主頁(yè)（http://www.130131.com）：數(shù)字集群關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體現(xiàn)了當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的最新水平，與模擬系統(tǒng)相比 ，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
容量大，頻譜利用率高；
通信質(zhì)量好；
業(yè)務(wù)種類多；
易于保密；
用戶設(shè)備小巧輕便；
便于與ISDN、PSTN、PDN等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
根據(jù)CCIR的建議，需要研究的數(shù)字技術(shù)主要有如下六方面：
數(shù)字無(wú)線調(diào)制與解調(diào)；
數(shù)字話音編碼；
多址技術(shù)；
信道編碼和數(shù)字信號(hào)處理；
數(shù)字控制信道和數(shù)據(jù)信道；
保密和鑒權(quán)。
從理論上說(shuō)，數(shù)字集群基本技術(shù)與數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，但是數(shù)字集群通信系統(tǒng)有其自己的特點(diǎn)。典型的數(shù)字集群MOTOROLA的iDEN系統(tǒng)采用TDMA技術(shù)，在
每載波25kHz的寬度下，可傳六路話音。眾所周知，現(xiàn)在的GSM系統(tǒng)每載波200kHz，可傳八路話音。iDEN系統(tǒng)有如此之高的頻譜利用率是基于數(shù)字調(diào)制技術(shù)M－16QAM(Multiple－16Point Quadrative Amplitude Modulation)16點(diǎn)陣正交調(diào)幅和話音編碼技術(shù)VSELP(VectorSum Excited LinearPrediction)向量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼技術(shù)。

在不使用均衡器的情況下，M－16QAM可在25kHz信道中以64kbps的速率傳遞信號(hào)。而VSELP，把話音編碼的速率降至4.8kbps，加上2.6kbps的前向糾錯(cuò)，使每路信道的比特率降至了7.4kbps，以實(shí)現(xiàn)每25kHz信道傳送六路話音。另外，在網(wǎng)同步方面，iDEN系統(tǒng)還引入了GPS(GlobalPosition system)作為全網(wǎng)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，從而省去了昂貴的艷原子鐘，這也是iDEN系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。

本講重點(diǎn)地介紹三種技術(shù)，并結(jié)合集群用戶的需要與集群系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，引入加密技術(shù)。

4.1 調(diào)制技術(shù)

在移動(dòng)通信中，頻率利用率一直是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如果不考慮小區(qū)分裂，也就是說(shuō)在不增加基站設(shè)備的前提下，為了使每信道能負(fù)載更多的用戶，就必須從兩方面著手：

其一，采用更先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，提高頻譜利用率；

其二，采用碼率更低的語(yǔ)音編碼技術(shù)，使一定的調(diào)制碼速率能傳輸更多路話音。

本節(jié)將介紹頻率利用率很高的正交振幅調(diào)制QAM(QuandratiVe Amplitude
Modulation)，用M－16QAM(Multiple—16Point Quan山ative Amplitude Modulation)16點(diǎn)陣正交調(diào)幅，可實(shí)現(xiàn)在25kHz信道中傳64kbit／s，其頻譜利用率高達(dá)2.56bit／Hz·S。

4.1.1 正交振幅原理

正交振幅調(diào)制的一般表達(dá)式為：
Y(t)＝Amcoswt十Bmsinwt，0＜t＜T ............. (1)
上式由兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成，每個(gè)載波被一組離散的振幅{Am }、{Bm}所調(diào)制，故稱這種調(diào)制方式為正交振幅調(diào)制。

式中，T為碼元寬度，m＝1，2…M；

M為Am和Bm的電平數(shù)。
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)由輸人數(shù)據(jù)確定，(dm，em)決定了已調(diào)QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn)。
QAM的調(diào)制和相干解調(diào)如圖4.1所示。

圖4.1 QAM信號(hào)調(diào)制解調(diào)

在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)串并轉(zhuǎn)換分為兩路，分別經(jīng)過(guò)從2電平到L電平的轉(zhuǎn)換，形成Am和Bm, 為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，Am 和Bm還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器，才與載波相乘，最后將兩路信號(hào)相加可得到已調(diào)輸出信號(hào)Y(t)。

在接收端，輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后，經(jīng)過(guò)低通濾波、多電平判決、L電平到2電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)并串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。QAM的另一種解調(diào)電路如圖4.2所示。

圖4.2 另一種QAM解調(diào)

在該解調(diào)電路中，接收信號(hào)與本地恢復(fù)的載波相乘后，再經(jīng)過(guò)積分抽樣后就可以得到解調(diào)信號(hào){Am,Bm}的估值（d,e),然后經(jīng)過(guò)計(jì)算(d,e)與所有可能發(fā)送的信號(hào)點(diǎn)(Am,Bm)之間的距離，與（d, e)距離最小的信號(hào)即為判決后得到的最佳輸出信號(hào)點(diǎn)。由于解調(diào)QAM信號(hào)時(shí)，可以采用計(jì)算接收信號(hào)與發(fā)送點(diǎn)的距離來(lái)判決，所以信號(hào)點(diǎn)之間的最小距離應(yīng)該盡可能地大些，以便于判決，但是，信號(hào)最小距離的平方與發(fā)射信號(hào)功率成正比，由于發(fā)射功率的限制，也就限制了信號(hào)點(diǎn)間距離的增長(zhǎng)。

那么選擇什么樣的信號(hào)點(diǎn)分布對(duì)移動(dòng)通信更有利呢？

現(xiàn)在以M＝16為例，當(dāng)信號(hào)點(diǎn)之間距離為2A的情況下，平均發(fā)射功率為：

兩種具有代表意義的信號(hào)空間分布如圖4.3所示。在圖4.3(a)中，信號(hào)點(diǎn)的分布成方型，稱之為方型或標(biāo)準(zhǔn)AQM；在圖4.3(b)中，信號(hào)點(diǎn)的分布成星型，稱之為星型QAM。

圖4.3 16QAM信號(hào)空間分布

求得這兩種形式的信號(hào)功率為：

方型 QAM Par = A2/16(4x2 + 8x10 +4x8) = 10A2

星型 QAM Par =A2/16(8x2.612 +8x4.612) = 14.03A2

由此可見(jiàn)，在信號(hào)最小空間距離為2A的情況下，兩者功率相差1.4dB，似乎方型QAM要優(yōu)于星型QAM。在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用的卻是星型QAM。

這是為什么呢？如果不單單從發(fā)射功率的角度去看差別，而去觀察二者的星座圖，就發(fā)現(xiàn)二者的星座圖結(jié)構(gòu)有明顯的差別，這也正是星型QAM優(yōu)于方型QAM的兩個(gè)方面，一是星型QAM只有兩個(gè)振幅值，而方型有三種振幅值；二是星型QAM只有8種相位，而方型QAM有12種相位。

4.1.2 16進(jìn)制星型QAM(16-level Star QAM)

在移動(dòng)通信中實(shí)際應(yīng)用的是16進(jìn)制星型QAM，如圖4.4所示。

圖4.4 實(shí)際應(yīng)用的星形16QAM信號(hào)空間分布

16進(jìn)制星型QAM的每個(gè)碼元由四個(gè)比特組成，每個(gè)碼元的第一個(gè)比特，通過(guò)差分的方式來(lái)改變QAM相量的振幅。當(dāng)輸入的該比特為“l”時(shí)，則將當(dāng)前碼元的相量振幅，改變到與前一個(gè)碼元的相量振幅不同的振幅環(huán)上；當(dāng)輸入的該比特為0時(shí)，則當(dāng)前碼元的相量振幅與前一碼元相同，每個(gè)碼元的其余三比特，通過(guò)Gray差分相位編碼的方法來(lái)改變信號(hào)的相位，也就是說(shuō)，通過(guò)Gray編碼來(lái)改變當(dāng)前碼元信號(hào)相量與前一個(gè)碼元信號(hào)相量的相位差。

例如，若輸入為“000”，則當(dāng)前碼元的信號(hào)相位與前一個(gè)碼元信號(hào)相位相同。當(dāng)輸入為001時(shí)，則當(dāng)前碼元的相位，在前一個(gè)碼元信號(hào)相位的基礎(chǔ)上增加p/4，輸入數(shù)據(jù)與相位差的關(guān)系如表4.1所示。

表4.1
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)