Блокиратор LTE сети

Аннотация В данном дипломном проекте разрабатывается блокиратор LTE сети. Блокираторы играют важную роль в защите информации от несанкционированного доступа.

В проекте проведены экспериментальные исследования модели и программной реализации устройства, разработана конструкция, произведен расчет экономики, охраны труда и окружающей среды.

Устройство реализовано с применением современной элементной базы, что позволило улучшить его технические параметры.

Annotation

In this thesis project developed blocker LTE network. Blockers occupy an important role in protecting information from unauthorized access.

In the project carried out an experimental study of the model and software of the device, developed a design, a calculation of the economy, labor protection and the environment.

The device is realized using modern electronic components, thus improving its technical parameters.

Содержание Введение

1. Технико-экономическое обоснование темы.

2. Технические условия и их обоснования

2.1 Технические требования

2.2 Указания по эксплуатации

2.2.1 Назначение

2.2.2 Изделие обеспечивает

2.2.3 Монтаж и настройка

2.2.4 Меры безопасности

3. Теоретическая часть

3.1 Стандарты сотовой связи в Российской Федерации

3.2 Состав и разновидности подавителей связи.

4. Составление и оптимизация параметров структурной схемы

5. Составление и расчет принципиальной схемы

6. Конструкторская часть.

6.1 Обоснование выбора корпуса устройства.

6.2 Расчет надежности.

7. Технологическая часть

7.1 Материал печатных плат.

7.2 Технология изготовления печатной платы.

7.3 Размещение навесных элементов на печатной плате.

7.4 Трассировка печатной платы.

8.Экспериментальная часть

9. Экономическая часть

10. Безопасность и экологичность дипломного проекта

10.1 Основные потенциально опасные и вредные производственные факторы

10.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов

10.3 Опасные и вредные факторы, образующиеся при пайке и лужении

10.4 Вентиляция участков пайки и лужения

10.5 Обеспечение пожарной безопасности в рабочем помещении

10.6 Экологичность проекта Заключение Разработанный блокиратор LTE сети полностью отвечает требованиям технического задания.

Список литературы

Приложение № 1

Приложение № 2

Приложение № 3

Способов несанкционированного доступа к информации очень много, но зачастую организация и техническое оснащение очень дороги и сложны. Кроме того, большинство средств съема информации невозможно приобрести легально. Но в тоже время у нас у всех есть доступ к дешевому, миниатюрному (на рынке сотовых телефонов широко распространены аппараты с размерами сопоставимыми с размерами спичечного коробка), высококачественному, подслушивающему радиоустройству, способному, во-первых, передавать акустическую информацию на сколь угодно большое расстояние. Во-вторых, оно может быть удаленно и негласно активировано без какой либо индикации и без ведома владельца (так называемые недекларированные возможности) даже в выключенном состоянии (для специалиста в области информационной безопасности эта характеристика означает возможность дистанционного управления и соответственно приведение в действие функции подслушивания в любой момент времени) -это сотовый телефон.

Необходимо отметить самые характерные тактические возможности мобильника. Сотовый телефон необходимо рассматривать как миниатюрное высококачественное подслушивающее радиоустройство, способное:

Передавать акустическую информацию на любое расстояние по каналам сотовой связи. В этом случае телефон переводится в режим передачи по инициативе его владельца.

В последние годы для перехвата речевой информации все чаще стали применяться мобильные телефоны сотовой связи, а также электронные устройства перехвата информации (закладочные устройства), построенные на их базе. Причем для прослушивания разговоров, ведущихся в помещениях, могут использоваться как специально разработанные и доработанные сотовые телефоны, так и типовые, купленные в обычном магазине («обычные» сотовые телефоны) [2, 3].

Самым простым и распространенным способом использования «обычного» сотового телефона в качестве закладочного устройства является включение его на передачу путем набора номера телефона, с которого будет вестись запись перехваченных разговоров, и скрытая установка этого мобильного аппарата в контролируемом помещении.

«Обычный» телефон может быть задействован в качестве средства перехвата также при использовании активного комплекса перехвата сотовой связи, представляющего собой виртуальную базовую станцию (ВБС) внутри сети GSM, применяющую для работы перехваченные из реальной сети параметры соты, которая мобильными телефонами аутентифицируется в качестве обычной базовой станции. При включении ВБС на сравнительно небольшом расстоянии от контролируемого мобильного аппарата последний регистрируется ею согласно стандарту GSM. С этого момента возможно управление мобильным аппаратом виртуальной базовой станцией, вплоть до перевода телефона в режим передачи без какой-либо индикации и без ведома его владельца (такой режим работы мобильного телефона часто называю «полицейским режимом»). При установке на мобильном телефоне специального программного обеспечения для активации «полицейского режима» можно обойтись и без ВБС.

Существует немало компаний, выпускающих мобильные телефоны с модифицированными шпионскими функциями. Например, английская фирма GSMSpy специализируется на модификации сотовых телефонов компании Siemens, а итальянская Endoacustica — на модификации сотовых телефонов Nokia.

Первый наиболее дешевый тип модифицированного телефона носит название «switched off» (выключенный). Специальная программа изменяет режим работы мобильного телефона при приеме входящих звонков.

При установке самого простого варианта такой программы мобильный телефон при приеме входящего звонка переходит в режим автоответа без видимых признаков входящего звонка (телефон не «издает» световых, звуковых или вибрационных сигналов). При установке более сложной программы мобильный телефон переходит в режим автоответа без видимых признаков входящего звонка только при приеме входящего звонка с определенного «контрольного телефона», при этом прием входящих звонков с номеров других телефонов осуществляется в обычном порядке.

Более дорогой тип исполнения модифицированного телефона -«spy-phone» (шпионский телефон). В этом аппарате «вшиты» два номера. Входящие и исходящие звонки с первого (известного) номера осуществляются как в обычном телефоне. Входящие звонки на второй (тайный) номер принимаются скрытно, без видимых признаков входящего звонка.

В отличие от «обычных» сотовых телефонов, закладочные устройства, построенные на их базе, имеют значительно меньшие размеры и могут скрытно устанавливаться не только в интерьерах контролируемого помещения, но и встраиваться в сетевые удлинители, настольные электрические лампы, электробытовые и радиоприборы и их блоки питания. Такие устройства часто называют GSM-закладками.

Включение типовой GSM-закладки, как правило, осуществляется или передачей SMS-сообщения, или звонком на телефонный номер, записанный в ее SIM-карте.

При получении SMS-сообщения устройство производит набор номера телефона, который заранее записан в памяти SIM-карты или указан в SMS-сообщении. После установления связи осуществляется перехват разговоров, ведущихся в радиусе 5−7 м от места установки устройства, и их передача на приемный пункт по каналу сотовой связи.

При получении вызова определяется номер телефона звонящего абонента. При совпадении данного номера с номером (одним из номеров), записанным в памяти SIM-карты, осуществляется установление связи и передача перехватываемой информации на номер телефона звонящего абонента. Перехват информации прекращается (телефон закладного устройства отключается) при отключении телефона приемного пункта.

Включение и выключение закладного устройства не сопровождается какими-либо звуковыми эффектами, поэтому факт его работы можно обнаружить только по наличию радиоизлучения.

Более сложные закладные устройства оборудуются встроенными цифровыми диктофонами. Включение диктофонов на запись осуществляется передачей соответствующих SMS-сообщений с указанием времени начала и окончания записи. Записанные на цифровой диктофон разговоры могут или прослушиваться, или передаваться на приемный пункт в режиме передачи данных.

Так же сотовый телефон можно рассматривать не только как подслушивающее устройство с ним, также возникает еще ряд проблем, например:

· в медицинских учреждениях (телефон не только нарушает покой больных, но и может нарушить правильную работу медицинских приборов)

· использование для подрыва зарядов при проведении терактов: специалист-подрывник легко может использовать вибратор мобильника для того, чтобы в нужный момент подать напряжение на электродетонатор. Взрыв произойдет по звонку, после получения SMS или по таймеру

· непосредственно при разработке и проведении террористических операций (связь в подобных операциях является очень важным фактором)

· в самолетах (мобильные телефоны могут наводить помехи на частоты радиоэлектронных устройств самолета)

· во время спектакля или экскурсии, в библиотеке или читальном зале отвлекает не только хозяина мобильного телефона, но и остальных вокруг

· в учреждениях пенициарной системы (зоны, тюрьмы, изоляторы и т. д.)

· при проведении экзаменов (не только отвлекает остальных, но и ставит под сомнение качество знаний экзаменуемого и т. д.

Для специалистов по информационной безопасности эта характеристика означает наличие у мобильного телефона возможности управления дистанционно и возможность включения в действие функции подслушивания в любой момент времени и любом месте, где бы Вы не находились.

Отметим, что на профессиональном уровне задача борьбы с негласным съёмом информации при помощи мобильных телефонов решается достаточно успешно, но является весьма дорогостоящим мероприятием и требует привлечения специалистов и широкого круга технических средств.

Наиболее эффективным и дешевым способом защиты выделенных помещений от перехвата речевой информации техническими средствами, построенными на базе средств сотовой связи, является использование блокираторов (подавителей) сотовой связи.

1. Технико-экономическое обоснование темы

На сегодняшний день известен ряд способов защиты информации от утечки по каналам сотовой связи. Один из них — организационно-режимные меры, которые должны обеспечить изъятие сотовых телефонов при попытке вноса в контролируемое помещение. Другой способ защиты это технические методы и средства:

1. обнаружению различными методами (прежде всего техническими) сотовых телефонов на контролируемом объекте.

2. пассивное блокирование сигналов сотовой связи (экранирование помещений)

3. акустическое зашумление тракта передачи речевой информации при попытке негласной дистанционной активации микрофона трубки сотового телефона.

4. исключение возможности подслушивания речевой информации с помощью блокирования (или подавления) нормальной работы сотового телефона.

Рассмотрим достоинства и недостатки вышеперечисленных способов защиты.

Накопленный мировой опыт борьбы с подслушиванием показывает, что организационно-режимные меры, предотвращающие (или запрещающие) попытку вноса сотовых телефонов на защищаемый объект широко используются, но эффективность таких мероприятий низка. Это связано с тем, что проконтролировать исполнение организационно-режимных мероприятий весьма сложно, т.к., во-первых, сотовый телефон имеет небольшие размеры. А во-вторых, он может быть закамуфлирован практически под любой предмет обихода. [7]

Технические методы и средства защиты информации от утечки по каналам сотовой связи:

1. Для обнаружения работающих сотовых телефонов применяются индикаторы электромагнитного излучения, которые сигнализируют о превышении уровня электромагнитного поля при переходе сотового телефона в режим передачи (разговора). Но если в помещении находится большое количество людей, то определить, кто конкретно ведёт передачу проблематично.

2. Экранирование помещений заключается в том что на стены выставляются специальные экранирующие электромагнитные панели с тонкими пластинами из никель-цинкового сплава, либо «фанерное» решение: древесная масса замешивается с никель-цинковым ферритом, и в виде начинки помещается между двумя тонкими деревянными пластинами надёжный способ — при нем блокируется до 97% излучения радиоволн, но это применительно только к какому-то определённому помещению. 6]

3. В случае негласной дистанционной активизации телефона в режим прослушивания единственным демаскирующим признаком является изменение напряжённости электромагнитного поля (т.е.передатчик сотового телефона несанкционированно включается на передачу). Это изменение фиксируется индикатором поля, входящим в состав изделия, который даёт команду на автоматическое включение акустического шумогенератора. При этом происходит зашумление всего тракта передачи речевой информации таким образом, что на приёмном конце отсутствуют какие либо признаки речи. Телефон при этом помещен в само устройство.

4. Эффективный способ при негласной активации сотового телефона с целью прослушивания через каналы сотовой связи, но применим только для одного конкретного телефона. Поэтому, с точки зрения качества и цены наиболее эффективным способом предотвращения утечки речевой информации по каналам сотовой связи, в настоящее время, является применение блокираторов (или подавителей) сотовых телефонов, которые реализуются на основе постановки различного рода электромагнитных помех. 8]

2. Технические условия и их обоснования

Составление технических условий выполнено с использованием ГОСТ 2.114−70, определяющего общие правила составления технических условий на разрабатываемую аппаратуру.

Настоящие технические условия распространяются на блокиратор сети LTE стандарта, предназначенный для блокировки несанкционированного доступа в сеть на определенной территории.

Технические условия (ТУ) являются неотъемлемой частью комплекта технической документации на продукцию (изделие, материал, вещество и т. п.), на которую они распространяются. 11]

ТУ должны содержать следующие части и разделы, расположенные в следующей последовательности:

· Технические требования

· Указания по эксплуатации (применению)

2.1 Технические требования

В разделе указывают требования, определяющие показатели качества и эксплуатационные характеристики продукции.

1. Подавляемые системы (стандарты) связи: GSM-900, LTE,

2. Частотный диапазон: 760−960 МГц; 2500−2700 МГц,

3. Вид помехи: заградительная в частотном диапазоне,

4. Средняя мощность на канал: 300 мВт,

5. Напряжение питания: 5 В,

6. Радиус зоны подавления: 3−15 м.

7. Антенны: SMA разъем SPDA2470/2700

8. Время работы: неограниченно

9. Автоматически включаемая система вентиляции

10. Температура эксплуатации: +5 — +60 ⁰С

2.2 Указания по эксплуатации

2.2.1 Назначение

Устройство предназначено для ограничения использования абонентских терминалов (АТ) в различных местах, где пользование ими запрещено или нежелательно.

Может использоваться для санкционированного блокирования работы

АТ на совещаниях и в переговорных, с целью обеспечения рабочей обстановки, а также для защиты информации от утечки с использованием каналов сотовой связи (акустический и видео контроль, определение местоположения абонента). Находит применение на режимных объектах, в посольствах, в банках, в помещениях с ограниченным доступом, местах заключения, на спец. объектах, специальных лабораториях.

Делает невозможной сотовую связь и беспроводной доступ в местах, где требуется тишина: в учебных заведениях, библиотеках, музеях, в театрах, кинотеатрах, в концертных залах, в игровых заведениях, студиях звукозаписи, в больницах, в религиозных заведениях, на встрече и других местах с повышенными требованиями по соблюдению тишины и защите информации. Блокирует дистанционное управление и работу подслушивающих устройств, созданных на основе сотового телефона с беспроводным доступом к сети Интернет.

2.2.2 Изделие обеспечивает

— дальность блокирования абонентских терминалов — от 5 до 15 метров.

Дальность действия изделия зависит от расстояния до ближайшей базовой станции мобильной связи. Средняя зона нейтрализации терминалов в городских условиях составляет около 10 метров. Для защиты территорий или помещений с большей площадью используется метод пространственного размещения необходимого количества изделий;

— действие прибора незаметно для посетителей и не мешает работе аппаратов мобильной связи, расположенных вне рабочей зоны;

— отсутствие влияния на любые радиоэлектронные устройства, кроме диапазона принимаемых сотовым телефоном частот;

— через 0.5−1 минуту после включения прибора телефоны переходят в режим «Поиск сети» ;

2.2.3 Монтаж и настройка

— изделие может быть установлено в помещении на столе, на полу, или на стене;

— в случае существенного удаления электросети от места установки изделия допускается удлинение кабеля питания, в этом случае соблюдайте полярность подключения и используйте силовой кабель питания

— изделие автоматически переходит в режим работы при включении его в сеть 220В

2.2.4 Меры безопасности

— уровень излучения блокиратора полностью эквивалентен уровню излучения сотового телефона и соответствует требованиям международного стандарта GSM для абонентской аппаратуры.

Поскольку антенна блокиратора находится на некотором расстоянии от абонента, а сотовый телефон непосредственно у головы абонента, то очевидно, что воздействие электромагнитного излучения блокиратора несоизмеримо мало по сравнению с воздействием излучения собственного телефона абонента. Соответственно, воздействие электромагнитного излучения блокиратора эквивалентно воздействию любого иного сотового телефона в помещении или на улице;

— в целях снижения длительного электромагнитного воздействия на человека рекомендуется устанавливать изделие на расстоянии более 2-х метров от людей;

— части корпуса могут быть изготовлены из не поддерживающего горения ABS пластика;

— изделие спроектировано для стационарной установки в легко доступных помещениях, не имеющих агрессивных паров и газов;

— соблюдайте полярность подключения, в случае применения удлинительного кабеля питания;

3. Теоретическая часть

3.1 Стандарты сотовой связи в Российской Федерации

В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть (работала в стандарте NMT-450) и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком.

На 2007 год основные протоколы сотовой связи, используемые в России — GSM-900 и GSM-1800. Помимо этого, работают и CDMA-сети, в стандарте CDMA-2000, он же IMT-MC-450. Также GSM-операторами ведётся плавный переход на стандарт UMTS. В частности, первый фрагмент сети этого стандарта в России был введён в эксплуатацию 2 октября 2007 года в Санкт-Петербурге компанией «МегаФон».

GSM

GSM (от названия группы Groupe Spйcial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск.СПС-900) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.

GSM-900

Цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 890 до 915 МГц (от телефона к базовой станции) и от 935 до 960 МГц (от базовой станции к телефону). Количество реальных каналов связи гораздо больше чем написано выше в таблице, т. к присутствует еще и временное разделение каналов TDMA, т. е на одной и той же частоте могут работать несколько абонентов с разделением во времени.

В некоторых странах диапазон частот GSM-900 был расширен до 880—915 МГц (MS -> BTS) и 925—960 МГц (MS <- BTS), благодаря чему максимальное количество каналов связи увеличилось на 50. Такая модификация была названа E-GSM (extended GSM).

GSM-1800

Модификация стандарта GSM-900, цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 1710 до 1880 МГц.

Особенности:

· Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 — 1Вт, для сравнения у GSM-900 — 2Вт. Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение уровня радиоизлучения.

· Высокая ёмкость сети, что важно для крупных городов.

· Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 и GSM-1800 одновременно. Такой аппарат функционирует в сети GSM-900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается — вручную или автоматически. Это позволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиентам — экономить деньги за счёт низких тарифов. В обеих сетях абонент пользуется одним номером. Но использование аппарата в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании, или между компаниями, работающими в разных диапазонах, заключено соглашение о роуминге.

Сеть GSM 900−1800 — это единая сеть, с общей структурой, логикой и мониторингом в которой телефон никуда не переключается. Вручную можно только запретить использовать один из диапазонов в тестовых или очень старых аппаратах.

Стандарт GSM-1800 в основном используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки.

Таблица № 1. Характеристики стандартов GSM 9 001 800

UMTS

UMTS (англ. Universal Mobile Telecommunications System — Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система) — технология сотовой связи, разработана Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европе. В качестве способа передачи данных через воздушное пространство используется технология W-CDMA (использует широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов, использующий две широкие полосы радиочастот по 5 МГц), стандартизованная в соответствии с проектом 3GPP ответ европейских учёных и производителей на требование IMT-2000, опубликованное Международным союзом электросвязи как набор минимальных критериев сети сотовой связи третьего поколения.

С целью отличия от конкурирующих решений UMTS также часто называют 3GSM с целью подчеркнуть принадлежность технологии к сетям 3G и его преемственность в разработках с сетями стандарта GSM.

В России по результатам конкурса на получение лицензий для предоставления услуг сотовой связи в стандарте UMTS на территории России победителями оказались три крупнейших оператора стандарта GSM в РФ: в апреле 2007 года необходимые разрешения были выданы ОАО «Мобильные ТелеСистемы» (МТС), ОАО «Вымпелком» (торговая марка Билайн) и ОАО «МегаФон». Государственная комиссия по радиочастотам России (ГКРЧ) приняла решение узаконить технологическую нейтральность для сетей 3G в России. С этого момента на всей территории страны разрешено использование любого из двух стандартов мобильной связи третьего поколения в диапазоне 1,9 — 2,1 ГГц — UMST и CDMA. Кроме того, в Москве операторы теперь смогут строить сети UMTS на распределенных под сети GSM частотах в диапазоне 900 МГц.

LTE

3GPP Long Term Evolution (LTE) (МФА: буквально с англ. — долговременное развитие) — проект разработки консорциумом 3GPP ((англ. 3rd Generation Partnership Project) — консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) стандарта усовершенствования технологий мобильной передачи данных CDMA, UMTS. Эти усовершенствования могут, например, повысить скорость, эффективность передачи данных, снизить издержки, расширить и улучшить уже оказываемые услуги, а также интегрироваться с уже существующими протоколами. Скорость передачи данных по стандарту 3GPP LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с на приём (download) и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload); в стандарте же установлены 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу.

Стандарт 3GPP LTE, под которым чаще всего имеется в виду его релиз 9 и более ранние формально не является стандартом беспроводной связи четвёртого поколения (4G), так как он не удовлетворял всем условиям Международного союза электросвязи относительно 4G. Однако стандарт LTE Advanced, под которым понимается релиз 10 и более поздние релизы LTE, утвержден МСЭ как стандарт, отвечающий всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, и включен в IMT-Advanced. Стандарт 3GPP LTE стали относить к pre-4G, то есть предварительной версии стандартов 4-го поколения.

Радиус действия базовой станции LTE может быть различным в зависимости от мощности и используемых частот. В оптимальном случае это порядка 5 км, но при необходимости дальность действия может составлять 30 км или даже 100 км (при достаточном возвышении антенны). Основные частоты в России располагаются в интервале 719 — 862 МГц (LTE 800) и 2500−2700 МГц (LTE 2600).

Звонок или сеанс передачи данных, инициированный в зоне покрытия LTE, технически может быть передан без разрыва в сеть 3G (W-CDMA, CDMA2000) или в GSM/GPRS/EDGE. Таким образом, развитие сетей LTE возможно на уже развитых сетях как операторов GSM, так и операторов CDMA, что заметно снижает стоимость развертывания сети.

3.2 Состав и разновидности подавителей связи

Подавитель связи в России имеют право использовать только те лица, которые получили от УГСН официальное разрешение. Но практика показывает совершенно другое. На сегодняшний день некоторые граждане используют подавители без разрешения. Ведь выдача такого рода разрешений на подобные действия осуществляется только для сотрудников спецслужб. А вот за границей, например во Франции, сейчас рассматривают вопрос об использовании блокираторов в библиотеках и музеях. В некоторых странах Средней Азии уже сейчас установлены подавители в ресторанах, магазинах и даже в метро.

Схема, которую имеет генератор помех, а так же его работа полностью зависят от вида «глушилки», которые можно разделить на три группы.

К первой группе относятся блокираторы сотовой связи, представляющие собой генераторы радиопомех с ручным управлением, обеспечивающие постановку заградительной шумовой помехи в диапазоне частот работы базовых станций соответствующего стандарта, то есть на частотах приема мобильных телефонов сотовой связи.

Постановка такой помехи приводит к срыву управления мобильного телефона базовой станцией сотовой связи (происходит потеря сети мобильным телефоном), и следовательно, — к невозможности передачи информации. При этом на экране телефона значок уровня сигнала пропадает и появляется сообщение «Поиск сети».

Наиболее широко в таких подавителях используются генераторы помех с пилообразной перестройкой несущей частоты. Упрощенная схема такого генератора представлена на рисунке № 1.

Рисунок № 1. Схема подавителя средств сотовой связи (одноканального), построенного на базе генератора линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения

Генератор помех включает: высокочастотный генератор (ГВЧ) на базе управляемого напряжением генератора, генератор линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ГЛИН), полосовой фильтр, усилитель мощности, согласующие устройство и антенну.

Частота излучения высокочастотного генератора изменяется при подаче управляющего напряжения в пределах заданной полосы частот ДF = F₂ — F₁(частотного диапазона соответствующего стандарта сотовой связи). Управляющее напряжение представляет собой последовательность пилообразных импульсов.

Сигнал с выхода генератора поступает на полосовой фильтр с полосой пропускания ДF, где осуществляется подавление внеполосных излучений, усиливается и через согласующее устройство подается в антенну. Таким образом, генератор излучает шумовую заградительную помеху в заданной полосе частот ДF.

Для обеспечения требуемой эффективности работы подавителя скорость изменения управляющего пилообразного напряжения должна быть довольно высокой. Например, у подавителя сотовых телефонов «Аллигатор» частота следования пилообразных импульсов составляет около 275 кГц (рисунок № 2) .

Рисунок № 2. Осциллограмма напряжения на выходе ГЛИН подавителя средств сотовой связи «Аллигатор»

Рисунок № 3. Схема подавителя средств сотовой связи (одноканального) с шумовой частотной модуляцией

В некоторых подавителях для перестройки высокочастотного генератора в заданной полосе частот используют не генератор линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения, а генератор последовательности импульсов с амплитудой, изменяющейся по псевдослучайному закону.

С целью повышения эффективности помехового сигнала в ряде подавителей используется шумовая модуляция высокочастотного сигнала. Простейшая схема такого генератора представлена на рисунке № 3.

Основные характеристики некоторых блокираторов сотовой связи, относящиеся к первой группе, представлены в таблице № 2. Ко второй группе относятся подавители сотовой связи с блоком управления включением генераторов помех, построенных по рассмотренной ранее схеме (смотрите рисунок № 3). В состав блока управления входят многоканальный приемник индикаторного типа с устройством управления включением генераторов помех (рисунок № 4). В состав многоканального приемника входят: широкодиапазонная антенна, полосовые фильтры, усилители высокой частоты, диодные детекторы, усилители постоянного тока и пороговые устройства с регулируемым уровнем порога (рисунок № 5). Каждый полосовой фильтр настроен на диапазон частот передачи мобильного телефона соответствующего стандарта связи, а их количество соответствует количеству генераторов помех.

Принцип работы приемника аналогичен принципу работы индикатора электромагнитного поля. При установлении связи, то есть при ответе на сигнал вызова или передаче сигнала вызова, передатчик мобильного телефона сотовой связи включается на излучение. Высокочастотный радиосигнал, вызванный этим излучением и наводимый в антенне приемника, через делитель и полосовой фильтр частотного диапазона соответствующего стандарта сотовой связи поступает на усилитель, а затем — на диодный детектор (Д) и усилитель постоянного тока. С выхода усилителя сигнал поступает на пороговое устройство. В случае превышения установленного порога сигнал поступает на устройство управления, которое выдает команду (сигнал) в блок питания (БП) на включение генератора помех соответствующего диапазона частот. Передатчик помех включается на короткое, как правило, несколько секунд, время. При постановке широкополосной заградительной помехи происходит срыв сеанса связи.

Приемник может быть встроен в корпус блокиратора или же выполнен в виде отдельного блока (модуля). Основные характеристики ряда блокираторов сотовой связи с автоматическим включением генераторов помех представлены в таблице № 3 .

Рисунок № 4. Схема многоканального подавителя сотовой связи с автоматическим включением генераторов помех

Рисунок № 5. Схема многоканального приемника индикаторного типа, входящего в блок управления многоканального подавителя сотовой связи

Наряду со средствами сотовой связи для передачи информации, перехваченной закладочными устройствами, широко используются средства беспроводного доступа Wi-Fi, Bluetooth, WiMax и др. Для их подавления используются специальные блокираторы, принципы построения которых практически не отличаются от принципов построения подавителей сотовой связи. Как правило, такие блокираторы создают заградительную по частоте помеху, перекрывающую весь частотный диапазон (рисунок № 6).

Рисунок № 6. Спектр помехового сигнала, создаваемого блокиратором средств беспроводного доступа стандарта IEEE 802.11 b/g (Wi-Fi, Bluetooth)

Для комплексной защиты выделенных помещений могут использоваться мультистандартные блокираторы, включающие как подавители сотовой связи, так и подавители средств беспроводного доступа. Характеристики некоторых таких блокираторов показаны в таблице № 4.

Установка в выделенных помещениях блокираторов сотовой связи и средств беспроводного доступа исключит возможность перехвата ведущихся конфиденциальных разговоров, как с использованием сотовых телефонов, так и с использованием электронных устройств перехвата информации, построенных на основе средств сотовой связи и беспроводного доступа.

Таблица № 2. Основные характеристики двухканальных блокираторов сотовой связи

Таблица № 3. Основные характеристики портативных управляемых блокираторов сотовой связи

Таблица №4. Основные характеристики мультистандартных блокираторов средств сотовой связи и беспроводного доступа

4. Составление и оптимизация параметров структурной схемы

Структурная схема является наглядным отображением теоретического представления о разрабатываемом устройстве и об алгоритме работы как его аппаратной, так и программной частей вместе.

Для составления структурной схемы необходимо использовать результаты, полученные в теоретической части дипломного проекта, а также в процессе моделирования работы блокиратора на ЭВМ.

При проектировании блокиратора LTE стандарта беспроводной передачи данных с оптимальными характеристиками выбор структурной схемы системы и используемых технических средств определяется критериями оптимальности. С учётом того, что проектируемый блокиратор предназначен для использования в небольших помещениях, для него характерны следующие критерии оптимальности:

— Стоимость изделия и составных частей;

— Простота реализации блокиратора;

Наилучшим вариантом реализации блокиратора LTE с точки зрения приведённых критериев оптимальности, является схема приведенная на рисунке № 7. Данная схема отличается простотой реализации и невысокой стоимостью отдельных частей блокиратора. Так же соединяет в себе характеристики аналогов двухканальных и мультистандартных блокираторов приведенных в таблице № 2 и таблице № 4, так как помеха распространяется по 2 каналам 760−960 МГц и 2400−2700 МГц и затрагивает как стандарт LTE, так и стандарт GSM-900 сотовой связи.

Рисунок № 7. Структурная схема блокиратора LTE

На рисунке № 7 качестве Генератора ПСП (Псевдослучайной последовательности) используется микроконтроллер Tiny13 компании Atmel, программируемый для генерации М-последовательности (М — последовательность — псевдослучайная двоичная последовательность максимальной длины).

Генераторы М-последовательности делаются на двоичном регистре сдвига, определенные биты регистра выводятся и суммируются. Длина последовательности бит, которую создает конкретный регистр напрямую зависит от длины регистра и равна, m — количество бит в регистре. После прохождения бит последовательность начинается сначала.

Для реализации М-последовательности был выбран вариант описания методом Галуа, выражение которого выглядит следующим образом:

Графическое выражение варианта Галуа представлено на рисунке № 8.

Рисунок № 8. Графическое описание М-последовательности вариантом Галуа.

На рисунке № 8 треугольниками обозначено умножение на коэффициенты, на практике, в зависимости от коэффициента, там либо есть соединение с последующей логикой, либо его нет. Плюсы в кругах это операция сложения по модулю 2. 15]

Программная генерации М-последовательности методом Галуа осуществляется с помощью программного обеспечения «AlgorithmBuilder» и представляет собой алгоритм по которому автоматически пишется программа на языке программирования ассемблер. Алгоритм представлен на рисунке № 9.

Рисунок № 9. Алгоритм реализации М-последовательности на микроконтроллере.

После микроконтроллера (Генератор ПСП) сигнал поступает на двухканальный операционный усилитель (ОУ) LM358, чтобы сгенерировать пилообразный сигнал, так как с генераторы управляемого напряжения (ГУН) подстраивают с помощью именно пилообразного сигнала. С помощью ГУНов сигнал переходит в область высоких частот и далее его необходимо усилить. Для этого после ГУН используется два усилителя мощности (УМ), для каждого диапазона свой. Выбор пал на компанию RFMD в связи с расширенным спектром выбора усилителей на разные частоты и распределенными номиналами компонентов. В качестве антенн были выбраны ненаправленные антенны для LTE сетей с SMA разъемом, чтобы было легко их присоединять или заменять. Если же брать направленные антенны, то будет затруднительно, каждый раз, направлять блокиратор на средство съема информации и несанкционированного доступа, это не только затруднит работу блокиратора, но и самого владельца устройства.

5. Составление и расчет принципиальной схемы

В приложении № 2 показана схема электрическая принципиальная блокиратора LTE сети, где в качестве Генератора ПСП был выбран 8-ми разрядный микроконтроллер компании Atmel AVR ATtiny13. Вот некоторые его технические характеристики:

§ Архитектура: 8-bit AVR

§ Максимальная частота ЦПУ: 20 МГц

§ Пропускная способность до 20 MIPS при 20 МГц

§ 1 кбайт самопрограммируемой флэш-памяти

§ Встроенный аналог-компаратор

§ Малая мощность, ADC шумоподавление

§ Питание: 1.8 — 5.5 В

§ 32-х разрядный регистр сдвига Программа генерации М-последовательности по алгоритму на рисунке № 9 представлена в приложении № 1.

Двухканальный операционный усилитель выбран LM358, так как, он дешев и доступен и, так же, является маломощным. LM358 серии состоят из двух независимых, с высоким коэффициентом усиления, внутренней частотной коррекцией оперативных усилителей, которые были разработаны специально для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений. Схема включения показана на рисунке № 10. Характеристики LM358:

§ Низкое напряжение смещения: 2 мВ

§ Входное синфазное напряжение включает в себя «землю»

§ Большой размах выходного напряжения

§ Внутренняя частотная коррекция для единичного усиления

§ Широкий диапазон питания: 3 В — 32 В

§ доступен в чип пакете (8-Bump DSBGA) с использованием пакета DSBGA технологии TI

Рисунок № 10. Схема включения LM358

Для перехода на высокую частоту используются ГУНы фирмы Crystek из-за большого ассортимента в каталоге и малой стоимости. Для нижней полосы 760 — 960 МГц был выбран CVCO55CW с полосой 640 — 945 МГц +10%. Для верхней полосы в 2400—2700 МГц выбран CVCO55BE с полосой 2425 — 2820 МГц + 10%. Документации представлены в приложении.

Усилители мощности так же выбираются по нижней и верхней полосе блокиратора. Наилучшие усилители предоставила фирма RFDM.

Усилитель SPB2026Z предназначен для полосы 760−960 МГц. Биполярные транзистор усилителя расположен в пластиковом инкапсулированном пакете поверхностного монтажа. Этот усилитель сделан с InGaP по технологии устройства GaAs (InGaP/GaAs — системы твердых растворов) и изготовлен для идеального сочетания низкой стоимости и высокой надежности. Он может работать от 3 В до 6 В питания. В него входит детектор входной мощности, включение / выключение регулирования мощности, защита от электростатических разрядов. Схема включения представлена на рисунке № 11. Номиналы элементов представлены в документации к усилителю.

Рисунок № 11. Оконечный усилитель мощности диапазона 760−960 МГц Усилитель SZA-2044Z предназначен для полосы 2400−2700 МГц.

Этот усилитель также сделан с InGaP/GaAs технологии устройства. Он разработан специально в качестве конечной стадии 802.11b / г и 802,16 оборудования в полосе 2000 — 2700 МГц. Разброс питания от 3 В до 5 В. Так же имеет детектор выходной мощности, включения / выключения питания. Усилитель соответствует ROHS, то есть безопасен для окружающей среды. Схема включения изображена на рисунке № 12. Номиналы элементов (резисторы, конденсаторы и индуктивности) для усилителя взяты из документации для определенных частот.

Рисунок № 12. Оконечный усилитель мощности диапазона 2400−2700 МГц В качестве антенны на требуемые частоты выбрана SPDA24700/2700. Антенна изготавливается специально для LTE сетей компанией Pulse Electronics. Некоторые технические характеристики:

§ Охватываемые частоты: 698−960/1710−2170/2500−2700 МГц

§ Разъем: SMA male

§ Размеры: 0,94″ Х 7,72″ (23,8 мм Х 196 мм)

§ Номинальное сопротивление: 50 Ом Так же целесообразно применение стабилизаторов напряжения. В разработанном генераторе зашумления сетей связи узлы и модули используют напряжения в 5 вольт положительной полярности. Для этого в качестве стабилизатора используем LM2576Т-5.0. Схема стабилизатора представлена на рисунке № 13. Номиналы элементов взяты из документации на изделие.

Рисунок № 13. Стабилизатор напряжения LM2576T

Максимальный ток нагрузки каждого из стабилизаторов составляет 3А. Рассчитаем ток, потребляемый генератором зашумления сетей сотовой связи от источника питания +5 Вольт:

I₊₅ = I _tiny + I _ОУ + I _ГУН + I _УМ

Где I _tiny — ток, потребляемый микроконтроллером, который равен 240 мкА, I _ОУ — ток, потребляемый усилителем LM358, который равен 100 мА, I _ГУН — ток, потребляемый ГУНами, 50 мА (35 и 25 мА), I _УМ — ток, потребляемый конечными усилителями — 1.15 А (650 и 500 мА).

I₊₅ = 0.240 + 0.100 + 0.050 + 1.15 = 1.3 A

Общий ток потребляемый генератором зашумления сетей беспроводной связи от каждого из напряжений не превышает максимально допустимый ток стабилизаторов, поэтому микросхема LM2576Т пригодна для питания проектируемого блокиратора.

Для охлаждения схемы используется вентилятор FM6010D12HSL DC Motor фирмы SUNFLOW. При увеличении числа каналов необходимо использовать 2 вентилятора. Для вентилятора используется отдельный стабилизатор напряжения L78L09ABZ, так как напряжение питания вентилятора составляет 12 В. Схема включения стабилизатора представлена на рисунке № 14.

Рисунок № 14. Схема включения стабилизатора L78L09ABZ

Для проектирования схемы использовался графический редактор sPlan7.0. Программа sPlan 7.0, также как программа для рисования печатных плат Sprint-Layout, разработана немецкой фирмой ABACOM.

Перечень элементов схемы принципиальной электрической блокиратора LTE сетей описана в приложении № 3.

6. Конструкторская часть

6.1 Обоснование выбора корпуса устройства

При разработке конструкции устройства необходимо выбрать наружную оболочку устройства для защиты изделия от внешних воздействий, а персонала от прикосновения ко внутренним частям устройства. Такая оболочка называется корпусом устройства. Корпус придаёт устройству законченную форму. 9] Существует ряд требований, предъявляемых к корпусу изделия :

корпус должен обеспечивать нормальный тепловой режим устройства;

должен обеспечивать защиту расположенных в нем элементов от механических повреждений;

должен обеспечивать защиту от пыли и влаги;

в конструкции корпуса должны быть предусмотрены места для кладки жгутов, соединяющих плату коммутации с внешними разъёмами;

корпус должен обеспечивать лёгкий доступ к расположенным в нем элементам для осмотра, ремонта и замены, а так же к элементам внешней коммутации;

конфигурация корпуса должна предусматривать элементы крепления для её фиксации на объекте;

конфигурация корпуса должна позволять экономично размещать изделие на месте его эксплуатации;

использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.

Компоновка конструкции устройства.

Компоновка — размещение в пространстве или на плоскости различных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) — одна из важных задач при конструировании.

Под компоновкой понимают взаимное расположение ячеек или других конструктивных элементов в заданном объеме.

Необходимо найти такие компоновочные решения, которые удовлетворяли бы требованиям:

между отдельными узлами и блоками должны отсутствовать заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия;

взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечить технологичность сборки монтажа с учетом использования автоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

расположение и конструкция органов управления должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;

габариты и масса устройства должны быть минимальными.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удается, поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению оптимальных решений.

6.2 Расчет надежности

Надежностью называется способность изделия выполнять свои функции в течение требуемого промежутка времени в данных условиях эксплуатации. Надежность обусловлена безотказностью и долговечностью. Она зависит от большого количества внешних и внутренних воздействий, к числу которых относятся: режим работы, влияние температуры, влажности, давления и т. д. [18]

Предположим, что:

— отказ любого элемента системы приводит к отказу всей системы;

— отказы элементов являются случайными и независимыми событиями;

— интенсивность отказов величина постоянная и независимая от времени.

Рассчитать надежность устройства значит определить его количественные характеристики надежности по характеристикам элементов, входящих в это устройство.

Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы или вероятность того, что при заданных условиях работы не произойдет отказов.

В общем случае любое устройство или систему можно представить как набор из m-типов элементов, причем число элементов i-го типа равно N_i. Тогда вероятность безотказной работы равна:

где — интенсивность отказа устройства, — интенсивность отказа i — элемента. Величина является одним из основных показателей надежности радиоустройства.

Наиболее сильное влияние на надежность элементов, равно как и всего устройства, оказывают температура и электрические нагрузки. Коэффициент электрической нагрузки

где — значение параметра Х в реальном режиме; - номинальное или допустимое значение параметра Х.

Зависимость интенсивности отказов от коэффициента электрической нагрузки и температуры выражается следующей экспериментальной формулой:

где — интенсивность отказов при и; - интенсивность отказов при и .

В настоящее время имеется достаточно большой объем информации об отказах типовых элементов радиоэлектронной аппаратуры по статическим данным эксплуатации и лабораторных испытаний. Существуют специальные таблицы, в которых приводятся усредненные среднестатистические значения интенсивности отказов элементов для лабораторных и нормативных стандартных условий.

Перечень всех элементов, а так же их интенсивность отказов приведены в таблице 8.1.

Наработка на отказ: .

Таблица № 5.

Вычисляем среднее время работы устройства до отказа по формуле Вычисляем вероятность безотказной работы, строим график зависимости Р (t) (Рисунок № 15)

Рисунок № 15. Вероятность безотказной работы от времени.

7. Технологическая часть

Одно из основных направлений на пути увеличении выпуска радио электронной аппаратуры, снижения себестоимости производства и эксплуатации, увеличения надёжности, заключается в использовании печатных плат.

Применение печатного монтажа в радиоэлектронной аппаратуре повышает ее надежность и обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу, способствует автоматизации и механизации производственных процессов. Метод изготовления печатных плат определяется сочетанием определенного способа создания проводящего покрытия со способом нанесения изображения проводников.