張冰超

【摘? 要】隨著智能手機(jī)的普及，有些特殊單位和區(qū)域，如監(jiān)獄、部隊(duì)、涉密單位等，手機(jī)信息泄密成為頭等大事，但是傳統(tǒng)方式采用禁止攜帶手機(jī)或采用大功率噪聲屏蔽技術(shù)進(jìn)行屏蔽，對(duì)三大運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行全頻段信號(hào)屏蔽（信號(hào)壓制、干擾），由于禁止攜帶手機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)被屏蔽，又無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)急通信及移動(dòng)辦公的信息化需求。因此，在這些特殊單位和區(qū)域建設(shè)一套手機(jī)智能屏蔽網(wǎng)絡(luò)，既能保證合法手機(jī)的正常使用，又能阻止非法手機(jī)的入侵，非常迫切和具有實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】智能手機(jī);屏蔽系統(tǒng);系統(tǒng)原理; 組網(wǎng)架構(gòu)

【Abstract】With the popularity of smart phones， some special units and areas， such as prisons， military units， secret related units， etc.， mobile phone information disclosure has become a top priority. However， the traditional way is to prohibit carrying mobile phones or use high-power noise shielding technology to shield the three operators' full band signal （signal suppression and interference）. Because it is forbidden to carry mobile phones or the communication network is blocked， it can not meet the information needs of emergency communication and mobile office. Therefore， building a set of mobile phone intelligent shielding network in these special units and areas can not only ensure the normal use of legitimate mobile phones， but also prevent the invasion of illegal mobile phones. It is very urgent and practical.

【Keywords】smart phone; shielding system; system theory; networking architecture

1 手機(jī)屏蔽系統(tǒng)原理

1.1 傳統(tǒng)手機(jī)屏蔽方式原理

1.1.1 噪聲干擾的原理

噪聲干擾的原理是發(fā)射與移動(dòng)通信同頻的頻率，以一定的功率發(fā)射，阻斷非法用戶(hù)的正常通信。隨著寬帶移動(dòng)通信技術(shù)抗干擾性能的發(fā)展，噪聲干擾需要很大的功率才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的屏蔽。

要對(duì)GSM所有頻點(diǎn)形成有效干擾，需要在GSM頻段內(nèi)疊加大于當(dāng)前信號(hào)32倍（15dB）的寬帶信號(hào)，需要屏蔽器發(fā)射功率在100～300W以上的功率才能有效干擾。

要對(duì)CDMA/WCDMA/4G等寬帶移動(dòng)通信形成有效干擾，需要在原頻段內(nèi)疊加大于當(dāng)前信號(hào)128倍（21dB）的寬帶信號(hào)，需要屏蔽器發(fā)射功率在1000W以上功率才能有效干擾。

大功率噪聲干擾實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)屏蔽的主要缺點(diǎn)如下：①屏蔽效果不佳：隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和功率提升，尤其是3G、4G制式基于擴(kuò)頻技術(shù)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力;通過(guò)理論計(jì)算，大功率屏蔽技術(shù)要對(duì)3G/4G有效屏蔽，需要比運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào)大128倍（1280瓦的發(fā)射功率）才能達(dá)到屏蔽效果。②屏蔽周界控制精度差。高功率發(fā)射導(dǎo)致非屏蔽區(qū)域受到干擾，且無(wú)特別的精準(zhǔn)控制措施，加上部分傳統(tǒng)屏蔽器屬于上行干擾，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)商的基站工作，從而使目標(biāo)區(qū)域鄰近小區(qū)、工廠、單位受到嚴(yán)重的屏蔽干擾，引發(fā)投訴，一定程度上影響警民關(guān)系，同時(shí)也變相地迫使運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)提升功率和優(yōu)化參數(shù)，從而又反過(guò)來(lái)影響傳統(tǒng)屏蔽器的有效工作。③輻射較大。傳統(tǒng)的屏蔽器采用掃頻或者白噪聲的干擾方法，需要比運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信號(hào)高出21dB（即128倍）的干擾信號(hào)才能有效屏蔽。因此，以當(dāng)運(yùn)營(yíng)商信號(hào)較強(qiáng)情況下，傳統(tǒng)屏蔽器只能靠單純提升發(fā)射功率的辦法達(dá)到壓制的目的。常用傳統(tǒng)屏蔽器功率超過(guò)40W，部分甚至達(dá)到60W/80W，對(duì)人身造成較大的輻射，影響健康。

綜上所述，噪聲干擾因需要很大的發(fā)射功率，電磁輻射嚴(yán)重，邊界難以控制，而且大功率噪聲屏蔽，會(huì)干擾周?chē)用裢ㄐ?，不適合在監(jiān)獄、部隊(duì)等場(chǎng)景使用。

1.1.2 偽基站吸附的原理

偽基站吸附原理是發(fā)射移動(dòng)通信一模一樣的信號(hào)，利用移動(dòng)通信切換原理，將用戶(hù)欺騙到偽基站上來(lái)，阻斷用戶(hù)通信。

對(duì)于GSM而言，系統(tǒng)鑒權(quán)的算法簡(jiǎn)單，偽基站可將周?chē)挠脩?hù)吸附到偽基站中來(lái)控制通信;對(duì)3G而言，采用軟切換、接力切換等關(guān)鍵技術(shù)，手機(jī)由一個(gè)基站切換另一個(gè)基站，整個(gè)過(guò)程由兩個(gè)基站交互完成，因偽基站與運(yùn)營(yíng)商基站間沒(méi)有鏈路建立連接，沒(méi)有交互，從而手機(jī)很難吸附到偽基站上。4G采用了雙向鑒權(quán)，手機(jī)選擇網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)選擇手機(jī)，通過(guò)雙向的鑒權(quán)完成，手機(jī)不會(huì)在非法基站上注冊(cè)。

綜上所述，偽基站吸附方式用在監(jiān)獄信號(hào)屏蔽僅適用于2G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)3G/4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)屏蔽。

1.2 信令級(jí)智能屏蔽的原理

1.2.1 信令干擾概述

信令即通信設(shè)備之間通信的語(yǔ)言，是通信網(wǎng)絡(luò)的不同環(huán)節(jié)（交換中心、基站、手機(jī)）之間傳輸交互的規(guī)則，各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析處理并通過(guò)交互作用而形成一系列的操作和控制，保證用戶(hù)通信信息有效且可靠的傳遞。

在移動(dòng)通信中，手機(jī)開(kāi)機(jī)、空閑、打電話(huà)、發(fā)短信、上網(wǎng)、關(guān)機(jī)等各種狀態(tài)都與基站實(shí)時(shí)進(jìn)行信令交互，如果阻斷手機(jī)與基站之間的信令交互，會(huì)出現(xiàn)手機(jī)無(wú)法通信的問(wèn)題。信令干擾技術(shù)就是在某個(gè)區(qū)域內(nèi)擾亂手機(jī)與基站的信令交互，手機(jī)與基站失去聯(lián)系，從而達(dá)到手機(jī)屏蔽的效果。這種屏蔽方式不需要太大的功率發(fā)射，只要實(shí)時(shí)跟蹤基站發(fā)出的信令消息，生成干擾信令信號(hào)發(fā)射到管制區(qū)，理論上發(fā)射功率與基站在該區(qū)域的覆蓋信號(hào)相當(dāng)即可，但工程上為避免無(wú)線電信號(hào)在控制傳播的反射繞射影響，預(yù)留3～6dB的余量，即可保證100%的信號(hào)屏蔽[1]。

1.2.2 信令干擾的原理

基于無(wú)線通信中基站與手機(jī)間信令交互的特性，針對(duì)各種通信制式無(wú)線信號(hào)特性，由信令收集器對(duì)基站發(fā)送給手機(jī)的一個(gè)或多個(gè)信令消息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取與跟蹤，并將信令消息數(shù)據(jù)上報(bào)給信令消息跟蹤后臺(tái)，后臺(tái)實(shí)時(shí)地對(duì)收集的信令進(jìn)行解析和重組幀編碼，向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送通信阻截信令，破壞監(jiān)管場(chǎng)所內(nèi)通信違禁品與公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的同步和尋址，實(shí)現(xiàn)高效阻斷手機(jī)通信的目的，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)通信違禁品的高效管制[2]。

通過(guò)解調(diào)、解碼運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)同步、導(dǎo)頻及控制信道，接收并分析運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的功率、時(shí)隙以及碼道等特性，對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的重要信道重新組幀和編碼，促使目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的手機(jī)無(wú)法與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建立正常的同步和尋址，從而從跟本上切斷手機(jī)與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，圖1為信令干擾原理示意圖。

1.2.3 信令干擾的優(yōu)點(diǎn)

①發(fā)射功率低，綠色環(huán)保。要達(dá)到對(duì)無(wú)線通信基站信號(hào)的有效屏蔽，信令級(jí)干擾需要比當(dāng)前區(qū)域基站信號(hào)大3dB，即可阻斷基站與手機(jī)間的通信，發(fā)射點(diǎn)功率30～50mW左右（低于手機(jī)發(fā)射功率）;才有室內(nèi)信號(hào)覆蓋技術(shù)，多點(diǎn)小功率發(fā)射，即保證智能屏蔽信號(hào)的均勻無(wú)縫覆蓋，又避免信號(hào)外泄對(duì)周邊居民通信的影響。②屏蔽效率高，可實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、無(wú)盲點(diǎn)屏蔽?；谥匦陆M幀編碼的擾碼信號(hào)通過(guò)多制式一體化數(shù)字光纖傳輸設(shè)備和室內(nèi)、外分布式天饋系統(tǒng)，可精準(zhǔn)覆蓋到目標(biāo)區(qū)域的每一個(gè)角落，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效屏蔽，屏蔽有效率可達(dá)到100%。③屏蔽周界控制精度高，小于5m?；谶\(yùn)營(yíng)商電信級(jí)的室分系統(tǒng)屬于精準(zhǔn)覆蓋方式，而非發(fā)散發(fā)射方式，故可達(dá)到較高的屏蔽周界控制精度，實(shí)施結(jié)果表明可達(dá)到5m的精度范圍。④較好的自適應(yīng)性。信號(hào)管控系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化，根據(jù)外網(wǎng)狀態(tài)同步調(diào)整自身參數(shù)，以確保系統(tǒng)可靠。

2 手機(jī)智能屏蔽系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

2.1 手機(jī)智能管控系統(tǒng)原理

手機(jī)智能管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的信令級(jí)智能屏蔽技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)后臺(tái)管理對(duì)指定場(chǎng)所的手機(jī)進(jìn)行信號(hào)覆蓋和管控，可以實(shí)現(xiàn)黑白名單管理，黑名單不可通話(huà)，白名單可以通話(huà)。并可以對(duì)指定的通話(huà)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)、審計(jì)、轉(zhuǎn)接（如圖2所示）。

2.2 手機(jī)智能管控平臺(tái)架構(gòu)

手機(jī)智能管控平臺(tái)包括管控服務(wù)器、基站和干擾器三個(gè)部分（如圖3所示）。一個(gè)平臺(tái)，兩個(gè)模塊。

3 智能管控方案

手機(jī)智能管控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)分開(kāi)管控。

3.1 管控手機(jī)通話(huà)

系統(tǒng)通過(guò)后臺(tái)管理對(duì)指定場(chǎng)所的手機(jī)進(jìn)行信號(hào)覆蓋和管控?？梢詫?shí)現(xiàn)黑白名單管理，黑名單不可通話(huà)，白名單可以通話(huà)，可以對(duì)指定的通話(huà)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)、審計(jì)、轉(zhuǎn)接。

3.2 管控手機(jī)4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

由于4G數(shù)據(jù)是加密的，且數(shù)據(jù)信息安全掌握在運(yùn)營(yíng)商手中。因此，要合理管控手機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屏蔽4G通道，避免用戶(hù)使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能。

3.3 管控可達(dá)成的效果

通過(guò)集中平臺(tái)，同時(shí)管理語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管控的效果[3]。

①防止手機(jī)違規(guī)使用。通過(guò)手機(jī)管控后臺(tái)按照各種需求，定制各種管控規(guī)則，例如：合法使用時(shí)間段（時(shí)間段清單）;合法使用手機(jī)列表（手機(jī)清單）;合法使用區(qū)域（基站清單）;合法使用業(yè)務(wù)（業(yè)務(wù)清單：通話(huà)、短信、上網(wǎng)）。這樣可以基于用戶(hù)、時(shí)間、位置和業(yè)務(wù)項(xiàng)目進(jìn)行管控。②防止手機(jī)違規(guī)通信。對(duì)短信業(yè)務(wù)，進(jìn)行關(guān)鍵詞過(guò)濾后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，防止違規(guī)使用短信。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由于4G數(shù)據(jù)是加密的，可以以合理的手機(jī)管控方式關(guān)閉4G通道，這樣對(duì)短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)的管理和控制。③查找未經(jīng)備案的手機(jī)。支持發(fā)現(xiàn)所有探測(cè)到的手機(jī)，對(duì)于沒(méi)有備案信息的手機(jī)，可以提醒并且可以通過(guò)手持定位終端，并且找到該手機(jī)。可以實(shí)現(xiàn)提取手機(jī)號(hào)碼，無(wú)需運(yùn)營(yíng)商配合。④手機(jī)違規(guī)使用的違規(guī)倒查。通過(guò)對(duì)手機(jī)業(yè)務(wù)使用情況進(jìn)行類(lèi)似視頻監(jiān)控一樣的內(nèi)容審計(jì)備份，可以支持手機(jī)違規(guī)使用的違規(guī)倒查。

4 需要特別處理的問(wèn)題

隨著華為國(guó)產(chǎn)手機(jī)的普及，華為麒麟芯片自帶的識(shí)別偽基站技術(shù)，識(shí)別所在基站是否為偽基站，自動(dòng)屏蔽并拒絕連接。在早期的智能屏蔽設(shè)備確實(shí)出現(xiàn)了不能屏蔽華為手機(jī)的現(xiàn)象。

判斷是否是偽基站，必須基于對(duì)基站基本信息的分析，例如，小區(qū)編號(hào)（CID），無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（MCC，MNC），位置信息（LAC）等。偽基站的參數(shù)可能與合法基站的參數(shù)有較明顯的不同，可以被甄別出來(lái)。因此，設(shè)計(jì)智能屏蔽系統(tǒng)時(shí)需要能夠自動(dòng)掃描運(yùn)營(yíng)商基站信息，并且自適應(yīng)調(diào)整自身基站信息參數(shù)，避免出現(xiàn)不能屏蔽華為手機(jī)的現(xiàn)象。

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