数字集群通信系统基本技术

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1、第四讲数字集群通信系统基本技术数字集群移动通信系统体现了当前移动通信技术的最新水平，与模拟系统相比，具有如下优点：容量大，频谱利用率高；通信质量好；业务种类多；易于保密；用户设备小巧轻便；便于与ISDN、PSTN、PDN等网络互联。根据CCIR的建议，需要研究的数字技术主要有如下六方面：数字无线调制与解调；数字话音编码；多址技术；信道编码和数字信号处理；数字控制信道和数据信道；保密和鉴权。从理论上说，数字集群基本技术与数字蜂窝移动通信系统没有本质的区别，但是数字集群通信系统有其自己的特点。典型的数字集群MOTOROL

2、A的iDEN系统采用TDMA技术，在每载波25kHz的宽度下，可传六路话音。众所周知，现在的GSM系统每载波200kHz，可传八路话音。iDEN系统有如此之高的频谱利用率是基于数字调制技术M－16QAM(Multiple－16PointQuadrativeAmplitudeModulation)16点阵正交调幅和话音编码技术VSELP(VectorSumExcitedLinearPrediction)向量和激励线性预测编码技术。在不使用均衡器的情况下，M－16QAM可在25kHz信道中以64kbps的速率传递信号。而

3、VSELP，把话音编码的速率降至4.8kbps，加上2.6kbps的前向纠错，使每路信道的比特率降至了7.4kbps，以实现每25kHz信道传送六路话音。另外，在网同步方面，iDEN系统还引入了GPS(GlobalPositionsystem)作为全网统一的时间标准，从而省去了昂贵的艳原子钟，这也是iDEN系统的一大特点。本讲重点地介绍三种技术，并结合集群用户的需要与集群系统的发展趋势，引入加密技术。4.1调制技术在移动通信中，频率利用率一直是一个关键问题。如果不考虑小区分裂，也就是说在不增加基站设备的前提下，为了使

4、每信道能负载更多的用户，就必须从两方面着手：其一，采用更先进的调制技术，提高频谱利用率；其二，采用码率更低的语音编码技术，使一定的调制码速率能传输更多路话音。本节将介绍频率利用率很高的正交振幅调制QAM(QuandratiVeAmplitudeModulation)，用M－16QAM(Multiple—16PointQuan山ativeAmplitudeModulation)16点阵正交调幅，可实现在25kHz信道中传64kbit／s，其频谱利用率高达2.56bit／Hz·S。4.1.1正交振幅原理正交振幅调制的一般

5、表达式为：Y(t)＝Amcoswt十Bmsinwt，0＜t＜T.............(1)上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅{Am}、{Bm}所调制，故称这种调制方式为正交振幅调制。式中，T为码元宽度，m＝1，2…M；M为Am和Bm的电平数。QAM中的振幅Am和Bm可以表示成…………(2)式中A是固定的振幅，(dm，em)由输人数据确定，(dm，em)决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。QAM的调制和相干解调如图4.1所示。图4.1QAM信号调制解调在调制端，输入数据经串并转换分为两路，

6、分别经过从2电平到L电平的转换，形成Am和Bm,为了抑制已调信号的带外辐射，Am和Bm还要经过预调制低通滤波器，才与载波相乘，最后将两路信号相加可得到已调输出信号Y(t)。在接收端，输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波、多电平判决、L电平到2电平转换，再经过并串变换就得到输出数据。QAM的另一种解调电路如图4.2所示。图4.2另一种QAM解调在该解调电路中，接收信号与本地恢复的载波相乘后，再经过积分抽样后就可以得到解调信号{Am,Bm}的估值（d,e),然后经过计算(d,e)与所有可能发送的信号点(A

7、m,Bm)之间的距离，与（d,e)距离最小的信号即为判决后得到的最佳输出信号点。由于解调QAM信号时，可以采用计算接收信号与发送点的距离来判决，所以信号点之间的最小距离应该尽可能地大些，以便于判决，但是，信号最小距离的平方与发射信号功率成正比，由于发射功率的限制，也就限制了信号点间距离的增长。那么选择什么样的信号点分布对移动通信更有利呢？现在以M＝16为例，当信号点之间距离为2A的情况下，平均发射功率为：两种具有代表意义的信号空间分布如图4.3所示。在图4.3(a)中，信号点的分布成方型，称之为方型或标准AQM；在图

8、4.3(b)中，信号点的分布成星型，称之为星型QAM。图4.316QAM信号空间分布求得这两种形式的信号功率为：方型QAMPar=A2/16(4x2+8x10+4x8)=10A2星型QAMPar=A2/16(8x2.612+8x4.612)=14.03A2由此可见，在信号最小空间距离为2A的情况下，两者功率相差1.4dB，似乎方型QAM要优于星