基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統

摘? 要：基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統采用了干擾效率更高的新型數字擾碼技術并結合光纖分布架構的組網方式，區別于目前采用室內分布系統架構的數字屏蔽系統，它不需要建設復雜的天線室內分布系統，降低了數字擾碼屏蔽技術應用的施工門檻，提升了系統組網能力，同時還能對末端屏蔽節點進行遠程控制，在實現低輻射、全制式、不干擾基站、周界控制精準的前提下還能降低系統造價，利于系統推廣。

關鍵詞：光纖;屏蔽;低輻射;軟件無線電;信號采集;智能

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）20-0044-06

Mobile Phone Signal Shielding System Based on Optical Fiber Transmission System

DONG Wenfeng

（Fuzhou Radio Communication Technology Co.， Ltd.， Fuzhou? 350028， China）

Abstract： The mobile phone signal shielding system based on optical fiber transmission system adopts a new digital scrambling technology with higher interference efficiency and combined with the networking mode of optical fiber distribution architecture. It is different from the current digital shielding system based on indoor distribution system architecture. It does not need to build a complex antenna indoor distribution system， which reduces the construction threshold for the application of digital scrambling shielding technology. It not only improves the networking capacity of the system， but also remotely controls the end shielding nodes. On the premise of low radiation， full system， no interference with the base station and accurate perimeter control， it can also reduce the system cost and facilitate the promotion of the system.

Keywords： optical fiber; shield; low radiation; software radio; signal acquisition; intelligence

0? 引? 言

眾所周知目前移動互聯網、智能手機產業的高速發展，移動通信網絡在給人們的生活帶來便利性的同時，也成為各個敏感和關鍵部門或者單位失密、竊密的主要渠道，尤其是隨著智能手機各項功能如錄音、錄像、拍照、上網及性能的不斷發展和廣泛應用，使得教育機構、科研院所、監獄、軍隊、政府要害部門等具備保密要求的單位面臨一個日益嚴峻的難題：如何科學有效的管理好管控區域內的智能手機？以及如何采取技術手段對違規違法使用手機行為進行有效的管控 ？

基于當前的手機信號管控現狀和形勢發展需要，針對諸如學校、監獄、科研院所等涉密單位有必要部署一套手機信號屏蔽系統，這套系統既能實現屏蔽區域的手機信號的精準屏蔽，還需綠色低輻射，對人體無害，還不能對現有移動網絡造成干擾等不良影響，同時屏蔽系統還應具備良好的組網架構，適合大面積室內屏蔽覆蓋等多重功能的手機信號屏蔽系統。

1? 當前手機信號屏蔽的幾種方法

1.1? 大功率噪聲壓制（白噪聲）模式

大功率噪聲壓制主要采用單音信號，以一定頻率對移動網絡的下行信號進行循環掃描，如圖1所示，惡化電磁環境，使得手機無法正常解調基站信號，以實現信號阻斷，從而達到其屏蔽的目的。

這種屏蔽方式帶來了幾個缺點：

（1）系統輻射功率很大，由于4G/5G系統中采用多路正交子載波方案，該方案對其干擾效果較差，如需對LTE/5G NR/WCDMA等寬帶碼分信號形成有效干擾，需在目標頻段內疊加大于當前信號20 dB以上的功率信號才能達到信號干擾的效果，如圖2所示，因此屏蔽效率低，且設備輸出大信號干擾對人體輻射大，不環保;

（2）掃頻壓制方案邊帶功率不容易壓制，系統易造成上行鏈路干擾，如GSM上行易受到干擾，同時因為TD-LTE和5G NR系統是采用上下行同頻，采用模擬掃頻方案，無法做到下行時隙同步，會直接對基站上行造成干擾甚至基站癱瘓;

（3）容易造成越區干擾（2G），規模部署易對周邊電磁場造成嚴重變化，干擾周邊居民正常通訊，且設備功耗高（500瓦功耗以上），自身發熱較高，設備自損率也高，長時間工作設備可靠性也不高;

（4）部分制式屏蔽距離短（4G/5G），存在大量屏蔽死角和盲區。

綜上所述，大功率噪聲壓制模式主要依靠功率壓制，由于其干擾效率低，電磁輻射過大，不同制式干擾不一致，且邊界難以控制，目前已經不適合在當前的各個場景中使用。

1.2? 偽基站模式

所謂偽基站，是以公網基站為標準進行仿制的一款類似公網通信的基站，利用移動通信切換原理，將用戶欺騙到偽基站上來，從而達到阻斷通信的目的，如圖3所示。

這種屏蔽模式主要針對2G-GSM及4G制式手機用戶，對應3G及5G手機用戶還是需要通過屏蔽方式來實現信號阻隔，同時針對華為、小米等具備防偽基站功能的手機來說，手機能夠甄別手機交互信令特征來判斷是偽基站而主動拒絕接入網絡，因此在很多場景當中使用偽基站來實現屏蔽手機的效果也不是很理想。

1.3? 基于軟件無線電技術（信令屏蔽）的室內分布精準屏蔽系統

基于軟件無線電技術的室內分布精準屏蔽系統是近幾年才出現的新型數字屏蔽系統，它采用的是新型數字擾碼技術，它通過軟件無線電技術對各制式信號進行二次處理，產生對應的干擾碼，然后進行信道編碼調制輸出到下行鏈路進行發射輸出，從而使手機無法與基站正常通信，達到阻斷通信的目的，其最大特點是只需要輸出比環境基站信號功率大2-6dB 便可達到屏蔽手機信號的效果，具有綠色低輻射、全制式高效率、周界控制精準等優點。

由于此種屏蔽產品結合了天線室內分布系統如圖4所示，由接收天線、近遠端設備、室內分布系統組成，設備遠端單元屏蔽信號輸出至室分天饋系統中，可以對屏蔽區域進行全方位的信號屏蔽，并滿足屏蔽信號不外泄到圍墻外，不影響到圍墻外的手機用戶。

主要缺點有：

采用室內天線分布系統對應用場所有比較高的施工技術要求，天饋系統的施工質量會直接影響到系統的正常工作，同時由于屏蔽近端接收天線與遠端天饋系統共址，遠端發射的屏蔽信號若與屏蔽近端的接收天線距離太近，造成系統無線隔離度控制不好極易造成系統自激，影響設備可靠運行。

由于屏蔽系統近端和遠端采用1/2射頻饋線連接，因此對于面積較大的建筑必須設計多臺屏蔽系統近端機，否則屏蔽遠端機會因為1/2饋線的遠距離傳輸導致系統無法輸出額度功率，影響屏蔽效果。同時由于必須配合室內天線分布系統工作，系統當中需要配置除1/2饋線以外的功分器、耦合器和天線材料，大大增加了系統造價成本和實施難度，不利于規模應用。

2? 基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統設計

2.1? 設計要求

設計要求主要有以下幾點：

（1）系統采用軟件無線電（信令）新型數字擾碼屏蔽技術，干擾效率高，輸出干擾信號只需比環境基站信號大2～6 dB便可達到屏蔽手機信號的效果，綠色低輻射、全制式高效率;

（2）具備強大的組網能力，采用光纖分布式架構，能實現一個學校/監獄/涉密單位只需要一臺智能全屏蔽近端通過光纖鏈路組網方式完成全部教室/獄舍/會議室的手機信號屏蔽覆蓋，降低系統成本;

（3）系統需支持目前中國移動、中國電信、中國聯通、中國廣電四家運營商的2G/3G/4G/5G全部移動通信網絡頻段，對2G/3G語音及4G/5G數據業務具備完全屏蔽能力;

（4）自適應智能化：能自動偵測外網網絡環境變化，偵測屏蔽輸出的功率自適應可調，提高覆蓋范圍的精度，確保系統可靠運行;

（5）全區域全制式，無盲點無死角：解決其他屏蔽方式在運營商網絡信號強度超過-50 dBm 場景和 4G/5G 屏蔽困難的問題，實現全制式屏蔽;

（6）高精度：管控周界精度控制在8米內，不產生外界干擾;

（7）下行時隙同步：TDD 同步工作，確保TD-LTE及5G NR系統上行不干擾基站;

（8）網管平臺：通過主從通訊實現末端節點屏蔽設備的運行管理功能，如運行狀態，參數設置，頻段工作控制，故障上報，定時開關等。

2.2? 設計方案

2.2.1? 數字（信令）屏蔽近端（IAU）設計

本方案信號處理流程如圖5所示，通過室外的信號采集天線，將部署地點空間的基站信號接收下來，經過低噪放輸入后經射頻端的下變頻到中頻（分為10個處理頻段： 700 M、 800 M、 900 M、1 800 M、 1 900 M、 2 000 M、 2 100 M、2 300 M、2 600 M、3 500 M，然后輸入 AD，將模數轉換成數字信號，輸入FPGA，再進行抽取，濾波，NCO下變頻搬移至0頻，進行基帶的解調算法，解析出同步信號，小區信息，導頻信道等等，然后通過自產生的干擾碼與相關的信道信息重新打包，編碼調制輸出，最后通過濾波算法，數字上變頻及D/A 輸出到射頻鏈路。

屏蔽移動通信網絡制式要求：

需要支持目前國內三大運營商2/3/4/5G網絡頻段，如表1所示。

2.2.2? 數字（信令）屏蔽光纖擴展單元（IEU）設計

數字屏蔽光纖擴展單元（IEU）如圖6所示，前端數字（信令）屏蔽近端（IAU）的射頻干擾信號通過1/2饋線從射頻輸入口進入到光電轉換模塊，將射頻電信號轉化為光波信號，再經過一分16路光功分模塊將信號分為16路，實現16路遠端組網能力。

2.2.3? 數字（信令）屏蔽光纖遠端單元（IRU）設計

數字屏蔽光纖遠端單元（IRU）如圖7所示，前級光纖擴展單元（IEU）的光信號通過內部光電轉換模塊變為射頻信號后，再經過功率分配電路將恢復出的射頻信號分配至700 M、800 M、900 M、1 800 M、1 900 M、2 000 M、2 100 M、2 300 M、2 600 M、3 500 M這10個頻段上，分別經過對應頻段的聲表濾波器（SAW）濾波、信號放大后輸出至發射天線，完成數字屏蔽信號的覆蓋。

數字屏蔽光纖遠端單元（IRU）針對不同場景應用還預留了Wi-Fi頻段的2.4 GHz、5.2 GHz和5.8 GHz干擾頻段的發射電路，并且通過上行檢測電路（sniffer）接收目標區域的環境信號，能夠支持手機信號偵測功能，可實現智能監測并實行自動運行的功能。

2.2.4? 基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統拓撲

基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統由數字屏蔽近端（IAU）、數字屏蔽光纖擴展單元（IEU）、數字屏蔽光纖遠端單元（IRU）和網絡管理監控（OMC）平臺組成， 信號屏蔽系統拓撲圖如圖8所示。

數字屏蔽近端（IAU）射頻接收端口連接一根信號采集（偵聽）天線，輸出端口通過1/2射頻饋線、功分器或耦合器連接數字屏蔽光纖擴展單元（IEU）（在射頻鏈路損耗允許范圍內數字屏蔽光纖擴展單元可以最多連接8臺），數字屏蔽光纖擴展單元（IEU）再與數字屏蔽光纖遠端單元（IRU）通過光纖連接，1臺數字屏蔽光纖擴展單元（IEU）最多可以連接16臺數字屏蔽光纖遠端單元（IRU），整個系統通過以上組網方式最多可以實現1臺數字屏蔽近端（IAU）帶128臺數字屏蔽光纖遠端單元（IRU）的組網能力。

2.3? 與現有屏蔽技術方案設備形態比較

基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統與現有幾種屏蔽技術的設備形態比較，如表2所示。

2.4? 與現有屏蔽技術方案技術功能比較

基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統與現有幾種屏蔽技術的功能比較，如表3所示。

3? 結? 論

本文所設計基于光纖傳輸系統的手機信號屏蔽系統，已經開始在部隊武警、學校考場、司法監獄、公安看守所、保密等場景當中應用，在實際的現場測試表明，此系統明顯優于傳統屏蔽器，其采用光纖傳輸在系統組網容量及控制天饋系統隔離度方面較傳統室分型數字屏蔽系統有明顯提高，這樣大大降低了應用實施成本，縮短了建設周期。同時，此系統將末端屏蔽單元有源化后（相對于室分型數字屏蔽系統），賦予了智能監測和控制功能，用戶可根據具體環境需求設置設備工作策略（如管控全屏蔽模式、分區精準屏蔽等），提高了系統的網絡化和智能化，可以讓手機信號屏蔽管控更加簡單，運營更加高效且多樣化。

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作者簡介：董文峰（1982.03—）男，漢族，福建南平人，工程師，本科，研究方向：移動通信設備系統開發。