(diǎn),來(lái)選擇屏蔽器集控管理系統(tǒng)的組網(wǎng)方式(有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn))、安裝點(diǎn)位,以達(dá)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(gè)部分:集控管理系統(tǒng)和手機(jī)信號(hào)屏蔽器部分,如圖3。每個(gè)分布模塊都與RS-485連接,每個(gè)模塊內(nèi)部均可收發(fā)數(shù)據(jù)。整個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)上的模塊都通過(guò)安裝了集控管理系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)來(lái)控制,主控計(jì)算機(jī)利用一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊,就可以控制整個(gè)RS-485總線(xiàn)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(xiàn)連接比較麻煩的情況時(shí),可采用圖4所示的方法進(jìn)行無(wú)線(xiàn)集控管理組網(wǎng)。與有線(xiàn)組網(wǎng)方式相比較,該方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(shí)現(xiàn)4.1屏蔽器sd控制本系統(tǒng)采用YK-3000H系列手機(jī)信號(hào)屏蔽器,如圖5所示。該屏蔽器內(nèi)置控制模塊,可聯(lián)機(jī)組成系統(tǒng),滿(mǎn)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(shí)開(kāi)機(jī)工作。產(chǎn)品特點(diǎn):(1)屏蔽現(xiàn)有的一切制式手機(jī)信號(hào)(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(duì)人體無(wú)傷害;(4)不影響話(huà)筒、對(duì)講機(jī)等其他電子設(shè)備的正常工作;(5)緩啟動(dòng)電路設(shè)計(jì),無(wú)機(jī)械開(kāi)關(guān)打火現(xiàn)象;(6)具備運(yùn)行高穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性;(7)適合24小時(shí)開(kāi)機(jī)工作的工程機(jī)型。屏蔽器中的控制模塊主要采用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。8051單片機(jī)通過(guò)MAX485總線(xiàn)收發(fā)芯片從總線(xiàn)上收發(fā)信息,其接口電路見(jiàn)圖6。單片機(jī)的P3.0、P3.1腳分別與MAX485中的一組收發(fā)器對(duì)應(yīng)相連,這樣8051單片機(jī)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(xiàn)的實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)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(xiàn),而應(yīng)該在室內(nèi)采用平板天線(xiàn),室外采用八木定向天線(xiàn)與全向天線(xiàn)等組合方式,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確屏蔽。全向天線(xiàn),在水平方向具有360度覆蓋能力,增益為0dBi~5dBi。平板天線(xiàn)屬于空氣介質(zhì)型微帶天線(xiàn),天線(xiàn)具有約7dBi的增益。八木定向天線(xiàn)具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn),通常采用6~12單元的八木定向天線(xiàn),其增益可達(dá)10dBi~15dBi。4.3rs-843-c無(wú)線(xiàn)收發(fā)器組網(wǎng)原理結(jié)構(gòu)如圖7所示,由一個(gè)具有RS-232接口、連接集控管理系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和若干個(gè)連接RS-485總線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器組成。具有RS-232接口的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器連接控制電腦,接收集控管理系統(tǒng)對(duì)屏蔽設(shè)備的控制指令數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)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?cái)?shù)據(jù),將其送到RS-232上。RS-485接口的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器工作方式與RS-232接口的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的基本相同,不同點(diǎn)只是在接口上。4.4用戶(hù)管理和監(jiān)測(cè)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(duì)所有屏蔽器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。在用戶(hù)管理方面,集控管理服務(wù)器端軟件能實(shí)現(xiàn)管理員的身份驗(yàn)證,也對(duì)管理員的權(quán)限進(jìn)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(cè)控制方面,集控管理服務(wù)器端軟件能實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)屏蔽器的點(diǎn)控、組控和全控;能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)報(bào)警。在操作界面方面,集控管理服務(wù)器端軟件顯示樹(shù)狀管理菜單,支持靈活的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展管理,還可以加入電子地圖。4.5監(jiān)測(cè)并接收rs-843-843數(shù)據(jù)終端軟件運(yùn)行在信號(hào)屏蔽器上,主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)并接收RS-485總線(xiàn)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(hù)特