LTE系統(tǒng)中無線干擾的分析與研究

謝世鑫

摘 ? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)用越來越重要、越來越廣泛，象LTE系統(tǒng)就是其中之一。但從近些年LTE系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況來看，該系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中容易受到無線信號的干擾，導(dǎo)致人們?nèi)粘Ｉ钪型ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效果不佳。基于此，該文將著重分析和研究LTE系統(tǒng)中的無線干擾問題。

關(guān)鍵詞：LTE系統(tǒng);無線干擾;解決對策

中圖分類號：TN929 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著研究的不斷深入，LTE系統(tǒng)越來越完善。在通信安全方面，LTE網(wǎng)絡(luò)采取了更高級的安全措施，象加強(qiáng)認(rèn)證和密鑰協(xié)商機(jī)制等。這些措施很好地解決了網(wǎng)絡(luò)所存在的漏洞缺陷。但是，立足于現(xiàn)實(shí)層面對LTE系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況加以分析，確定其容易受到無線信號的干擾，象上行鏈路干擾或下行鏈路干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)無法良好運(yùn)行，導(dǎo)致整個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為了盡可能地避免此種情況的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)積極解決LTE系統(tǒng)中的無線干擾問題，提高整個(gè)系統(tǒng)的使用效果。

1 初始接入LTE網(wǎng)絡(luò)

通過參考相關(guān)資料來詳細(xì)的分析LTE系統(tǒng)，了解到初始接入LTE網(wǎng)絡(luò)是在終端處于初始接觸狀態(tài)時(shí)進(jìn)行的，這一過程當(dāng)中需要保證UE在其支持的工作頻段內(nèi)進(jìn)行掃描，以便能夠?qū)γ總€(gè)頻點(diǎn)上的主同步信道進(jìn)行有效檢測，確定是否存在主同步信號，如果存在主同步信號，那么進(jìn)一步確定是否為頻域Zaodff-Chu序列。通常情況下，在找到主同步信號的情況下，可以確定它是由2個(gè)長度為31的m序列交叉連接得到的，并且在FDD-LTE下行無線幀結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)2次，分別在時(shí)隙1和時(shí)隙10出現(xiàn)，2個(gè)時(shí)隙間隔在5 ms左右，也就是時(shí)隙的2個(gè)邊界。

隨著PSS基礎(chǔ)的合理設(shè)置，逐步向上搜索輔同步信號，它是由2個(gè)長度為31的m序列較叉級聯(lián)得到的，并且序列長度為62。又因?yàn)樗那昂蟀霂挠成湔孟喾矗栽诖_定接收2個(gè)輔同步信號時(shí)，就可以確定10 ms的邊界。通常情況下，系統(tǒng)在完成輔同步信號之后，終端能夠獲得小區(qū)唯一標(biāo)識，同時(shí)也可以掌握網(wǎng)絡(luò)制式、CRS及其他時(shí)頻位置、系統(tǒng)幀中子幀0的所在位置、CP位置等相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)更加科學(xué)、合理地設(shè)置LTE系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

接收廣播信號，需要從LTE無線接口處進(jìn)行，這對于保證物理廣播信道的應(yīng)用效果有極大的幫助。當(dāng)然，要想真正做到這一點(diǎn)，需要在通過該信道之際，著重分析網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，以便有依有據(jù)、合情合理的設(shè)置終端，為成功接入創(chuàng)造條件。一般情況下將PBCH設(shè)置在子幀#0的Slot#1上發(fā)送，緊靠主同步信號，這樣便能使PBCH中的主信息塊涵蓋主要的LTE系統(tǒng)信息，象初始接入網(wǎng)絡(luò)最頻繁發(fā)送的參數(shù)，即：系統(tǒng)寬帶、物理層混合ARQ指示信道結(jié)構(gòu)、最重要的8位系統(tǒng)幀號等。

其實(shí)，要想真正完成小區(qū)搜索，僅限于接收PBCH是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，最好能夠提供更多的系統(tǒng)信息。為了能夠做到這一點(diǎn)，需要相關(guān)工作人員對SIB進(jìn)行解碼。因?yàn)镾IB包括了SIB1～SIB13，并且被映射在物理下行共享信道上。需要特別說明的是SIB1～SIB13所包括的信息不同，所以相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)注意了解它們所包括的信息內(nèi)容，進(jìn)而合理的設(shè)置SIB，以便SIB1～SIB13均能發(fā)揮作用。

2 無線干擾威脅

參考相關(guān)資料，確定無線干擾是指蓄意發(fā)送無線信號以降低接收信號的信噪比，甚至中斷通信。通常情況下，LTE系統(tǒng)運(yùn)作的過程中容易受到無線信號的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不佳。經(jīng)過進(jìn)一步分析，確定無線信號干擾的危害性會(huì)給無線局域網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、蜂窩通信網(wǎng)等造成影響，這就意味著基于LTE網(wǎng)絡(luò)的LTE系統(tǒng)勢必會(huì)受到無線信號的干擾。

2.1 下行干擾

參考相關(guān)資料并分析LTE系統(tǒng)受到下行鏈路干擾實(shí)際情況，確定所存在的干擾現(xiàn)象有多種，包括惡性無線信號干擾下行控制信道、抑或干擾廣播信道、抑或?qū)烧哌M(jìn)行同步干擾等。而常見的干擾主要體現(xiàn)在寬帶干擾和頻譜分量干擾等方面。

一般情況下，在不了解干擾目的的情況下，常常會(huì)出現(xiàn)寬帶干擾，系統(tǒng)寬帶的任何位置都可能出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)寬帶受到阻塞。除此之外，還可能出現(xiàn)部分寬帶受到感染的情況，也就是下行鏈路干擾有選擇性的干擾系統(tǒng)寬帶。

如果在整個(gè)干擾的過程當(dāng)中，攻擊者是非常熟悉干擾目標(biāo)的，那么此時(shí)發(fā)動(dòng)的干擾行為就是有選擇性的，也就是攻擊者會(huì)控制干擾部分的頻率分量。常實(shí)施的干擾方式為單音干擾和多音干擾。其中單音干擾是借助單個(gè)高功率脈沖干擾目標(biāo)信號的某個(gè)頻率分量。簡單來說就是適當(dāng)?shù)卦黾幽硞€(gè)頻率分量的功率，而非引入新的頻率分量。多音干擾則是STG的簡單疊加，其干擾行為的執(zhí)行需要同時(shí)發(fā)送多個(gè)頻率分量。

2.2 上行干擾

我們知道基地的發(fā)射功率在48 dBm左右，系統(tǒng)終端的最大上行功率在23 dBm左右。所以，上行鏈路干擾主要是通過控制信道，尤其是承載上行鏈路控制信息，象信道質(zhì)量指標(biāo)等。

其實(shí)LTE系統(tǒng)備受上行鏈路干擾，主要是攻擊者熟悉上行控制信道的相關(guān)知識，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)射干擾信號，那么上行鏈路的干擾將直接控制信道的信息接收，導(dǎo)致基地?zé)o法接收到相關(guān)的信號了解系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。在此種干擾之下，常常會(huì)造成某個(gè)社區(qū)甚至整個(gè)基地小區(qū)受到威脅，也就是所有UE的正常通信都會(huì)遭到破壞。除此之外，攻擊者還可能通過使用指向基站的定向天線來進(jìn)一步提高攻擊效果。

2.3 干擾減輕措施

2.3.1 多重輸入與多重輸出技術(shù)

對于MIMO技術(shù)也可稱之為多重輸入多重輸出技術(shù)，該技術(shù)可以做到將獨(dú)立的多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)進(jìn)行發(fā)送，并且在同個(gè)頻道的范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)送信號或者接收信號的處理。在天線設(shè)備的輔助下，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)可以達(dá)到傳輸距離有效延長以及傳輸速率加快的效果。從現(xiàn)狀來看，運(yùn)用MIMO技術(shù)的傳輸速率已經(jīng)提高至100 Mbps，而相應(yīng)的傳輸距離也已達(dá)到91.44 m。

2.3.2 定向發(fā)射技術(shù)

定向發(fā)射技術(shù)指的是讓輻射信號能量集中向著想要的方向發(fā)射，而其余的方向幾乎沒有信號。定向天線構(gòu)成了定向發(fā)射的重要技術(shù)裝置，其典型特征為在某一個(gè)或某幾個(gè)特定方向上發(fā)射及接收電磁波的功能較強(qiáng)，而在其他的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小。采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性，并且增加抗干擾能力。

2.3.3 其他的抗干擾技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展無線干擾的方式逐漸呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，而最常見和最簡單的方式是攻擊者借助開源軟件，也就是定義無線電和發(fā)射硬件對整個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行干擾，導(dǎo)致整個(gè)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。對此，應(yīng)當(dāng)采取直接擴(kuò)頻通信的方式，以便將信息信號擴(kuò)展成寬頻譜的信號，它的密度比噪聲還要低，能夠在接收到干擾信號的情況下予以進(jìn)一步的處理，從而使干擾電平明顯下降。面對現(xiàn)階段LTE系統(tǒng)容易受到無線干擾的情況，應(yīng)當(dāng)探究行之有效的措施，從而盡可能地減輕無線干擾，保證LTE系統(tǒng)能夠良好的運(yùn)行。

3 結(jié)語

在通信網(wǎng)絡(luò)中，基于空口的無線干擾攻擊嚴(yán)重影響了人們的正常生活。經(jīng)過該文一系列分析，確定LTE系統(tǒng)運(yùn)行的過程中很可能受到無線干擾，象上行鏈路干擾和下行鏈路干擾，導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)癱瘓，導(dǎo)致人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ魇艿接绊憽榱吮M可能地避免此種情況的持續(xù)發(fā)生，應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識無線干擾LTE系統(tǒng)的危害性，進(jìn)而探究行之有效措施來盡量降低無線干擾程度，促使LTE系統(tǒng)能夠長時(shí)間、良好地運(yùn)行，滿足人們的需求。總之，加強(qiáng)對LTE系統(tǒng)中無線干擾的研究具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]毛文俊，向東南.LTE系統(tǒng)中無線干擾的分析與研究[J].中國無線電，2016（2）：40-42.