Описание измерительной установки. 5.1. Схема лабораторного стенда представлена на рис

5.1. Схема лабораторного стенда представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Лабораторный стенд.

1 – Основной блок ЛГШ-104.

2 – Антенна ЛГШ-104.

3 – Диктофон (для ускорения работы можно размещать сразу два диктофона в одной точке).

4 – Измерительный прибор П3-31.

5 – Измерительная линейка.

Для проведения лабораторной работы необходимы: прибор П3-31 с измерительной антенной АИ-1; ЛГШ-104; диктофоны (аналоговый и цифровой) и измерительная линейка.

Генератор шума ЛГШ-104 предназначен для предотвращения несанкционированной записи конфиденциальных переговоров аппаратами магнитной звукозаписи (диктофонами и магнитофонами разного типа). В результате воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) ЛГШ-104 на скрытый аппарат звукозаписи, на магнитный носитель записывается шумовой сигнал вместо разговора, содержащего КИ.

В лабораторной работе рассматриваются способы активной защиты КИ от съема с помощью портативных звукозаписывающих устройств (аналоговых и цифровых диктофонов) при ведении переговоров, заседаний, совещаний и т.п.

Для имитации процесса ведения переговоров необходимо зачитывать и записывать на аналоговый и цифровой диктофоны речевой тест (в виде заранее приготовленного текста), постепенно перемещая их в заданном направлении от антенны ЛГШ-104. Расстояние, на котором возможно будет различить речь на записи, соответствует границе зоны эффективного подавления речевой КИ для каждого вида звукозаписывающих устройств. В рамках лабораторной работы следует также с помощью прибора П3-31 определить уровень напряженности поля E_гр сигнала ЛГШ-104, соответствующий границе зоны эффективного подавления.

Выполнение работы

6.1. Расположить антенну ЛГШ-104 на столе.

6.2. Включить питание и прогреть прибор П3-31 (контроль по дисплею прибора).

6.3. Включить диктофоны на запись.

6.4. Установить диктофоны на расстоянии 15 см от красного маркера на антенне ЛГШ-104. Диктофоны установить так, чтобы их микрофоны находились как можно ближе к точке измерения.

6.5. Включить ЛГШ-104 и провести измерение среднего значения напряженности поля E, В/м прибором П3-31 в точке пространства, расположенной непосредственно над диктофонами. Для этого нажать кнопку «E(H)/доп», затем кнопку «сред макс тек» – пока на экране над числовым значением не появится индикация «avg». Полученное показание прибора занести в таблицу 2.1.

6.6. Надиктовать тестовую информацию (с обязательным указанием номера точки, в которой производиться измерение, и расстояния до нее от центра антенны ЛГШ-104).

6.7. Переместить диктофоны на 15 см в заданную сторону от центра антенны ЛГШ-104. Повторить действия п.п. 6.3-6.5 в этой точке.

6.8. Повторить измерения во всех 7 контрольных точках (с учетом того, что в 2 из них измерения уже проведены согласно п.п. 6.1-6.7). Результаты занести в таблицу 2.1.

6.9. Поместить антенну прибора ЛГШ-104 на подставку, находящуюся под столом. Перемещение диктофонов производить по-прежнему на поверхности стола.

6.10. Повторить измерения согласно п.п. 6.3-6.7 для точек, при антенне, находящейся ниже уровня стола. Полученные результаты занести в таблицу 2.1 с указанием расстояния от антенны ЛГШ-104 до поверхности стола.

Таблица 2.1. Результаты определения напряженности поля E_.i, [В/м]

Контрольные точки			…
E сi , [В/м]; ЛГШ-104 на уровне стола
E нi , [В/м]; ЛГШ-104 ниже стола на ___ см

6.11. Построить графики зависимостей E_с(r) и E_н(r).

6.12. Определить, начиная с какого расстояния r_гр становится возможным разобрать речь на записи диктофонов.

6.13. Сделать вывод о размерах зоны эффективного подавления речевой КИ – для каждого типа диктофонов и каждого варианта расположения антенны ЛГШ-104, с указанием на графиках E_с(r) и E_н(r) величины граничного значения E_гр и соответствующего этой величине расстояния r_гр от центра антенны ЛГШ-104.

7. Содержание отчета

Итогом работы является определение зоны эффективного подавления речевой КИ для каждого вида диктофонов и каждого варианта расположения антенны ЛГШ-104. В соответствии с этим в отчете необходимо привести:

- формулировку цели и задания на выполнение работы;

- схему лабораторной установки;

- список приборов и оборудования;

- таблицу со значениями всех измеренных величин и графики зависимостей E_с(r) и E_н(r);

- уровни напряженности поля E_гр и соответствующие им расстояния r_гр для разных диктофонов при разных вариантах расположения антенны ЛГШ-104;

- выводы по результатам выполненных исследований.

8. Контрольные вопросы

1. Принцип действия ЛГШ-104 как средства активной защиты КИ.

2. От каких факторов зависит эффективность работы (площадь эффективной зоны подавления КИ) ЛГШ?

3. Какие технические характеристики ЛГШ влияют на эффективность защиты речевой КИ?

4. Особенности воздействия ЛГШ разных типов на диктофоны в сотовых телефонах.

5. Каковы правила размещения и эксплуатации ЛГШ-104?

6. Основные типы подавителей диктофонов и особенности их функционирования.

7. По каким критериям выбираются подавители диктофонов?

8. Как можно исключить применение диктофонов, размещенных в мобильных телефонах, для перехвата речевой КИ?

9. В каких случаях целесообразно камуфлировать средства подавления диктофонов и как это можно сделать на практике?

10. Объясните физические явления, на основании которых работает подавитель диктофонов.

Лабораторная работа № 3

«Исследование радиопоглощающих материалов»

1. Цель работы

Сравнительное экспериментальное исследование образцов радиоотражающего (РПО) и радиопоглощающего (РПМ) материалов, включающее:

- определение и сравнение значений коэффициентов отражения для образцов РПМ и РПО в диапазоне частот 7,5 ... 9 ГГц в 9 контрольных точках: 7,5; 8,0; 8,25; 8,5; 8,75 и 9,0 ГГц (см. таблицу 3.1);

- анализ частотной зависимости характеристик поглощения для исследуемого образца РПМ;

- сравнительную оценку отражающих и поглощающих свойств исследуемых РПО и РПМ.

Литература

1. Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам. Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 416 с.

2. Шнейдерман Я. А., Новые радиопоглощающие материалы // Зарубежная радиоэлектроника. № 6, 1969; №7, 1972.

3. Майзельс Е. Н., Торгованов В. А., Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М., 1972. – 232 с.

4. Барсуков В.С. Интегрированная защита специальных экранированных помещений // Специальная техника. №6, 1999.

3. Приборы и материалы

Генератор СВЧ сигнала Г4-83.

Калиброванный аттенюатор Д5-10.

Измерительный усилитель У3-29.

Волноводная измерительная линия Р1-28.

Передающая рупорная (волноводно-пирамидальная) антенна.

Приемная рупорная антенна.

Образцы исследуемых РПМ и РОМ: металлическая пластина с ферритовыми плитками пирамидальной формы и лист фольгированного (омедненного) текстолита, соответственно.

4. Описание лабораторной установки

4.1. Схема лабораторной установки (стенда) для исследования образцов РПМ и РОМ представлен на рис. 3.1.

1

2

3

4

5

6

7

ППЭ1

ППЭ2

8

Рис. 3.1. Лабораторная установка.

1 – Генератор СВЧ сигнала Г4-83.

2 – Калиброванный аттенюатор Д5-10.

3 – Передающая рупорная антенна.

4 – Измерительный усилитель У3-29.

5 – Согласованная волноводная нагрузка.

6 – Волноводная измерительная линия Р1-28.

7 – Приемная рупорная антенна.

8 – Пластина исследуемого (РПМ, РОМ) материала.

4.2. Сущность сравнительного исследования отражающих свойств РОМ и РПМ с целью определения коэффициента отражения образца РПМ при помощи метода калиброванного аттенюатора заключается в следующем. По определению, затухание сигнала А в относительных единицах определяется формулой:

A = P₁ /P₂ ,

или в логарифмических единицах (децибелах):

A_дБ = 10 lg (P₁ /P₂) = P_{1 дБ} – P_{2 дБ},

где P₁ и P₂ – уровни мощности сигнала в точках линии передачи «1» и «2», между которыми определяется затухание. В лабораторной работе точка измерения для образцов РОМ и РПМ одна, но индексу «1» соответствует включение в схему на рис. 3.1 образца РОМ, а индексу «2» – образца РПМ. Если теперь с помощью калиброванного аттенюатора 2 в обоих случаях установить одинаковое общее затухание в цепи прохождения сигнала, добившись одинаковых показаний индикаторного прибора усилителя 4, то увеличение затухания внутри схемы на величину A_дБ за счет замены РОМ на РПМ будет скомпенсировано уменьшением затухания калиброванного аттенюатора 2 точно на такую же величину (которую легко измерить по его градуированной шкале). Поэтому

A_дБ = P_{1 дБ} – P_{2 дБ} = P_{РОМ дБ} – P_{РПМ дБ} ,

где P_{РОМ дБ} и P_{РПМ дБ} – затухание калиброванного аттенюатора 2, в дБ, при включении в схему установки на рис. 3.1, соответственно, образца РОМ и образца РПМ.

4.3. Для реализации данного способа определения A_дБ в интересах исследования свойств РОМ и РПМ необходимо с помощью передающего рупора 3 на схеме рис. 3.1 поочередно направлять на исследуемые образцы РОМ и РПМ 8, представляющие собой, соответственно, лист фольгированного текстолита и металлическую пластину с ферритовыми плитками пирамидальной формы, ЭМИ с плотностью потока энергии в единицу времени (плотности потока мощности) ППЭ ₁. Отраженный от образца 8 поток энергии с плотностью ППЭ ₂ поступает на приемную рупорную антенну 7 и измерительную линию 6, что приводит к индикации сигнала на выходе схемы в виде показаний измерительного усилителя 4.

4.4. По определению, коэффициент отражения ЭМИ от образца РПМ 8 на схеме рис. 3.1 равняется K_отр = ППЭ ₂ / ППЭ ₁ , что соответствует записи

K_{отр дБ} = ППЭ _{2 дБ} – ППЭ _{1 дБ} ≈ – A_дБ = P_{РПМ дБ} – P_{РОМ дБ} ,

если считать, что уровень ППЭ _{1 дБ} облучения образцов РОМ и РПМ на стенде остается неизменным, а для образца РОМ значение K_{отр дБ} ≈ 0 дБ. Таким образом, измеренные с помощью калиброванного аттенюатора 2 на схеме рис. 3.1 значения A_дБ однозначным образом (с точностью до знака) характеризуют отражающие свойства исследуемого образца РПМ.

5. Выполнение работы

5.1. Получить у преподавателя допуск к работе.

5.2. Установить в качестве облучаемого образца отражающей поверхности пластину РОМ.

5.3. Включить генератор Г4-83 на прогрев в течение 15 мин, при этом установите максимальное затухание на аттенюаторе Д5-10. Установить частоту 7500 МГц.

5.4. Установить по градуированной шкале затухание аттенюатор Д5-10 на отметку– 0 дБ.

5.5. Установить ручку генератора Г4-83 «Выход mW» в максимальное положение, при котором с выхода генератора снимается максимальная мощность.При работе с прибором ручки следует вращать плавно, не прилагая усилий.

5.6. Настроить измерительный усилитель У3-29 ручками дискретной и плавной регулировки на максимальную чувствительность, при которой, в отсутствии сигнала на входе, стрелка индикаторного прибора находится в начале шкалы (допускаются небольшие колебания, вызванные внутренними шумами усилителя).

5.7. Направить рупорные (передающую и приемную) антенны на поверхность пластины РОМ. После настройки уточнить углы облучения и приема, добиваясь максимальных показаний индикатора усилителя У3-29.

5.8. Настроить измерительную линию Р1-28, вращая регуляторы наружного и внутреннего поршней, добиться максимальных показаний усилителя У3-29 – при необходимости (чтобы избежать зашкаливания) уменьшая излучаемую мощность аттенюатором Д5-10.

5.9. Вращая ручку аттенюатора Д5-10, установить значение индикатора усилителя У3-29 на 20-30 делений (опорное значение) и снять показание калиброванного аттенюатора, соответствующее значениям P_{1 дБ} = P_{РОМ дБ} (рекомендуется добиться показаний более 20 дБ, используя перечисленные настройки элементов схемы и поворот рупорных антенн вокруг вертикальной оси).

Не допускайте зашкаливания стрелки индикатора усилителя У3-29 – для этого при манипуляциях в зоне излучения, смене образцов РОМ и РПМ и после окончания проводимых измерений вводите максимальное затухание калиброванного аттенюатора Д5-10.

5.10. Установить в качестве облучаемого образца отражающей поверхности пластину РПМ.

5.11. Регулировкой аттенюатора Д5-10 добиться таких же показаний индикатора усилителя У3-29, что и в п. 5.9. (при этом ручки регулировок на усилителе, генераторе и измерительной линии не трогать). Снять показание калиброванного аттенюатора, соответствующее значениям P_{2 дБ} = P_{РПМ дБ} .

5.12. Повторить измерения во всех точках заданного диапазона частот. Результаты измерений занести в таблицу 3.1.

5.13. Вычислить и занести в таблицу 3.1 значения коэффициента отражения K_{отр дБ}. По данным таблицы 3.1 построить график частотной зависимости коэффициента отражения для исследуемого образца РПМ K_{отр дБ} ( f ).

5.14. Сделать выводы о характере и степени неравномерности частотной зависимости поглощающих свойств исследуемого образца РПМ.

Таблица 3.1. Результаты определения K_{отр дБ} ( f )

f, ГГц	7,5	8,0	8,25	8,5	8,75	9,0
PРОМ дБ
PРПМ дБ
Kотр дБ

6. Содержание отчета

В отчете необходимо привести:

- формулировку цели и задания на выполнение работы;

- схему лабораторной установки;

- список приборов и оборудования;

- таблицу с результатами измерений;

- график зависимости K_{отр дБ} ( f ) для исследуемого образца РПМ;

- выводы по результатам выполненных исследований.

7. Контрольные вопросы

1. Виды радиопоглощающих конструкций и материалов.

2. Основные свойства и технические характеристики РПМ.

3. Типовые технологии изготовления РПМ.

4. Чем обусловлена частотная зависимость коэффициента поглощения ЭМИ для исследуемого образца РПМ?

5. Возможности РПМ в области обеспечения информационной безопасности.

6. Назначение и сущность метода калиброванного аттенюатора.

7. Особенности применения метода калиброванного аттенюатора для исследования свойств РОМ и РПМ.

8. Способ определения K_{отр дБ} для исследуемого РПМ.

9. Чем отличаются друг от друга РПМ и радиопоглощающие покрытия в конструктивном и технологическом плане?

10. Источники погрешности при проведении измерений.

Лабораторная работа № 4

«Исследование интермодуляционных каналов утечки

в РЭС Bluetooth»

1. Цель работы

1. Исследование способов формирования интермодуляционных (ИМ) электромагнитных каналов утечки КИ в малогабаритных РЭС типа USB адаптер Bluetooth.

2. Экспериментальное исследование характеристик ИМ ТКУ в USB адаптерах Bluetooth.

2. Литература

1. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. – 320 с.

2. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. – С. 3-41.

3. Приборы и материалы

Анализатор спектра ROHDE & SHWARZ FS300.

Персональный компьютер Pentium IV – 2 шт. (ПК1 и ПК2).

Активная измерительная антенна АИ5-0.

USB адаптер Bluetooth Tekram TM-308 – 2 шт.

Кабель удлинительный для интерфейса USB – 1,5 м.

Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

USB-Flash drive накопитель (USB накопитель).

4. Подготовка к работе

4.1. Ознакомиться с основными правилами работы с прибором ROHDE & SHWARZ FS300 (см. приложение 2; руководство по эксплуатации анализатора спектра R&S®FS300). Обратить внимание на процедуру сохранения графической копии экрана на внешнюю USB-Flash drive память и в файл с помощью программы R&S FS300-K1 (см. приложение 3).

4.2. При подключенных USB адаптерах Bluetooth и программах BlueSoleil, установленных на ПК, организовать беспроводную связь между ПК1 и ПК2 по технологии Bluetooth.

4.3. Выполнить предварительный расчет частот интермодуляционных составляющих сигнала для РЭС Bluetooth и заданного генератора СВЧ-возбуждения по формуле

F_ИМ = m F_РЭС ± n F_В ,

где F_ИМ – частота ИМ-составляющей; F_РЭС – частота исследуемого РЭС Bluetooth; F_В – частота возбуждения генератора; m, n – коэффициенты 1; 2; 3 … Порядок ИМ, определяемый суммой коэффициентов (m + n), задается преподавателем.

4.4. Получить у преподавателя допуск к работе.

5. Описание измерительной установки

5.1. Структурная схема измерительного установки на основе универсального лабораторного стенда представлена на рис. 4.1.

5.2. Для проведения измерений ИМ-составляющих сигнала РЭС Bluetooth (стандарт IEEE 802.15.1) в работе используется USB адаптер (Dongle) Bluetooth.

Беспроводная технология Bluetooth (реализующая ближнюю радиосвязь на расстояниях 10-100 м при мощности излучения 1-100 мВт) предназначена для обеспечения обмена информацией между такими устройствами, как карманные и обычные ПК, ноутбуки, принтеры, мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, периферийные устройства ЭВМ (клавиатуры, «мышки», джойстики, наушники, гарнитуры и т.п.). Технология Bluetooth использует безлицензионный диапазон частот 2400 ... 2483,5 МГц. Спектр сигнала формируется по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), который предусматривает псевдослучайную скачкообразную смену рабочей частоты до 1600 раз в С. Простой и дешевый в реализации, метод FHSS обеспечивает эффективную и помехоустойчивую передачу данных по радиоканалу Bluetooth в версии 1.2 – со скоростью до 723,2 Кбит/С, в версии 2.0/2.1 – до 2,1 Мбит/С.

PВ

7

1

2

8

3

4

6

PИМ

USB

USB

USB

9

Рис. 4.1. Измерительная установка

(универсальный лабораторный стенд).

1 – Персональный компьютер ПК1.

2 – Персональный компьютер ПК2.

3 – Анализатор спектра ROHDE & SHWARZ FS300.

4 – USB адаптер Bluetooth, ВТ1.

5 – USB адаптер Bluetooth, ВТ2.

6 – Активная измерительная антенна АИ5-0.

7 – Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

8 – USB-Flash drive память (накопитель).

9 – USB удлинительный кабель.

5.3. Для формирования ИМ-составляющих сигнала РЭС Bluetooth в качестве генератора возбуждения 7 на рис. 4.1 используется либо лабораторный генератор Г4-143 с отдельной антенной, либо нелинейный локатор «Катран» со штатной антенной в режиме излучения несущей без модуляции. Для наблюдения спектра ИМ-составляющих сигнала используется анализатор спектра 3 ROHDE & SHWARZ FS300 (далее R&S FS300) с функцией сохранения результатов измерений. Сигналы ИМ-составляющих на вход R&S FS300 подаются с выхода измерительной антенны 6. Результаты измерений анализатора R&S FS300 можно сохранить двумя способами: непосредственно на внешнюю USB-Flash drive память и в память ПК посредством интерфейсной программы FS300-K1 (см. приложение 3)

5.4. Для наблюдения ИМ-сигналов от малогабаритных РЭС USB Dongle Bluetooth на универсальном лабораторном стенде необходима относительно большая ППЭ возбуждающего ЭМИ от облучающей антенны генератора 7. В ряде ситуаций она может превышать предельно допустимую норму по безопасности для ЭМИ в непосредственной близости от излучающей антенны. Поэтому процесс измерений нужно проводить при минимально-необходимом времени работы генератора 7 на излучение, а экспериментатору находиться на максимально возможном расстоянии от излучающей антенны (более 1 м). Необходимо также периодически контролировать уровни ППЭ в месте расположения людей с помощью прибора П3-31.

6. Выполнение работы

6.1. Включить питание ПК1 и ПК2, а также анализатора R&S FS300, и дождаться загрузки операционных систем (обычно в течение 1-5 мин.). Включить на прогрев генератор 7, предварительно убедившись, что мощность на его выходе отсутствует (максимально ослаблена выходным аттенюатором).

6.2. Собрать (проверить сборку) схему измерения ИМ-составляющих сигналов исследуемых РЭС Bluetooth согласно рис. 4.1. Подключить сигнальные кабели, USB адаптер Bluetooth, USB-Flash drive накопитель в соответствующие гнезда. При использовании в качестве измерительной антенны 6 активной антенны АИ5-0 включить ее питание. Установить расстояния между облучающей антенной генератора 7 и РЭС Bluetooth, а также между измерительной антенной 6 и РЭС Bluetooth в соответствии с заданием преподавателя.

6.3. Настроить анализатор спектра R&S FS300 на отображение частот ИМ II порядка, рассчитанных предварительно согласно п. 4.3. Полосу частот отображаемых на экране «SPAN» установить равной 100 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.4. Установить опции анализатора «SYS» на сохранение графической копии экрана во внешнюю USB-Flash drive накопитель, либо запустить и настроить программу связи анализатора спектра с ПК FS300-K1 (см. приложение 3).

6.5. Установить с помощью программы «IVT BlueSoleilTM» беспроводное соединение между ПК1 и ПК2 (см. приложение 4). Используя профиль передачи файлов (File Transfer Profile – FTP) задать копирование заранее подготовленного (с любым тестовым содержанием) файла объемом 10-50 Мб с одного ПК на другой, контролируя данный процесс по индикатору на ПК.

6.6. Включить генератор 7 на излучение мощности через облучающую антенну (уровень генератора Р_В устанавливается преподавателем в соответствии с заданием на лабораторную работу).

6.7. Подстроить регулировкой меню «АМРТ» (усилитель/аттенюатор) анализатора R&S FS300 уровень отображаемого сигнала ИМ-составляющей, чтобы он занимал, по возможности, не менее половины экрана по высоте.

6.8. Используя функцию «HOLD» (удержание максимального сигнала) меню «TRACE» (отображение сигнала), зафиксировать на экране анализатора R&S FS300 огибающую сигнала ИМ USB адаптера Bluetooth (накопление порядка 5-20 С зависит от скорости беспроводного соединения).

6.9. Сохранить графическую копию экрана на внешнюю USB-Flash drive память, используя системные функции (кнопка «SYS» на анализаторе спектра), меню «FILE». Либо сохранить копию экрана на жесткий диск ПК используя программу связи FS300-K1 (см. приложение 3).

6.10. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частоты сигнала облучения Р_В генератора возбуждения 7, заданной преподавателем. Полосу частот отображаемых на экране SPAN установить равной 10 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.11. Повторить процедуры, выполняемые согласно п.п. 6.4; 6.6-6.7; 6.9.

6.12. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частот ИМ-составляющих III; IV порядка и других из числа рассчитанных предварительно (см. п. 4.3.). Полосу частот отображаемых на экране SPAN установить равной 100 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.13. Повторить измерения, аналогичные п.п. 6.4-6.9.

7. Обработка результатов измерений

7.1. По спектрограммам R&S FS300 произвести анализ зависимости P_ИМ (dBm) от частоты F(МГц) и определить усредненные значения P_ИМ (dBm) для ИМ-составляющих сигнала РЭС Bluetooth II-IV и др. порядков (см. пример на рис. 4.2).

а)	б)
Рис. 4.2. Пример сохраненных копий экрана R&S FS300 а) – через USB-Flash drive память; б) – через программу FS300-K1

7.2. Рассчитать значения коэффициента интермодуляции K_ИМ для измеренных значений P_ИМ (dBm) по формулам:

, либо ,

где P_ИМ – среднее по частоте значение уровня мощности ИМ-сигнала II-IV порядка; P_В – уровень мощности сигнала возбуждения (облучающего РЭС Bluetooth).

8. Содержание отчета

В отчете необходимо привести:

- формулировку цели и задания на выполнение работы;

- схему лабораторной установки;

- список приборов и оборудования;

- данные предварительных расчетов;

- копии экрана R&S FS300 со спектрограммами P_ИМ ; P_В ; Р_РЭС ;

- выводы по результатам выполненных исследований.

9. Контрольные вопросы

1. Дайте определение ПЭМИН РЭС.

2. Назначение, особенности и перспективы применения технологии беспроводного доступа Bluetooth.

3. Особенности технологии Bluetooth, существенные для обеспечения информационной безопасности РЭС на ее основе.

4. Какую роль играет эффект ИМ в процессе формирования ТКУ КИ в РЭС Bluetooth?

5. Технические и физические факторы, влияющие на уровень сигналов ИМ-составляющих в РЭС Bluetooth.

6. Перечислите возможные варианты формирования сигналов ИМ-составляющих в USB адаптерах Bluetooth.

7. Физическая сущность и назначение коэффициента интермодуляции K_ИМ.

8. Что такое порядок ИМ и как он влияет на информационную безопасность РЭС?

9. Объясните влияние порядка ИМ на уровень P_ИМ и значения K_ИМ в USB адаптерах Bluetooth.

10. Как оценить информационную безопасность РЭС Bluetooth, располагая найденными значениями K_ИМ?

Лабораторная работа № 5

«Исследование интермодуляционных каналов утечки

в абонентском сотовом терминале»

1. Цель работы

1. Исследование способов формирования ИМ электромагнитных каналов утечки КИ в абонентском сотовом терминале (мобильном телефоне).

2. Экспериментальное исследование характеристик ИМ ТКУ в абонентском сотовом терминале.

2. Литература

1. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. – 320 с.

2. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. – С. 3-41.

3. Приборы и материалы

Анализатор спектра: ROHDE & SHWARZ FS300.

ПК Pentium (Celeron) IV.

Активная измерительная антенна АИ5-0.

Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

Сотовый телефон Sony Ericsson K610i.

USB-Flash drive накопитель (USB накопитель).

4. Подготовка к работе

4.1. Ознакомиться с основными правилами работы с прибором ROHDE & SHWARZ FS300 (см. приложение 2; руководство по эксплуатации анализатора спектра R&S®FS300). Обратить внимание на процедуру сохранения графической копии экрана на внешнюю USB-Flash drive память и в файл с помощью программы R&S FS300-K1 (см. приложение 3).

4.2. Ознакомиться с правилами работы с используемым генератором возбуждения («Катран», Г4-143) по его описанию.

4.3. Выполнить предварительный расчет частот ИМ составляющих сигнала для исследуемого сотового телефона и заданного генератора возбуждения по формуле

F_ИМ = m F_РЭС ± n F_В ,

где F_ИМ – частота ИМ-составляющей; F_РЭС – рабочая частота сотового телефона; F_В – частота генератора возбуждения; m, n – коэффициенты 1; 2; 3 … Значения рабочей частоты и частоты возбуждения исследуемого РЭС, а также порядок ИМ, определяемый суммой коэффициентов (m + n), задаются преподавателем.

4.4. Получить у преподавателя допуск к работе.

5. Описание измерительной установки

5.1. Структурная схема измерительного установки на основе универсального лабораторного стенда представлена на рис. 4.1.

5.2. Для проведения измерений ИМ-составляющих сигнала абонентского сотового терминала в лабораторной работе используется мобильный телефон Sony-Ericsson модели K610i. Модель Sony-Ericsson K610i допускает возможность работы в трех частотных диапазонах стандарта сотовой связи GSM: второго поколения 2G – GSM-900 и GSM-1800, а также третьего поколения 3G – IMT-2000 / UMTS-2100.

5.3. Стандарт цифровой сотовой связи GSM с частотно-временным разделением каналов использует технологию TDMA. Ширина полосы радиоканала по уровню –30 дБ для исследуемого телефона составляет 200 кГц.

5.4. Отечественные операторы мобильной связи используют выделенные им ГКРЧ России рабочие полосы частот. Конкретные каналы связи выбирается в зависимости от настройки базовой станции BS и занятости спектра мобильными станциями MS. Диапазон частот MS на передачу: 890-915 МГц для GSM-900 и 1710-1785 МГц для GSM-1800.

5.5. Стандарт цифровой сотовой связи IMT-2000 / UMTS-2100 с кодовым разделением каналов на первом этапе работает с шириной полосы излучения 5 МГц. Для MS в России выделены полосы частот 1935-1980 МГц и 2010-2025 МГц.

7

1

USB

2

3

Rи

5

8

USB

Rв

6

4

Рис. 5.1. Измерительная установка

(универсальный лабораторный стенд).

1 – Анализатор спектра ROHDE & SHWARZ FS300

(далее R&S FS300).

2 – Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

3 – Персональный компьютер ПК.

4 – Антенна генератора возбуждения.

5 – Абонентский сотовый терминал Sony-Ericsson K610i (далее мобильный телефон).

6 – Активная измерительная антенна АИ5-0.

7 – USB-Flash drive память (накопитель).

8 – USB соединительный кабель.

5.6. Для формирования ИМ-составляющих сигнала в исследуемом мобильном телефоне в качестве генератора возбуждения 2 на рис. 5.1 используется либо лабораторный генератор Г4-143 с отдельной антенной, либо нелинейный локатор «Катран» со своей штатной антенной в режиме излучения несущей без модуляции. Для наблюдения спектра ИМ-составляющих сигнала используется анализатор R&S FS300 1 с функцией сохранения результатов измерений. Сигналы ИМ-составляющих на вход R&S FS300 подаются с выхода измерительной антенны 6. Результаты измерений анализатора R&S FS300 можно сохранить двумя способами: непосредственно на внешнюю USB-Flash drive память и в память ПК посредством интерфейсной программы FS300-K1 (см. приложение 3)

5.7. Для наблюдения на универсальном лабораторном стенде ИМ-сигналов, возникающих в мобильном телефоне, необходима относительно большая ППЭ возбуждающего ЭМИ от облучающей антенны 4 генератора 2. В ряде ситуаций она может превышать предельно допустимую норму по безопасности для ЭМИ в непосредственной близости от излучающей антенны. Поэтому процесс измерений нужно проводить при минимально-необходимом времени работы генератора 2 на излучение, а экспериментатору находиться на максимально возможном расстоянии от излучающей антенны (более 1 м). Необходимо также периодически контролировать уровни ППЭ в месте расположения людей с помощью прибора П3-31.

6. Выполнение работы

6.1. Включить питание ПК 3, а также анализатора R&S FS300 1 (см. схему на рис. 5.1), и дождаться загрузки операционных систем (обычно в течение 1-5 мин.). Включить на прогрев генератор 2, предварительно убедившись, что мощность на его выходе отсутствует (максимально ослаблена выходным аттенюатором).

6.2. Собрать (проверить сборку) схему измерения ИМ-составляющих сигнала мобильного телефона согласно рис. 5.1. Подключить сигнальные кабели, USB кабель 8 (при работе с программой FS300-K1), USB-Flash drive накопитель 7 в соответствующие гнезда. При использовании в качестве измерительной антенны 6 активной антенны АИ5-0 включить ее питание. Установить расстояния: между излучающей антенной 4 генератора возбуждения 2 и мобильным телефоном 5 – R_В; и между измерительной антенной 6 и и мобильным телефоном 5 – R_И, в соответствии с заданием преподавателя.

6.3. Настроить анализатор спектра R&S FS300 на отображение частот ИМ II порядка, рассчитанных предварительно согласно п. 4.3. Полосу частот, отображаемых на экране «SPAN» установить равной 10 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.4. Установить опции анализатора спектра «SYS» на сохранение графической копии экрана во внешнюю USB-Flash drive память, либо запустить и настроить программу связи анализатора спектра с ПК FS300-K1 (см. приложение 3).

6.5. Включить генератор 2 на излучение мощности через облучающую антенну 4 (уровень генератора Р_В устанавливается преподавателем в соответствии с заданием на лабораторную работу).

6.6. Осуществить тестовый вызов абонента через мобильный телефон 5 без поднятия трубки.

6.7. Подстроить регулировкой меню «АМРТ» (усилитель/аттенюатор) анализатора R&S FS300 уровень отображаемого сигнала ИМ-составляющей, чтобы он занимал, по возможности, не менее половины экрана по высоте.

6.8. Сохранить графическую копию экрана на внешнюю USB-Flash drive память используя системные функции (кнопка «SYS» на анализаторе спектра), меню «FILE». Либо сохранить копию экрана на жесткий диск ПК используя программу связи FS300-K1 (см. приложение 3).

6.9. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частоты облучения сигнала Р_В генератора возбуждения 2, заданной преподавателем. Остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.10. Повторить процедуры, выполняемые согласно п.п. 6.6-6.8. Уровень облучения генератора оставить тот же что и в п. 6.5.

6.11. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частот сигнала Р_РЭС мобильного телефона 5. Остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.12. Повторить процедуры, аналогичные п.п. 6.7-6.8. Генератор облучения можно выключить.

6.13. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частот ИМ-составляющих сигнала P_ИМ III; IV порядка и других из числа рассчитанных предварительно см. п. 4.3. Полосу отображаемых на экране частот (SPAN) установить равной 10 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.14. Повторить измерения, аналогичные п.п. 6.4-6.8.

7. Обработка результатов измерений

7.1. По спектрограммам R&S FS300 произвести анализ зависимости P_ИМ (dBm) от частоты F(МГц) и определить усредненные значения P_ИМ (dBm) для ИМ-составляющих сигнала мобильного телефона II; III и др. порядков (см. пример на рис. 5.2).

7.2. Рассчитать значения коэффициента интермодуляции K_ИМ для измеренных значений P_ИМ (dBm) по формулам:

, либо ,

где P_ИМ – среднее по частоте значение уровня мощности ИМ-сигнала II-III и др. порядка; P_В – уровень мощности сигнала возбуждения (облучающего мобильный телефон).

а)	б)
Рис. 5.2. Пример сохраненных копий экрана R&S FS300 а) – через USB-Flash drive память; б) – через программу FS300-K1

8. Содержание отчета

В отчете необходимо привести:

- формулировку цели и задания на выполнение работы;

- схему лабораторной установки;

- список приборов и оборудования;

- данные предварительных расчетов;

- копии экрана R&S FS300 со спектрограммами P_ИМ ; P_В ; Р_РЭС ;

- выводы по результатам выполненных исследований.

9. Контрольные вопросы

1. Дайте определение ПЭМИН с учетом условий функционирования мобильного телефона.

2. Укажите основные особенности сети сотовой связи с точки зрения обеспечения ее информационной безопасности.

3. Условия формирования ТКУ КИ для оборудования BS и MS сети сотовой связи 2G и 3G.

4. Какую роль играет эффект ИМ в процессе формирования ТКУ КИ в сетях сотовой связи?

5. Перечислите возможные варианты формирования ИМ-составляющих сигнала в мобильном телефоне.

6. Технические и физические факторы, влияющие на уровень сигналов ИМ-составляющих в мобильном телефоне.

7. Физическая сущность и назначение коэффициента интермодуляции K_ИМ.

8. Что такое порядок ИМ и как он влияет на информационную безопасность мобильного телефона?

9. Объясните влияние порядка ИМ на уровень P_ИМ и значения K_ИМ в мобильном телефоне.

10. Как оценить информационную безопасность мобильного телефона, располагая найденными значениями K_ИМ?

Лабораторная работа № 6

«Исследование интермодуляционных каналов утечки

в портативной радиостанции»

1. Цель работы

1. Исследование способов формирования ИМ электромагнитных каналов утечки КИ в портативной радиостанции.

2. Экспериментальное исследование характеристик ИМ ТКУ в портативной радиостанции.

2. Литература

1. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. – 320 с.

2. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. – С. 3-41.

3. Приборы и материалы

Анализатор спектра: ROHDE & SHWARZ FS300.

ПК Pentium (Celeron) IV.

Активная измерительная антенна АИ5-0.

Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

Портативная радиостанция MIDLAND GTX650.

USB-Flash drive накопитель (USB накопитель).

4. Подготовка к работе

4.1. Ознакомиться с основными правилами работы с прибором ROHDE & SHWARZ FS300 (см. приложение 2; руководство по эксплуатации анализатора спектра R&S®FS300). Обратить внимание на процедуру сохранения графической копии экрана на внешнюю USB-Flash drive память и в файл с помощью программы R&S FS300-K1 (см. приложение 3).

4.2. Ознакомиться с правилами работы с используемым генератором возбуждения («Катран», Г4-143) по его описанию.

4.3. Выполнить предварительный расчет частот ИМ-составляющих сигнала для исследуемой портативной радиостанции MIDLAND GTX650 (далее – портативной радиостанции) и заданного генератора возбуждения по формуле

F_ИМ = m F_РЭС ± n F_В ,

где F_ИМ – частота ИМ-составляющей; F_РЭС – рабочая частота портативной радиостанции; F_В – частота генератора возбуждения; m, n – коэффициенты 1; 2; 3 … Значения рабочей частоты и частоты возбуждения исследуемого РЭС, а также порядок ИМ, определяемый суммой коэффициентов (m + n), задаются преподавателем.

4.4. Получить у преподавателя допуск к работе.

5. Описание измерительной установки

5.1. Структурная схема измерительного установки на основе универсального лабораторного стенда представлена на рис. 6.1.

5.2. Для проведения измерений ИМ-составляющих сигнала в лабораторной работе используется портативная радиостанция типа MIDLAND GTX650 стандарта LPD, которая работает в диапазоне 433-434 МГц, разрешенном к безлицензионному применению.

5.3. Диапазон частот LPD (Low Power Device) по решению МСЭ предназначен для гражданской радиосвязи и в большинстве стран разрешен к безлицензионному использованию – как правило, с ограничением мощности передатчика.

5.4. Решением ГКРЧ России от 11.12.2006 (№ 06-18-04-001) для данных систем радиосвязи выделены полосы частот 403-410 МГц; 417-422 МГц и 433-447 МГц – без оформления отдельных разрешений для каждого конкретного типа РЭС при условиях, приведенных в таблице 6.1.

5.5. Для формирования ИМ-составляющих сигнала в исследуемой портативной радиостанции в качестве генератора возбуждения 2 на рис. 6.1 используется либо лабораторный генератор Г4-143 с отдельной антенной, либо нелинейный локатор «Катран» со своей штатной антенной в режиме излучения несущей без модуляции. Для наблюдения спектра ИМ-составляющих сигнала используется анализатор R&S FS300 1 с функцией сохранения результатов измерений. Сигналы ИМ-составляющих на вход R&S FS300 подаются с выхода измерительной антенны 6. Результаты измерений анализатора R&S FS300 можно сохранить двумя способами: непосредственно на внешнюю USB-Flash drive память и в память ПК посредством интерфейсной программы FS300-K1 (см. приложение 3)

7

1

USB

2

3

Rи

5

8

USB

Rв

6

4

Рис. 6.1. Измерительная установка

(универсальный лабораторный стенд).

1 – Анализатор спектра ROHDE & SHWARZ FS300

(далее R&S FS300).

2 – Генератор возбуждения с антенной («Катран», Г4-143).

3 – Персональный компьютер ПК.

4 – Антенна генератора возбуждения.

5 – Портативная радиостанция MIDLAND GTX650.

6 – Активная измерительная антенна АИ5-0.

7 – USB-Flash drive память (накопитель).

8 – USB соединительный кабель.

Таблица 6.1. Условия безлицензионного использования

радиостанций в диапазоне LPD

Наименование параметра радиостанции	Величина параметра
Полосы частот, МГц	403-410; 417-422; 433-447
Шаг сетки частот, кГц	25; 12,5
Тип радиостанции	аналоговая; цифровая
Мощность передатчика, Вт, не более - стационарной, базовой станции: - мобильной (возимой) станции: - портативной (носимой) станции:
Ширина полосы излучения передатчика на уровне –30 дБ, кГц, не более - при шаге сетки 25 кГц: - при шаге сетки 12,5 кГц:	18,8 11,8
Чувствительность приемника при отношении «сигнал/шум» = 12 дБ (СИНАД), мкВ, не хуже	1,0
Избирательность приемника по соседнему каналу, дБ, не хуже
Избирательность приемника по побочным каналам приема, дБ, не хуже
Относительная нестабильность частоты гетеродинов приемника, не хуже - стационарной, базовой, мобильной (возимой) радиостанции: - портативной (носимой) радиостанции:	5·10-6 7·10-6

5.6. Для наблюдения на универсальном лабораторном стенде ИМ-сигналов, возникающих в портативной радиостанции, необходима относительно большая ППЭ возбуждающего ЭМИ от облучающей антенны 4 генератора 2. В ряде ситуаций она может превышать предельно допустимую норму по безопасности для ЭМИ в непосредственной близости от излучающей антенны. Поэтому процесс измерений нужно проводить при минимально-необходимом времени работы генератора 2 на излучение, а экспериментатору находиться на максимально возможном расстоянии от излучающей антенны (более 1 м). Необходимо также периодически контролировать уровни ППЭ в месте расположения людей с помощью прибора П3-31.

6. Выполнение работы

6.1. Включить питание ПК 3, а также анализатора R&S FS300 1 (см. схему на рис. 6.1), и дождаться загрузки операционных систем (обычно в течение 1-5 мин.). Включить на прогрев генератор 2, предварительно убедившись, что мощность на его выходе отсутствует (максимально ослаблена выходным аттенюатором).

6.2. Собрать (проверить сборку) схему измерения ИМ-составляющих сигнала мобильного телефона согласно рис. 5.1. Подключить сигнальные кабели, USB кабель 8 (при работе с программой FS300-K1), USB-Flash drive накопитель 7 в соответствующие гнезда. При использовании в качестве измерительной антенны 6 активной антенны АИ5-0 включить ее питание. Установить расстояния: между излучающей антенной 4 генератора возбуждения 2 и мобильным телефоном 5 – R_В; и между измерительной антенной 6 и и мобильным телефоном 5 – R_И, в соответствии с заданием преподавателя.

6.3. Настроить анализатор спектра R&S FS300 на отображение частот ИМ II порядка, рассчитанных предварительно согласно п. 4.3. Полосу отображаемых на экране частот «SPAN» установить равной 10 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.4. Установить опции анализатора спектра «SYS» на сохранение графической копии экрана во внешнюю USB-Flash drive память, либо запустить и настроить программу связи анализатора спектра с ПК FS300-K1 (см. приложение 3).

6.5. Включить питание портативной радиостанция и настроить ее на рабочую частоту, заданную преподавателем (порядок настройки см. в приложении 4).

6.6. Включить генератор 2 на излучение мощности через облучающую антенну 4 (уровень генератора Р_В устанавливается преподавателем в соответствии с заданием на лабораторную работу).

6.7. Осуществить тестовый вызов через портативную радиостанцию 5 при уровне мощности «L» нажав на кнопку «CALL/LOCK» (см. приложение 5).

6.8. Подстроить регулировкой меню «АМРТ» (усилитель/аттенюатор) анализатора R&S FS300 уровень отображаемого сигнала ИМ-составляющей, чтобы он занимал, по возможности, не менее половины экрана по высоте.

6.9. Сохранить графическую копию экрана на внешнюю USB-Flash drive память используя системные функции (кнопка «SYS» на анализаторе спектра), меню «FILE». Либо сохранить копию экрана на жесткий диск ПК используя программу связи FS300-K1 (см. приложение 3).

6.10. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частоты облучения сигнала Р_В генератора возбуждения 2, заданной преподавателем. Остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.11. Повторить процедуры, выполняемые согласно п.п. 6.8-6.9. Уровень облучения генератора оставить тот же, что и в п. 6.6.

6.12. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частот сигнала Р_РЭС портативной радиостанции 5. Остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.13. Повторить процедуры, аналогичные п.п. 6.7-6.9. Генератор облучения можно выключить.

6.14. Повторить измерения, аналогичные п.п. 6.5-6.13, при уровне излучаемой мощности портативной радиостанции «M» или «H» в соответствии с заданием преподавателя.

6.15. Настроить анализатор R&S FS300 на отображение частот ИМ-составляющих сигнала P_ИМ III; IV порядка и других из числа рассчитанных предварительно см. п. 4.3. Проверить полосу отображаемых на экране частот (SPAN) - 10 МГц, остальные настройки анализатора оставить «по умолчанию».

6.16. Повторить измерения аналогичные п.п. 6.5-6.15.