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集成数字增强型网络 发布于:

集成数字增强型网络 (Integrated Digital Enhanced Network),简称iDEN,是美国摩托罗拉公司研制和生产的一种数字集群移动通信系统,它是目前最流行的集群通信系统之一。它的特点是为用户同时提供集群电话的双向对讲功能和蜂窝电话的功能。iDEN系统在无线接口使用时分多址技术。使用iDEN技术的最大运营商是美国Nextel公司。

iDEN是一个共用频率、作指挥 、调度用的专用数字集群通信系统。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。和普通的移动通信不同,集群通信最大的特点是,话音通信采用PTT(PushToTalk)按键,以一按即通的方式接续,被叫无须摘机即可接听,且接续速度较快,并能支持群组呼叫等功能。

iDEN的前身是 MIRS 系统,最初设计是做集群共网应用,因此除了以指挥调度业务为主外,还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能。它采用时分多址( TDMA) 技术、VSELP( Vector Sum Excited Linear Prediction) 和 M-16 QAM( Quadrature Amplitude Modulation)等技术,采用双工通话结构、特殊复用方式,使系统具有低功率 、大容量 、广域覆盖的特性。

iDEN 数字集群通信系统可以提供多种服务功能。

(1)指挥调度功能:其能在覆盖范围内对终端持有者进行快速准确的指挥联系,使调度指令快速传达;

(2)双工互联功能:除了调度意外,其具有和手机电话一样的电话通话功能,在有集群覆盖而无移动覆盖的地方是对公众网的补充;

(3)数据及短消息功能:数字集群通信与模拟集群相比性能更可靠,覆盖更广阔,业务更多样,特别对传输数据更有利,费用更低廉,保密性更强。

在技术方面,iDEN 具备了很多优点:

(1)它在传统的调度通信基础上,吸收了数字蜂窝通信系统的优点,增强了电话互联功能,其无线电话功能与个人移动通信系统同在一个水平上,同时将数字蜂窝通信系统的增值业务如短信息服务、语音信箱及基于IWF上的电路数据应用于iDEN系统中;

(2)iDEN 采纳传统的 800MHz 频谱可以较高效率地使用频谱,该段频谱在全球被广泛应用于集群通信,无需调整,使用不连续频点,方便运营商灵活配置频率资源,通过 TDMA技术,iDEN 将一个 25kHz 的物理信道划分成 6 个数字通信时隙,频率利用率较高;

(3)iDEN采纳独特的 MI6QAM 的调制技术,使每一个 25kHz 的物理信道(含 6 个通信时隙)的速率达到64Kbps,同时使邻道抑制达到 60dB 以上,这一高效的调制技术保证了集群通信数字化进程中数字与模拟系统的共存,iDEN 的话音编码方式采取 4.2Kbps 的 VSELP,可在 6:1 的压缩下保证话音的质量;

(4)蜂窝式的小区结构提高了网络的覆盖能力,iDEN 采纳 7×3 的小区复用方式,将一个基站分为扇形小区,扩大小区的容量,提高大地域的组网能力,同时,还可以采取全向基站的方式,以 12×1 的全向小区复用方式,因地制宜,逐步发展;

(5)可以实现跨系统调度通信。

iDEN 系统的结构如图1 所示。其主要设备有运行维护中心( OMC)、移动交换中心( MSC)、来访位置登记器( VLR)、归属位置登记器( HLR)、短消息业务服务中心( SMS -SC)、网间互连功能( IWF)、调度应用处理器( DAP)、快速分组交换( MPS)、话音变码器( XCDR)、基站控制器( BSC)、增强型基站收发信系统( EBTS)、移动台( MS)和数字交叉联接系统( DACS) 等。

(1)运行维护中心负责整个系统的日常管理,并提供数据库资料用于网络工程系统监控和规化。

(2)移动交换中心是衔接公众网与 iDEN 系统的,实为电话交换局,可有多个,主要处理系统内所有移动电话业务,为覆盖中的用户提供服务。(3)来访位置登记器也是一个数据库,临时保存漫游中的用户信息,与MSC集成。

(4)归属位置登记器实为一个数据库,存储着系统用户的主数据。

(5)短消息业务服务中心为系统传达 140 字符的短消息,这些信息包括话务员输入的字母数字、来自 PSTN 的消息以及语音信箱系统来的语音邮件指示。

(6)调度应用处理器控制调度呼叫分配和路由接续,快速分组交换处理所有的调度服务功能。在调度服务中,MPS 为受 DAP 控制的基站提供话音和控制信息的高速分组交换,并为群呼提供语音分组的复制和分发。

(7)话音变码器是将来自 PSTN 的语音信号变换为压缩声码器信号及其反向过程。

(8)基站控制器介于 EBTS 和 MSC 之间。它提供控制和交换功能给一个或多个基站以及由它们控制的用户。

(9)增强型基站收发信系统是由无线收发信机组、控制设备和天线组构成,它覆盖特定的无线区。由它对无线链路进行进行格式化、编码、定时、差错控制等操作,为 3 个扇区服务,支持多路无线频率。

(10)数字交叉联接系统,取代了独立的多路复用器,方便了传输带宽的管理。

(11)移动台就是常用的手台,实为一部话机。

iDEN 系统作为成熟集群系统,有着很多技术作为支撑,其中有四项技术较为关键。分别是TDMA 时分技术、VSLEP 语音编码技术、M-16QAM 正相振幅调制技术和差错控制技术。有这四项技术作支撑,整个系统在运行中变的更稳定。

就是把时间按固定周期分割为帧,再将其分割成若干时隙,然后时隙的分配原则,使手台在每帧内按指定时隙向基站发送信号。基站在各时隙中接收手台的信号做到不混淆。同时,基站发向多个手台的信号都会按顺序安排在预定的时隙发送,各手台只用在指定时隙里接收,就能在合路的时隙按需接收信号。如图2所示。

矢量何激励线性预测编码技术(VSELP)是将矢量量化的方法用于码本的编制,它可以在较低的码速情况下仍保持较高的话音质量。这种编码方法是 CELP 的一种,并已经成为 CELP编码的主要发展方向。VSELP 编码器使用两种码本,一种是矢量码本,一种是长时预测自适应码本。线性预测编码 LPC 分析也是每帧计算一次,它的码本就是过去一帧的编码序列,每处理完一个子帧,就将新的比特移入该序列,使整个码本的序列长度保持不变,但每个子帧都在变,故称自适应码本。通过来自长时滤波器的状态可以求得最佳长时预测的时延及增益,再依次从码本中寻找最佳激励矢量,然后经过一定的电路运算就可以得到合成的话音。

iDEN 数字集群系统采用了两种可选的编码器,它们分别对应用于 3 时隙和 6 时隙这两种时分多址的工作方式。一种是信源编码速率为 8kbit/s 的编码器,以 20ms 的语音作为一个编码子帧,得到 160 比特的语音编码输出;另一种是信源编码速率为 4.2kbit/s 的编码器,将 30ms的语音作为一个编码子帧,得到 126 比特的语音编码输出。前者利用每条 25KHz 信道中 6个时隙中的 2 个时隙将这些语音编码发送出去,与后者相比其编码速率几乎提高了一倍,从而提高了话音连接通信的总体质量。在话音质量方面,当调度系统使用 6 时隙时,话音质量MOS 为 3.6-3.8;当双工互连无线电话通信采用 3 时隙时,话音质量可超过 4.2 或更高。从源编码方式来看,集群系统在保证通话质量的前提下,话音编码速率比GSM 系统更低,无疑可以节省更多的带宽。iDEN 系统使用 VSELP 编码技术,将 30 毫秒语音编码为子帧,输出126bit、速率 4.2kbit/s 的语音编码,采用前向纠错码信号合成数据流,输出信号电平,电平较高或较低均可改善音频质量,输出高质量语音信号。在覆盖边缘地区,VSELP 技术仍有很好的效果。

VSELP 是激励编码,其包含的语音编码器通过计算达到高质量语音,为信道提供一定的误差范围,在远程通信中应用低数据率语音编码至关重要的。

VSELP 语音编码器具有降低计算的复杂程度、提高信道误差的性能。使用增益量化器后提高编码效率,并适应后置滤波器的设计方式,提高了重建语音的质量。图3是 VSELP编码方框图。

调制在通信系统中的作用至关重要。所谓调制,就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制(也称载波调制)。载波调制,就是用调制信号去控制载波的参数的过程,即使载波的某一个或某几个参数暗中啊调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号(基带信号),这些信号可以是模拟的,也可以是数字的。未受调制的周期性震荡信号称为载波,它可以是正弦波,也可以使非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波调制后称为已调信号,它含有调制信号的全部特征。基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标:第一,在无线传输中,信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率,天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟,而基带信号包含的较低频率分量的波长较长,只是天线过长而难以实现。但若通过调制,把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上,是已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配,这样就可以提高传输性能,以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。第二,把多个基带信号分别搬移到不同的载频处,以实现信道的多路复用,提高信道利用率。第三,扩展信号带宽,提高系统抗干扰、抗衰落能力,还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。因此,调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。

数据在传输的过程中尤其是射频信道传输,误码率要比电话线传输高,为了准确传输数据,需要加入差错控制。一般有两种方法。

方法一:采用前向纠错技术,纠正信息传输中译码时的错误;前向纠错也叫前向纠错码即 Forward Error Correction 简称 FEC,是增加数据通讯可信度的方法。在单向通讯信道中,一旦错误被发现,其接收器将无权再请求传输。FEC 是利用数据进行传输冗余信息的方法,当传输中出现错误,将允许接收器再建数据。

方法二:选择自动请求重发技术,自动请求重发(automatic repeat request)是数据通信中在接收端进行差错检测,并自动请求发送端重发的差错控制技术,简称 ARQ。在 ARQ 中,重发要一直延续到该码字被成功地接收为止。在前向纠错不能产生数据时且数据丢失,通过此技术确认未收到的数据,以及所丢失需重发的数据。


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