Nghiên cứu cải tiến thiết bị gây nhiễu liên lạc qua điện thoại di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẬU TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ GÂY NHIỄU LIÊN LẠC QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẬU TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ GÂY NHIỄU LIÊN LẠC QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSTRỊNH ANH VŨ Hà Nội - 2014 LỜI CAM ĐOAN Trong trình làm luận văn thạc sỹ, tơi đọc tham khảo nhiều loại tài liệu khác từ sách giáo trình, sách chuyên khảo báo đăng tải ngồi nước Tơi xin cam đoan tơi viết hồn tồn thống khơng bịa đặt, kết đạt luận văn không chép từ tài liệu hình thức Những kết tơi nghiên cứu, tích lũy suốt thời gian làm luận văn Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm có dấu hiệu chép kết từ tài liệu khác Hà Nội, ngày 30 tháng 06 năm 2014 TÁC GIẢ ĐẬU TUẤN ANH LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn em nhận giúp đỡ tận tình chu đáo thầy giáo Khoa Kỹ thuật Điện tử Viễn thông, Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đề tài nghiên cứu với tiêu đề: “Nghiên cứu cải tiến thiết bị gây nhiễu liên lạc qua điện thoại di động” triển khai thực hoàn thành với số kết thu có khả ứng dụng thời gian tới điều kiện thực tiễn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS TS Trịnh Anh Vũ người trực tiếp hướng dẫn em trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn, với tất lịng nhiệt tình, chu đáo, ân cần với thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc thẳng thắn nhà khoa học uy tín, mẫu mực Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, anh chị bạn có góp ý kịp thời bổ ích, giúp đỡ em suốt q trình em nghiên cứu hồn thiện luận văn Em xin kính chúc thầy cơ, anh chị bạn mạnh khỏe hạnh phúc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN 1.1 Nền tảng thông tin vô tuyến 1.2 Các đặc tính sóng vơ tuyến 1.2.1Phân loại tần số 1.2.2Đường truyền lan 1.3 Hệ thống thông tin di động 1.3.1Các đặc điểm ch 1.3.2Các công nghệ sử 1.3.3Cấu trúc t 1.3.4Các kênh vật lý v 1.3.4.1 Các kênh vật lý GSM 1.3.4.2 Các kênh logic GSM KẾT LUẬN CHƢƠNG I CHƢƠNG II: NHIỄU VÔ TUYẾN ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung 2.2 Phân loại nhiễu thông tin vô tuyến điệ 2.3 Phân loại nhiễu nhiệm vụ tác chiến 2.3.1Nhiễu tiêu cực 2.3.2Nhiễu tích cực 2.3.3Các đặc trưng 2.3.4Phương pháp hìn 2.3.4.1 Nhiễu có cấu trúc theo quy luật 2.3.4.2 Nhiễu có cấu trúc khơng theo quy lu 2.4 Tham số dùng để đánh giá nhiễu cho tín hi 2.5 Lý thuyết gây nhiễu cho BFSK BPSK 2.5.1 Gây nhiễu tạp âm 2.5.2 Nhiễutạp âmxung 2.5.3 Nhiễu tone 2.6 Lý thuyết gây nhiễu trải phổ 2.6.1 Nhiễu tạp âm bă 2.6.2 Nhiễu tạp âm dải 2.6.3 Nhiễu đa âm 2.6.4 Nhiễu xung 2.6.5 Nhiễu lặp lại KẾT LUẬN CHƢƠNG II CHƢƠNG III : GÂY NHIỄU ĐƢỜNG TRUYỀN SỐ LIỆUCỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.1 Nhiễu mạng thông tin di động 3.2 Phương pháp trải phổ sóng vơ tuyến 3.3 Tấn công DOS lên hệ thống GSM 3.3.1 Gây nhiễu h 3.3.1 Gây nhiễu gián đ 3.4 Thiết kế, chế tạo thiết bị gây nhiễu 3.4.1 Sơ đồ khối sơ 3.4.2 Các tiêu tham 3.5 Xây dựng phương pháp kiểm tra - hiệu chỉnh cho 3.5.1 Kiểm tra tham số 3.5.2 Kiểm tra tham số 3.5.3 Đánh giá hiệu thiết bị 3.5.4 Hướng nghiên cứu sản xuất KẾT LUẬN CHƢƠNG III KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đường Sóng vơ tuyến .13 Hình 1.2 Hành trình sóng vơ tuyến qua đường chân trời .14 Hình 1.3 Cấu trúc tế bào mạng di động 15 Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát hệ thống GSM .17 Hình 1.5 Cấu trúc cụm (khe thời gian) GSM .19 Hình 1.6 Phân loại kênh logic GSM 22 Hình1.7 Sắp xếp kênh logic kênh vật lý với Cell có dung lượng khác 24 Hình 2.1 Các dạng nhiễu theo độ rộng phổ .28 Hình 2.2 Dạng tín hiệu phổ nhiễu khơng điều chế 30 Hình 2.3 Dạng tín hiệu phổ nhiễu điều biên .30 Hình 2.4 Sơ đồ tạo nhiễu tạp trực tiếp 31 Hình 2.5 Sơ đồ tạo nhiễu tạp điều biên .32 Hình 2.6 Hệ thống thông tin môi trường nhiễu 35 Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị .50 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý kênh 1800MHZ .51 Hình 3.3 Bo mạch kênh 1800MHZ 52 Hình 3.4 Sơ đồ khối IC SKY65120 53 Hình 3.5 Máy gây nhiễu đường truyền số liệu chế tạo thực tế Viện H56 BCA 54 Hình 3.6 Phổ máy phát nhiễu .56 Hình 3.7 Sơ đồ đo kiểm tra .56 Hình 3.8 Sơ đồ kiểm tra - hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 57 Hình 3.9 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 462 - 467 MHz 58 Hình 3.10 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 869 - 880 59 Hình 3.11 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 925 - 960 60 Hình 3.12 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 1805-1880Mhz .61 Hình 3.13 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 2100Mhz 62 Hình 3.14 Sơ đồ khối thiết bị gây nhiễu cầm tay .63 Hình 3.15 Sơ đồ IC SKY12322-86LF 63 Hình 3.16 Mơ tả chu kỳ phát nhiễu 64 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý khối Điều khiển 65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại, chế sử dụng sóng vơ tuyến .13 Bảng 1.2 Sắp xếp tổ hợp kênh khung TDMA hệ thống GSM 23 Bảng 3.1 Công suất truyền tối đa mạng GSM 47 Bảng 3.2 Chi tiết trình thời gian thiết lập gọi 49 Bảng 3.3 Chức chân IC SKY65120 53 Bảng 3.4 Phân chia phổ tần số dành cho 2G Việt Nam .54 Bảng 3.5 Phân chia phổ tần số dành cho 3G Việt Nam .54 Bảng Các tiêu tham số kỹ thuật máy gây nhiễu thử nghiệm 55 Bảng 3.7 Sơ đồ chức chân IC SKY12322-86LF 63 Bảng 3.8 Bảng chân lý IC SKY12322-86LF 64 Ký hiệu AMPS AWGN Giải nghĩa tiế Advanced mo service AddtiveWhite BPSK Binary Phase CDMA GPRS Code Division Access Digital Subscr Enhanced Dat GSM Evolutio Frequency div access Fast Fourier tr Frequency Ho Spectrum General Packe GSM Global System HSDPA High Speed D Access High Speed P High Speed U Access Institue of Ele Electronic Eng Inverse fast Fo International M Telecommuni year 2000 Interim Standa DSL EDGE FDMA FFT FHSS HSPA HSUPA IEEE IFFT IMT2000 IS-95 ITU International Telecommuni Narrowband-A N-AMPS Hình 3.6 Phổ máy phát nhiễu 3.5 Xây dựng phƣơng pháp kiểm tra - hiệu chỉnh cho thiết bị Để đánh giá hiệu thiết bị chế tạo thử nghiệm luận văn tiến hành xây dựng phương án kiểm tra hiệu chỉnh sau: -Xây dựng sơ đồ đo kiểm tra -Kiểm tra tham số nguồn -Kiểm tra tham số kênh gây nhiễu 3.5.1 Kiểm tra tham số nguồn Quá trình kiểm tra thực theo sơ đồ hình 3.7 220V AC Hình 3.7 Sơ đồ đo kiểm tra Bước 1: Đấu nối thiết bị kiểm tra hình 3.7 Bước 2: Cấp nguồn 220VAC cho biến đổi nguồn Bước 3: Bật đồng hồ HIOKI thang đo điện áp DC Bước 4: Đưa que đo vào đầu biến đổi nguồn 56 3.5.2 Kiểm tra tham số kênh gây nhiễu Chuẩn bị kiểm tra: Bước 1: Đấu nối thiết bị hình 3.8 Bước 2: Cấp nguồn cho thiết bị đo thiết bị gây nhiễu Bộ biến đ nguồn Hình 3.8 Sơ đồ kiểm tra - hiệu chỉnh kênh gây nhiễu * Kiểm tra hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 462- 468MHz Sử dụng máy đo LIG nex1 spectrum Analyzer NS-30A 1KHz-3GHz - Xác định dải tần số cần đo: f= = 468 – 462 = (MHz) ấn nút Span điều chỉnh độ rộng dải cần quan sát =20 MHz > MHz (để quan sát hết toàn dải tần sóng gây nhiễu) - Đặt tần số trung tâm: =( + )/2= (462+468)/2 (MHz) = 465 (MHz) ấn nút Frequency điều chỉnh tâm đến tần số 465 MHz - Quan sát thị ghi lại giá trị đo hình 3.9 57 Hình 3.9 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 462 - 467 MHz * Kiểm tra hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 869 - 880MHz Sử dụng máy đo LIG nex1 spectrum Analyzer NS-30A 1KHz-3GHz - Xác định dải tần số cần đo: f= = 880 – 869 = 11(MHz) ấn nút Span điều chỉnh độ rộng dải cần quan sát = 30 MHz > 11 MHz (để quan sát hết toàn dải tần sóng gây nhiễu) - Đặt tần số trung tâm: =( + )/2= (880+869)/2 (MHz) ≈ 875 (MHz) ấn nút Frequency điều chỉnh tâm đến tần số 875 MHz - Quan sát thị ghi lại giá trị đo hình 3.10 58 Hình 3.10 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 869 - 880 * Kiểm tra hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 925 - 960MHz Sử dụng máy đo LIG nex1 spectrum Analyzer NS-30A 1KHz-3GHz - Xác định dải tần số cần đo: f= = 960 – 925 = 35 (MHz) ấn nút Span điều chỉnh độ rộng dải cần quan sát = 50 MHz > 35 MHz (để quan sát hết toàn dải tần sóng gây nhiễu) - Đặt tần số trung tâm: =( + )/2= (925+960)/2 (MHz) ≈ 942 (MHz) ấn nút Frequency điều chỉnh tâm đến tần số 942 MHz - Quan sát thị ghi lại giá trị đo hình 3.11 59 Hình 3.11 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 925 - 960 * Kiểm tra hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 1805- 1880MHz Sử dụng máy đo LIG nex1 spectrum Analyzer NS-30A 1KHz-3GHz - Xác định dải tần số cần đo: f= = 1880 – 1805 = 75 (MHz) ấn nút Span điều chỉnh độ rộng dải cần quan sát =100 MHz > 75 MHz (để quan sát hết toàn dải tần sóng gây nhiễu) - Đặt tần số trung tâm: =( + )/2= (1805+1880)/2 (MHz) ≈ 1840 (MHz) ấn nút Frequency điều chỉnh tâm đến tần số 1840 MHz - Quan sát thị ghi lại giá trị đo hình 3.12 60 Hình 3.12 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 1805-1880Mhz * Kiểm tra hiệu chỉnh kênh gây nhiễu 2100 MHz - Xác định dải tần số cần đo: f= = 2170 – 2110 = 60 (MHz) ấn nút Span điều chỉnh độ rộng dải cần quan sát =100 MHz > 60 MHz (để quan sát hết tồn dải tần sóng gây nhiễu) - Đặt tần số trung tâm: =( + )/2= (2170+2110)/2 (MHz) = 2140 (MHz) ấn nút Frequency điều chỉnh tâm đến tần số 2140 MHz - Quan sát thị ghi lại giá trị đo hình 3.13 61 Hình 3.13 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 2100Mhz 3.5.3 Đánh giá hiệu thiết bị Từ thử nghiệm thực tế cho thấy thiết bị làm việc hiệu khoảng cách từ thiết bị đến nơi phát tín hiệu lớn 250m, phạm vi gây nhiễu hiệu từ 5m đến 30m tùy thuộc vào vị trí đặt máy Đặc tính phù hợp cho việc sử dụng thiết bị gây nhiễu phòng họp, khu vực cần bảo vệ phạm vi 5m đến 30m Đặc điểm không làm ảnh hưởng đến máy di động nằm khu vực cần gây nhiễu 3.5.4 Hướng nghiên cứu sản xuất Từ việc sử dụng thiết bị gây nhiễu đơn vị H56 nghiên cứu sản xuất rút số đặc điểm: Máy tiêu thụ lượng lớn, phát lượng nhiệt cao nên cần tản nhiệt khối bao (Vỏ) nên di chuyển thiết bị khó khăn, phù hợp với lắp đặt cố định Trong luận văn em xin đưa phương án nghiên cứu, chế tạo thiết bị gây nhiễu nhỏ gọn cầm tay, tốn lượng phương pháp gây nhiễu xem kẽ, mô tả hình 3.14: 62 Tạo xung Hình 3.14 Sơ đồ khối thiết bị gây nhiễu cầm tay Từ sơ đồ khối thiết bị, thiết kế thêm suy hao điều khiển suy hao tín hiệu từ khối VCO sang khuếch đại công suất Bộ điều khiển phát xung vng đóng mở luồng tín hiệu từ VCO sang khuếch đại công suất Ở khối Suy hao sử dụng IC Attenuator SKY12322-86LF có sơ đồ khối, bảng chức chân bảng logic hình 3.15: Hình 3.15 Sơ đồ IC SKY12322-86LF Bảng 3.7 Sơ đồ chức chân IC SKY12322-86LF 63 Bảng 3.8 Bảng chân lý IC SKY12322-86LF Từ bảng 3.7 bảng 3.8 ta thấy mức logic chân V IC SKY12322-86LF mức cao (V High từ 3V đến 5V) khơng có luồng tín hiệu từ J2 đến J1, mức logic chân V IC SKY12322-86LF mức thấp (VLow từ 0V đến 0,2V) luồng tín hiệu từ J2 đến J1 tối đa 15,5 dB Từ đặc tính ta xem khối Suy hao cơng tắc đóng mở điều khiển khối Điều khiển qua chân V1, V2, V3, V4, V5, với thời gian đóng T1, thời gian mở T2 từ ta tính chu kỳ đóng mở luồng tín hiệu từ VCO đến khuếch đại công suất T=T1+T2 Chu kỳ phát nhiễu mơ tả Hình 3.16 P T1 Hình 3.16 Mơ tả chu kỳ phát nhiễu Từ T1, T2 tính mức tiết kiệm lượng máy phát nhiễu theo chu kỳ công thức: P1=Px[ Năng lượng sử dụng giảm: H=[ Khối Điều khiển dùng vi xử lý mức logic chân V1÷V5 IC SKY12322-86LF Sơ đồ nguyên lý khối Điều khiển hình 3.17 64 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý khối Điều khiển Từ sơ đồ ta thấy điều khiển đầu từ RB1-RB5 IC PIC16F877A đưa đến chân V1-V5 Suy hao, đáp ứng yêu cầu điều khiển đóng mở theo chu kỳ Suy hao Chương trình chạy vi xử lý viết ngôn ngữ Pascal: program DieuKhienDongMo; begin // bat dau truong trinh TRISB := 0XE0; //thiet lap PORTB dau PORTB := 0x00; // Thiet lap trang thai ban dau cua PortB =0 while true // thiet lap vong lap begin // bat dau vong lap PORTB :=0X1F; // xuat muc cao portb DELAY_MS(2000); // tre 2s 65 PORTB :=0X00; // xuat PortB muc thap DELAY_MS(6000); // tre 6s end; // ket thuc vong lap while end // ket thuc chuong trinh Thay T1=2s, T2=6s vào công thức ta thấy công suất máy sử dụng chu ky T=T1+T2=2s+6s=8s P1=P[ 2+6 ]= 4P, giảm 3/4 lượng tiêu thụ Do điều kiện thời gian, luận văn chủ yếu đưa cải tiến mặt lý thuyết sở thiết bị nghiên cứu sản xuất Đưa phương án để nghiên cứu, thử nghiệm, chế tạo thiết bị gây nhiễu nhỏ gọn, tốn lượng KẾT LUẬN CHƢƠNG III Trong Chương III luận văn nêu số biện pháp để khống chế, gây nhiễu hệ thống truyền dẫn số liệu thông qua mạng thông tin di động Những sở lý thuyết nghiên cứu luận văn tiền đề tảng để xây dựng, thiết kế máy chế áp (gây nhiễu) thiết bị truyền số liệu qua mạng thông tin di động thực tế Thiết bị thử nghiệm Viện H56 BCA đạt kết định việc chế áp thiết bị truyền dẫn số liệu qua mạng thông tin di động để phục vụ công tác an ninh Tuy nhiên, cơng suất phát tín hiệu nhiễu lớn nên thiết bị có kích thước cồng kềnh gây số khó khăn tác chiến động Chương III có gợi mở thêm phương pháp gây nhiễu kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel): Thiết bị nhỏ gọn hơn, tiêu tốn lượng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tác chiến động 66 KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian học tập nghiên cứu gây nhiễu liên lạc cục đường truyền số liệu qua mạng thông tin di động, luận văn đưa vấn đề bản: Đã nghiên cứu thông tin vô tuyến, lịch sử phát triển mốc quan trọng tiến trình phát triển hệ thống thông tin vô tuyến Các loại nhiễu vô tuyến điện, từ nghiên cứu nhiễu luận văn nêu tác động ảnh hưởng nhiễu vô tuyến điện tới hệ thống thông tin nói chung hệ thống thơng tin di động nói riêng Qua luận văn nêu số phương pháp để khống chế mạng thông tin di động phương pháp sử dụng nhiễu vô tuyến Từ nghiên cứu lý thuyết mạng thông tin đường truyền số liệu, loại nhiễu tác động tới hệ thống đường truyền số liệu thơng qua hệ thống thông tin di động Với khả kiến thức cịn hạn chế thân luận văn cịn nhiều thiếu sót mong thầy góp ý để luận văn em hồn chỉnh Một lần em xin cảm ơn PGS.TS Trịnh Anh Vũ thầy cô khoa Điện tử viễn thông Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình giúp đỡ em thời gian học tập thực luận văn 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] PGS.TSTrịnh Anh Vũ, (2006), “Thông tin di động”, 32000; 24 cm [2] Kỹ thuật viễn thông TS Nguyễn Tiến Ban [3] Cơ sở tác chiến điện tử, năm 2005 TS Nguyễn Huy Hoàng, Vũ Hồng Thanh, Nguyễn Tiến Tài [4] Tác chiến điện tử lĩnh vực thông tin Nguyễn Khắc Hoan, Vũ Hồng Thanh [5] Tổng quan điện thoại di động hệ thống GSM, năm 2004 PGS- TS Nguyễn Quốc Bình, HVKTQS phát hành Tiếng Anh [6] Digital communication jamming, Cemsen, first lieutenant, Turkish Army, BS Turkish Military Academy, amkara 1993 [7] Dr.Lee.WC (1995), Mobile Cellular Telecommunications, MC.GrawHill [8] International Telecommunication Union, 2002, Handbook Spectrum Monitoring [9] GPP Organization Partners (2005), 3GPP TS.05.05 Version8.20.0, Internet, http://www 3gpp.org [10] GSM Test System GA 900/GA901- Technical Information, 1996 Rode& Schwarz [11] Steele R.(ed): Mobile Radio Communication Pentech Press London, 1992 [12] Wireless Networks first-step, By Jim Geier-2004 68 ... ANH NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ GÂY NHIỄU LIÊN LẠC QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN... Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đề tài nghiên cứu với tiêu đề: ? ?Nghiên cứu cải tiến thiết bị gây nhiễu liên lạc qua điện thoại di động? ?? triển khai thực hoàn thành với số kết thu có khả ứng dụng thời... tin liên lạc Sự lựachọnthích hợp nhấtphụ thuộc vàohệ thốngmụctiêu Dạng sónggây nhiễuchínhchoBFSKvàBPSKgây nhiễu tạp âm chặn, gây nhiễutạp âmxung, v? ?gây nhiễutone 2.5.1 Gây nhiễu tạp âm chặn Thiết