文档介绍：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。
IR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MOTOROLA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-16Point Quadrative Amplitude Modulation)16点阵正交调幅和话音编码技术VSELP(VectorSum Excited LinearPrediction)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VSELP,,加上 ,,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(GlobalPosition system)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。
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(QuandratiVe Amplitude
Modulation),用M-16QAM(Multiple—16Point Quan山ative Amplitude Modulation)16点阵正交调幅,可实现在25kHz信道中传64kbit/s,·S。
正交振幅原理
正交振幅调制的一般表达式为:
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信号调制解调
在调制端,输入数据经串并转换分为两路,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。。
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(Am,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:
。(a)中,信号点的分布成方型,称之为方型或标准AQM;(b)中,信号点的分布成星型,称之为星型QAM。
16QAM信号空间分布
求得这两种形式的信号功率为:
方型 QAM