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Conception et simulation d'un brouilleur GSM

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par Merleau King TCHEUMTCHOUA KAMDEM
Ecole nationale supérieure polytechnique, Yaoundé - Master rercherche en systèmes de télécommunications numériques 2010
  

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1.1.2. Détection d'une activité par mesure des niveaux de champ - synchronisation du brouilleur

La détection s'effectue suivant 2 dimensions : d'abord la fréquence portant les informations recherchées (mesure des niveaux de champs) et ensuite le repérage temporelle du TS0 par rapport à l'horloge locale du dispositif (synchronisation).

Mesure des niveaux de champ reçu

Un mobile en veille entre en communication avec le réseau sur son TS0 porteur du canal RACH et émet à puissance maximale sur celui-ci. Dès lors, la mesure des niveaux de champs reçus, permettra de discriminer :

· les signaux proches (dans la zone interdite) des signaux lointains (hors de la zone de brouillage) - cas des communications sur des fréquences différentes -

· les communications sur un TSx (1 = x = 7) à une demande de canal formulée sur le TS0 de la même fréquence  - cas des communications sur la même fréquence -

La figure 31 illustre un scenario de détection d'une demande de canal effectuée par un mobile situé à 3m du brouilleur.

Figure 31 : détection d'un mobile en activité dans la zone de brouillage

On observe plusieurs échanges avec le réseau sur toutes les fréquences présentant un pic de puissance (il s'agit des mobiles lointains ou en communication sur un TCH). Toutefois, en plaçant le seuil de détection à -95dBm, il nous est possible de faire la différence entre ces autres signaux et celui reçu du mobile proche, normalement dans la zone de brouillage (situé à 3m).

Pour le brouilleur, le signal analogique est filtré à la fréquence intermédiaire, après que le vobulateur de fréquence aura cerné la fréquence au travers de la valeur fournie par le microcontrôleur. La méthode de mesure de niveau de champ que nous préconisons une fois le signal sorti du filtre FI, est schématisée ci-dessous (figure 32)

Figure 32 : principe de mesure de niveau de champs

Le signal de 400 MHz rentre dans un détecteur crête amélioré, construit autour d'un amplificateur opérationnel et d'une diode Schottky constituant ainsi une superdiode. Ces deux éléments sont montés de manière à assurer une bonne sensibilité au brouilleur. La diode Schottky a la propriété d'être très rapide en commutation dans les circuits HF ce qui s'avère être intéressant dans ce contexte où le signal à détecter a une fréquence de 400MHz. Cependant, la chute de tension qu'elle engendre (autour de 0,4V) peut être préjudiciable à cause de la forte atténuation qu'elle impute, de fait, au signal. Telle est la motivation de l'usage d'un amplificateur opérationnel HF. Ce dernier permettra de diviser par 106, équivalent à son gain intrinsèque, la chute de tension aux bornes de la diode par montage de ces éléments en suiveur. Les équations justifiant ces améliorations sont les suivantes :

Soient (voir figure33) :

Ve la tension d'entrée ;

Vs la tension de sortie ;

G le gain de l'amplificateur opérationnel (autour de 106) ;

Vd la chute de tension aux bornes de la diode ;

L'amplificateur fonctionnant en régime linéaire, on peut écrire :

(3.4) d'où l'on tire l'expression

(3.5)

Figure 33 : schéma d'une superdiode

L'équation (3.5) s'exprime sous forme d'une différence, avec le second terme qui traduit bien la forte atténuation de la chute de tension générée par la diode. Comme le gain de l'amplificateur est très important, le signal en sortie de ce montage est quasiment égal au signal d'entrée (premier terme). Ce montage est complété sur la figure 32 avec un condensateur électrolytique et permet de générer un signal variant à la fréquence d'une trame GSM. La véritable prise de décision est faite au niveau du comparateur muni d'une référence de tension judicieusement choisie à cet effet. Si l'amplitude du signal variable obtenu du détecteur crête reste en dessous du seuil de référence, aucune action ne sera poursuivie et le microcontrôleur fera passer l'oscillateur à la fréquence suivante. Si, par contre, l'amplitude du signal dépasse le seuil, alors une activité proche aura été détectée. Le signal carré en sortie du comparateur permettra, sur son deuxième front montant, l'enregistrement de la fréquence courante et la synchronisation du brouilleur, afin de s'affranchir du Power Control éventuellement activé sur un mobile lointain ou de l'inexactitude du début du TS0.

En bref, la mesure de niveau de champ aura permis d'effectuer une détection dans l'espace fréquentiel tandis qu'il est attendu de la synchronisation qu'elle en fasse de même dans le domaine temporel.

Synchronisation du brouilleur

Il est important pour le brouilleur de se synchroniser sur le TS descendant, équivalent à celui intercepté sur le lien montant, avant activation du brouillage si nécessaire. Cette opération permet en effet de maitriser la tranche temporelle dans laquelle la station de base répond au mobile, pour un brouillage plus robuste.

Le brouilleur abrite une horloge ayant la même période qu'une trame GSM. Comme cette horloge n'est pas synchronisée à l'horloge du mobile appelant, la procédure que nous proposons pour le faire, consiste à mesurer le déphasage entre le signal carré sorti du comparateur et l'horloge local du brouilleur. Comme l'indique la figure 34, le signal sortant du comparateur est transformé en peigne de Dirac et ensuite injecté dans une boucle à retard qui prend également en paramètre, l'horloge locale du brouilleur afin d'en déduire le déphasage.

Figure 34 : synchronisation du brouilleur

Le déphasage est mesuré en comptant, à une fréquence très élevée (13MHz), le temps qui sépare le deuxième front montant du signal et le plus proche front montant de l'horloge locale à venir.

Début

Compteur_dephasage = 0;

i = 0;

Si (front montant du signal reçu) alors

i = i + 1 ;

Fin si

//au deuxième front montant

Si (i==2) alors

Tant que !(front montant horloge locale) faire

Compteur_dephasage = Compteur_dephasage + 1 ;

Fin tant que ;

//réinitialisation des variables après mesure du déphasage

Compteur_dephasage = 0;

i = 0;

Fin si

Fin

La boucle à retard déroule alors l'algorithme suivant;

Ce bloc permet donc de détecter une demande de canal dans le domaine temporel et rassure une phase de brouillage convenable après reconnaissance et identification du service sollicité dans le canal RACH. Cette dernière phase passe par une conversion du signal analogique jusqu'ici traité, en une séquence binaire qui détient le secret du service demandé par le mobile, laquelle s'identifie à la démodulation.

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.


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