Передатчик помехового сигнала системам связи стандарта GSM

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в средствах радиоэлектронной борьбы и радиоэлектронного подавления.
Известен способ и устройство создания преднамеренных помех по пат. РФ 2543078, Н04К 3/00, используемый для создания помех глобальной навигационной спутниковой системе (ГНСС). При использовании описанного способа для подавления систем связи стандарта GSM требуются большие аппаратные затраты, к тому же подобное устройство не представляется возможным размещать в малогабаритных и переносных мобильных комплексах.
Известен также способ (варианты) и устройство (варианты) создания преднамеренных помех по пат. РФ 2583159, Н04К 3/00, обеспечивающий создание помех системам связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Этот способ подразумевает прием сигналов источников излучения, определение частотных и структурных параметров этих сигналов и формирование соответствующего помехового сигнала. Этот способ сложен в исполнении, а также подразумевает, что параметры подавляемого сигнала неизвестны. В системах связи стандарта GSM основные характеристики сигнала известны априорно, поэтому в данном случае способ, описанный в патенте, является технически сложным и не предполагающим возможности размещения в мобильных и малогабаритных устройствах.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является передатчик прямошумовых помех с перекосом спектра, приведенный в книге [Основы теории радиоэлектронной борьбы, ред. Николенко Н.Ф., М.: Военное издательство, 1987. 351 с].
Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
2 - перестраиваемый гетеродин;
4 - балансный смеситель;
5 - перестраиваемый, фильтр;
6 - усилитель мощности;
7 - передающая антенна;
8 - источник шумов;
9 - корректирующий фильтр;
10 - блок управления.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные источник шумов 8, корректирующий фильтр 9, балансный смеситель 4, перестраиваемый фильтр 5, усилитель мощности 6, выход которого присоединен к передающей антенне 7. Кроме того, выход блока управления 10 соединен со вторым входом перестраиваемого фильтра 5 и, через перестраиваемый гетеродин 2, со вторым входом балансного смесителя 4.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Ш
max
П
Сравнительно низкочастотные шумы u(t), имеющие неравномерную спектральную плотность (фиг. 3, а), поступают из источника шумов 8 на корректирующий фильтр 9. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра выбирается из условия выравнивания спектра сигнала первичного источника 8 в интервале от 0 до F, что позволяет «отбелить» шум первичного источника (фиг. 3, б). Далее «отбеленный» шум попадает на первый вход балансного смесителя 4. На второй вход балансного смесителя 4 поступают синусоидальные колебания с перестраиваемого гетеродина 2, управляемого блоком управления 10. Команды на перестройку могут управляться, например, разведприемником. В балансном смесителе 4 происходит операция умножения. В результате такого преобразования на выходе смесителя 4 выделяются две полосы высокочастотного спектра. Из спектра сигнала на выходе балансного смесителя 4 резонансным перестраиваемым фильтром 5 выделяется полоса частот Δƒ (фиг. 3, в). Сигнал с входа перестраиваемого фильтра 5, после прохождения через усилитель мощности 6, излучается в пространство передающей антенной 7.
Недостатками устройства-прототипа являются отсутствие возможности быстрой перестройки рабочей частоты, отсутствие модуляции помехового сигнала, а также высокая мощность энергопотребления.
Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности подавления при той же выходной мощности усилителя, модуляция помехового сигнала и возможность быстрой перестройки рабочей частоты.
Для решения поставленной задачи в передатчик помехового сигнала системам связи стандарта GSM, содержащий последовательно соединенные гетеродин, балансный смеситель, полосовой фильтр, усилитель мощности и антенну, согласно полезной модели, введены опорный генератор, выход которого соединен с входами гетеродина и блока формирования модулированного сигнала, выход которого соединен с другим входом смесителя, при этом гетеродин состоит из последовательно соединенных первого блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), первого фильтра ФАПЧ, первого усилителя и первого генератора, управляемого напряжением (ГУН), один выход которого соединен со вторым, входом, а другой выход является выходом гетеродина; блока формирования модулированного сигнала содержит последовательно соединенные второй блок ФАПЧ, второй фильтр ФАПЧ, сумматор, второй усилитель и второй ГУН, один выход которого соединен со вторым входом второго блока ФАПЧ, другой является выходом блока формирования, модулированного сигнала, кроме того, выход формирователь модулирующего сигнала соединен со вторым входом сумматора.
На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - опорный генератор;
2 - гетеродин;
2.1 - первый блок, фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);
2.2 - первый фильтр ФАПЧ;
2.3 - первый усилитель;
2.4 - первый генератор, управляемый напряжением (ГУН);
3 - блок формирования модулированного сигнала (БФМС);
3.1 - второй блок ФАПЧ;
3.2 - второй фильтр ФАПЧ;
3.3 - сумматор;
3.4 - второй усилитель;
3.5 - второй ГУН;
3.6 - формирователь модулирующего сигнала;
4 - балансный смеситель;
5 - полосовой фильтр;
6 - усилитель мощности;
7 - передающая антенна.
Предлагаемый передатчик помехового сигнала системам связи стандарта CSM содержит опорный генератор 1, выход которого соединен со входами гетеродина 2 и блоком формирования модулированного сигнала 3. Гетеродин 2 состоит из последовательно соединенных блоков ФАПЧ 2.1, первого фильтра ФАПЧ 2.2, первого усилителя 2.3, первого ГУН 2.4, второй выход которого соединен со вторым входом, первого блока ФАПЧ 2.1 для создания отрицательной обратной связи. Блок формирования модулированного сигнала (БФМС) 3 содержит последовательно соединенные второй блок ФАПЧ 3.1, второй фильтр ФАПЧ 3.2, сумматор 3.3, второй усилитель 3.4, второй ГУН 3.5, второй выход которого соединен со вторым входом второго блока ФАПЧ 3.1 для создания отрицательной обратной связи. Кроме того, выход формирователя модулирующего сигнала 3. 6 соединен со вторым входом сумматора 3.3. Первый вход первого блока ФАПЧ 2.1 и второго блока ФАПЧ 3.1 являются входами гетеродина 2 и БФМС 3 и подключены к выходу опорного генератора 1. Первый выход первого ГУН 2.4 является выходом гетеродина 2 и соединен с первым входом балансного смесителя 4. Первый выход второго ГУН 3.5 является выходом БФМС 3 и соединен со вторым входом балансного смесителя 4, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр 5 и усилитель мощности 6 подключен к передающей антенне 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Сигнал с выхода опорного генератора 1 поступает в гетеродин 2. В гетеродине 2 сигнал проходит через первый блок. ФАПЧ 2.1, в котором происходит сравнение фаз. Полученный после сравнения фаз сигнал ошибки проходит через первый фильтр ФАПЧ 2.2 с малой постоянной времени, далее отфильтрованный сигнал, усиливаясь в 2.3, поступает на вход ГУН 2.4 в качестве управляющего сигнала. Сигнал с выхода ГУН 2.4 подается на вход первого ФАПЧ 2.1, обеспечивая отрицательную обратную связь в блоке гетеродина 2, и на первый вход балансного смесителя 4. Таким образом, на выходе гетеродина 2 формируется опорная частота, значения которой варьируются в рамках значений  где N кратно четырем (фиг. 4, а).
Также с выхода опорного генератора 1 сигнал поступает в блок формирования модулированного сигнала 3. Преобразование фаз происходи во втором блоке ФАПЧ 3.1, после чего управляющий сигнал поступает на второй фильтр ФАПЧ 3.2, имеющий большую постоянную времени. Благодаря тому, что частота среза фильтра ФАПЧ 3.2 на порядок ниже частоты модулирующего сигнала создается возможность сложить в сумматоре 3.3 сигнал с выхода фильтра ФАПЧ 3.2 и с формирователя модулирующего сигнала 3.6. Суммированный сигнал усиливается вторым усилителем 3.4 и подается на второй ГУН 3.5 в качестве управляющего сигнала. Сигнал с выхода ГУН 2.5 подается, на вход второго ФАПЧ 3.1, обеспечивая отрицательную обратную связь в блоке формирования модулированного сигнала 3, и на второй вход балансного смесителя 4 (фиг. 4, б).
На выходе смесителя 4 формируется два модулированных помеховых сигнала, при этом центральная частота полученных сигналов  (фиг. 4, в). После прохождения через полосовой фильтр 5 и усилитель мощности 6, на вход передающей антенны 7 поступает только один модулированный сигнал, излучаемый в пространство.
Благодаря возможности быстрой перестройки гетеродина 2, за время длительности одного пакета GSM предлагаемый передатчик помехового сигнала посылает N модулированных помеховых сигналов, каждая из которых перекрывает лишь часть спектра подавляемого сигнала. Поскольку в стандарте GSM используется временное разделение каналов, то в одном кадре длительностью 577 мкс посылаются разнесенные по времени информационные пакеты для восьми абонентов. Каждый из N помеховых сигналов обеспечивает подавление порядка 20-25 из 175 каналов в пакете в течении промежутка времени, равного 1/8 длительности кадра. Следовательно, при излучении N помеховых сигналов на различных центральных частотах за время длительности одного кадра, достигается эффективное подавление (фиг. 4, г.).
Таким образом, благодаря возможности быстрой перестройки частоты, создается возможность посылать до 8 помеховых сигналов на различных центральных частотах за время длительности одного кадра. Модуляция позволяет сформировать помеховый сигнал, имеющий желаемый частотный спектр, близкий к прямоугольному. Такая методика позволяет обеспечить в несколько раз большую эффективность подавления при той же выходной мощности усилителя, что и у прототипа.