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，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(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。

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，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4.1  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。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(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：

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4.3(b)中，信号点的分布成星型，称之为星型QAM。

图4.3  16QAM信号空间分布

    求得这两种形式的信号功率为：

    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要优于星型QAM。在实际系统中应用的却是星型QAM。

    这是为什么呢？如果不单单从发射功率的角度去看差别，而去观察二者的星座图，就发现二者的星座图结构有明显的差别，这也正是星型QAM优于方型QAM的两个方面，一是星型QAM只有两个振幅值，而方型有三种振幅值；二是星型QAM只有8种相位，而方型QAM有12种相位。

4.1.2  16进制星型QAM(16-level Star QAM)

    在移动通信中实际应用的是16进制星型QAM，如图4.4所示。

图4.4  实际应用的星形16QAM信号空间分布

    16进制星型QAM的每个码元由四个比特组成，每个码元的第一个比特，通过差分的方式来改变QAM相量的振幅。当输入的该比特为“l”时，则将当前码元的相量振幅，改变到与前一个码元的相量振幅不同的振幅环上；当输入的该比特为0时，则当前码元的相量振幅与前一码元相同，每个码元的其余三比特，通过Gray差分相位编码的方法来改变信号的相位，也就是说，通过Gray编码来改变当前码元信号相量与前一个码元信号相量的相位差。

    例如，若输入为“000”，则当前码元的信号相位与前一个码元信号相位相同。当输入为001时，则当前码元的相位，在前一个码元信号相位的基础上增加p/4，输入数据与相位差的关系如表4.1所示。

表4.1  

    设图4.4中，内环上8个相量的振幅为Al，外环上8个相量的振幅为A2。设在第K－1个码元取样时刻接收信号的振幅样值为ZK-1，相位样值为qK-1，则解调器需根据ZK-1和ZK来判定信号振幅是否发生了很大变化，以便确定当前码元的第一个比特是否为“1”。