專利名稱：一種基于fpga的考場無線通信干擾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的考場無線通信干擾器。所述的FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列。
背景技術(shù)：
無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，為人們的生活、工作提供了極大的方便和高效快捷，但與此同時，考場利用無線通信技術(shù)進行作弊的問題層出不窮，屢見不鮮，嚴重破壞了正常的教育考試制度，也給社會秩序和法律尊嚴帶來了嚴重的負面影響。因此，消除無線通信作弊渠道、維護考場秩序是廣大教育工作者和科技工作者的重要任務(wù)和課題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種基于FPGA的考場無線通信干擾器，有效防止考場利用無線通信技術(shù)進行作弊，維護考場秩序和法律尊嚴。本實用新型采用的技術(shù)方案是這種基于FPGA的考場無線通信干擾器由無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊和FPGA控制模塊組成，無線信號接收模塊掃描接收所在區(qū)域的所有無線通信信號，輸出連接偵測識別模塊，偵測識別模塊對所有無線通信信號進行分析確認和調(diào)制識別，輸出可疑無線信號連接至擴頻發(fā)射模塊，擴頻發(fā)射模塊對可疑無線信號進行擴頻后發(fā)射干擾，F(xiàn)PGA控制模塊為上述無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊的連接控制中心。上述技術(shù)方案中，所述的FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列。本實用新型的無線信號接收模塊主要實現(xiàn)考場可疑通信的接受功能，由于通信頻道多，因此要實現(xiàn)全頻段的偵測掃描，對掃描的速度要求較高?？紤]到實際應(yīng)用，本實用新型對常用手機、藍牙和無線網(wǎng)絡(luò)頻道實行全時段干擾，因此以上所用到的頻段將不再掃描。 各子功能模塊包含MC-CDMA解調(diào)模塊、平方根V-BLAST檢測譯碼模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊、自適應(yīng)解調(diào)模塊、信宿模塊；其中MC-CDMA解調(diào)模塊可細分為傅立葉變換(FFT)模塊、頻域解擴模塊和增益合并模塊等。所有功能模塊都由FPGA設(shè)計來實現(xiàn)，根據(jù)接收系統(tǒng)要求利用FPGA實現(xiàn)各模塊算法功能。在FPGA設(shè)計中，包括流水線、并行設(shè)計、展開技術(shù)、重定時和折疊技術(shù)等設(shè)計技術(shù)。 實現(xiàn)速度與資源互換問題，介紹流水線、并行設(shè)計和折疊變化。而可以提高時鐘速度或采樣速度，或者可以在同樣速度下降低功耗。并行處理，多個輸出在一個時鐘周期內(nèi)并行地計算。這樣，有效采樣速度提高到并行級數(shù)相當?shù)谋稊?shù)。與流水線類似，并行處理也能夠用來降低功耗。本實用新型的偵測識別模塊主要是分析掃描模塊接收到的可疑信號，對信號進行分析確認，并決定是否對該頻段實施干擾。信號再經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)制方式識別。同時調(diào)制方式識別還需根據(jù)信道參數(shù)分析的結(jié)果如當前工作頻段等。調(diào)制方式識別完成后，將識別結(jié)果輸入至信號分析處理模塊，在該模塊中完成信號的模擬解調(diào)、數(shù)字解調(diào)和數(shù)據(jù)流分析等。 調(diào)制方式識別完成后，將相應(yīng)參數(shù)送至數(shù)據(jù)庫進行匹配確認。偵測的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，本實用新型所用的采集技術(shù)有利用模擬信號經(jīng)過下變頻方法實現(xiàn)中頻信號的高速數(shù)據(jù)采集。合理地選擇ADC采樣率和量化位數(shù)是確保數(shù)字系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。按照低通采樣定理，選取fs為信號最高頻率的3-4倍，本設(shè)計選取fs為2 GHz0根據(jù)系統(tǒng)對動態(tài)范圍的指標要求，選取量化位數(shù)為8 bit。高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理之間存在速度不匹配問題。為克服該問題，本實用新型從以下兩方面進行考慮。利用無線信號通常以脈沖形式出現(xiàn)，可以充分利用脈沖間隙時間來完成信號處理，同時對有效數(shù)據(jù)進行存儲。第二，采用數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)進行抽取，減少數(shù)據(jù)量，且不丟失信號特征。同時利用FPGA解決ADC與通常的存儲器之間同樣存在速度差異，完成對ADC數(shù)據(jù)降速、脈沖信號檢測和脈沖參數(shù)測量，并將脈沖信號存放到外部存儲器。本實用新型的擴頻發(fā)射模塊主要作用是壓制性干擾可疑的無線通信，其原理及主要采用的方式包括單頻/多頻干擾，瞄準式干擾，阻塞式干擾，掃頻式干擾，噪聲間斷式干擾，跟蹤轉(zhuǎn)發(fā)式干擾等。本實用新型利用FPGA的產(chǎn)生各干擾模式信號，通過放大電路生成所需干擾信號。在無線電通信過程中，通信系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)射機是載有信息的電磁波輻射源；通信系統(tǒng)內(nèi)的接收機則必須從復(fù)雜的電磁環(huán)境中檢測有用信號，這種開放性的發(fā)射與接收通信信號的特點是實施無線電通信對抗的基礎(chǔ)。在考場環(huán)境中，通信干擾的效果主要決定性因素有以下兩方面干擾發(fā)射機的功率及天線的增益，效率和方向性。在信號電平在一定的條件下，干擾是否奏效取決于對方接收機處干擾功率的大小。而干擾功率又受干擾發(fā)射機輸出功率， 發(fā)射天線增益，天線的方向性等因素影響。因為被干擾目標地理位置通常不能確定，所以干擾天線的方向性一般不應(yīng)很強。本實用新型主要用于考場通信干擾，條件較穩(wěn)定，對發(fā)射機和天線要求并不高。干擾頻率與目標信號頻率的重合度。干擾發(fā)射機在反射干擾信號前，會依靠偵測識別模塊對目標信號進行分析并確定目標信號相應(yīng)參數(shù)。明確目標信號以后，發(fā)射與目標信號一致的干擾信號實現(xiàn)二者頻率的重合。另外在時間上也應(yīng)該重合，即同時存在，所以要求干擾機的反應(yīng)速度越快越好。本實用新型采用FPGA作為處理核心，有強大的并行處理和流水線處理能力，反應(yīng)速度快，因此重合度很高。因此，本實用新型應(yīng)用于考場的無線通信干擾，能有效防止考場利用無線通信技術(shù)進行考試作弊，維護了考場秩序和法律尊嚴。本實用新型技術(shù)先進，使用方便，為我國教育考試和眾多的考點提供了一種維護考場紀律、凈化考試環(huán)境的新型儀器設(shè)備。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的基于FPGA的考場無線通信干擾器，是由無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊、FPGA控制模塊等4個部分組成。無線信號接收模塊主要接收系統(tǒng)所在區(qū)域的所有無線通信信號；無線信號的偵測識別模塊主要負責可疑無線信號的偵察；擴頻發(fā)射模塊主要是對可疑無線信號進行擴頻，增大其誤碼率并且對已經(jīng)處理過的可疑無線信號進行發(fā)射，產(chǎn)生干擾；FPGA控制模塊主要是負責幾個系統(tǒng)的工作狀況。此新型干擾系統(tǒng)是以FPGA為控制系統(tǒng)中心，利用到高速高精度A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、高速數(shù)字信號處理技術(shù)、FPGA的時序控制技術(shù)、基于FPGA的匹配技術(shù)、CDMA技術(shù)一擴頻技術(shù)、信號檢測技術(shù)、通信抗干擾和通信干擾綜合技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。無線信號接收模塊主要包括FFT變換模塊、解擴模塊、平方根v-BLAST檢測譯碼模塊、等增益合并模塊、并串變換模塊印和自適應(yīng)解調(diào)模塊組成。IFFT變換模塊與發(fā)射機的IFFT變換是一對正反變換，通過載波調(diào)制實現(xiàn)將時域接收信號變?yōu)轭l域信號。本系統(tǒng)采用5根天線接收信號，共需要調(diào)用5個ffi32. ν文件實現(xiàn)。解擴模塊與發(fā)射機的擴頻模塊也是一對正反過程，接收信號經(jīng)5個FFT變換模塊后的 5路頻域數(shù)據(jù)流被與發(fā)射機相同的擴頻序列進行解擴處理，分離出不同的用戶信息。通過調(diào)用擴頻序列產(chǎn)生文件實現(xiàn)解擴功能。平方根v-BLAST檢測譯碼模塊完成從解擴后的5路數(shù)據(jù)流中檢測分離出4路發(fā)送天線發(fā)送的信號，并譯碼出發(fā)送信號的估計值。該模塊是接收機性能優(yōu)越的關(guān)鍵。等增益合并模塊的主要功能是對攜帶相同信息的32個子載波上的數(shù)據(jù)進行等增益合并，檢測譯碼模塊分離出的4路數(shù)據(jù)流中每32個數(shù)據(jù)直接相加的和值將作為后續(xù)接收機整體功能實現(xiàn)模塊包含MC-CDMA解調(diào)模塊、平方根V-BLAST檢測譯碼模塊、 并串轉(zhuǎn)換模塊、自適應(yīng)解調(diào)模塊、信宿模塊；其中，MC-CDMA解調(diào)模塊可細分為傅立葉變換 (FFT)模塊、頻域解擴模塊和等增益合并模塊。并串變換模塊印模塊將多路等增益合并后的并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成一路串行數(shù)據(jù)流傳輸。通過輸入輸出時鐘的頻率關(guān)系實現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換功能。自適應(yīng)解調(diào)模塊對并串轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流進行解調(diào)。信宿模塊除了完成數(shù)據(jù)輸出外，還負責計算系統(tǒng)的誤碼率。在對接收機整體功能進行程序設(shè)計時，各模塊都設(shè)計輸出有效標志信號，用于使能下一模塊，同時利用時鐘控制與管理器負責控制各模塊的時鐘和時序，這樣，接收機部分的各模塊就可以有條不紊地實現(xiàn)各自功能，保證接收機性能。偵測識別模塊主要是分析掃描模塊接收到的可疑信號，對信號進行分析確認，并決定是否對該頻段實施干擾。偵測的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，本實用新型利用模擬信號經(jīng)過下變頻方法實現(xiàn)信號的高速數(shù)據(jù)采集。將采集結(jié)果輸入至信號分析處理模塊，在該模塊中完成信號的模擬解調(diào)、數(shù)字解調(diào)和數(shù)據(jù)流分析等。調(diào)制方式識別完成后，將相應(yīng)參數(shù)送至數(shù)據(jù)庫進行匹配確認。偵測識別的關(guān)鍵在于信息識別，本實用新型利用FPGA構(gòu)建一種基于多相濾波器組數(shù)字信道化，能夠無時延的處理所接收到的無線信號。在FPGA中集成硬件信道處理器， 實現(xiàn)在線式無線信號的識別處理。擴頻發(fā)射模塊主要作用是壓制性干擾可疑的無線通信。把偵測識別模塊識別出來的信道頻率進行擴頻和調(diào)制后通過天線發(fā)射，完成對考場可疑信號的壓制性干擾，阻止通信的進行。FPGA接收主控單元(MCU)傳遞的信息數(shù)據(jù)?；鶐幚聿糠诌M行差錯編碼，編碼處理后的基帶信息數(shù)據(jù)輸入成幀電路。中頻處理電路信息數(shù)據(jù)，并進行擴頻和DQPSK調(diào)制。
權(quán)利要求1. 一種基于FPGA的考場無線通信干擾器，其特征在于由無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊和FPGA控制模塊組成，無線信號接收模塊掃描接收所在區(qū)域的所有無線通信信號，輸出連接偵測識別模塊，偵測識別模塊對所有無線通信信號進行分析確認和調(diào)制識別，輸出可疑無線信號連接至擴頻發(fā)射模塊，擴頻發(fā)射模塊對可疑無線信號進行擴頻后發(fā)射干擾，F(xiàn)PGA控制模塊為上述無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊的連接控制中心。
專利摘要一種基于FPGA的考場無線通信干擾器，由無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊和FPGA控制模塊組成，無線信號接收模塊掃描接收所在區(qū)域的所有無線通信信號，輸出連接偵測識別模塊，偵測識別模塊對所有無線通信信號進行分析確認和調(diào)制識別，輸出可疑無線信號連接至擴頻發(fā)射模塊，擴頻發(fā)射模塊對可疑無線信號進行擴頻后發(fā)射干擾，F(xiàn)PGA控制模塊為上述無線信號接收模塊、偵測識別模塊、擴頻發(fā)射模塊的連接控制中心。本實用新型能有效防止考場利用無線通信技術(shù)進行作弊，維護考場秩序和法律尊嚴。
文檔編號H04K3/00GK202334545SQ20112043732
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者周立波, 陳衛(wèi)民, 黃麗 申請人:湖南城市學院