便携式多模移动通信信号压制效能检测评估系统

朱金玲，林 湘，陈诗韵，丘小春，韦尚作，覃伟峻

（桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）

0 引 言

随着移动通信领域技术的迅速发展，手机使用普及率正在逐年提高。手机的通话、短信以及上网等功能，已成为人们现代生活中相互联系及沟通的重要方式。在无线通信广泛应用的情况下，信息泄露和利用移动设备通信进行作弊的事件层出不穷。且随着通信行业的发展，保密场所及保密机构因安全原因对信号干扰的需求也在不断增加。目前，市场上存在着各种各样的移动通信信号干扰器，但是针对干扰效能评估的仪器基本空缺。经过有关部门的市场调研发现，市场现有的防护效能检测仪器只能简单检测干扰的信号强度，缺乏科学有效的评估。因此，拥有一套便携式多模移动通信信号压制效能检测评估系统评估屏蔽器信号的屏蔽强度十分必要。

1 系统原理

1.1 测量方案

1.1.1 实际测量参数

目标场景以设定的步长进行网格划分，每个网格为一个评估点。从所有评估点中选择一部分点作为测试点，并利用信号采集器实际测量这些测试点在通信信号干扰器开启前（即屏蔽前）和通信信号干扰器开启后（即屏蔽后）的信号场强值。其中，干扰器开启前测量的信号强度类型为峰值功率，干扰器开启后测量的信号强度类型为最小值功率。

1.1.2 实际场景建模

在测量数据前要对实际场景进行几何建模。首先，选定一个存在各种运营商移动通信信号的待测目标场景，要求在该场景放入通信信号干扰器，但未开启前仅存在原移动通信信号。当通信信号干扰器开启后，目标场景中仅存在原信号和移动信号干扰器所发出的干扰信号。其次，使用米尺测量目标场景的大小，并在后台系统软件的场景管理中输入参数，从而生成一个对应的带坐标的虚拟场景，而坐标轴的步长在生成虚拟场景时进行设定。最后，用坐标轴步长将整个虚拟场景分为若干个网格（评估点），即将目标场景对应划分为若干个评估点。

1.1.3 选定测量点

从所有的评估点中选择一部分点作为测试点。在虚拟场景中构建一个合理的测试点的布点方案，测试点的数量和位置均可选择。测试点的布点数量和位置需根据目标场景的大小合理选择。测试点的数量越多且距离越近时，虽然后续预测和评估效果越好，但是会增加测试的工作量；测试点的数量越少且距离越远时，虽然工作量会减少，但是后续预测和评估效果越差。在较为规则的场景中，测试点的方案可选择等距布点、均匀布点或菱形交叉布点等；在较为复杂的场景中，测试点的布点方案需结合场景和仪器精度进行布点选择。在后续预测过程中发现，预测精度欠佳需要通过增加测试点来提高预测精度时，可在原布点方案的基础上增加测试点，以通过扩大样本量来提高预测精度，但原布点方案中的测试点不可改动。各个测试点的坐标可根据步长换算成实际距离，使用米尺在实际场景中找出各个测试点并作标记，但测试点的位置精度必须小于步长。

1.2 测量过程

根据干扰器的有效干扰半径，合理选择干扰器数量和放置位置。采用手持式全频段移动通信信号采集终端和便携式宽带全向天线组合的方式，按照预设的布点方案采集每一个测试点在移动通信信号干扰器开启前（屏蔽前）和移动通信信号干扰器开启后（屏蔽后）的信号场强值数据。不打开通信信号干扰器时，信号采集器一次性采集19种通信制式的数据，得到屏蔽前的信号场强值数据。打开通信信号干扰器后，信号采集器也一次性采集19种通信制式的数据，得到屏蔽后的信号场强值数据。干扰器开启前的测量值类型为峰值功率，干扰器开启后的测量值类型为最小功率值。19种通信制式如表1所示。

1.3 检验技术

使用相应的预测算法可以预测未知点的信号强度。本文使用基于K-近邻非参数核回归的预测算法进行预测，即对预测点屏蔽前信号强度和屏蔽后信号强度分别采用K-近邻非参数核回归算法进行预测，但不局限于该预测方法[1]。因为信号采集器测试输出的原始数据已经表示为对数形式，所以求取屏蔽后信号和屏蔽前信号的比值即干信比。在单位相同的情况下，屏蔽后的场强值减去屏蔽前场强值的差值，即Sdef=Pa_min-Pb_max。其中，Pa_min为屏蔽后的信号场强值，Pb_max为屏蔽前的信号场强值。将屏蔽前后场强差值与预先设定的干扰防护效能差值分级标准进行对比分析，得到场景中各个评估点的干扰等级，如表2所示。

表1 19种通信制式

表2 干扰防护效能差值等级划分标准

2 系统功能

便携式多模移动通信信号压制保密防护效能检测评估仪利用数据处理模块处理手持式信号采集器采集的数据，使用信号采集器实测得到各个测试点的信号场强数据，并将数据无线传输至后台软件，后台软件将数据存储到本地并对数据做预处理。数据处理与预测模块使用相应的算法预测全平面的信号场强值，计算得到屏蔽差值，然后传给干扰等级评估模块。干扰等级评估模块利用数据处理与预测模块计算得到的屏蔽差值分析和评估目标区域，同时将数据保存至本地，方便日后分析。该系统基于K-近邻非参数核回归的改进预测算法能够对室内复杂场景进行科学客观的预测和干扰防护效果评估，且收集的数据永久保留，随时可以进行再加载和再评估。

3 系统结构

便携式多模移动通信信号干扰防护效能检测评估系统主要由信号采集器、无线传输单元、数据库、数据处理模块、干扰等级评估模块、场景管理模块以及结果显示模块组成，如图1所示。信号采集器可以实测得到各个测试点的信号强度，然后无线数据传输单元将数据传送入后台软件。场景管理模块对目标区域进行几何建模，用户针对目标区域设计一套对应的布点方案，并将布点方案发送至信号采集器和干扰等级评估模块。干扰等级评估模块利用数据处理与预测模块分析和评估目标区域，最终在结果显示模块显示评估结果[2]。系统界面如图2所示。

图1 系统组成

4 产品优势

4.1 潜在竞争者竞争能力较弱

目前，国内某些高校也在研制相关的无线通信信号干扰防护效能评估产品，但应用领域不在屏蔽器或尚未有成品。提出的无线通信信号干扰防护效能检测评估系统进入市场并拥有一定的市场份额后，类似的产品进入市场遇到的威胁会更强，因此潜在竞争者竞争能力较弱。

4.2 替代品的代替能力较弱

目前，率先研制出无线通信信号干扰防护效能检测评估系统的成品仅仅依照信号前后强度差值来评估效能，缺乏科学依据。随着通信技术的发展，产品更新的成本高，而本文设计的产品只需要对终端软件进行更新维护。此外，市面上普通的效能评估仪器的评估结果不能满足保密工作的需要，因此替代品的代替能力较弱。

4.3 供应商的议价能力较弱

信号收集器的元器件大多较为廉价，因此选择外包元器件，自己组装整个信号收集器。整个系统的关键核心技术是开发的终端软件和算法实现，因此上游供应商的威胁较弱。

图2 系统界面

4.4 购买者的议价能力较弱

产品基于互联网技术而有的特点，是以往评估方式不能实现的。市面上仅存唯一，且面向政府相关机构推广时会有试用和优惠福利，因此购买者的议价能力较弱。

5 结 论

该新型评估系统以信号预测和信号干扰防护评估技术为载体，满足在复杂和重复评估环境中获取科学有效的防护效能数据，能够对场景内的信号屏蔽程度做出可视化的科学评估。此外，它可以满足政府机关和企业等在特殊保密场所的需求，带给用户更高性能的安全保障，具有广阔的市场前景。