massive MIMO-FBMC技术综述
摘要
为了应对第五代移动通信（5G）中更高数据率和更低时延的需求，大规模MIMO（massive multiple-input multiple-output）技术已经被提出并被广泛研究。大规模MIMO技术能大幅度地提升多用户网络的容量。而在5G中的带宽研究方面，特别是针对碎片频谱和频谱灵活性问题，现有的正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术不可能应对未来的挑战，新的波形方案需要被设计出来。基于此，FBMC（filter bank multicarrier）技术由于具有比OFDM低得多的带外频谱泄露而被受到重视，并已被标准推进组IMT-2020列为5G物理层的主要备选方案之一。
本文首先回顾了5G中波形设计方案（主要是FBMC调制）和大规模多天线系统（即massive MIMO）的现有工作和主要挑战。然后，简要介绍了基于Massive MIMO的FBMC系统中的自均衡性质，该性质可以用于减少系统所需的子载波数目。同时，FBMC中的盲信道跟踪性质可以用于消除massive MIMO系统中的导频污染问题。尽管如此，如何将FBMC技术应用于massiveMIMO系统中的误码率、计算复杂度、线性需求等方面仍然不明确，未来更多的研究工作需要在massive MIMO-FBMC方面展开来。
关键词：大规模MIMO；FBMC；自均衡；导频污染；盲均衡
Abstract
In order to address the requirements of higher data rates and lower latency inthe fifth generation mobile communication systems (5G), massive multiple-input multiple-output (MIMO) hasbeen proposed and is currently an active area of research. This isdue to the fact that they can greatly increase the capacity ofmultiuser networks.In the quest for bandwidth, particular challenges that needto be addressed in the context of 5G are fragmented spectrumand spectrum agility. It is unlikely that these challenges canbe satisfied using Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM), and new waveforms are required.The filter bank multicarrier(FBMC) technique has been listed by IMT-2020 as one of the key physical layercandidates in 5G, since the FBMC has much lower out-of-band radiation than the OFDM.
This article reviews existing related work and identifies the main challenges in the key 5G area at the intersection of waveform design (especially for FBMC) and large-scale multiple antenna systems, also known as Massive MIMO. The property of self-equalization is then introduced for FBMC-based Massive MIMO, which can reduce the number of subcarriers required by the system. It is also shown that the blind channel tracking property of FBMC can be used to address pilot contamination- one of the main limiting factors of Massive MIMO systems. Nevertheless, the implications of FBMC on error-rate performance, computational complexity, andlinearity requirements in large-scale MIMO systems with potentially hundreds of antennas at the base station are still unclear.More research works correspond to the massive MIMO-FBMC system are needed in the future.
Key Words: massive MIMO; FBMC; self-equalization; pilot contamination; blind equalization
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................ I I
1 引言 (1)
2 技术背景简介 (3)
2.1 massive MIMO技术 (3)
2.1.1 Massive MIMO的引入 (3)
2.1.2点对点MIMO (4)
2.1.3 多用户MIMO(MU-MIMO) (6)
2.2 FBMC技术 (7)
3 massive MIMO-FBMC的结合问题 (10)
3.1 信道均衡问题 (10)
3.2 导频污染问题 (11)
4 结语 (13)
参考文献 (14)
1引言
Massive MIMO（又称large scale MIMO）技术，是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术，该技术由贝尔实验室的Marzetta于2010年首次提出，目前已成为5G 无线通信领域最具潜力的研究方向之一[1,2]。与传统的MIMO相比，Massive MIMO不同之处主要在于，天线趋于很多（无穷）时信道之间趋于正交，这使得系统的很多性能都只与大尺度相关，与小尺度无关。特别是在TDD大规模MIMO 系统中，基站可以通过反向链路的导频序列来估计出下行链路的信道状态信息（CSI），无需基站间协作，仅采用简单的预处理即可降低小区间和用户间干扰，并且非相关的加性噪声和快衰落随着天线数的无限增加而消失[3]。
Marzetta等人在研究massive MIMO时，均使用OFDM技术将移动用户和基站多天线之间的频率选择性信道变成一系列的平坦衰落信道。传统的OFDM虽然能达到很小的复杂度和非常高的带宽效率，但在应用到更复杂的动态或多用户网络中时，却存在难以实现严格同步（移动环境下的多普勒效应）和非连续频带的传输（谱泄漏严重）两大主要问题，而滤波器组多载波（Filter Bank Multicarrier，FBMC）技术通过使用时频聚焦性良好的滤波器解决了上述问题[4]。与OFDM技术不同，FBMC中：
1）原型滤波器的冲击响应和频率响应可以根据需要进行设计，各载波之间不再必须是正交的，不需要插入循环前缀，从而获得了更高的带宽效率；
2）能实现各子载波带宽设置、各子载波之间的交叠程度的灵活控制，从而可灵活控制相邻子载波之间的干扰，并且便于使用一些零散的频谱资源；
3）各子载波之间不需要同步，同步、信道估计、检测等可在各子载波上单独进行处理，因此尤其适合于难以实现各用户之间严格同步的上行链路。
FBMC作为OFDM的备选技术之一，已被证明能很好的适用于认知无线电通信、双色散信道通信、数字用户线（DSLs）和电力线通信（PLC）[5]，具有较强的发展潜力，但关于将FBMC作为Massive MIMO系统调制方案的研究才刚
刚开始[6]。本文主要对massive MIMO-FBMC现有技术进行调研，旨在为未来massive MIMO-FBMC的研究提供思路。
2 技术背景简介
2.1 massive MIMO 技术
大规模MIMO 技术是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术。与传统的MIMO 相比，大规模MIMO 不同之处主要在于，天线趋于很多（无穷）时信道之间趋于正交，这使得系统的很多性能都只与大尺度相关，与小尺度无关。并且，在TDD 大规模MIMO 系统中，基站可以通过反向链路的导频序列来估计出下行链路的信道状态信息（CSI ），无需基站间协作，仅采用简单的预处理即可降低小区间和用户间干扰。同时，非相关的加性噪声和快衰落随着天线数的无限增加而消失。
2.1.1Massive MIMO 的引入
假设在一个传统MIMO 系统下，基站天线数和用户天线数分别为M 、K ，则基站处的接收信号向量1?∈y M 可以表示为
=+y Hx n (2-1) 其中1?∈x K ，?∈H M K ，1?∈n M 表示均值为0、方差为1的独立同分布加性高斯白噪声（AWGN ）。当接收端采用匹配滤波器时有 1
1
1
?=+y H y H Hx H n H H H M M M (2-2)
上式中x 的系数可以被表示为
2112122212212
1??????????=????????????
h h h h h h h h h h H H h h h h h H H K H H K H H
H K K K M M M M M M M M M M (2-3) 根据大数定律可知，当发送天线M 趋近于无穷大时，2/h i M 趋近于1，而
/h h H i j M 趋近于0，于是 1→∞????→H y x M H M (2-4) 即可以直接在接收端恢复出发送数据。因此，在基站天线数趋近于无穷时，可以忽略通常严重影响通信系统性能的热噪声和不相干的小区间干扰，并且最简单的波束成型，比如最大比合并接收机(MRC receiver)可以达到最优。
2.1.2点对点MIMO
假设各信道的衰落是独立同分布的，且服从单位方差的循环对称复高斯分布，则点对点MIMO 中可以将接收信号表示为
[
]][][]111????=+y H x n K M M K K (2-5) 其中d p 表示下行的传输功率，n 表示均值为0、
方差为1的独立同分布AWGN 。假设独立同分布的高斯传输信号及接收端已知完美的信道状态信息CSI ，则有接收端信噪比为
220SNR ==H H d d p p N (2-6) M>K 时的系统容量为 2log det()>=+I HH H d K M K p C M (2-7) M K 时的系统容量为
2222log det()log det()100log det 00log (1)001>>?=+
≈+??+?? ???==+ ??? ???+????I HH I I H d M K K K d K d d d K K p C p M p K p p (2-8)
具体推导过程如下： 11211212212212 | |11 | |1 ??--??????=????????--??????????=??????
??
h HH h h h h h h h h h h h h h h h h H H H K K H H
K H H H K K K M M M (2-9) 其中[]121???=??h i i i i M M h h h 分别表示基站天线与不同接收用户之间的信道矢量。对于一个均值为0方差为1的独立同分布复高斯信道，将上述矩阵中的每一个元素进行分解得到 [][]()2222110Var 1++=≈+=h i i M i h h h E h M
M (2-10) () [][]***1122Gaussian Gaussian Gaussian 1
21 0
≠?? ?=+++ ???+++=≈==h h H i j i j i j i j M M i j M h h h h h h M M g g g M
E g E h (2-11) 将2/h i M 和()/≠h h H
i j i j M 的值代入1HH H M
的表达式，很容易得到 1≈HH I H K M
(2-12) 然后将此式直接代入容量>>M K C 的表达式，证明完毕。类似的，亦可证明当 K M 时的系统容量为
2222log det log det()100log det 00001log (1)>>???=+ ???≈+????+ ??? ???= ??? ??? ?+?? ??
???=+I H H I I H d K M M d M M d d M M d p C M Kp M Np M Np M Kp M M (2-13)
2.1.3 多用户MIMO(MU-MIMO)
相对于单用户MIMO ，多用户MIMO 可以通过多用户复用策略来得到多址接入增益。并且，众多限制单用户MIMO 性能的因素对多用户MIMO 并没有多大影响，比如天线相关性较高或视线距离(LOS)传播造成的信道矩阵秩的缺失，从而导致单用户复用增益的降低。对于多用户MIMO 而言，如果多用户分集增益可以被提取出来，信道矩阵秩的减少并不能造成太大危害。
在上行链路中，假设每个基站天线数为M ，单天线用户数为K ，则信道传输矩阵G 可以表示为
[][][]1/2???=G H D UL M K K K M K (2-14) 其中H 、D 分别表示小尺度衰落和大尺度衰落。根据上一小节的推导可知 [][]1/21/2??>>???? ?=≈ ? ?????H H G G D D D H H K M M K M K M M (2-15)
对于上行信号传输，基站接收信号可以表示为
[1]][1]???=+y Gx n K M K K (2-16)
MU-MIMO 上行信道的容量为
sum_UL 2log det()=+I G G H K u C p (2-17) 当基站天线数趋近于无穷大时有
sum_UL >>2log det()≈+I D M K K u C Mp (2-18) 此时使用MRC 进行信号检测便可达到系统的最大容量。下行链路的推导过程类似。
在TDD 大规模MIMO 多小区中的各用户（通常假设配置单个天线）向基站发送相互正交的导频信号，基站利用接收到的导频信号，获得上行链路信道参数的估计值，再利用 TDD 系统上下行信道的互易性，获得下行链路信道参数的估 计值，由此实施上行检测和下行预编码传输。
注意到，随着用户数目的增加，用于信道参数估计的导频开销随之线性增加，特别是在中高速移动通信场景，导频开销将会消耗掉大部分的时频资源，成为系统的“瓶颈”。因此，开展导频受限条件下的TDD 大规模MIMO 信道信息获取技术研究具有重要的实际应用价值。同时，在多小区大规模MIMO-TDD 系统中，当基站通过上行链路用户发送的导频序列估计信道时，系统会存在导频污染问题，这在很大程度上限制了Massive MIMO 技术的性能优势。如何将导频污染的影响降低到最小，或者采用何种检测方式可以降低系统的导频污染，需要进一步深入研究。
2.2 FBMC 技术
得益于其低带外泄露的特性，FBMC 技术已展现出取代OFDM 技术的巨大潜力。通常来讲，FBMC 技术包括以下三种实现方式：
(1) 滤波多音调制（Filtered Multitone ，FMT ）[7]：FMT 是传统频分复用概念的
简单扩展。在FMT 中，输入符号通常采用QAM 调制，并且子载波之间没有交叠。为了保证子载波不交叠，通常需要进行过采样为相邻子载波增加保护间隔。因此，FMT 会导致频率利用率下降。
(2) 余弦多音调制（Cosine Modulated Multitone ，CMT ）[8]：在CMT 中，输入符
号采用脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation ，PAM ），并且子载波之间允许交叠。为实现最大频谱利用率，需要在CMT 中使用残留边带调制。
(3) 偏移正交振幅调制-OFDM （Offset Quadrature Amplitude Modulation-OFDM ，
OQAM-OFDM ）[9]：在OQAM-OFDM 中，输入的是OQAM 调制符号，即QAM 符号的实部与虚部在时间上错开半个符号周期。OQAM-OFDM 允许子载波之间存在交叠，并且能够达到最大频谱利用率。
由于OQAM-OFDM 能够提供与OFDM 相同的频谱利用率，其OQAM 调制符号与OFDM 中的QAM 调制符号具有相似性，并且相对于其他两种实现方式更受到国内外研究团队的关注，因此本小节余下部分将主要简述OQAM-OFDM 技术的基本原理。
典型的OQAM/OFDM 系统的基带传输模型如图2-1中所示：
0,a 1,a M a -n
图2-1 OQAM/OFDM 系统的基带传输模型
在该系统中，子载波数是M ，子载波间隔是1/T ，其中T 表示符号映射后的符号间隔。,m n a 表示在时频点（m,n ）位置处的实值传输符号，其中m 、n 分别指时间和子载波频率，并且相邻的传输符号,2m k a 和,21+m k a 分别来自于正交幅度调制（QAM ）映射后符号的实部和虚部。[k]g 表示实对称原型滤波器。OQAM/OFDM 系统的基带等效发送信号可以表示为
2
(m n)12,0[][k n ]e .2+-=∈=-∑∑ j mk j M M m n m n M s k a g e ππ (2-19)
发送信号在接收之前会受到信道和噪声的影响，令[k]h 表示OQAM/OFDM 信号所经过的多径衰落信道，[k]η表示均值为0、方差为2σ的复值加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise, AWGN ），则接收信号[k]r 可以表示为
[k]s[k][k][k].=*+r h η (2-20)
对接收信号进行解调后，可获得时频点00(m ,n )处的解调符号为 00000002(m n )2,0,?[k][k n ]e ,2--+∞=-∞=-+∑j m k j M m n m n k M y r g e ππη (2-21)
其中00,m n η表示加性高斯白噪声的解调符号，可以表示为 000002(m n )2,0[k][k n ]e .2--+∞=-∞=-∑j m k j M m n k M g e ππηη (2-22)
和OFDM 系统不同的是，OQAM/OFDM 系统的正交条件仅在实数域内成立，即
0000*,,,,{[][]},∞=-∞?=∑m n m n m m n n k g k g k δδ (2-23)
其中δ是狄拉克函数，满足当0=m m 时0,1=m m δ，当0≠m m 时0,0=m m δ。我们
定义
0000,*,,,[][].∞=-∞=∑m n
m n m n m n k g k g k ? (2-24)
显然，当0m m =且0=n n 时，00,,1=m n m n ?，其他任何情况下00
,,m n m n ?都是一个纯虚数。令0-=m m p ，0-=n n q ，从文献[10]中可知00
,,m n m n ?的值仅和p ，q 的大小相关，并且当使用的原型函数有良好的时频聚焦特性时，00
,,m n m n ?的值随着||p ，||q 的增大而逐渐趋近于0。比如，当使用各向同性正交变换（Isotropic Orthogonal Transform Algorithm, IOTA ）函数作为原型函数时，可以得到当||1>p 或||1>q 时，00
,,m n m n ?近似等于0。理论上讲，如果能在信号传输中保证实域正交条件的成立，就可以在接收端完美的恢复出发送数据。
3massive MIMO-FBMC 的结合问题
3.1 信道均衡问题
信道均衡指在获得信道估计结果的情况下，通过均衡处理消除多径信道造成的影响，它对系统的整体性能具有很大影响。在多天线技术与多载波调制的结合系统中，固有的ISI/ICI 干扰问题严重限制了FBMC 在传统MIMO 系统中的应用
[11,12]。需要注意的是，FMT 作为FBMC 技术的实现形式之一，由于其发送端没有使用实/PAM 符号，因此和OFDM 一样能和MIMO 系统很好的匹配，但FMT 和OFDM 均存在相同的带宽损失问题[13]。
目前已有文献利用massive MIMO 的特有性质来减轻massiveMIMO-FBMC 系统的干扰问题。基于大数定律，massive MIMO 系统中每个子载波上的信道增益大体相同，该现象被称为信道硬化效应[1]。在瑞利信道模型下[14]，massive MIMO 系统的信道硬化效应可以表示为： 1 , k=1,2,...,K ≈g k k N β (3-1) 其中K 表示上行用户数，,g k k β分别表示用户信道和大尺度衰落因子，该式表明每个用户信道的欧式范数近似等于其大尺度衰落因子，据此便可消除快衰落的影响，从而简化了调度策略的复杂度。基于massive MIMO 系统的信道硬化效应，文献[15]的作者将FBMC 引入massive MIMO 系统中并提出了该系统的自均衡性质（self-equalization ），也即在massive MIMO-FBMC 系统中从不同信道处获得的信号分量的线性合并可以平滑信道失真，从而松弛了对子载波信道近似平坦增益的需求（一般而言，只有当子载波数目足够多，子载波带宽足够窄，子载波信道才能被近似为平坦增益）。据此，便可显著地减少FBMC 系统的子载波数，这样减少了系统复杂度和综合滤波器组、分析滤波器组所带来的时延。并且，由于信号分量的线性合并补偿了子载波间的信道增益，因而可以使用更大的星座尺寸并进一步提升系统带宽效率。自均衡性质可被认为是大规模天线所带来的好处，同时有效缓解了FBMC 调制被应用于massive MIMO 系统中时存在的干扰问题。
同时，FBMC 系统一些技术也有助于提升massiveMIMO-FBMC 系统的性能表现。作为传统FBMC 系统多相实现结构的一种可替代结构，FS-FBMC （frequency spreading FBMC ）由于其良好的均衡效果而被受到重视[16]。FS-FBMC 系统利用频率传播均衡(FSE)技术来提升均衡的准确性，其中FSE 的基本思想是一个长度为N=KL 的离散时间平方根Nyquist 滤波器p[n]，可以由频域上的2K-1个不同频率点组合而成，即 211(n)-=-+=
∑kn K j N k k K p c e π (3-2)
其中，c k 表示p(n)在频率2/N =k k ωπ上的频率响应，K 表示重叠因子(即在实域上重叠的符号个数)，L 表示Nyquist 滤波器(n)p(n)*p (n)*=-q 零点之间的采样间隔。基于此，文献[17]中作者将FSE 技术应用到massive MIMO-FBMC 中，从而有效提升了系统的均衡效果，这也使得该系统允许更高的比特率和更宽的子载波带宽。子载波带宽加宽意味着子载波数目变小，这带来了系统复杂度变低、对CFO 不敏感、PAPR 和时延变小等优点；同时每个子载波带宽变宽等价于原型滤波器长度变短，从而提升了FBMC 系统的带宽效率（FBMC 信号的上升和下降变短）。
3.2导频污染问题
在贝尔实验室提出的TDD 大规模MIMO 传输方案中[3]，小区中的各用户（通常假设配置单个天线）向基站发送相互正交的导频信号，基站利用接收到的导频信号，获得上行链路信道参数的估计值，再利用TDD 系统上下行信道的互易性，获得下行链路信道参数的估计值，由此实施上行检测和下行预编码传输。但是，受信道相干时间的影响，在TDD 多蜂窝massive MIMO 网络中，所有基站使用相同的导频序列集和频率。相邻小区对相同导频序列集的使用导致了基站端的信道估计误差，即导频污染[18]。
导频污染会严重影响多小区系统的性能表现及容量，为了消除导频污染问题，文献[19]-[21]已经提出了多种解决方案。文献[19]的作者对接收数据信号的协方
差矩阵进行特征值分解，从而获得了优于其他线性估计方案的信道估计效果；文献[20]中作者提出了一种协作式贝叶斯信道估计方案，并且发现当信道协方差矩阵满足一定条件时导频污染效应可以被完全消除；文献[21]中作者对通过对接收信号矩阵进行奇异值分解，从而提出了一种基于子空间投影的盲方案以消除导频污染问题。
massive MIMO-FBMC 系统中同样存在导频污染问题，为此文献[22]的作者考虑利用CMT 的盲均衡性质来消除导频污染。CMT 是FBMC 的一种实现结构，其不相干盲均衡性质可以直接用于massive MIMO-FBMC 系统的信道均衡。基于CMT 调制的massive MIMO 系统中的盲均衡器可通过最小化代价函数获得，即： ()()2min ??=E -????p k y n R ξ (3-3) 其中，(n)k y 是第k 个子载波信道上均衡器的输出，p 是一个整数（通常被设置为2）， 2 ,??
E ?
?=??E ??p p s R s (3-4)
s 从PAM 符号字母表中随机选取。然后，应用LMS 等盲跟踪算法来调整该单抽头均衡器系数[23]。该盲均衡算法在很少数目的迭代后便可获得相同或优于匹配滤波器的性能，同时该算法的输出SINR 收敛于MMSE 方案，且不需要任何的小区协作或者额外训练信息的传输。同时，文献[24]中作者指出，CMT 和OQAM-OFDM （SMT ）只需要通过一个调制步骤和一个一对一的数据符号映射
即可相互转化。具体来讲，可以直接用复值的正弦波()/j T t e π调制SMT 信号
()SMT v t ，便可获得复值的基带信号()CMT v t ，即
()()()/=j T t CMT SMT v t v t e π (3-5) 因此，上述基于不相干盲均衡性质的导频污染消除方案同样适用于massive MIMO-SMT 系统。
4结语
近期的研究工作已经证明FBMC可以很好的应用于massive MIMO系统，并且相对于OFDM获得了低旁瓣功率、低载波频率偏移（CFO）敏感度、更为灵活的载波聚合和高带宽效率等优点。对于massiveMIMO与FBMC结合时存在的虚部干扰问题，未来的研究工作可以从以下几个方面着手：将FBMC系统的实域正交条件扩展到复域正交；如何将FMT调制方案应用到massiveMIMO系统中来；如何利用大规模多天线提升系统的性能表现。未来massiveMIMO与FBMC 的结合可以很好的解决日益紧张的频谱资源问题，是未来移动通信中极具竞争力的技术。
参考文献
[1] E. G. Larsson, F. Tufvesson, O. Edfors, and T. L. Marzetta, “Massive MIMO for Next Generation Wireless Systems”, IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 2, pp. 186-195, Feb. 2014.
[2] L. Lu, G. Y. Li, a. L. Swindlehurst, A. Ashikhmin, and R. Zhang, “An Overview of Massive MIMO: Benefits and Challenges,” IEEE J. Sel. Top. Signal Process., vol. 8, no. 5, pp. 742–758, Oct. 2014.
[3] T. L.Marzetta, “Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas,” IEEE T rans. Wireless Commun., vol. 9, no. 11, pp. 3590–3600, Nov. 2010.
[4] B. Farhang-Boroujeny, “Filter bank multicarrier modulation: A waveform candidate for 5G and beyond”, Advances in Electrical Engineering, vol. 2014, 2014. [5] B. Farhang-Boroujeny, “OFDM versus filter bank multicarrier,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 28, no. 3, pp. 92–112, May 2011.
[6] A. Farhan, N. Marchetti, F. Figueiredo and J. P. Miranada , "Massive MIMO and Waveform Design for 5th Generation Wireless Communication Systems" , 1st International Conference on 5G.
[7] G. Cherubini, E. Eleftheriou, S. Olcer. Filtered multitone modulation for very highspeed digital subscriber lines. IEEE Journal on Selected Areas in Communications,
2002, 20(5):1016～1028.
[8] B. Farhang-Boroujeny, L. Lin. Cosine modulated multitone for very high-speed digital subscriber lines. in: Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics,
Speech, and Signal Processing, Mar., 2005.
[9] P. Siohan, C. Siclet, N. Lacailleu. Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filterbank theory. IEEE Transactions on Signal Processing,
2002,50(5):1170～1183.
[10] C. Lel′e, J-P. Javaudin, R. Legouable, A. Skrzypczak and P. Siohan, “Channel estimation methods for preamble-based OQAM/OFDM modulations,” European Wireless Conference, pp.59-64, Mar.2007.
[11] I. Estella, A. Pascual-Iserte, and M. Payaro, "OFDM and FBMC performance comparison for multistream MIMO systems," in Future Network and Mobile Summit, 2010, june 2010, pp. 1-8.
[12] M. Payaro?, A. Pascual-Iserte, and M. Na?jar, "Performance comparison between fbmc and ofdm in mimo systems under channel uncertainty," Proc. IEEE European Wireless (EW 2010), 12-15 April 2010. Lucca (Italy).
[13] P. Amini , R. Kempter and B. Farhang-Boroujeny , "A comparison of alternative filterbank multicarrier methods in cognitive radios" , Software Defined Radio Technical Conf. (SDR) , 2006
[14] K. Zheng, S. Ou, and X. Yin, “Massive MIMO channel models: A survey,” Hindawi Int. J. Antennas Propag., vol. 2014, pp. 848071-1–848071-10, Jun. 2014. [15] A. Farhang, N. Marchetti, L. E. Doyle, and B. Farhang-Boroujeny, “Filter bank multicarrier for massive MIMO,” in Proc. IEEE VTC Fall, 2014
[16] M.G. Bellanger et al, “FBMC physical layer : a primer”, 06/2010
[17] A. Aminjavaheri,A. Farhang,N. Marchetti, L.E. Doyle, B. Farhang-Boroujeny, “Frequency Spreading Equalization in Multicarrier Massive MIMO”, in IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW), 2015
[18] J. Jose, A. Ashikhmin, T. L. Marzetta, and S. Vishwanath, “Pilot c ontamination and precoding in multi-cell TDD systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, no. 8, pp. 2640–2651, Aug. 2011.
[19] H. Q. Ngo and E. Larsson, “EVD-based channel estimation in multicell multiuser MIMO systems with very large antenna arrays,” in IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), March 2012, pp. 3249–3252. [20] H. Yin, D. Gesbert, M. Filippou, and Y. Liu, “A coordinated approach to channel
estimation in large-scale multiple-antenna systems,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 31, no. 2, pp. 264–273, February 2013.
[21] R. M¨uller, L. Cottatellucci, and M. Vehkaper¨a, “Blind pilot decontamination,” arXiv: 1309.6806, 2014.
[22] A. Farhang, A. Aminjavaheri, N. Marchetti, L. E. Doyle, and B. Farhang-Boroujeny, “Pilot decontamination in cmt-based massive mimo networks,” in Wireless Communications Systems (ISWCS), 2014 11th International Symposium on. IEEE, 2014, pp. 589–593.
[23] B. Farhang-Boroujeny, “Multicarrier modulation with bl ind detection capability using cosine modulated filter banks,” IEEE Transactions on Communications, vol. 51, no. 12, pp. 2057–2070, 2003.
[24] B. Farhang-Boroujeny and C. (George) Yuen, “Cosine modulated and offset QAM filter bank multicarrier techniques: A continuous-time prospect,” EURASIP Journal on Applied Signal Processing, 2010, special issue on Filter Banks for Next Generation Multicarrier Wireless Communications, vol. 2010, p. 16 pages, 2010.
集群通信技术 1、概述 集群通信技术应用于集群通信系统等地方，主要可以从字面儿上分几方面进行解释，首先是“集群”即“中继”、“交换”，为区别于有限的“中继”，移动通信称为“集群”。集群其实就是使用多个无线信道为多个用户服务，把有限的信道动态的、自动的、迅速的和最佳的分配给整个系统的所有用户，最大程度的利用系统的信道资源。 2、组成 集群通信系统主要由基站、移动台、调度台、控制中心组成。其中控制中心包括控制器、管理终端、电源等。 3、应用 集群通信主要分为模拟集群与数字集群，但模拟集群由于频率利用率低、业务种类有限、保密性差、设备体积大、成本高等缺点，难以满足用户需求，目前已基本被数字集群所替代。 集群通信技术应用十分之广，主要包括调度指挥、数据、电话(含集群网内互通的电话或集群网与公众网间互通的电话)等。 4、常用的数字集群标准 国际上著名的数字集群标准有欧洲电信标准协会（ETSI）制定的欧洲集群标准TETRA系统和美国的iDEN系统，北美的APCO Project25，以色列的FHMA标准，欧洲的DMR标准，中国的GT800、GoTa、Tetra，另有一种公安部发布的数字集群标准PDT，此标准还在申请国家标准。
提交给ITU（国际电信联盟）的数字集群系统列入数字集群报告中的有美国的Project25调度系统、泛欧TETRA系统等7种技术体制。这也是国际上主要的几种数字集群移动通信系统。 5、发展现状 从全球范围来看，数字集群通信大部分情况下仍是作为应急指挥调度通信专网使用，其应用范围主要是在蜂窝式通讯系统所不能到达或者是不能满足应用需求的场合，其用户量相对较小，但在全球通信系统的地位却日益重要，得到了全球各国的大力关注与投资。 从最近几年的发展来看，我国已建的数字集群通信网都已发挥重大作用。除了各部门如公安、安全、武警、轻轨地铁、机场、港口等日常使用的指挥调度通信和由运营商运营的数字集群通信共网外，在保障重要的、大型的、政治性很强的国际和国内活动和对抗突发的自然灾害中都发挥了非常重要的作用。 6、未来趋势 从整体来看，目前全球仍旧离不开集群通信技术，也许未来可能会有替代产品出现，但就目前的趋势而言，集群通信技术仍有较强的竞争力。 11通信本2 杨欣潼 11111631213
第一章通信系统概述 1.1 通信系统模型 一、通信的定义 1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容 ﹙包括语音、图象、文字等﹚ 人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。 2.信号：与消息一一对应的电量。它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。 3．通信就是由一地向另一地传递消息。 二、电通信 1．定义 利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。 2．特点 电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。 电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、
情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。 （1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。 模拟信号：信号的取值是连续的。 数字信号：信号的取值是离散的。 （2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。 基带信号：发信源发出的信号。 频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。 基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。 频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。（FM、AM、MODEM） 三、通信系统的模型 1.通信系统的一般模型 (1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。 (2)通信系统的基本模型
●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。变换：将 非电物理量转换为掂量。 信源可分为模拟信源和离散信源。模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。 ●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信 号。它要完成调制、放大、滤波、发射等。在数字通信系统中还要包括编码 和加密。 ●信道：是传输的媒介。信道的传输性能直接影响到通信质量。 ●噪声源：将各种噪声干扰集中在一起并归结为由信道引入，这样处理是为了 分析问题的方便。 ●接收设备：完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等，将接收到 的信号转换成信息信号。 ●收信者：把信息信号还原为相应的消息。 2．模拟通信系统模型。
神盾网络安全摆渡机 功能简介 版本号:SDBD1101 西安市信息技术应用研究所 目录 1、功能特点................................................................................................................................ - 1 - 2、研发背景................................................................................................................................ - 2 - 3、摆渡机功能概述.................................................................................................................... - 3 - 4、产品基本情况........................................................................................................................ - 4 - 5、实施后效果............................................................................................................................ - 5 - 6、系统架构................................................................................................................................ - 6 - 1、功能特点 摆渡机利用神盾专用软件实现外来磁介质与可信内网介质之间得文件信息传输交换。实现点对点、盘对盘得单向信息拷贝,不在摆渡机内保留摆渡信息,有效防止了可能出现得交叉失泄密。
350兆数字集群通信系统 解决方案
目录 4.2.4调度台通讯 .....................................................................................................................
一、行业背景 数字集群公网是一种利用现代数字通信技术，公用频率、公用设施、共享覆盖、共享业务、分担费用，使每个部门在集群网络基础上建立功能性的虚拟专网，从而享受方便、可靠服务的数字集群组网方式。各地相继建设了数字集群政府共网，为应急联动部门提供了统一、安全、快速、高效的无线指挥调度系统，保障了各类大型活动和重大事件的指挥调度通信通畅。 350兆集群通信系统是以话音为主的无线指挥通信系统，是目前指挥调度、救灾抢险、交通管理、社会治安、重大保卫活动以及日常警务必不可少的重要无线通信手段。所以，为了促进警察业务的不断提高，增加相关部门对突发事故与应急保障的处理能力，建设350 MHz警用集群通信系统是非常有必要的。 二、建设目标 本方案根据有关部门的实际通信需求，在部门原有通信系统基础上，在适当地点选址，补建站点，组建一套安全可靠、稳定实用、操作便利、管理和维护方便并且具有良好的扩展性的覆盖所需范围的集群通信系统网络。网络能够提高通信容量和系统稳定性，适应当前公安业务发展的需求。 系统具有传统的单呼、组呼、群呼业务；能够对通话内容进行监听以及录音管理；具备后台操作管理模块，对系统进行远程的才做和维护；集成GIS组件，使指挥调度更加直观明了。 三、建设内容 350兆数字集群无线通信系统，解决大量干警语音通信的需要，解决跨部门跨区域通话的需要，解决用户大范围漫游使用的需要。系统主要分为终端子系统、基站子系统、交换子系统和操作维护子系统。 终端子系统相对应的设备有车载台，手持式终端，固定台，调度台。基站子系统相对应的设备有基站，直放站，基站控制器。交换子系统包括交换中心。维
３50M集群通信系统概述 集群通信业务就是指利用具有信道共用与动态分配等技术特点得集群通信系统组成得集群通信共网,为多个部门、单位等集团用户提供得专用指挥调度等通信业务。 集群通信系统,就是一种高级移动调度系统,代表着通信体制之一得专用移动通信网发展方向。它就是按照动态信道指配得方式实现多用户共享多信道得无线电移动通信系统。该系统一般由终端设备、基站与中心控制站等组成,具有调度、群呼、优先呼、虚拟专用网、漫游等功能。集群通信系统得可用信道可为系统得全体用户共用,具有自动选择信道功能,它就是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务得多用途、高效能得无线调度通信系统。 模拟集群通信与数字集群通信 模拟集群通信采用模拟话音进行通信,整个系统内没有数字制技术,后来为了使通信连接更为可靠,不少集群通信系统供应商采用了数字信令,使集群通信系统得用户连接比较可靠、联通得速度有所提高,而且系统功能也相应增多。 数字集群通信网就是二十世纪末兴起得新型移动通信系统,它除了具备公众移动通信网(GＳM、ＣＤMＡ)所能提供得个人移动通信服务外,还能实现个人与群体间得任意通信,并可进行自主编控,就是集对讲机、GSＭ、CDMA与图像传输于一体得智能化通信网。数字集群通信在技术上得特点与优势决定了它不仅具备个人通信得全部功能，而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯,保密性高，功能丰富,真正全面实现了通讯得智能化。另外,经调研８0％通话来自于团队内部得工作联络,数字集群由于其内部矛盾通话成本极低,从而大大降低了团队得通信开支,在强调社会管理成本控制与企业成本核算得今天,数字集群通信网特别适合中国国情，能为使用者带来明显得经济效益。数字集群通信网主要应用于政府管理部门、工商企业、公安、铁路、交通、水利、能源、工商、税务、证券等企业内部联络与指挥控制。同时，某些专业人士对它也有极大得需求。无论大型演习或就是防讯抗洪斗争,有了全通网,调动千军万马从此无需千呼万唤；警察执
MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统 开放分类：MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统，MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统，数字集群移动通信系统 目录 1.·【MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统】 MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统 8．2 MOTOROLA公司的Dimetra数字集群通信系统 8．2．1 概述 MOTOROLA公司是全球领先的综合无线电和信息解决方案提供商之一，在满足全世界公共安全、政府及企业用户的关键通信保障需要方面有着70多年的丰富经验。MOTOROLA公司是公共安全、轨道交通、港口、石化等重要行业的TETRA 系统供应商。 MOTOROLA的DimetranIP(Digital Motorola Enhanced Trunked RAdio)数字集群通信解决方案处于全球TETRA无线通信解决方案领域中的领先地位，面向专业用户最苛刻的需求，为复杂的组(群)通信提供话音、数据和信息等多种传送服务。MOTOROLA解决方案有效提高了专业组织机构的工作实效。 2006年，MOTOROLA专门为中国公安用户推出了350MHz TETRA系统，该系统可以满足中国公共、安今用户在通信频段方面的新要求，以及在执行紧急任务时对无线通信系统的严格要求，规模灵活且功能上町全而拓展，用以满足不同规模用户的不同需求。 早在1994年MOTOROLA就推出第套TETRA系统。2002年以后，MOTOROLA 已经把Dimetra系统升级为基于全IP技术的Dimetra—IP系统。在2004年雅典奥运会上，两套 Dimetra—IP系统分别为公共安全、组委会和交通运输提供服务，经受了人话务量的冲击考验，充分证明MOTOROLA服务于广大客户的实力。而全球最大的英国警察全国网也使用 Dimetra．IP系统。在亚洲公共安全领域，MOTOROLA先后为韩国,全国政务网、上海市公安局、香港警察第三代指挥中心、澳门警察、上海电信的上海政务网、成都市政务网、天津开发区等客户提供TETRA 数字集群通信系统，这些系统运用了高科技手段，强化和提高了公共安全用户的指挥、调度和管理等方面的能力。MOTOROLA还为北京正通网提供了3万多台
GSM全球移动通信系统概述 ?无线通信系统的基本概念、蜂窝通信 ?GSM系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能 ?GSM无线传输原理、标准、语音编码、信道编码与调制解调?移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程 1 蜂窝无线通信系统的基本概念 1.1无线通信系统的定义 表1.1列出了用来描述无线通信系统基本要素的术语定义。
频分双工（FDD）中，一对有着固定频率间隔的单向信道用作系统中的特定无线信道。在美国的AMPS标准中，反向信道比前向信道的频率低45MHz(即手机的发比收低45MHz)。模拟无线系统只采用FDD。 时分双工（TDD）方式，在时间上分享一条信道，将其一部分时间用于从基站向用户发送信息，而其余的时间用于从用户向基站发送信息。如果信道内的数据传输速率远大于终端用户的数据速率，就可以存储用户数据，即使在同一时刻不存在两条同步无线传输信道，仍能给用户提供全双工操作。TDD只在数字传输和数字调制时才可以使用。 1.2 蜂窝无线通信系统 蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，是一种系统级的概念。其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，这样基站之间（以及在它们控制下的移动用户之间）的干扰就最小。只要基站间的同频干扰在可以接受的范围以内，可用信道就可以尽可能的复用。 1.2.1 频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的分配及复用。每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。给相邻小区的基站分配一个信道组，所包含的信道全部不能在相邻小区内使用。通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区，只要距离足够远，相互间的干扰就可以接受。为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程就叫做频率复用（Frequency Reuse）。 现在考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配k个信道（k 涉密计算机、移动存储介质使用管理 1.什么是涉密计算机？什么是涉密移动存储介质？ 运用采集、加工、存储、传输、检索等功能，处理涉及国家秘密信息的计算机通常称为涉密计算机。 涉密移动存储介质主要是指用于记录、存储、拷贝国家秘密信息的移动硬盘、软盘、磁带、光盘、优盘、存储卡等磁、光及半导体介质载体。 2. 涉密计算机不能使用具有无线互联功能的外围设备 无线键盘、无线鼠标、无线网卡等都是具有无线互联功能的计算机外围设备。这些设备与计算机之间是通过无线方式连接的，处理、传输信息的信号完全暴露在空中，无关人员可以通过相关技术设备接受这些信号并作信号还原处理。因此涉密计算机不能使用具有无线互联功能的计算机外围设备。 3. 设置涉密计算机口令字 口令字是计算机及其信息系统的第一道安全防线，涉密计算机信息系统通过口令字验证。用户身份，区分和控制访问。计算机口令字设置如果达不到足够长度，非常容易被破解。口令字一旦被破解，破解者就可以冒充合法用户进入涉密计算机任意获取信息。 4. 涉密计算机不能连接互联网 互联网是一个完全开放的网络空间，不能给用户提供安全保密保障。如果涉密计算机连接互联网，就容易被境外情报机构通过互联网植入特种“木马”等间谍窃密程序，进行非法攻击和远程控制。一旦攻击成功，攻击者就会像操作自已的计算机一样，操作被控制的涉密计算机，任意窃取涉密信息。此外，涉密计算机还可能会感染计算机病毒，使存储、处理的信息遭到恶意破坏。 5. 连接互联网的计算机不能存储、处理涉密信息 在连接互联网的计算机上存储、处理涉密信息，就等于把涉密信息放在完全开放的环境里，随时都可能被人获取。互联网早以成为各国特别是西方国家获取别国信息的重要途径，境外的一些情报机构为便于从互联网上获取涉密信息，通过多种窃密手段，如“嗅探”技术等，将“木马”窃密程序植入与互联网相连的计算机，进行网上窃密活动。互联网也是传播计算机病毒的主要途径。因此，不能在与互联网连接或连接过互联网的计算机上存储、处理涉密信息。 6. 涉密计算机和涉密移动存储介质不能随意让他人使用、保管或办理寄运 涉密计算机和涉密移动存储介质随意让他人使用、保管或办理寄运。是严重违反涉密载体保密管理规定的行为，极有可能造成国家秘密载体失控。 谈我国四种数字集群通信系统体制 [作者]:郑祖辉 [来源]：《专业无线通信》 [时间]：2008-5-27 15:15:37 到目前为止，经原信息产业部批准，可以在我国市场上推出的数字集群通信系统有4个，即： （1）2000年12月28日由原信产部发布的“数字集群移动通信系统体制” 所推荐的行业标准TETRA和iDEN。 （2）2004年11月2日由信息产业部科技司发布的基于GSM和CDMA技术的GoTa和GT800两种数字集群通信系统的《通信标准技术参考性文件》。 由此，在我国数字集群通信舞台上已经活跃着4种体制的系统和网络，这4种体制正角逐着我国的数字集群通信市场。应该说，它们各有优缺点、各有特点、各有市场定位、各有用处，因此受到了各自喜爱它们用户的青睐。原信产部特别是无线电管理局对频谱高效使用是十分重视的，因为我国分配给集群通信使用的800 MHz频段只有2′15MHz带宽，按照无线电管理机构规定，当时的集群通信频段的信道间隔为25kHz，则共有600对信道，后来数字集群通信系统也使用这个频段，也按25kHz为信道间隔。但是对于我国这样一个地域广阔、人口众多的大国来说，600对集群通信信道显然是不够用的。为此，为了更好地满足有关各部门使用集群通信的需求，无线电管理局又专门开辟了350 MHz频段（共560个信道）供公、检、法等8个部门使用。 原信产部一直倡导和支持建设集群通信共网（Common network或Shared network），在无线电管理局连续发布的几个文件中也始终贯串着提高频谱效率这个意图，直到2007年发布的173号文件中还特别强调“建立数字集群通信共网为主、专网为辅的原则”。在这4种体制中，TETRA、iDEN和GT800都是采用TDMA的，而GoTa系统是CDMA的。而在工作频段占用方面，4个系统都使用800MHz频段，而TETRA还独有350MHz频段。 本文试图对我国的4个系统的概况特别是近年来的一些发展作一个简要的归纳，以供参考。但为了进一步说明我国数字集群通信的进展，有必要先对国际电联（ITU）对数字集群通信系统推荐的体制先做些介绍，因此分为两个部分来阐述。 一、国际电联（ITU）推荐的数字集群通信系统的体制 1998年3月ITU专门发布了一份题目为“用于调度业务的频谱高效的数字陆上移动通信系统（Spectrum Efficient Digital Land Mobile System for dispatch traffic）”（ITU-R37／8）的文件。这个文件指出：由于陆上移动通信的快速发展和基于数据业务的需要，提出要发展采用数字调制的以获得更高效的频谱技术的数字集群通信系统。在这个文件中提到了“调度业务”和“高效频谱”是数字集群通信系统的两个关键点，文中也提到了英文“Trunking”这个词汇，也就是我们已经译成为“集群”。文件中ITU重新强调了数字集群通信的含义。 关于频谱高效使用，众所周知从技术制度来说TDMA是高于FDMA，而CDMA又高于TDMA。但也不仅是这样，从使用角度出发，还要考虑技术的实现成熟性，和系统与设备的性能价格比。例 集群通信系统 集群通信系统是一种用于集团调度指挥通信的移动通信系统，主要应用在专业移动通信领域。该系统具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。 1、简介 集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以单工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，并且用户具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以一呼百应。 2、发展历程 中国在1989年开始引进模拟集群系统，1990年投入使用。随着数字通信技术的发展，集群通信系统也开始向第二代的数字技术发展，最主要的特点是采用了TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)通信方式。同时，由于各集群使用企业为了满足其各自不同的使用要求，采用了独立建设集群通信网络的方案，所以众多企业的集群网络在网间互联互通性、频率资源使用、整体建设等方面存在诸多问题。此外，国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒，使得内部接口基本不公开，技术开放性很差，系统和终端设备市场价格居高不下，也制约了中国数字集群的产业化进程和规模应用。 2000年12月28日，我国信息产业部正式发布的《数字集群移动通信系统体制》（SJ/T11228-2000）行业推荐标准，参照国际标准TETRA（体制A）和美国国家标准iDEN （体制B），确定了两种集群通信体制。后来又加入了我国自主的GoTa和GT800两种体制。目前我国现有数字集群标准有四个：欧洲的Tetra，美国的Iden，以及我国中兴和华为公司的GOTA和GT800。国产的两个标准都是在公网基础上改进而来的，在入网时间及脱网直通等方面无法满足专业用户的需求。美国的Iden也是从公网改进而来的，存在同样的问题。只有Tetra能够满足包括公安在内的专业用户的需求。但Tetra也存在覆盖区域小、建网成本高、各厂商的设备无法互联、很难与模拟系统兼容以及国外知识产权壁垒等问题。中国公共安全行业亟需一个具备自主知识产权，并适合国内公共安全模拟系统数字化改造的新数字集群标准。 4 GＳM全球移动通信系统的工作过程 4.１移动台的位置登记 ４．１．1 第一次登记 当移动台开机后,在它所处的小区,通过空中接口搜索BCCH（广播控制信道)，内含有位置区域识别码(ＬＡI)信息（在GSM９０0规范中定义小区分配编码占用1６bit)，这个信息在BCＣH上规则的广播,以便手机知道自己目前的位置小区。ＢCＣH是个小容量信道，每0.2３5 Ｓ传一个23字长的消息。移动台依靠收到的频率校正本身的频率,通过同步信息校正本身的信号,锁定到一个正确频率上，从该频率的信道上接收寻呼信号和其它信息。 假如此MS在寄存器中找不到LＡI，它就向该业务区的MSＣ／VＬR发送位置更新请求消息,通知网络它是此位置区的新用户。此消息经BSS到MSC，最后到ＶLR。VLR对消息中含有的国际移动用户识别码(IMSI)或临时移动台识别码（TＭSI）以及位置信息进行分析。此时MSC／ＶLR就认为该MS被激活,在其数据字段中做“附着”标记,这个标记与I ＭSI有关。MＳC/ＶＬＲ向HLR发送位置更新请求信息。ＨLR位置更新操作完成后，向VLＲ发送位置更新接受消息。最后由ＭＳC向ＭS发送位置更新证实信息，这个过程就算完成,至此MS已在ＨLＲ和ＶLＲ中注册登记。 4.１.2 分离与附着程序 当一个MＳ被激活时,对MＳ标有“附着”标记(IＭSI标志)；当MS关机时，有IMＳＩ分离程序能使ＭS通知网络该移动用户为无效用户，此后不再发送寻呼此ＭS的消息。因此分离与附着程序都与ＩMSI有关。 当MS关机时，ＭS向网络发送的最后一条消息是处理分离请求消息,MSC/VLR收到“分离”消息后，就在该ＭS对应的ＩMＳＩ上作“分离”标记。归属位置寄存器（HL Ｒ）并没有得到这个分离消息，只有拜访位置寄存器（ＶLR）已“分离”信息作了更新。当MS再开机时，若它仍处于发送分离消息时的位置区，则只要完成附着程序即可；若不在原位置区，它仍要执行位置更新程序。 4．２移动台的漫游与位置更新 4.２.1 漫游的解释 对于处在开机但空闲状态下的ＭS,它要不断地移动，在某一个时刻它被锁定于一个已定义的无线频率上，即某个小区的ＢCCH载频上。当MS向远离此小区的方向上移动时,信号强度就会减弱，当它移动到两个小区理论边界附近的某一点时,ＭS就会因原来小区的信号太弱而决定转到附近信号强的新的无线频率上。为了正确选择无线频率，ＭS要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量，当发现新的BTS发出的BCCH 载频信号强度优于原小区时，MS就锁定于这个新的载频上，这就是移动台的切换。MS所接收的BCCH载频的改变并没通知给网络。 移动中的ＭS，由于接收信号质量的原因，通过无线空中接口不时地改变与网络的连接,这种能力就称为漫游。 ４.２．２移动台的位置更新 位置更新过程是由MS引发。在GＳM系统中有三个地方需要知道位置信息，即ＨL Ｒ、ＶLR和MＳ(或ＳIM卡)。当这个信息发生变化时,需要保持三者的一致。ＭＳ开机后就会对周围进行测试,并连接到接收性能最好的广播信道上。如图4-1所示,移动台所处的区有三种情况: 350M集群通信系统概述 集群通信业务是指利用具有信道共用和动态分配等技术特点的集群通信系统组成的集群通信共网，为多个部门、单位等集团用户提供的专用指挥调度等通信业务。 集群通信系统，是一种高级移动调度系统，代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向。它是按照动态信道指配的方式实现多用户共享多信道的无线电移动通信系统。该系统一般由终端设备、基站和中心控制站等组成，具有调度、群呼、优先呼、虚拟专用网、漫游等功能。集群通信系统的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。 模拟集群通信与数字集群通信 模拟集群通信采用模拟话音进行通信，整个系统内没有数字制技术，后来为了使通信连接更为可靠，不少集群通信系统供应商采用了数字信令，使集群通信系统的用户连接比较可靠、联通的速度有所提高，而且系统功能也相应增多。 数字集群通信网是二十世纪末兴起的新型移动通信系统，它除了具备公众移动通信网（GSM、CDMA）所能提供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编控，是集对讲机、GSM、CDMA和图像传输于一体的智能化通信网。数字集群通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能，而且它能控制与实现个人与群体间任意通讯，保密性高，功能丰富，真正全面实现了通讯的智能化。另外，经调研80%通话来自于团队内部的工作联络，数字集群由于其内部矛盾通话成本极低，从而大大降低了团队的通信开支，在强调社会管理成本控制和企业成本核算的今天，数字集群通信网特别适合中国国情，能为使用者带来明显的经济效益。数字集群通信网主要应用于政府管理部门、工商企业、公安、铁路、交通、水利、能源、工商、税务、证券等企业内部联络和指挥控制。同时，某些专业人士对它也有极大的需求。无论大型演习或是防讯抗洪斗争，有了全通网，调动千军万马从此无需千呼万唤；警察执勤巡 制作人：郭虎涛 最后编辑时间：2012-09-30 文档版本：v1.0 公司存档编号：WEB-1013-201209-30 神盾网络安全摆渡机 部 署 应 用 方 案 西安市信息技术应用研究所 2012年9月 一、研发背景 由于移动存储介质（U盘等）的使用非常方便，目前已经成为计算机网络主机之间进行数据交换的常用工具。如果随意的让各类移动存储介质接入单位内部网络进行数据交换，就可能造成木马、病毒通过移动存储介质传播感染，可能会给单位内部网络安全带来风险，特别是近年来境外间谍机构专门研制的摆渡木马用于通过移动存储介质数据交换过程窃取国家秘密，给国家安全带来严重危害。为此，国家保密局、军队保密委发布了关于互联网计算机、外网计算机与涉密内网计算机之间的信息交流必须通过中间摆渡机的规定。为了解决不同等级网络之间、不同等级单机之间的信息安全摆渡问题，我们研发了神盾网络安全摆渡机。解决了使用移动存储介质进行数据交换所带来的相关安全性问题,对移动存储介质的数据交换进行有效的控制与管理。防止因移动存储介质信息交换过程中造成失泄密事件。 摆渡机的主要作用就是防止摆渡木马启动、查杀木马、病毒，进行单向信息传递与交换，对摆渡过程进行可控的有效管理，事后可进行追查审计。总之，根据相关部门的要求，对外来数据信息必须经过摆渡机进行安全处理，然后才能摆渡到涉密内网计算机中进行应用。确保信息交换的安全性。 二、产品介绍 一）产品概述 神盾网络安全摆渡机是西安神盾科技有限责任公司研发的一款多网络环境下，信息数据交换的平台。为了保证内网安全，防范摆渡木马、防止失泄密事件的发生，大唐神盾网络安全摆渡机主要实现了以下功能： 1、防止摆渡木马启动的功能：感染到摆渡木马的外来磁介质插到安全 摆渡机上，摆渡木马不能启动。具有良好的防范木马启动功能。 2、具有强大的木马、病毒查杀功能：凡外来信息要进入涉密内网，首 先要经过网络安全摆渡机进行木马、病毒查杀处理，能够实现接入用户选择的国内外主流杀毒软件，对外来磁介质进行木马病毒查杀，并能够根据 摘要首先介绍了集群通信发展现状，然后分别介绍了国内数字集群通信系统的特点、网络结构和关键技术。 关键词数字集群民族产业 1、前言 从数字集群通信的发展现状来看，我国集群产业还处在发展初期，与公众移动通信的发展规模相比，数字集群通信的规模还远远落后于移动通信。而且，无论是TETRA系统还是iDEN系统，其标准的开放性不高，iDEN系统为摩托罗拉独家垄断，而TETRA系统虽然在空中接口可以做到兼容，但各个厂商的系统之间不能互联互通，从而影响了TETRA系统的发展。这种状况造成最直接的问题是终端和系统设备价格较高，或者是系统维护、升级和扩容的成本较高，这在很大程度上限制了数字集群通信在我国的发展。 由于我国的集群通信存在着相当规模的市场和发展潜力，因此国内的多个电信设备制造商(例如中兴、华为和大唐)，都在大力研发数字集群通信设备，并已经相继研制出符合集群通信要求的数字集群系统设备。目前，国内能够提供完整的数字集群系统设备和终端的有华为开发的基于GSM的数字集群通信系统(GT800系统)、中兴开发的基于CDMA的数字集群通信系统(GoTa系统)。基于TD-SCDMA的数字集群系统方案目前也在制定当中。下面对GoTa 系统以及GT800系统的结构和特点做一简要介绍。 2、GoTa系统 GoTa的含义是开放式集群结构(GlobalopenTrunkingArchitechture)，是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的。 GoTa的空中接口在cdma2000技术基础上进行了优化和改造，使之能够满足现代集群通信的技术要求。GoTa采用的呼叫方式是集群通信中所特有的PTT方式的话音呼叫。为了提高呼叫接续速度，GoTa还定义了一套相应的体制结构和协议栈以满足集群通信系统的快速连接。为了支持群组呼叫，GoTa优化了空中接口，从而达到在同一个小区/载频下同一群组的用户在呼叫时能够共享同一条空中信道的目的。GoTa在处理通信连接时也采用了共享的方式，这将减少网络处理呼叫时的时延。对于用户来说，信道选择和分配的过程却是透 为了保证内网安全，防范摆渡木马、防止失泄密事件的发生，前置机主要实现了以下功能： 1、具有强大的木马、病毒查杀功能：凡外来信息要进入涉密内网，首先要经过前置机进行木马、病毒查杀处理，能够实现接入用户选择的国内外主流杀毒软件，对外来磁介质进行木马病毒查杀，并能够根据用户需要实现双杀毒功能。杜绝木马、病毒感染到涉密内网，造成失泄密事件或因感染病毒引起的网络安全隐患。 2、实现外来磁介质到涉密磁介质点对点的单向信息拷贝：前置机实现了外来磁介质的信息单向直接拷贝到涉密内网磁介质。 3、网络安全摆渡机利用触摸式一体机，实现了防范摆渡木马启动、查杀木马病毒的功能，实现外来磁介质与可管理内网磁介质之间的文件信息单向交换，摆渡磁介质之间信息传递单向点对点盘对盘的功能，有效防止了交叉失泄密事件发生的可能，并且实现了日志记录.摆渡审计等功能。解决了利用普通电脑摆渡无法解决的失泄密隐患问题。 适用范围： 1、有涉密单机、涉密内网的单位 如存在涉密单机、涉密内网和互联网，需要在不同形态网络、主机之间频繁进行数据交换。 2、对外服务的窗口服务部门，经常需要与外来单位交换数据。 3、与其他单位有文件或数据交换需要的企事业单位或党政军单位。 摆渡要求： 1）用户需要先对内部涉密磁介质在网络安全摆渡机上进行注册登记。 可以配置专用摆渡涉密内网磁介质，也可以使用用户原来在桌面审计系统已管理的磁介质。外网磁介质可以使用专用磁介质，也可以使用原来使用的磁介质。 2）数据摆渡步骤如下： （a）先插入外来磁介质， （b）网络安全摆渡机对外来磁介质自动进行木马病毒查杀； （c）完成木马病毒查杀后，再插入内网摆渡磁介质； （d）进行盘对盘的数据拷贝。 5、实施后效果 通过实施此套安全信息交换系统，有效的防止了摆渡木马、病毒传入涉密内网，确保传入内网信息的安全性，保证了内网的安全，杜绝了涉密内网的失泄密隐患，加强了单位信息交换的管理，提高了信息交换的效率。通过在相对复杂的使用环境部署该套系统，证明可以实现相对安全的信息交换，通过对摆渡机的技术防护和加固，来保证单位的网络安全。 第一章移动通信实验系统简介 1、1简介 移动通信、光纤通信和卫星通信被称为是当今最为热门的三大通信技术，其中的移动通信技术是当前发展最快应用最广泛的通信领域。移动通信技术现在已经发展到以WCDMA、CDMA2000为代表的第三代技术成熟运用，第四代技术也正悄然来临的时代。天线系统，功率控制，高效调制，高效频谱利用，高性能纠错码技术等使得第三代、第四代移动通信技术的优越性能成为可能。移动通信的快速发展，使这门课程在通信、电子类的本专科专业的教学中，占有越来越重要的作用。同时，由于移动通信中的高速发展，许多新技术在移动通信中使用，使这门课程的教学也越来越困难。 为了更好的使通信、电子类的本专科专业的学生能更好的掌握这么课程的学习，因此，我们开发了这套系统用于辅助教学。本实验系统主要围绕现有移动通信的典型的信号处理过程，以及典型移动通信系统的使用和开发等专业技术来开设实验。希望通过本实验系统的使用，能使学生熟悉典型移动通信系统的信号处理、能分析典型移动通信处理技术的性能、熟悉移动通信系统的开发和应用技术。 本章将对典型移动通信系统的信号处理过程进行描述，并对本通信系统进行简单介绍。 1、2移动通信系统信号处理的过程 一、GSM系统的信号处理过程 如下图所示为GSM移动通信系统的框图，其他移动通信系统也由类似模块组成。 图1－1 GSM系统信号处理框图 模拟语音信号通过RPE-LTP编码后进行相应的编码、交织等信号处理后，经过GMSK调制后无线发 射。接收端通过解调制、解交织、解码后，通过RPE-LTP 解码后电声输出。 二、CDMA 系统的信号处理过程 由上图可以看出CDMA 的信号处理模块主要包含卷积编码器、码元重复单元、分组交织器、扰码、WALSH 码、QPSK 调制等组成。 三、移动通信系统的信号处理框图 由上述图可以看出：在移动通信系统中的基带信号均可以由下图表示，信号比特（语音、控制或数据）通过信道编码器、分组交织后、进行正交码分和PN 扩频后，再通过正交调制模块无线发送。只是在于不同的移动通信系统中采用的具体技术不同。 移动通信系统与其他通信系统的区别还在于其一由于移动通信信道的复杂性，它大量的采用了最新的现代通信技术的最新成果：如语音编码技术、扩频解扩技术、调制解调技术、码分多址技术、信道编解码技术、智能天线技术等；其二它有着与通信系统不同的组网及管理技术。因此要掌握移动通信技术，需要在通信原理的基础上，掌握这两类与其他通信技术不同的技术。为此我们的实验系统也是针对这两个方面开发了一系列相关实验；实验内容以移动通信设计的主要新技术为主，结构以上图结构为主，同时兼顾移动通信的组网技术。为增强学生对移动通信系统的掌握，整个实验系统分为验证和综合设计类实验。 1、3移动通信实验系统的介绍 一、实验箱的特点 1、 包含了大量现有移动通信系统和大多数无线通信系统中的使用的最新技术原理的相关实验。如在GSM 系统中的GMSK 调制解调技术、交织技术、线性分组码技术，及在第三代移动通信中的QPSK 4/ 调制解调技术、卷积码技术和其他无线通信系统中的技术如BCH 编解码技术、QAM 调制解调技术。包含DSP 、FPGA 等最新、最热门的通信系统的开发技术。 2、 射频部分包含了多种射频方案，如现有的CDMA 和GSM 两个频段，并且还包含了自组网的2.4G 频段， 可以实现与任意公众网的通信或者可以通过自组网实现任意两台实验箱的通信。射频部分提供二次开 图1-2 CDMA 系统信号处理框图 第一章通信系统与通信网络系统概述 1、1 通信系统得发展简史 人类建立与使用通信早在古代就开始了,古代得烽火台、邮路驿站、狼烟设施、旌旗等。唐代大诗人杜甫诗中得“烽火连三月,家书抵万金”,就就是古人收到远方家信时,欣喜若狂得真实写照;又如唐代诗人王维诗句中得“大漠孤烟直,长河落日圆”得诗句更就是直接反映了古代得“数字化”通信系统——烽火台得通信效果。近代得灯光信号、旗语等,特别就是到了19世纪,英国人莫尔斯于1837年发明了无线电电报装置;美国人贝尔于1876年发明了电话系统,这标志着“电讯时代”得开始——将信息转换成某种电磁波信号并进行远距离传送。现代得电报、电话、传真、电视、计算机等用户终端连接起现代通信网,在20世纪初期,德国西门子公司得电磁式自动交换机得诞生,则标志着“通信自动化”时代得开始;20世纪末期,光纤数字通信技术、计算机通信技术与卫星移动数字通信系统得使用,将通信技术推向了一个高速发展得水平;而在21世纪初,随着宽带互联网业务与IP技术得快速前进,新一代移动通信(即第三代移动通信系统3G)与网络电视(IPTV)技术得崛起,以及全球电信行业向“综合信息业务服务商”方向得全面转型,3G技术得使用与发展,使移动通信从窄带、低速、单一得业务推向了宽带、高速、多业务得发展,目前,全球3G市场已进入了快速得发展阶段。由于3G 移动通信网络在网络带宽、安全性与可靠性等方面得突破,3G业务应用将摆脱2G时代简单得纯文本内容,能提供低成本、大容量、更丰富、个性化与更多样化得移动多媒体业务,真正实现“随时、随地、无拘无束通信与信息交互”。故3G市场开始由发达国家与地区逐步向发展中国家与地区发展,当前以亚洲、东欧表现最为活跃,具有广阔得市场。根据信息产业部得统计与预测数据,我国3G终端得市场就是非常巨大得。未来得3G终端市场,将会有更多得厂商加入,有更多得款式可供用户挑选,目前,3G正处于蓬勃发展得时期。 1、2 通信系统得定义与特点 在人类得活动过程中需要相互之间传递各种信息,也就就是说将带有传递得各种信息得信号通过某种方式由发送者传递给接收者,这种信息得传递过程就就是我们所说得通信。因此,所谓通信,就就是由一个地方向另一个地方传递与交换信息得过程。在如今得自然科学中,“通信”几乎就是“电通信”得同义词,故教学内容中所讲得通信就就是指电通信。 所谓通信系统,就就是用电信号(或光信号)传递与交换信息过程得系统,也叫电信系统。人类社会活动所有不同得消息都可以把它们归结成两类:一类称为连续消息,另一类称为离散消息。连续消息就是指消息得状态就是连续得,如强弱连续变化得语音,亮度连续变化得图像等,连续消息又称作模拟消息,信息中随时间变化而连续取值得信号叫连续信号或模拟信号,如普通电话机输出得信号就就是模拟信号,传输模拟信号得通信系统称为模拟通信系统;离散消息就是指消息得状态就是离散可数得,它们不就是时间得连续函数,她得取值仅为有限可数得离散值,我们把这样得消息叫做离散消息,或叫数字消息,信息中随时间与状态都就是离散得信号称作离散信号或数字信号,如电报、数字、数据、监控指令等,传递数字信号得通信系统称为数字通信系统。数字通信与模拟通信相比,她更能适应人类对通信得更高要求,它具有如下特点(优缺点):(1)数字信号便于处理、存储,如VCD、DVD光盘等;(2)数字通信得抗干扰涉密计算机基本了解
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