分布式無線信號智能屏蔽系統的設計

洪攀峰 徐亞雪

摘要

隨著移動通信產業高速發展，電信運營商為了最大程度地滿足用戶的需求，導致移動通信信號幾乎無處不在，信息技術突飛猛進和移動互聯網快速發展帶來通信安全方面的問題;司法、監所、會議等地方都存在著信息泄露的風險，會造成政治經濟等多方面的損失本文描述了分布式無線信號智能屏蔽系統，實現了對手機信號的智能屏蔽，極大的降低了生產生活中的信息泄密風險。

【關鍵詞】信號屏蔽 智能 分布式

1 監獄司法屏蔽現狀

傳統功率壓制型“被動式”信號屏蔽方式雖然在一定階段、一定程度上解決了監獄手機信號管控需求，但尚存在如下問題：

（1）傳統屏蔽采用功率壓制方式，大規模部署、高功率發射帶來較高輻射，影響身體健康;

（2）在3G、4G時代，擴頻制式下要通過功率壓制方式實現屏蔽，需要非常高的功率。甚至當管控區域公網信號強度超過-40dbm時，傳統屏蔽方式無法有效實現屏蔽，出現屏蔽死角、盲點;

（3）通信制式的演進、運營商網絡的調整，都會帶來傳統屏蔽的失效，且傳統屏蔽系統面對通信制式的升級，無法做到便捷的升級方式，只能重新部署，投資得不到保障;

（4）眾多屏蔽場所位于城市密集區，傳統屏蔽，精度控制差，帶來周邊干擾，引來投訴。

監獄作為一個國家的刑罰執行機關，擔負著維護穩定、懲罰和改造罪犯，保衛社會主義經濟建設的任務，迫切要求自身建設現代化。為了適合新形勢的需要，提高監獄科技防范能力，推動數字化監獄建設，對監獄內手機信號進行科學有效的控制和防范，杜絕因違法使用手機帶來的安全隱患已刻不容緩。

2 分布式無線信號屏蔽基本原理

本系統除了天線與設備之間采用同軸電纜連接，其他設備之間采用光纖連接，系統采用軟件無線電技術，數字化信號傳送，解決了射頻信號傳送隨著距離增大損耗大的問題，同時光纖還可以同時傳送控制信號及時鐘信號等，智能屏蔽單元外部的接收天線收取附近基站的射頻信號通過同軸電纜進入智能屏蔽單元經智能屏蔽單元內的低噪聲放器放大，之后下變頻濾波進ADC數字化再進FPGA作軟件無線電處理得到該頻段射頻信號的基帶信號，該基帶信號通過編碼后由光纖傳送到接入單元。GPS也被接收進GPS專用芯片處理得到GPS時鐘供給各級系統使用。接入單元的作用是控制中心，對屏蔽信號來說，接入單元把智能屏蔽單元來的基帶信號傳送到遠端單元或者擴展單元，屏蔽遠端單元內部包含存儲單元可以把分時傳送下來的各頻段的數字基帶數據存儲進存儲器，然后按各自的周期輪回轉發發送并經過射頻放大到足夠功率發送到射頻輸出端口，通過外部同軸電纜送達發射天線，通過天線把屏蔽射頻信號發送到空中來屏蔽基站過來的手機信號。多臺屏蔽遠端單元之間通過接入單元的控制協同同步發射以達到更大的屏蔽區域。

3 系統的組網方式

系統由智能屏蔽設備、接入設備、擴展設備、遠端設備和偵測/專網基站組成（如圖1所示）：

3.1 智能屏蔽單元

產生信令級碼道干擾信號。

3.2 接入設備

支持屏蔽信號、覆蓋信號和偵測信號的接入。

3.3 擴展設備

用于支持多個信號管控遠端單元;強大的組網能力保證系統可以通過靈活的分布式網絡結構適應復雜多變的實際應用環境。

3.4 屏蔽遠端單元

實現全制式公網信號的屏蔽。

3.5 偵測/專網基站

偵測基站信號用來在偵測屏蔽區域的手機。專網基站信號用來連接屏蔽區域的專網手機。

3.6 屏蔽系統管理后臺

可以管理多套屏蔽系統，包含用戶管理，網絡通信配置，屏蔽系統配置，屏蔽系統管理，日志管理，告警管理，故障管理，軟件維護等。

4 智能屏蔽功能

4.1 屏蔽制式和干擾方式

包括三大運營商2G、3G和4G全制式，即中國移動GSM、DCS、TD-SCDMA、LTE，中國聯通GSM、DCS、WCDMA、LTE，中國電信CDMA 1X、EV-DO、LTE;采用信令級碼干擾方式，保證了能夠在低輻射的要求下實現對運營的信號屏蔽。

4.2 屏蔽效果與精度

管控區內的有效通信管控率理論上可達到100%;監獄內通信管控系統無線信號嚴格控制泄露，實現精準屏蔽，屏蔽信號外泄不超過10m，常規狀態下不超過5m。

4.3 可擴展可擴容

通過增加設備或模塊進行擴展可以支持運營商未來開通的頻段和制式。各系統的干擾由各自獨立的模塊完成，可單獨打開或關斷對任一系統的通信阻斷功能，可單獨打開或關閉任一系統的頻點的阻斷功能，可單獨對任一模塊的輸出功率進行調節。基于全數字、分布式和小功率的設計理念，具有超強的多場景適用性，有助于降低設備維護的復雜度，從而提升運維效率和客戶感知。

4.4 自適應調整

屏蔽系統實時根據運營商無線網絡環境變化自適應調整，避免運營商網絡調整導致屏蔽系統失效。設備開通以后幾乎不需要人為干預，能夠根據運營商信號的變化智能調整屏蔽信號，不需要專業人員維護，極大的降低的用戶的維護成本。

4.5 多網協同

同時支持2G、3G、LTE（TDD/FDD），在一套系統設備實現多制式多頻段屏蔽，有利于用戶實現快速部署并減少工程時間。

4.5 節能高效

采用三層網絡架構，利用數字光纖延伸，便于網絡快速部署和調整。以小功率多點發射為設計理念，實現網絡的均勻覆蓋，對指定區域外的信號影響最小;采用智能碼干擾方式，系統整體能耗低。

5 結語

分布式信號智能屏蔽系統采用智能信號處理，完成基站信號的解調，根據解調信息，重構偽裝信號，能有效屏蔽中國移動、中國聯通、中國電信的所有信號制式，處于屏蔽區域的用戶，語音通信和數據通信均被有效禁止，從而起到了安全保密作用。

參考文獻

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[2]曹永福.一種采用存儲轉發實現手機信號屏蔽的系統及方法：中國，103607254[B].2016-08-17.