手机智能屏蔽系统浅析

张冰超

【摘  要】随着智能手机的普及，有些特殊单位和区域，如监狱、部队、涉密单位等，手机信息泄密成为头等大事，但是传统方式采用禁止携带手机或采用大功率噪声屏蔽技术进行屏蔽，对三大运营商进行全频段信号屏蔽（信号压制、干扰），由于禁止携带手机或通信网络被屏蔽，又无法满足应急通信及移动办公的信息化需求。因此，在这些特殊单位和区域建设一套手机智能屏蔽网络，既能保证合法手机的正常使用，又能阻止非法手机的入侵，非常迫切和具有实用价值。

【关键词】智能手机;屏蔽系统;系统原理; 组网架构

【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 手机屏蔽系统原理

1.1 传统手机屏蔽方式原理

1.1.1 噪声干扰的原理

噪声干扰的原理是发射与移动通信同频的频率，以一定的功率发射，阻断非法用户的正常通信。随着宽带移动通信技术抗干扰性能的发展，噪声干扰需要很大的功率才能实现信号的屏蔽。

要对GSM所有频点形成有效干扰，需要在GSM频段内叠加大于当前信号32倍（15dB）的宽带信号，需要屏蔽器发射功率在100～300W以上的功率才能有效干扰。

要对CDMA/WCDMA/4G等宽带移动通信形成有效干扰，需要在原频段内叠加大于当前信号128倍（21dB）的宽带信号，需要屏蔽器发射功率在1000W以上功率才能有效干扰。

大功率噪声干扰实现手机信号屏蔽的主要缺点如下：①屏蔽效果不佳：随着运营商网络的优化和功率提升，尤其是3G、4G制式基于擴频技术，具有较强的抗干扰能力;通过理论计算，大功率屏蔽技术要对3G/4G有效屏蔽，需要比运营商基站信号大128倍（1280瓦的发射功率）才能达到屏蔽效果。②屏蔽周界控制精度差。高功率发射导致非屏蔽区域受到干扰，且无特别的精准控制措施，加上部分传统屏蔽器属于上行干扰，严重影响运营商的基站工作，从而使目标区域邻近小区、工厂、单位受到严重的屏蔽干扰，引发投诉，一定程度上影响警民关系，同时也变相地迫使运营商网络提升功率和优化参数，从而又反过来影响传统屏蔽器的有效工作。③辐射较大。传统的屏蔽器采用扫频或者白噪声的干扰方法，需要比运营商网络信号高出21dB（即128倍）的干扰信号才能有效屏蔽。因此，以当运营商信号较强情况下，传统屏蔽器只能靠单纯提升发射功率的办法达到压制的目的。常用传统屏蔽器功率超过40W，部分甚至达到60W/80W，对人身造成较大的辐射，影响健康。

综上所述，噪声干扰因需要很大的发射功率，电磁辐射严重，边界难以控制，而且大功率噪声屏蔽，会干扰周围居民通信，不适合在监狱、部队等场景使用。

1.1.2 伪基站吸附的原理

伪基站吸附原理是发射移动通信一模一样的信号，利用移动通信切换原理，将用户欺骗到伪基站上来，阻断用户通信。

对于GSM而言，系统鉴权的算法简单，伪基站可将周围的用户吸附到伪基站中来控制通信;对3G而言，采用软切换、接力切换等关键技术，手机由一个基站切换另一个基站，整个过程由两个基站交互完成，因伪基站与运营商基站间没有链路建立连接，没有交互，从而手机很难吸附到伪基站上。4G采用了双向鉴权，手机选择网络和网络选择手机，通过双向的鉴权完成，手机不会在非法基站上注册。

综上所述，伪基站吸附方式用在监狱信号屏蔽仅适用于2G网络，对3G/4G网络无法实现信号屏蔽。

1.2 信令级智能屏蔽的原理

1.2.1 信令干扰概述

信令即通信设备之间通信的语言，是通信网络的不同环节（交换中心、基站、手机）之间传输交互的规则，各环节进行分析处理并通过交互作用而形成一系列的操作和控制，保证用户通信信息有效且可靠的传递。

在移动通信中，手机开机、空闲、打电话、发短信、上网、关机等各种状态都与基站实时进行信令交互，如果阻断手机与基站之间的信令交互，会出现手机无法通信的问题。信令干扰技术就是在某个区域内扰乱手机与基站的信令交互，手机与基站失去联系，从而达到手机屏蔽的效果。这种屏蔽方式不需要太大的功率发射，只要实时跟踪基站发出的信令消息，生成干扰信令信号发射到管制区，理论上发射功率与基站在该区域的覆盖信号相当即可，但工程上为避免无线电信号在控制传播的反射绕射影响，预留3～6dB的余量，即可保证100%的信号屏蔽[1]。

1.2.2 信令干扰的原理

基于无线通信中基站与手机间信令交互的特性，针对各种通信制式无线信号特性，由信令收集器对基站发送给手机的一个或多个信令消息进行实时获取与跟踪，并将信令消息数据上报给信令消息跟踪后台，后台实时地对收集的信令进行解析和重组帧编码，向移动台发送通信阻截信令，破坏监管场所内通信违禁品与公众移动通信网络的同步和寻址，实现高效阻断手机通信的目的，有效实现对各类通信违禁品的高效管制[2]。

通过解调、解码运营商网络同步、导频及控制信道，接收并分析运营商网络的功率、时隙以及码道等特性，对运营商网络的重要信道重新组帧和编码，促使目标区域内的手机无法与运营商网络建立正常的同步和寻址，从而从跟本上切断手机与运营商网络的联系，图1为信令干扰原理示意图。

1.2.3 信令干扰的优点

①发射功率低，绿色环保。要达到对无线通信基站信号的有效屏蔽，信令级干扰需要比当前区域基站信号大3dB，即可阻断基站与手机间的通信，发射点功率30～50mW左右（低于手机发射功率）;才有室内信号覆盖技术，多点小功率发射，即保证智能屏蔽信号的均匀无缝覆盖，又避免信号外泄对周边居民通信的影响。②屏蔽效率高，可实现全区域、无盲点屏蔽。基于重新组帧编码的扰码信号通过多制式一体化数字光纤传输设备和室内、外分布式天馈系统，可精准覆盖到目标区域的每一个角落，从而实现精准高效屏蔽，屏蔽有效率可达到100%。③屏蔽周界控制精度高，小于5m。基于运营商电信级的室分系统属于精准覆盖方式，而非发散发射方式，故可达到较高的屏蔽周界控制精度，实施结果表明可达到5m的精度范围。④较好的自适应性。信号管控系统能自动检测运营商网络参数变化，根据外网状态同步调整自身参数，以确保系统可靠。

2 手机智能屏蔽系统组网架构

2.1 手机智能管控系统原理

手机智能管控系统采用先进的信令级智能屏蔽技术实现，通过后台管理对指定场所的手机进行信号覆盖和管控，可以实现黑白名单管理，黑名单不可通话，白名单可以通话。并可以对指定的通话进行监听、审计、转接（如图2所示）。

2.2 手机智能管控平台架构

手机智能管控平台包括管控服务器、基站和干扰器三个部分（如图3所示）。一个平台，两个模块。

3 智能管控方案

手机智能管控平台可以实现语音和数据分开管控。

3.1 管控手机通话

系统通过后台管理对指定场所的手机进行信号覆盖和管控。可以实现黑白名单管理，黑名单不可通话，白名单可以通话，可以对指定的通话进行监听、审计、转接。

3.2 管控手机4G数据业务

由于4G数据是加密的，且数据信息安全掌握在运营商手中。因此，要合理管控手机数据业务，屏蔽4G通道，避免用户使用数据业务实现语音功能。

3.3 管控可达成的效果

通过集中平台，同时管理语音和数据，实现管控的效果[3]。

①防止手机违规使用。通过手机管控后台按照各种需求，定制各种管控规则，例如：合法使用时间段（时间段清单）;合法使用手机列表（手机清单）;合法使用区域（基站清单）;合法使用业务（业务清单：通话、短信、上网）。这样可以基于用户、时间、位置和业务项目进行管控。②防止手机违规通信。对短信业务，进行关键词过滤后再进行转发，防止违规使用短信。对于数据业务，由于4G数据是加密的，可以以合理的手机管控方式关闭4G通道，这样对短信和数据业务进行系统的管理和控制。③查找未经备案的手机。支持发现所有探测到的手机，对于没有备案信息的手机，可以提醒并且可以通过手持定位终端，并且找到该手机。可以实现提取手机号码，无需运营商配合。④手机违规使用的违规倒查。通过对手机业务使用情况进行类似视频监控一样的内容审计备份，可以支持手机违规使用的违规倒查。

4 需要特别处理的问题

随着华为国产手机的普及，华为麒麟芯片自带的识别伪基站技术，识别所在基站是否为伪基站，自动屏蔽并拒绝连接。在早期的智能屏蔽设备确实出现了不能屏蔽华为手机的现象。

判断是否是伪基站，必须基于对基站基本信息的分析，例如，小区编号（CID），无线信号强度，运营商网络标识（MCC，MNC），位置信息（LAC）等。伪基站的参数可能与合法基站的参数有较明显的不同，可以被甄别出来。因此，设计智能屏蔽系统时需要能够自动扫描运营商基站信息，并且自适应调整自身基站信息参数，避免出现不能屏蔽华为手机的现象。

【参考文献】

【1】吴江寿.校园手机智能屏蔽网管理系统的研发[J].科技视界，2015（17）：173+241.

【2】谷琼，李杰，龚雄兴.基于Android智能手机的隐私管理系统的设计与实现[J].计算机应用与软件，2014，31（01）：260-263.

【3】陈根华，范静辉，曾春花.智能环保型手機信号屏蔽器设计[J].电子设计应用，2008（04）：81-83.