CN114245380B - 一种手持式全网无线信号采集设备的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式全网无线信号侦测设备的设计方法，包括移动2G、移动4G、联通2G、联通3G、联通4G、电信2G、电信4G的基站无线信号侦测并解析其服务小区及邻区的全量信息。本发明弥补了传统全网无线信号侦测方法的诸多不足，从芯片级高度集成硬件、从协议底层，物理层流程中寻找到了技术突破，解决了既能真实反映手机驻留基站及切换过程又能在无卡的情况下全面解析邻小区的全量信息的问题，通过算法研判解决了寻找移动2G和联通2G伪基站的问题。

Description

一种手持式全网无线信号采集设备的设计方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于无线终端对基站无线信号采集，从而解析全网基站主小区及邻小区的信息。

背景技术

智能全网无线信号分析系统在基站无线信号采集领域已经取得了一定的成绩，并为特通行业应用提供了大量的场景支持和数据落地，在用户群体获得了较好的口碑。

随着特通行业的业务需求变化和伪基站电信诈骗的层出不穷，基站小区的全量信息采集和伪基站打击治理是摆在公共安全部门面前的一大难题，如何快速有效的大量收集周边基站小区分布情况，并为大数据部门提供更高效的技术支撑，是亟待需要创新突破的技术问题。

传统的基站小区信息采集，使用传统的第三方成熟的模组，该模组为移动终端最小射频通信系统，且体积、功耗都较大，其对外以通用AT指令的方式查询获取当前所驻留的基站小区并读取其相关信息，基于3GPP要求，移动通信在使用前必须插入物理SIM卡才能正常的使用，在联通3G、移动4G、联通4G、电信4G网络下基站小区的邻小区仅能上报频点、PSC/PCI、信号强度、信号质量等概要信息，无法获取邻区包括TAC、ECI在内的全量小区信息，同时该方法的设备需要每个模组配置一张SIM卡，但由于SIM卡的实名管制及数量限制，使得该类型设备无法大量投入市场，因此解决无卡采集和邻区全量信息采集是一个必须要跨越的技术难题。由于该类型设备可以采集包括伪基站在内全部基站小区信息，因此，对于电信诈骗和垃圾短信源头的伪基站可以通过信息采集和自动研判相结合的方式甄别伪基站。

发明内容

本发明针对传统技术实现基站小区信息采集设备在无卡、无法全量获取邻区信息和仿伪基站方面的不足，提供了一种手持式全网无线信号采集设备的设计方法。主要通过算法智能识别移动2G、联通2G伪基站并解决联通3G邻区在3GPP协议框架下不能获取TAC、ECI；移动4G、联通4G、电信4G邻区在3GPP协议框架下不能获取TAC、ECI、频点优先级、带宽和必须有实体SIM的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明涉及全网无线信号采集移动2G、移动4G、联通2G、联通3G、联通4G、电信2G、电信4G的基站小区信息，所有制式下的服务主小区自由驻留、切换，无卡方式获取联通3G、移动4G、联通4G、电信4G的邻小区全量信息和自动识别移动2G、联通2G伪基站；

所述的全网无线信号采集具体是：

本发明采用芯片级集成技术，移动2G、联通2G及联通3G主、备射频单元均采用QSC6270基带主控芯片、电信2G采用QC6085基带主控芯片、移动4G主、备射频单元、联通4G主、备射频单元、电信4G主、备射频单元均采用MSM9X07基带主控芯片，通过独立通道与CPU连接传输，再由CPU进行各射频单元之间的交互和采集数据汇总，并将全部数据上报给Android系统管理终端，上述各射频单元覆盖了全网所有基站小区制式，从而实现全网主邻小区的信息采集。

所述的主小区自由驻留、切换具体是：

根据3GPP协议中UE开机的附着流程，移动2G、联通2G、电信2G、移动4G主射频单元、联通4G主射频单元、电信4G主射频单元根据板载ESIM物联网卡进行PLMN的选择，然后根据对应运营商基站频率分布频段进行小区搜索，并自动选择优先接入的基站小区随机接入并成功附着，此后将根据小区切换、重选规则进行基站小区的切换、重选，CPU根据独立通道对每个射频单元进行通信，获取基站小区信息。

所述的无卡方式获取邻小区全量信息具体是：

在2G移动网络下，邻小区全量信息会随主区广播消息一起上报，应此只要2G射频单元成功附着网络后，即可通过特定接口解析出系统消息，即可获取主邻区信息。

在3G、4G移动网络下，由于3GPP协议的演进和通信网络的安全提升，联通3G——WCDMA系统、4G——LTE系统小区切换和邻区配置不再像2G时代那样，直接在系统消息里面广播上报，而是改为配置同频或异频频点的方式在SIB消息里面广播，由移动终端根据S准则或R准则进行测量，然后进行小区的切换，再切换成功后才能获取完整的小区信息，而邻区信息只是针对当前主区下面的配置频点、扰码/物理小区ID、信号强度、信号质量、优先级等概要信息，因此要想获取邻区的完整信息必须要移动终端手动强制锁定一下该小区，锁定成功后才能通过特定方式进一步获取MIB消息和SIB消息的完整信息，通过二者结合获取完整的邻小区消息——TAC/LAC、ECI/CI、UARFCN/EARFCN、PSC/PCI、RSCP/RSRP、ECIO/RSRQ、频点优先级、带宽等必要参数。手动锁定必然会导致移动终端脱离原本应该注册的小区，从而导致主服务小区判断不正确，因此需要单独一路射频单元作为辅助来完成此功能，就不会影响主服务小区的正常驻留及切换。而每一路主射频单元都需要一路辅助射频单元来完成邻区的强制锁定，在锁定过程中由于协议要求，基站必须对移动终端进行身份认证，完成此认证的唯一方式就是SIM卡所携带的信息，因此辅助射频单元需要在无SIM卡的模式下实现基站小区(邻区)的强制锁定。

所述的自动识别移动2G、联通2G伪基站具体是：

伪基站之所以只存在于2G时代的GSM制式下，是因为早期3GPP协议针对GSM网络制式采取单向鉴权所导致的漏洞。单向鉴权即基站对移动终端进行单方面的认证，而移动终端不会对基站进行认证，这就导致大量的GSM移动终端会误登陆、注册到伪基站，伪基站利用这一漏洞可以向登陆注册上来的GSM移动终端用户发送垃圾短信、诈骗短信，甚至截取用户的验证码，造成巨大的社会影响。

本发明在移动2G、联通2G所采集基站小区的信息数据基础上，增加了C1、C2值的获取，利用伪基站无法接入核心网和伪基站所携带消息不全的漏洞，通过对C1、C2值、LAC、CI值、邻区消息和CRO(小区重选偏置)的规则判断，筛选出所采集区域的伪基站并告警。

本发明的有益效果：本发明弥补了传统无线信号侦测设备的诸多不足，同时解决了全网无线信号侦测、移动终端真实驻留基站小区的轨迹、无卡获取邻区完整信息、自动智能识别GSM伪基站的问题。结合当前的无线通信技术，本发明可实现侦测信息全、移动终端驻留基站轨迹分析、基站小区分布全量信息研判、伪基站预警等功能。

具体可以分为以下几方面：

1、采用集成射频基带芯片而非模组的方式，实现了移动2G、移动4G、联通2G、联通3G、联通4G、电信2G、电信4G的全网无线信号侦测。

2、采用集成ESIM卡的方式实现物理SIM卡功能，保证了主区的自由驻留及切换，可反映移动终端的基站小区切换路径。

3、通过辅助集成的射频基带单元，独立的解析联通3G、移动4G、联通4G、电信4G邻小区完整信息，而不会影响主小区的正常切换。

4、实现无物理SIM的方式解析联通3G、移动4G、联通4G、电信4G邻小区全量信息。

5、通过算法研判实现自动识别移动2G、联通2G伪基站。

附图说明

图1为本发明的模块单元图；

图2为移动2G、联通2G获取基站小区信息的方法流程图；

图3为移动2G、联通2G智能识别伪基站的方法流程图；

图4为电信2G获取基站小区信息的方法流程图；

图5为联通3G-1获取自由驻留模式下基站主小区的方法流程图；

图6 为移动4G-1、联通4G-1、电信4G-1获取自由驻留模式下基站主小区的方法流程图；

图7为联通3G-2、移动4G-2、联通4G-2、电信4G-2无卡获取邻小区的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明针对移动、联通、电信的全网无线信号侦测分别采用了QSC6270、QSC6085、MSM9X07的射频基带芯片一体化设计方法，其集成度相比传统模组的方式更高、功耗更低，同时可以从物理层核心代码处解决传统模组所不具备的功能。

移动2G有卡QSC6270单元用于GSM制式移动2G基站的主、邻区信息获取；联通2G有卡QSC6270单元用于GSM制式联通2G基站的主、邻区信息获取；电信2G有卡QSC6085单元用于CDMA制式电信2G基站的主、邻区信息获取；联通3G-1 QSC6270单元用于WCDMA制式联通3G基站主小区信息获取、联通3G-2无卡 QSC6270单元用于WCDMA制式联通3G基站邻小区信息获取；移动4G-1 MSM9X07单元用于LTE制式移动4G基站主小区信息获取、移动4G-2无卡MSM9X07单元用于LTE制式移动4G基站邻小区信息获取；联通4G-1 MSM9X07单元用于LTE制式联通4G基站主小区信息获取、联通4G-2无卡MSM9X07单元用于LTE制式联通4G基站邻小区信息获取；电信4G-1 MSM9X07单元用于LTE制式电信4G基站主小区信息获取、电信4G-2无卡MSM9X07单元用于LTE制式电信4G基站邻小区信息获取；CPU单元用于对各射频单元进行采集信息汇总、交互、控制等；MSM8909为应用单元，运行android9系统并提供基于LCD人机交互界面的APP。

如图2所示，GSM制式移动2G、联通2G的基站小区信息是基于3GPP协议流程的底层代码修改获取用户层接口的C1、C2值上报和小区基本信息参数，具体过程是：

移动2G、联通2G QSC6270基带射频单元扫描空中RF信号并测量信号平均强度进行排序，然后锁定至强度最大的RF信号，判断其是否为BCCH载波，若不是则锁定信号强度次强的RF信号继续判断；如若是GSM制式下的BCCH载波，则读取同步消息，判断是否是要接入的PLMN(运营商标识，移动2G为46000，联通2G为46001)，若是则判断该小区是否是运营商广播消息里面的黑名单，若不是，则判断其C1值是否满足大于0的规则，在满足上述条件后锁定、注册到该小区，开始对其邻区测量获取邻区信息，待达到切换门限时进行小区的切换或重选，并周期性的进行邻区信息获取上报至CPU单元。该流程可以实现GSM制式下移动2G、联通2G的基站主小区和邻小区信息完整信息的获取。

如图3所示，识别GSM制式下的移动2G、联通2G伪基站是基于算法应用来实现的，具体过程是：

应用层APP接收到来自底层CPU上报的基站小区信息，对小区信息中C1、C2值进行逻辑判断，即C1>C2,若符合3GPP小区切换准则，则判断该小区是否为孤岛小区即是否有邻区，若满足则判断LAC(大区号)、CI(小区号)是否有小于1000且是否与前后驻留过程中的小区LAC、CI无任何邻区关系，即该小区为疑似伪基站，将其进行标识，上报到用户通知栏或预警栏，从而完成GSM制式下伪基站的自动识别、预警。

如图4所示，CDMA制式电信2G注册、驻留运营商基站小区的流程，具体过程是：

电信2G QSC6085基带单元初始化读取并判断本机注册标识是否被置1，若已注册则开始校对SIM卡信息，本基带单元采用实体SIM卡——物联网卡，校对通过后表示移动终端已正确注册到运营商网络，此时开始通过二次开发的接口获取物理层上报的服务小区信息及其邻区。若开机未注册，则需要触发免费注册短信到运营商网络，若连续三次尝试注册失败后，则不予注册，等待下次重新开机。当通过运营商认证注册成功后更新本机IMSI和UIM卡ESN/MEID，并开始正常的使用，进入获取小区信息流程，并将获取的小区信息上报至CPU。

如图7所示，联通3G-2、移动4G-2、联通4G-2、电信4G-2制式下无卡实现原理及获取邻区全量信息流程，具体过程是：

基带射频单元运行程序建立UIM虚拟服务器（相当于虚拟机的方式），在射频初始化时启动该服务，然后开启多线程模拟器并初始化虚拟SIM卡，就绪后可以启用虚拟SIM卡接口，待有SIM卡请求验证时将其转发至该模拟器的虚拟接口，代替实体SIM卡接口，并完成SIM卡初始化及验证流程，然后进入正常的搜网及解析运营商基站广播信息。CPU根据各主模块上报的邻区频点及PSC/PCI逐个强制锁定该小区并驻留，若驻留成功则通过其MIB、SIBs消息获取完整的该小区信息，在WCDMA制式联通3G模式下获取该小区LAC、CI、UARFCN、PSC、RSCP、ECIO等参数信息，在LTE制式4G模式获取小区TAC、ECI、EARFCN、PCI、RSRP、RSRQ，并上报至CPU，并周期性的循环依次获取其它小区信息，通过此方式可以解决无卡模式下的搜网及小区完整信息获取。

如图5所示，WCDMA制式联通3G-1射频单元自由搜索、驻留运营商基站小区并获取服务主小区信息的流程，具体过程是：

联通3G-1 QSC6270基带单元初始化当前工作模式为3G OLNY，根据联通3G PLMN选择联通3G工作频段开始进行扫频、搜索小区，由于联通3G所工作的频段中也包含了联通4G和电信4G的工作频点，因此在小区搜索后需要判断其工作频点是否为uarfcn载波，即WCDMA频点。判断是则尝试进行小区驻留，驻留成功后获取当前驻留小区及服务主小区的LAC、CI、UARFCN、PSC、RSCP、ECIO信息，并进行相应的邻区UARFCN、PSC、RSCP、ECIO测量，向CPU上报上述信息。再由CPU将邻区信息下发到联通3G-2辅助射频单元，由其进行邻区完整小区信息包括LAC、CI的补充获取，以此实现在不影响联通3G自由驻留模式下获取邻区完整信息。

如图6所示，LTE制式下移动4G-1、联通4G-1、电信4G-1主射频单元搜网、驻留、自动切换及获取主服务小区信息的流程。具体过程是：

MSM9X07主基带单元初始化锁定LTE ONLY模式，初始SIM卡、判断PLMN即所属运营商是移动、联通或是电信，然后进行小区搜索、小区系统消息解析、小区选择、小区驻留，发起Attach Request请求、RRC connection Request请求后选择随机接入，待基站侧返回RRCCONNECTION Setup、Attach Accept后即可成功注册到该小区，然后通过消息广播接口截取注册小区的MIB消息、SIBs消息(sib1、sib2、sib3、sib4、sib5)，从而解析出服务小区信息(TAC、ECI、EARFCN、PCI、RSRP、RSRQ、RSSI、频点优先级、带宽等)和邻区频点测量信息(EARFCN、PCI、RSRP、RSRQ)并上报至CPU端，CPU将邻区频点测量信息分别下发至对应的4G无卡辅助射频单元，有其进行完整的邻区信息补充，最终获取邻区TAC、ECI、EARFCN、PCI、RSRP、RSRQ、RSSI、频点优先级、带宽等信息并上报至CPU，有CPU汇总上传至系统应用。

综上，本发明所述的手持式全网无线信号侦测设备的设计方法，以基带IC独立单元为采集单元，解决以单独模块为组成方案的设备体积大、功耗高、无法解决无卡和无法从协议物理层解决3GPP协议规定之外的信息的缺陷，该方法从硬件上集成度达到了最高点，从软件层面上通过对基线代码底层的修改，从物理层解决了无卡的逻辑问题，即保证了数据的实时性、真实性，又保证了信息的全面性。

Claims (2)

1.一种手持式全网无线信号采集设备的设计方法，

该方法所使用的采集设备硬件组成为：

移动2G、联通2G及联通3G主、备射频单元均采用QSC6270基带主控芯片；

电信2G采用QC6085基带主控芯片；

移动4G主、备射频单元、联通4G主、备射频单元、电信4G主、备射频单元均采用MSM9X07基带主控芯片；

通过独立通道与CPU连接传输，再由CPU进行各射频单元之间的交互和采集数据汇总，并将全部数据上报给Android系统管理终端，上述各射频单元覆盖了全网所有基站小区制式；

其特征在于：

包括全网无线信号采集移动2G、移动4G、联通2G、联通3G、联通4G、电信2G、电信4G的基站小区信息；

所有制式下的服务主小区自由驻留、切换；

无卡方式获取联通3G、移动4G、联通4G、电信4G的邻小区全量信息和

自动识别移动2G、联通2G伪基站；

所述的主小区自由驻留、切换具体是：

根据3GPP协议中UE开机的附着流程，移动2G、联通2G、电信2G、移动4G主射频单元、联通4G主射频单元、电信4G主射频单元根据板载ESIM物联网卡进行PLMN的选择；

根据对应运营商基站频率分布频段进行小区搜索，并自动选择优先接入的基站小区随机接入并成功附着；

此后将根据小区切换、重选规则进行基站小区的切换、重选，CPU根据独立通道对每个射频单元进行通信，获取基站小区信息；

所述的无卡方式获取邻小区全量信息具体是：

在2G移动网络下，邻小区全量信息会随主区广播消息一起上报，只要2G射频单元成功附着网络后，即可解析出系统消息，获取主邻区信息；

在3G、4G移动网络下，采集设备手动强制锁定小区，锁定成功后进一步获取MIB消息和SIB消息的完整信息，通过二者结合获取完整的邻小区消息；

所述的自动识别移动2G、联通2G伪基站具体是：

在移动2G、联通2G所采集基站小区的信息数据基础上，增加C1、C2值的获取，利用伪基站无法接入核心网和伪基站所携带消息不全的漏洞，通过对C1、C2值、LAC、CI值、邻区消息和CRO的规则判断，筛选出所采集区域的伪基站并告警；

对小区信息中C1、C2值合法性进行判断,若符合3GPP小区切换准则，则判断该小区是否为孤岛小区，若满足则判断LAC、CI是否有小于1000且是否与前后驻留过程中的小区LAC、CI无任何邻区关系，如该小区为疑似伪基站，将其进行标识，上报到用户通知栏或预警栏，从而完成GSM制式下伪基站的自动识别、预警。

2.根据权利要求1所述的一种手持式全网无线信号采集设备的设计方法，其特征在于：每一路主射频单元都需要一路辅助射频单元来完成邻区的强制锁定，辅助射频单元需要在无SIM卡的模式下实现基站小区的强制锁定。