Генератор подавления сигналов GSM

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Теоретические основы построения подавителя сигналов GSM

1.1 Стандарты сотовой связи в Российской Федерации

1.2 Способы защиты мобильной информации на территории РФ

1.3 Состав и разновидности подавителей связи

2. Технологический процесс сборки подавителя сигналов

2.1 Материал печатных плат

2.2 Трассировка печатной платы

2.3 Составление и расчет принципиальной схемы

2.4 Обоснование выбора корпуса

2.5 Размещение навесных элементов на печатной плате

Заключение

Список использованных источников

Приложение

подавление сигнал плата



Введение

В последнее время для несанкционированного доступа к информации начали применять мобильные телефоны, а так же устройства перехвата информации, созданные на их базе. Для прослушивания разговоров в помещениях, используются специально разработанные и доработанные сотовые телефоны, купленные в обычном магазине.

Простым и распространенным способом использования сотового телефона в качестве прослушивающего устройства является включение его на передачу путем набора номера телефона, с которого будет вестись запись перехваченных разговоров.

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.

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 мобильное устройство 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 в(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;

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.

Объектом ВКР будет являться рассмотрение способов создания подавителя сигналов GSM.

Предметом ВКР будет являться создание устройства способного подавлять сигналы GSM Сети.

Цель: изучить теоретические основы построения подавителя сигналов GSM и разработать устройство позволяющее подавлять данный вид сигналов.

Задачи:

Изучение опыта разработки подавителей сигналов GSM,

Изучить схемы разработки подавителей сигналов GSM,

Подобрать необходимое оборудование,

Выполнить сборку подавителя сигналов GSM.

Теоретическая значимость: обобщение знаний в защите мобильной информации и устройствах для ограничения доступа к персональным данным.

Практическая значимость: создание устройства наиболее доступного в финансовом плане, с помощью которого можно будет предотвратить несанкционированный доступ к мобильной информации и подавлять сигналы в пенитенциарных, учебных, медицинских и других учреждениях.

Методы:

Анализ

Структурирование

Проектирование

Моделирование



1. Теоретические основы функционирования подавителя сигналов GSM

1.1 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)[1]. 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 довольно велико, 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 900\1800

Характеристики	GSM-900	GSM-1800
Частоты передачи MS и приёма BTS, МГц	890 -- 915	1710 -- 1785
Частоты приёма MS и передачи BTS, МГц	935 -- 960	1805 -- 1880
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц	45	95
Количество частотных каналов связи с шириной 1 канала связи в 200 кГц	124	374
Ширина полосы канала связи, кГц	200	200

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[1].

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.

1.2Способы защиты мобильной информации на территории РФ

Действующие нормативные документы организации разработчиков стандарта GSM определяют, что системы сотовой связи (ССС) этого стандарта должны обеспечивать следующие механизмы защиты системных и информационных ресурсов:

защита от несанкционированного доступа к мобильной станции (МС) с помощью парольного метода защиты;

идентификация мобильного абонента ССС с помощью его уникального международного идентификационного номера (МИН);

аутентификация (определение подлинности) абонента при каждом вхождении в связь с помощью алгоритма А3;

конфиденциальность передаваемой по радиоканалу информации путём её шифрования с помощью алгоритма А5, где ключ шифрования вычисляется алгоритмом А8;

секретность местонахождения абонента и направления его вызова.

Криптографическая защита информационных ресурсов систем сотовой связи обеспечивается за счет использования алгоритмов А3, А5 и А8, носителем которых, за исключением А5, является SIM-карта абонента.

Алгоритм А3

A3 - алгоритм, используемый в процессе аутентификации в глобальном цифровом стандарте для мобильной сотовой связи GSM. Задача алгоритма - генерация отзыва (SRES - Signed Response) на случайный пароль (RAND -Random), получаемый мобильным телефоном (МС - мобильная станция) от центра коммутации ЦКМС в процедуре аутентификации[2].

Процедура аутентификации реализуется центром коммутации мобильной сети (ЦКМС) со стороны БС и SIM-картой абонента - со стороны МС. Последовательность действий при выполнении этой процедуры следующая:

МС посылает запрос на БС о предоставлении ей системных ресурсов;

ЦКМС генерирует случайное 128-битное число rand и, используя оборудование БС, посылает его на МС;

МС, используя число rand и индивидуальный ключ аутентификации Кi, по алгоритму А3 определяет отклик SRES (длиной 32 бита) и отправляет этот отклик через БС на ЦКМС;

ЦКМС, имея все необходимые данные о каждом абоненте сети, производя аналогичные действия, также вычисляет SRES. При получении отклика с МС, ЦКМС сравнивает оба значения. Если они совпадают, то соединение устанавливается, в противном случае - связь с МС прерывается.

A3 не является стандартизованным, а определяется оператором. Однако если оператор не может придумывать новую спецификацию алгоритма A3, он может воспользоваться стандартной реализацией алгоритма.

В настоящее время принят следующий формат входных и выходных данных RAND, Ki, SRES алгоритма A3: длина Ki - 128 бит длина RAND - 128 бит длина SRES - 32 бита.

Время выполнения алгоритма A3 должно быть меньше 500 миллисекунд.

В настоящее время известны следующие стандартные реализации алгоритма A3:

COMP128 (структура этого алгоритма называется «формой бабочки». Состоит из 8 раундов в каждом раунде по 5 итераций)

COMP128-2 (держится в секрете)

COMP128-3 (держится в секрете)

MILENAGE (считается неуязвимым к каким-либо известным атакам)

Алгоритм А5

А5 - это поточный алгоритм шифрования, используемый для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных между телефоном и базовой станцией. Шифр основан на побитовом сложении по модулю два (булева операция XOR) генерируемой псевдослучайной последовательности и шифруемой информации. В A5 псевдослучайная последовательность реализуется на основе трёх линейных регистров сдвига с обратной связью. Регистры имеют длины 19, 22 и 23 бита соответственно. Сдвигами управляет специальная схема, организующая на каждом шаге смещение как минимум двух регистров, что приводит к их неравномерному движению. Последовательность формируется путём операции XOR над выходными битами регистров.

Алгоритм А8

A8 - алгоритм формирования ключа шифрования. По причине безопасности формирование Kc происходит в Sim-карте.

Фактически алгоритмы A3 и А8 можно было бы реализовать в форме одного-единственного вычисления. Например, в виде единого алгоритма, выходные данные которого состоят из 96 бит: 32 бита для образования SRES и 64 бита для образования Кс. Следует отметить, что длина значимой части ключа Кс, выданная алгоритмом А8, устанавливается группой подписей GSM MoU и может быть меньше 64 бит. В этом случае значимые биты дополняются нулями для того, чтобы в этом формате всегда были использованы все 64 бита.

Всякий раз, когда какая-либо мобильная станция проходит процесс аутентификации, данная мобильная станция и сеть также вычисляют ключ шифрования Кс, используя алгоритм А8 с теми же самыми вводными данными RAND и Ki, которые используются для вычисления SRES посредством алгоритма A3.

1.3 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

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 подавителя средств сотовой связи

Рисунок 3 - Схема одноканального подавителя средств сотовой связи 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 (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).

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 мобильными 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[4].

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

Наименование параметра	Значение параметра
	«Мозаика»	SP-160P Hornet-mini	«Октава-2С»
Подавляемые системы (стандарты) связи	GSM-900; DCS-1800; E-GSM; AMPS/DAMPS, CDMA (860-885 МГц)	GSM-900; DCS-1800	GSM-900; DCS-1800
Частотный диапазон, МГц	860-960; 1805-1880	860-960; 1805-1880	935-960; 1805-1880
Вид помехи	Заградительная в частотном диапазоне, ЧМ	Заградительная в частотном диапазоне	Заградительная в частотном диапазоне, ЛЧМ
Выходная мощность, Вт	1,0 (860-960 МГц); более 0,3 (1805-1880 МГц)	0,25	1,0
Радиус зоны подавления, м	2-10	1-5	2-10
Электропитание	АС 220 В; DC 12 В (внешнее)	DC 3,0 В (две аккумуляторные батареи AAA)	АС 220 В
Продолжительность непрерывной работы,ч	Не более 4	1,5	Без ограничения
Габаритные размеры, мм	-	75x102x25	160x200x65
Масса, кг	-	0,122	1,5
Примечание	Две внешние телескопические антенны	Антенна встроенная	Две внешние штыревые антенны

Таблица 3 - Основные характеристики портативных управляемых блокираторов сотовой связи

Наименование параметра	Значение параметра
	«Скорпион-интеллект»	«Скорпион-интеллект PLUS»
Подавляемые системы (стандарты) связи	GSM-900; DCS-1800	GSM-900; DCS-1800; IMT-MC-450 (NMT-450i); CDMA
Частотный диапазон, МГц	935-960; 1805-1880	461-469; 935-960; 1805-1880; 2100-2170
Выходная мощность (в канале), Вт	0,2	0,2
Радиус зоны подавления, м	2-5	2-5
Электропитание	DC 10 В (8 аккумуляторов АА)	DC 10 В (8 аккумуляторов AA R6 емкостью 2700 мАч)
Продолжительность непрерывной работы	До 3 ч (в режиме излучения); до 30 суток (в дежурном режиме)	До 3 ч (в режиме излучения); до 20 суток (в дежурном режиме
Габаритные размеры передатчика, мм	-	145x92x43
Примечание	Ручной и автоматический режим работы. Ширина спектра помехи - 50 МГц	Ручной и автоматический режимы работы. Время зарядки аккумуляторов - 14 ч

Таблица 4 - Основные характеристики мультистандартных блокираторов средств сотовой связи и беспроводного доступа

Наименование параметра	Значение параметра
	ЛГШ-716	«Аура»	«КЕДР-2М»
Подавляемые стандарты связи и беспроводного доступа	GSM-900; GSM-1800; NMT-450i; CDMA-2000; IMT-2000/UMTS (3G); IEEE 802.11 b/g	GSM-900; GSM-1800; NMT-450i; CDMA-2000; IMT-2000/UMTS; DECT; IEEE 802.11 b/g; GPS(L1, L2, L5)	GSM-900; GSM-1800; NMT-450i; CDMA-2000; IMT-2000/UMTS; DECT; IEEE 802.11 b/g; 4G
Частотный диапазон, МГц	462,5-467,5; 935-960; 1805-1900; 2010-2025; 2125-2170; 2400-2483,7	463-467,5; 935-960; 1805-1900; 1920-1980; 2010-2025; 2110-2170; 2400-2485; 1176,45; 1227,60; 1575,42	463-467,5; 935-960; 1805-1880; 1880-1930; 2010-2025; 2125-2170; 2400-2483,5; 2500-2700
Вид помехи	Заградительная в частотном диапазоне	Заградительная в частотном диапазоне	Заградительная в частотном диапазоне
Максимальная выходная мощность (в канале), Вт	1-2 (для стандартов сотовой связи); 0,5 (для Wi-Fi и BLuetooth)	2-6	1-2
Радиус зоны подавления, м	3-20	3-30	3-20
Электропитание	АС: 85-264 В, 47-63 Гц	AC: 90-264 В, 47-63 Гц	AC: 220 В, 50 Гц
Максимальная потребляемая мощность, Вт	25	-	80
Габаритные размеры передатчика, мм	280x200x40	475x480x153	300x200x75
Масса, кг	1,8 (без антенн)	10,6	0,9
Примечание	Четыре внешние штыревые антенны. Регулировка уровня мощности в пределах 20 дБ	Десять модулей, размещенных в кейсе. Встроенные антенны. Регулировка уровня мощности в пределах 25 дБ	Встроенные антенны. Плавная регулировка уровня мощности



2. Технологический процесс разработки подавителя сигналов

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

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.

2.1 Материал печатных плат

Печатная плата - изоляционное основание с системой печатных проводников и печатных элементов. Все электроэлементы, входящие в монтажную схему, устанавливаются на основании и соединяются с печатными проводниками при помощи пайки.

В качестве основания печатных плат используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.), керамические материалы и металлические пластины. При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.), класс точности ПП (расстояние между проводниками), реализуемые электрические функции, быстродействие, условия эксплуатации; стоимость.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую теплоустойчивость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая теплоустойчивость по сравнению с полиимидами.

Для изготовления печатной платы, обеспечивающих надежную передачу импульсов, применяются материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами. Поэтому к перспективным относится применение оснований ПП из органических материалов с относительной диэлектрической проницаемостью ниже 3,5.

Рисунок 6 - Печатная плата подавителя сигналов

Расположение интегральных микросхем со штыревыми выводами, должно совпадать с узлами координатной сетки.

Созданию печатных проводников предшествует нанесение на заготовку изображения печатных проводников в виде защитных покрытий определённых участков. К числу наиболее употребляемых способов относятся:

фотоспособ;

сеточный способ;

офсетный способ.

Фотоспособ основан на том что изображение контактным способом с негатива копируется на основание, покрытое светочувствительной эмульсией. После проявления и травления засвеченные участки оказываются без эмульсии.

Сеточный способ основан на применении сеточного трафарета и нанесении сквозь него кислостойкой краски на основании печатной платы. Сеточный способ обладает значительно меньшей точностью и разрешающей способностью, чем фотоспособ.

Офсетный способ основан на применении принципа офсетной печати.

Методы травления печатных плат включает в себя операции, с помощью которых создаётся токопроводящий слой на изолированном основании.

Существуют три основных метода изготовления печатных плат.

Химический;

Электрический;

Комбинированный.

Химический. На фольгированное диэлектрическое основание наносится кислостойкой краской или фотоспособом рисунок печатного монтажа. Незащищённые участки фольги удаляются травлением. Металлизация отверстий в этом случае отсутствует.

Электрохимический. Он заключается в том, что на участках поверхности основания, образующих проводники, создаётся проводящий слой химически осаждённого металла требуемой толщины. Преимущество этого метода - возможность одновременно с образованием проводников осуществлять металлизацию отверстий.

Комбинированный. Данный метод может быть как негативным так и позитивным. Негативный способ заключается в том, что первоначально получают печатный монтаж по аналогии с химическим способом, затем проводится химическая обработка отверстий и их металлизация и далее электрохимическая металлизация проводников и отверстий. Позитивный способ основан на получении рисунка печатного монтажа, электрохимической металлизации отверстий и проводников, а после этого травления фольги с пробельных мест. Комбинированный метод позволяет получить металлизированные отверстия, но он отличается большей трудоёмкостью технологического процесса.

При позитивном способе последовательность операций изготовления печатных плат следующая:

Раскрой материала и изготовление заготовок плат;

Подготовка поверхности заготовки. Производят зачистку заготовки шкуркой, промывку в воде, обработку в растворе соляной кислоты;

Нанесение изображения печатного монтажа на заготовку. Наносят на поверхность заготовки фоторезист, совмещают с фотопозитивом, проявляют, производят окрашивание изображения, промывки в воде, химическое дубление и сушку;

Сверление и зенкование отверстий;

Нанесение лака. Сушка;

Химическое омеднение отверстий. Перед омеднением заготовку обрабатывают в растворе двух хлористого олова, и соляной кислоты. После осаждения меди заготовку промывают и сушат;

Снятие лакового покрытия;

Ретуширование изображения;

Гальваническое меднение. Сначала заготовку обезжиривают, затем производят наращивание медного слоя. Далее промывка и сушка;

Гальваническое серебрение. Производят деталировку платы. Далее наносят слой серебра и промывают в воде;

Раздубливание фоторезиста. Обработка происходит в растворе щавелевой кислоты и хлористого натрия. Далее промывка и сушка;

Травление фольги с пробельных мест. Травление производят в растворе хлористого железа. Затем промывка в воде, после этого осветление серебра, затем промывка и сушка.

Маркировка. Нанесение монтажных обозначений. На этом этапы технологии изготовления печатных плат заканчиваются.

Недостатками комбинированных методов являются:

сложность технологических операций;

продолжительное воздействие агрессивных сред на изолированное основание, что может ухудшить его свойства.

Преимуществами комбинированных методов являются:

большая электропроводимость проводников;

прочность сцепления проводников с основанием;

большая точность и разрешающая способность (около 0,3 мм);

одновременная металлизация отверстий, что позволяет изготавливать двухсторонние платы.

Комбинированный метод изготовления печатных плат является наиболее перспективным, удовлетворяющим требованиям промышленности. Он имеет наивысшую плотность монтажа.

2.2 Трассировка печатной платы

Критериями оптимальности трассировки являются:

суммарная длина проводников на плате должна быть минимальна, это обеспечит большое число вариантов проведения трасс на свободных участках платы;

равномерность распределения проводников по проводящим слоям;

ортогональное расположение проводников на противоположных сторонах двухсторонней печатной платы (ДПП). Это позволяет значительно уменьшить взаимное влияние проводников;

минимум длинны параллельно идущих участков соседних проводников;

минимальное количество переходных отверстий между слоями ПП.

При трассировке ДПП необходимо стремится таким образом расположить трассы, чтобы с одной стороны полученная монтажная схема соответствовала электрической, с другой стороны были выполнены все нормы на конструирование ПП (ширина проводников, расстояние между проводниками, размеры контактных площадок, расстояние между ответвлениями на плате и их диаметр и т.п.)

После завершения трассировки ПП необходимо оценить качество трассировки и в случае возможности, устранить лишние изгибы проводников, а так же многократные переходы печатных проводников с одного слоя на другой.

При выше изложенных требованиях осуществление основных этапов проектирования конструкции ПП целесообразно проводить на базе САПР.

2.3 Составление и расчет принципиальной схемы

В приложении А показана схема электрическая принципиальная блокиратора 3G сети, где в качестве Генератора псевдослучайной последовательности был выбран 8-ми разрядный микроконтроллер компании Atmel AVR ATtiny13 с техническими характеристиками:

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

Двухканальный операционный усилитель выбран LM358, так как, он является наиболее доступным и маломощным. Микроконтроллеры 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 7 - Схема включения LM358

Для перехода на высокую частоту используются элементы 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%.

Усилители мощности так же выбираются по нижней и верхней полосе блокиратора. Наилучшие усилители предоставила фирма RFDM[15].

Усилитель SPB2026Z предназначен для полосы 760-960 МГц. Биполярный транзистор усилителя расположен в пластиковом инкапсулированном пакете поверхностного монтажа. Этот усилитель сделан компанией InGaP по технологии устройства GaAs (InGaP/GaAs - системы твердых растворов) и изготовлен для идеального сочетания низкой стоимости и высокой надежности. Он может работать от 3В до 6В питания. В него входит детектор входной мощности, включение / выключение регулирования мощности, защита от электростатических разрядов. Схема включения представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - 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 3В до 5В. Так же имеет детектор выходной мощности, включения / выключения питания. Усилитель соответствует ROHS, то есть безопасен для окружающей среды. Схема включения изображена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Оконечный усилитель мощности диапазона 2400-2700 МГц

В качестве антенн на требуемые частоты выбрана SPDA24700/2700. Антенна изготавливается специально для 3G сетей компанией Pulse Electronics. 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

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 10.

Рисунок 10 - Стабилизатор напряжения LM2576T

Печатная плата с нанесенными функциональными элементами изображена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Печатная плата с нанесенными элементами

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

Где I tiny - ток, потребляемый микроконтроллером, который равен 240 мкА, I ОУ - ток, потребляемый усилителем LM358, который равен 100 мА, I ГУН - ток, потребляемый генераторами управляемого напряжения, которые равны 50 мА (35 и 25 мА), I УМ - ток, потребляемый конечными усилителями - 1.15 А (650 и 500 мА).

I+5 = 0.000240 + 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. В качестве элемента питания, выбран аккумулятор BL-4D от компании N.

Рисунок 12 - Аккумулятор BL-4D

Рисунок 13 - Аккумулятор в изоляторе



2.4 Обоснование выбора корпуса устройства

Для разработки структурной конструкции устройства необходимо выбрать наружную оболочку устройства для защиты изделия от внешних воздействий, а пользователя от прикосновения ко внутренним частям устройства. Такая оболочка называется корпусом устройства. Корпус придаёт устройству законченную форму. Существует ряд требований, предъявляемых к корпусу изделия:

должен обеспечивать защиту расположенных в нем элементов от механических повреждений;

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 позволять экономично размещать изделие на месте его эксплуатации;

Компоновка конструкции устройства.

Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) - одна из важных задач при конструировании[15].

Под компоновкой понимают взаимное расположение ячеек или других конструктивных элементов в заданном объеме[2].

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.

Рисунок 14 - Рисунок корпуса подавителя сигналов GSM

2.5 Размещение навесных элементов на печатной плате сотовый канал утечка плата

При размещении элементов на печатную плату необходимо учитывать следующее:

полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты;

необходимо предусмотреть возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к элементам, которые подбираются при регулировке схемы;

равномерное распределение масс элементов по поверхности платы;

обеспечение малых габаритов и массы.

Размещение навесных элементов на ПП осуществляется в соответствии с ГОСТ 4. 0.010.030. и ГОСТ 4. 0.010.009[18].

В качестве критериев оптимальности размещения используем:

минимум суммарной длины всех печатных проводников;

минимум максимальной длины сигнальных проводников;

максимально близкое расположение элементов с наибольшим числом взаимных связей.

Рисунок 15 - Подавитель сигнала GSM



Заключение

В данной выпускной квалификационной работе был разработан подавитель сигналов GSM. В процессе написания данной работы были выполнены следующие задачи:

Изучили опыт разработки подавителей сигналов GSM,

Изучили схемы разработки подавителей сигналов GSM,

Подобрали необходимое оборудование,

Выполнили сборку подавителя сигналов GSM.

В результате выполнения задач была достигнута поставленная цель: изучить теоретические основы построения подавителя сигналов GSM и разработать устройство позволяющее подавлять данные виды сигналов, такие как: CDMA/GSM/3G/DCS/PHS.

Были получены знания в защите информации передаваемой посредством сотовой связи и устройствах для ограничения доступа к персональным данным, а так же в изготовлении печатных плат. Благодаря полученному устройству можно легко защитить личные данные или подавить сигналы сотовой связи.



Список используемых источников

Асеев Б.П. Колебательные цепи [Текст] / Б.П. Асеев. - М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 2011 год. - 243 с.

Брускин В.Я. Книга для радиомастера: справочное пособие [Текст] / В.Я. Брускин, Р.Я.Штехман. - М.: Издательсто "Лёгкая индустрия", 2010. - 156 с.

Бурдейный Ф. Справочник коротковолновика: Справочно-методическое пособие [Текст] / Ф. Бурдейный, Н. Казанский, А. Камалягин. - М.: 2010. - 149 с.

Гаврилов В.Н. Взгляд на защиту информации в мобильной системе [Электронный ресурс] / В.Н. Гаврилов, С.В. Жернаков // Сборник трудов конференции «Научные перспективы 21 века». - 2015. - С. 46-52. - URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=23429012

Гинкин Г.Г. Справочник по радиотехнике [Текст] / Г.Г. Гинкин. - М.: Государственное энергетическое издательство, 2010. - 201 с.

Даниленко Б.П. Усилители и радиоприемники [Текст] / Б.П.Даниленко. - М.: Издание: Элкотел, 2011. - 315 с.

Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники [Текст] / К.Б. Джуринский. - М.: Издательство: Техносфера, 2010. - 239 с.

Иванов Б.С. Энциклопедия начинающего радиотехника [Текст] / Б.С. Иванов. - М.: Издательство: Патриот, 2010. - 251 с.

Касаткин А.С. Электротехник [Текст] / А.С.Касаткин, М.В.Немцов. - М.: Издание: Энергоатомиздат, 2012. - 196 с.

Котельников В.А. Основы радиотехники [Текст] / В.А. Котельников, А.М. Николаев. - М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 2010. - 104 с.

Котельников В.А. Основы радиотехники. Часть 2 [Текст] / В.А. Котельников, А.М. Николаев. - М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 2011. - 123 с.

Мак-Комб Г. Радиоэлектроника для чайников [Текст] / Г. Мак-Комб, Э. Бойсен. - М.: Изд-во: Диалектика-Вильямс, 2013. - 231 с.

Нефедова Н.В. Карманный справочник по электронике и электротехнике [Текст] / Н. В. Нефедова, П. М. Каменев, О. М. Большунова. - М.: Издательство: Феникс, 2011. - 289 с.

Рамо С. Поля и волны в современной радиотехнике [Текст] / С. Рамо, Дж. Уиннери. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 2010. - 89 с.

Терещук Р.М. Справочник радиолюбителя. Том 1 [Текст] / Р.М.Терещук, Р.М.Добругов, Н.Д.Босой, С.И.Ногий, В.П.Боровской, А.Б.Чаплинский. - Киев: Издательство ТЕХНIКА, 2010. - 396 с.

Терещук Р.М. Справочник радиолюбителя. Том 2 [Текст] / Р.М.Терещук, Р.М.Добругов, Н.Д.Босой, С.И.Ногий, В.П.Боровской, А.Б.Чаплинский. - Киев: Издательство ТЕХНIКА, 2011. - 405 с.

Фельд Я.Н. Антенны сантиметровых и дециметровых волн. Часть первая [Текст] / Я.Н. Фельд, Л.С. Бененсон. - М.: Издание ВВИА им.профессора Н.Е. Жуковского, 2013. - 342 с.

Хорев А.А. Подавители средств сотовой связи и беспроводного доступа [Электронный ресурс] / А.А. Хорев // Журнал «Защита информации. Инсайд». - 2012. № 1. - С. 8-19. - URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=23063413

Честнов Ф. В мире Радио [Текст] / Ф. Честнов. - М.: Военное издательство министерства обороны РФ, 2013 год. - 346 с.

Шорин Д. Встраиваемые решения для защиты информации и аутентификации в мобильных сетях и интернете [Электронный ресурс] / Д. Шорин // Журнал «Первая миля». - 2012. № 5-6. - С. 24-25. - URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17950082



ПРИЛОЖЕНИЕ А

Схема электрическая принципиальная блокиратора 3G сетей

Размещено на Allbest.ru