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北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：晷雉= 5 组已日期：独旦。i 。丛 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：蛰翌生：三：型! 日期：孔确勺舡 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动姻信间播系统的开发 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 摘要 集群( t r u n k i n g ) 是指系统所具有的全部可用信道都可为系统的 全体用户共用，即只要有空闲信道，系统内的任一用户想要和系统内 另一用户通话，就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道进行通 话。所以从某种意义上讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道 的多信道中继( 转发) 通信系统。它与普通多信道共用的通信系统并无 本质的区别。但是，集群通信系统主要应用于指挥调度通信，与p l m n 有很大的不同。 目前我国已经建立的集群系统大多是模拟集群系统，模拟集群移 动通信网的主要缺点是频谱利用率低；不能提供高速率数据服务；保 密性差；移动设备成本高，体积大，网络的管理控制存在一定的问题 等。数字系统替代模拟系统是必然的。但是目前数字系统的价格较高， 用户将原有的模拟设备一次性全部报废而改用数字系统不太现实。所 以能够实现产品的逐步过渡升级是非常重要的。 在现有的模拟集群系统中加入数字信令是目前国内利用模拟集 群的最常用的方式。进一步我们可以在基站控制端完成一些数字信号 处理，进行语音编码，低速数据处理，信道编码等等，这样系统也具 备了一些数字集群的功能，既充分利用目前大量的模拟系统，也为将 来数字系统的研发和应用积累经验。但实际上真正意义的数字集群通 信系统在各个环节都是数字处理的，除了数字信令外，其中最重要的 是多址方式、语音编码方式、调制技术等。 无线同播系统就是在一个区域建立多个同频中转台，并利用链路 将这些中转台联接起来，链路可以选择无线方式或有线方式。每个中 转台负责一定范围的覆盖，利用多个同频中转台和链路连接就可完成 大范围的同播覆盖目的。建立同播系统，必须按照严格的同播相关技 术，否则可能事与愿违。 d s p 系统是目前进行数字信号处理的最佳选择。d s p 系统接口、 编程方便，稳定性好，精度高，可重复性好，易于集成等突出的优点 已经使之在许多领域得到越来越广泛的应用。 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信l 司播系统的开发 本文首先介绍集群移动通信的一些特性，分析了现有的模拟集群 移动通信系统向数字系统演进的过渡策略，然后根据实际情况，提出 了一种可行的解决方案，即首先在目前的模拟系统的阴影区增加新的 基站，而这些基站所服务的小区仍然使用与增加前相同的频率。基站 中完成一些数字信号处理功能，并充分考虑到基站间的影响构成集群 同播系统。最后利用t i 公司的定点d s p 芯片和其他外围芯片完成集 群同播系统的基本功能。 关键词：集群同播系统过渡策略d s pt m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 d e v e l o p i n gac o t r a n s m i t t v g s y s t e mf o rt r i ，n k i n gm o b i l e c o n m u n i c a r i o nb a s e do nd s p a b s t r a c t t h e m e a n i n g o f t r u n k i n g i st h a ta 1 1a v a i l a n ec h a n n e l sp r o v i d e db ya c o m m u n i c a t i o ns y s t e ms h a r ei na 1 1s u b s c r i b e r s i e a n yu s e ri nt h es y s t e m w a n tt oc o m m u n i c a t i o nw i t ho t h e r s h ew i l ts h c c e s si ft h e r ea r ei d i e c h a n n e l si nt h es y s t e mu n d e rt h ec o n t r o lo fc e n t r a lc o n t r o l l e r t h u s i na w a yt r u n k i n gs y s t e m i sat r a n s m i t t i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c h s h a r e sm u l t i c h a r m e l sa u t o r n a t i c a l l y i t se s s e n c ei sc o m m o nw i t hg e n e r a l m u l t i c h a n n e l ss h a r e ds y s t e m h o w e v e r ，t r u n k i n gs y s t e mw a sd e s i g n e d f o rc o m m a n d i n ga n d r e g u l a t i n gw h i c h i sm u c hd i f i e r e n tw i t hp l m n t h em a j o r i t yo ff o u n d e dt r u n k i n gs y s t e m si nc h i n aa r eb a s e do n a n a l o g i c a lt e c h n o l o g y , i e a n a l o g i c a lt r u n k i n gs y s t e mt h a t h a sm a n y 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 d i s a d v a n t a g e s i tm a i n l yl i e si nl o we f f i c i e n c yo fu t i l i z i n gs p e c t r a l ，l o w b i tr a t eo ft r a f f i c ，b a dp e r f o r m a n c eo f k e e p i n gs e c r e t ，h i g hc o s ta n db i g v o l u m eo fm o b i l es t a t i o na n dn o n f l e x i b l em a n a g i n ga n d c o m m a n d i n g o f n e t w o r k s t h e r e f o r e ，t h et r e n do fd e v e l o p i n gd i g i t a lt r u n k i n gs y s t e mi s i n e v i t a b l e o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep r i c eo f d i g i t a ls y s t e mi ss t i l lh i g ha n d i ti su n p r a c t i c a lt h a tu s e r sd i s p o s eo fa 1 1 a n a l o g i c a ld e v i c e sa n ds h i f tt o d i g i t a ls y s t e m s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt h a tp r o d u c tc a nb et r a n s i t i o na n d u p d a t e ds t e pb ys t e p a d d i n gd i g i t a ls i g n a l i n gt o c u r r e n ta n a l o g i c a l s y s t e mi sp r e f e r r e d w a yo fu p d a t i n ga n a l o g i c a ls y s t e mi nc h i n a f u r t h e r m o r e ，d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n g c a l lb ef u l f i l l e da tt h eb a s e s t a t i o n ，s u c h a sv o i c e c o d i n g ， l o w r a t ed a t a p r o c e s s i n ga n dc h a n n e lc o d i n g t h u s ，t h es y s t e mh a ss o m e f u n c t i o no f d i g i t a ls y s t e m ，w h i c h c a nn o t o n l ym a k e f u l ll a s eo f a n a l o g i c a l s y s t e m s ，b u tg a i ne x p e r i e n c eo fd e v e l o p i n gd i g i t a ls y s t e mi nt h ef u t u r e n o t et h a tf a c t u a ld i g i t a ls y s t e mi n v o l v e sm u l t i - a c c e s s ，v o i c ec o d i n ga n d m o d u l m i o ne t c i na d d i t i o nt od i g i t a ls i g n a l i n g i nar a d i o c o - t r a n s m i t t i n gs y s t e m ，o n e o rm o r e c o f r e q u e n c y t r a n s c e i v e r sa r eb u i l ti ns o m ea r e a ，t h e nr a d i oo rw i r el i n kt h e m e a c h t r a n s c e i v e ri s r e s p o n s i b l e f o r c o v e r i n g a na r e a t h u st h e g o a l t h a t c o v e r i n gl a r g e a r e ac a nb er e a l i z e d b y m u l t i t r a n s c e i v e r sa ts a m e f r e q u e n c y a n dc o m m u n i c a t i o nl i n k s b rt oc o n s t r u c tar a d i o c o - t r a n s m i t t i n gs y s t e m ，c o t r a n s m i t t i n gt e c h n o l o g ym u s tb ea p p l i e d t o a v o i di tc a nn o tm e e tn e e d s d s pi s p r e f e r r e d w h e n d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g i s r e q u e s t e d n o w a d a y s d s ph a s c o n v e n i e n ti n t e r f a c ea n d p r o g r a m m i n gm e t h o d s ， g o o ds t a b i l i t y , h i g hp r e c i s i o n ，f l e x i b l ep e r f o r m a n c ef o rr e p e a tu s i n ga n d i n t e g r a t i o n ，w h i c hi sb e i n ga p p l i e di nm o r ea n d m o r ef i e l d s t h i s p a p e rp r e s e n t s s o m ef e a t u r e so ft r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e mf i r s t ，a n dt h e ng i v e sa no v e r a l la n a l y s i so f s o m e t y p i c a lt r a n s i t i o n s t r a t e g i e s o fa n a l o g i c a ls y s t e mt o d i g i t a ls y s t e m s e c o n d ，i tp r o v i d e sa f e a s i b l es c h e m ea c c o r d i n gt oc u r r e n tp r a c t i c a l c i r c u m s t a n c e ，i e a d d i n g n e wb a s es t a t i o n sw h i c ha s s u m et h es a m e f r e q u e n c ya sp r e v i o u so n e st o s o m e s h a d o wo f a n a l o g i c a ls y s t e m s o m ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g w i l lb e c o m p l e t e db yn e w b a s es t a t i o n t o g e t h e rw i 也c o n s i d e r i n gi n t e r f e r e n c e 5 北京邮电大学硕士论文基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 a n d c o o p e r a t i o no f e a c ho t h e rt of o u n dat r u n k i n g c o - t r a n s m i t t i n gs y s t e m i nt h ee n d ，t i sd s p c h i p sa n do t h e rp e r i p h e r a lp r o c e s s o r sa r es e l e c t e dt o i m p l e m e n t a l le l e m e n t a lf u n c t i o n so ft h i ss y s t e m k e y w o r d s ：t h i n k i n gc o - l r a n s m i t t i n g t r a n s i t i o ns t r a t e g y d s pt m $ 3 2 0 v c 5 4 0 2 目录 第一章集群移动通信s 1 1 引言8 1 2 集群移动通信概述8 1 3 集群通信系统的特点及与p l m n 的区别9 】4 集群通信系统的工作过程1 0 i 5 集群通信系统的基本设备及组成，一1 1 1 6 集群通信专网和共网1 l 1 6 1 公安系统1 2 1 7 模拟集群移动通信1 2 】8 数字集群移动通信 1 3 1 8 1 数字集群移动通信的优点i3 1 8 2 数宇集群通信的关键技术1 3 1 8 _ 3 数字集群移动通信两种标准一1 3 1 8 3 1i d e n 系统，l3 1 8 3 2t e t r a 系统主要性能特点一15 1 8 4 从模拟集群到数字集群的平滑过渡1 6 第二章集群同播系统1 7 2l 概述17 2 2 同播系统原理】8 2 3 集群同播网应用特点2 0 2 4 同播系统判选功能一2 0 2 5 无线智能基站2 2 2 6 同播系统组网模式，2 3 27 同播系统韵实现，! s 第三章基于d s p 的集群同播通信系统2 5 3 1 数字信号处理简介2 6 3 2d s p 系统构成2 6 3 ，2 】d s p 系统的特点，2 7 3 3通用d s p 芯片2 9 3 3 1d s p 芯片特点，2 9 3 3 2d s p 芯片的分类3 0 3 3 3d s p 芯片的选择3 0 3 3 4d s p 芯片的萋本结构3 2 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 6 2 系统的可扩展性及应用前景7 2 参考文献7 2 致谢7 4 1 1 引言 第一章集群移动通信 移动通信从应用方面可分为两大类：公众移动通信网和专用移动通信网，两 者虽在技术性能上有所渗透，但不能相互代替。发达国家的两网均是同步发展的， 专用移动通信设备5 0 年代6 0 年代主要应用常规对讲机，7 0 年代8 0 年代应 用无线拨号系统，8 0 年代9 0 年代主要应用模拟集群移动通信系统，进入9 0 年代后期开始发展数字集群移动通信系统。在我国，用于工作、生产一线的无线 调度和应急移动通信设备仍以点对点的短波、超短波电台和常规对讲机为主。我 国模拟集群通信系统使用不当，发展缓慢。各部门初建集群系统时，主要供领导 和管理干部使用，是以电话互联为主的双工通信，很少用于一线的生产调度。特 别是在1 9 9 2 年1 9 9 4 年公众蜂窝移动通信发展初期，价格昂贵，扩容不足，不 少单位就用集群通信向社会提供服务，与蜂窝通信竞争，步入误区。但随着蜂窝 通信网的扩容和降价，很快就被淘汰，严重地阻碍了专用集群网的发展速度。但 为指挥调度而建的模拟集群网近年来不断完善和发展，发挥了很好的作用。公安 部自1 9 8 0 年以来，全国县以上公安机关都组建了3 5 0 m 无线集群通信网，制定 模拟集群部标，在1 多个大城市组建了基于m p t l 3 2 7 信令的模拟集群系统， 占地市以上单位的2 9 4 。我国的集群通信工作频率开始分配为8 0 6 8 2 1 m h z 和8 5 1 8 6 6 m h z ( 8 0 0 m h z 频段1 ，共有6 0 0 个信道( 信道间隔为2 5 k a h z ) ，随着使 用集群通信的部门的增多和范围的扩大，后来我国无委会又分配了3 5 0 m h z 频段 ( 信道间隔为2 5 k h z 和1 2 5 k h z 两种) 专门供公、检、法、司法、安全、海关、 军队和武警等八个部门使用。 专用集群移动通信系统除公安部已在1 0 0 多个大中城市建网联网，初具规模 外，大部分单位仅是局部使用。 1 2 集群移动通信概述 集群是从英文t r u n k i n g 或t r u n k e d 意译过来的。t r u n k 本意为中继或干线 北京邮电大学硕七论文基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 从t r u n k e d 的含义来说，是”系统所具有的全部可用信道都可为系统的全体用户 共用”，即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话，只要有空闲信道，他 就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道沟通联络，进行通话。所以从某种 意义上讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继( 转发) 通信系 统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的区别。但是，集群通信系统是多 个用户( 部门、群体) 共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通 信系统，主要用于指挥调度通信。所以，集群通信系统是专用指挥调度通信系统。 而且集群通信系统是高级移动指挥调度通信系统，是一种共享资源、分担费用、 向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线电移动通信系统。 对指挥调度功能要求较高的企事业、铁道、交通、民航、水利、电力、工矿、油 田、农场、港口、轻轨和地铁、公、检、法、司法、安全、海关以及军队、武警 等等部门都需要这种系统。 1 3 集群通信系统的特点及与p l m n 的区别 ( 1 ) 集群通信主要是以单工或半双工方式来工作：而蜂窝通信采用全双工工 作方式，所以从频率利用率讲集群通信要高。而从通话来讲则蜂窝通信要方便一 些。 ( 2 ) 为了提高信道利用率，集群通信系统主要采用信道动态分配方式( 单工或 半双工) ，蜂窝通信系统一般采用信道固定分配方式( 3 g 的某些系统也采用动态 信道分配( d c a ) ，但控制和实现相对都复杂得多) ，即把信道分配给两用户固 定使用( 全双工) ，故集群通信系统的信道利用率更高。 ( 3 ) n n n p n 对较少，故集群通信系统主要是大区、小区覆盖；而蜂窝通 信系统是小区，微小区，甚至微微小区覆盖。 ( 4 ) 集群通信系统的功能更能满足指挥调度工作的需要。集群移动通信系统 除具有选呼、群呼、等级优先、强拆强插等调度功能外，还具有单工、脱网直通 和较强的加密功能。集群系统的接续时间小于3 0 0 m s 5 0 0 m s 。 ( 5 ) 集群通信系统主要是无线用户对无线用户( 包括调度台) ，而无线用户与有 线用户间通话是少量的。由于集群通信系统是指挥调度系统，所以通话时间不能 太长；而蜂窝通信系统主要是无线用户与有线用户之间的通话，因为是无线通话， 故与有线电话一样，话务量较大、通话时间长、对通话时间不限制。 9 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 ( 6 ) 集群通信系统的用户具有不同的有先等级和特殊功能；而蜂窝通信系统 内的用户是同级的，也不具有特殊功能。所以有人称集群通信是一呼百应，蜂窝 通信是呼一应。 ( 7 ) 两网服务对象各异，单独建网为宜。通信网的建设和使用都是采用多种 通信手段、多种系统，以确保通信在任何时间、任何环境和地点都能畅通无阻， 这对于信息化社会更为重要。移动通信网中公众网是面向社会面向个人的，而专 用网是面向企事业单位，用于一线工作的指挥调度，尤其是用于应急事件和抢险 救灾，因此必须单独建网，是通信手段的相互补充。 ( 8 ) 两网分设有利于各自利用分配的频率资源。 1 4 集群通信系统的工作过程 集群通信系统的工作过程如下面所述： 网内的所有用户均未通信。 所有移动台( 车台、手持台等) 、固定台及中一t 5 台都守候在自身的信道上。 移动台与有线电话互连时，它通过自身的信道，发出数字信令，给中心台的 网络终端。 网络终端收到数字信令后，首先确认该移动台是否是合法用户，如果该移动 台没有进行入网登记处理，将不提供服务。 如果该移动台是合法用户，网络终端通过计算机分配一个空闲信道给该用户 接上有线电话，建立通信。此信道被占用后，其它任何无线用户不得在其拆线之 前使用信道。 如果没有空闲信道，系统繁忙时，要求通信的用户被编入等候行列进行排队。 此时，网络终端会自动发出无空闲的繁忙信号，请稍候。 一旦有空闲信道时，网络终端会自动回叫排在第一位的用户，建立通信，而 无需再操作任何系统。 无线集群通信接续有移动台至移动台、移动台至有线电话、有线电话至移动 台的几种过程。 集群无线电通信系统框图可参考图1 1 。 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 v i 再磊磊噙 li 翌毯i f e i i 飞e 乏i 色陌雨齑面i 硅1 、 酐趣 图1 ，l 集群无线电通信系统框图 1 5 集群通信系统的基本设备及组成 嗍络管理机 集群通信系统的基本设备及组成有以下几个部分： ( 1 1 基站 由若干基本无线收发信机、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天 线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天 线和馈线。 f 2 1 移动台 包括车载台、手持台，由收发信机、控制单元、天馈线f 或双工台) 和电源组 成。 ( 3 ) 调度台 能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种，无线 调度台由收发机、控制单元、天馈线( 或双工台) 、电源和操作台组成。有线调度 台只有操作台。 ( 4 ) 控制中心 控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理 整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻 辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。 i 6 集群通信专网和共网 由于集群通信的工作频段非常有限，两需要建集群通信专网的部门和单位却 璧量 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 越来越多，于是出现了集群通信一种新的形式的网，即集群通信共网。共网的英 文是c o m m o nn e t w o r k ，而不是通常译成公网的p u b l i cn e t w o r k 。是指挥调度系 统，它是集群通信专网的共用形式，由专门的运营公司来运营，向用户提供服务， 在这个大网中这些不同的部门和行业又可各自组成一个虚拟专网进行各自的调 度指挥，而群组之间相互不会干扰。数字集群通信系统为共网的发展提供了前提， 运营商可以非常容易的加入各种数据业务，控制更简单方便，提供更大的容量。 而专网是仅供一个部门内部使用的集群网。 1 6 1 公安系统 本文主要应用于公安3 5 0 m 系统，故本节简要介绍一下公安的集群移动通信 系统。 公安无线通信网目前主要以覆盖本辖区的本地网为主，即专网，采用大区覆 盖。大中城市网结构分为三级四层。因为空中接口是通用的，故移动台可以跨地 区跨省异地入网使用。网络由移动台、转信台、基站、基站控制器、天线、收发 信机等组成。 主要应用业务：应用于公安指挥调度，应付各类突发事件。以语音通信为主， 移动数据传输、g p s 定位等业务为辅。手机要能脱网直通。目前现有的公安集群 移动通信系统是工作在3 5 0 m h z 频段的模拟集群系统，该系统采用m p t - 1 3 2 7 数 字信令方式，同时采用共用控制信道方式，以提高接续速度。该系统把多种不同 或相同用途的专用网，综合成一个频率资源共享，业务各自独立的有线无线兼容 的电话调度指挥系统，可以向多个用户提供最佳的各项通信业务用作调度指挥。 1 7 模拟集群移动通信 目前我国主要应用的集群系统是模拟系统。信令有模拟信令或数字信令，模 拟信令主要是d t m f 信令，数字信令主要是m p t 一1 3 2 7 信令规约。调制方式一 般是调频( f m ) ，采用频分多址( f d m a ) 和频分双工( f d d ) 。 适合模拟集群手机传输的音频( 低频) 信号，也可以用模拟集群系统传输低 速数据信号，发送端将数据信号转换成低频模拟信号发送出去。集群手机负责无 线链路的建立和信号的传输工作。集群系统设备为数据的传输提供无线链路。 模拟集群移动通信网的主要问题是频谱利用率低：所能提供的业务种类受 限，也就是说不能提供高速率数据服务：保密性差，容易被窃听；移动设备成本 高，体积大，网络的管理控制存在一定的问题等。 北京邮电大学硕士论文 1 8 数字集群移动通信 1 ，8 1 数字集群移动通信的优点 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 频谱利用率高，信号抗信道衰落的能力提高，保密性好，可以提供多种业务 网络管理和控制更加有效和灵活。 1 8 2 数字集群通信的关键技术 集群通信系统数字化的关键技术主要有：数字语音编码，数字调制技术，多 址技术，抗衰落技术等。 1 , 8 ，3 数字集群移动通信两种标准 包括欧洲的t e t r a 和m o t o r o l a 公司的i d e n 系统。 1 8 - 3 1i d e n 系统 i d e n 系统的性能特点： 多址方式：t d m a 信道宽度：2 5 k h z 每信道时隙数： 6 适用频段：8 0 0 m h z 和1 5 g h z 带宽： 1 5 m h z 收发双工间隔：4 5 m h z 调制方式：m 一1 6 q a m 语音编码4 2 k b i t s 的v s e l p 声码器 信道检错编码：循环冗余校验码c r c 信道纠错编码：多码率格形前向纠错码 调制信道比特率：6 4 k b i t s 支持多业务机制：包括调度、电话互连、电路数据传真、短消息、分组数 据等。 一个t d m a 帧9 0 m s ，每个时隙 5 m s 。3 0 2 4 0 个时隙构成i d e n 系统的一个 帧( 帧周期4 5 3 6 s ) ，2 5 6 个帧构成一个超帧( 超帧周期1 1 6 ，1 2 1 6 s ) 。每时隙的帧 结构都有用于时间同步的3 个同步符号和用于提供相位和幅度参考的导引符号， 北京邮电大学蜘士论文基于d s p 的集群移动通信i 刮播系统的开发 具体的帧结构视应用场合不同而分为三种： ( 1 ) 上行随机接入，将1 5 m s 时隙进一步分为2 个7 5 m s 的随机接入子时隙， 每个7 5 m s 子时隙都包括有训练波形、同步符号、数据，导引符号、传播延时等。 每7 5 m s 子时隙可携带2 2 4 比特高层信息。第二层的2 2 4 比特帧元素包括1 6 比 特的色彩码和2 0 8 比特的短发送单元。 ( 2 ) 上行预留接入，占据整个1 5 m s 时隙，包含有训练波形、同步符号、数据 导引符号等。每1 5 m s 时隙可携带6 8 8 比特高层信息。第二层的6 8 8 比特帧元素 包括1 6 比特色彩码和6 7 2 比特正常发送单元。 ( 3 ) 下行时隙，由连续的1 5 m s 时隙数据流构成，只有同步符号和数据导引 符号。每1 5 m s 时隙可携带8 0 0 比特高层信息。第二层的8 0 0 比特帧元素包括1 6 比特的色彩码和6 7 2 比特的正常发送单元，还有1 1 2 比特的时隙信息发送单元。 其中色彩码用于信道的加扰( 目前尚未规定加扰法) 。 i d e n 系统结构和设备： 其主要设备有运行维护中一5 , ( o m c ) 、移动交换中心( m s c ) 、来访位置登记器 r v l r ) 、归属位置登记器( h l r ) 、短消息业务服务中一i j , ( s m s - - s c ) 、网间互连功 能( 1 w f ) 、调度应用处理器( d a p ) 、快速分组交换( m p s ) 、语音变码器( x c d r ) 、 基站控制器( b s c ) 、增强型基站收发信系统( e b t s ) 、移动台( m s ) 和数字交叉联接 系统( d a c s ) 等。 运行维护中心是中央网络设备，执行系统的日常管理，并且为长期的网络工 程系统监控和规划工具提供数据库资料。移动交换中心是公用电话网( p s t n ) 与 i d e n 系统之间的一个接口，是处理i d e n 系统内所有主叫和被叫的移动电话业 务的电话交换局。每个m s c 为位于某一地理覆盖区中的移动用户提供服务，整 个网络可能有多个m s c 。 归属位置登记器是一种面向数据库的网络设备，包含系统用户的主数据库。 来访位置登记器也是一种面向数据库处理的网络设备，临时保存那些漫游于给定 位置区中的移动用户信息，一般都与m s c 集成在一起。 短消息业务服务中心为系统提供短消息服务，藉此可以从几种信息源向移动 台传送长达1 4 0 个字符的信息。这些信息包括话务员输入的字母数字留言、来自 p s t n 的消息以及从相连的语音信箱系统来的语音邮件指示。 网间互连功能负责匹配i d e n 系统与p s t n 间的数据速率，用于支持移动台 数据和传真业务。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，m p s 为受d a p 控 制的基站提供语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 北京邮电大学硕士论文 分发。 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 语音变码器将来自p s t n 的6 4 k b i t s 的p c m 语音信号变换为射频接口使用 的压缩声码器格式信号及其相反过程。 基站控制器是介于e b t s 乃和m s c 之间的控制设备。b s c 通过“a ”接口 给一个或多个基站以及由它们控制的移动用户提供控制和交换功能，包括过网数 据的采集和准备。 增强型基站收发信系统由基站中的无线收发信机组、控制设备和天线组组 成，它提供一个覆盖特定地理区域的无线区。由它负责无线链路的格式化、编码、 定时、差错控制、成帧和基站无线电收发。每个基站的e b t s 可以为3 个扇区服 务。e b t s 能支持多路无线频率。 数字交叉联接系统提供填充和修整功能以便进行干线传输的可用组合带宽 的管理，取代了独立的多路复用器和人工交叉联接。 移动台是移动用户用来获取系统服务的无线设备和人机接口。 1 8 3 2t e t r a 系统主要性能特点 信道间隔2 5 k h z 调制方式n 4 d q p s k 调制信道比特率3 6 k b s 语音编码速率4 8 k b s ( a c e l p ) 接入方式t d m a ( 4 个时隙) 用户数据速率 7 2 k b s ( 每时隙) 数据速率可变范围2 4 k b s 2 8 8 k b s 接入协议时隙a l o h a 主要频段为3 8 0 - - 4 0 0 m h z 、4 1 0 - 4 3 0 m i - i z 、4 5 0 - - - 4 7 0 m h z 、8 0 0 - 9 0 0 m h z 等。 我国选用8 0 0 m h z 频段。t e t r a 可看成是t e t r a 语音十数据f v + d ) 、t e t r a 分组数据优化( p d o ) $ dt e t r a 直接模式通信( d m o ) 3 个普通标准的集合： ( 1 ) t e t r a v 十d 使用2 5 k h z 信道的t d m a 系统，每射频信道分4 个时隙，能同时支持语音、 数据和图像。与单个移动台相结合，可减少阻塞及互调干扰问题，数据传输速率 最高可达2 8 8 k b s ( 2 ) t e t r a p d o 使用2 5 k h z 信道的t d m a 系统，每射频信道分4 个时隙，主要面向宽带、 高速数据传输。t e t r ap d o 只能支持数据业务，t e t r a v 十d 则数话兼容。 它们的技术规范都基于相同的物理无线平台( 调制相同，工作频率也可以相同) ， 但物理层实现方式不太一样，所以不能实现互操作。 北京邮电大学硕士论文基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 ( 3 ) t e t r a d m o 当移动台处于网络覆盖范围外，或即使在覆盖范围之内，但需要安全通信时， 可采用t e t r ad m o 方式，实现移动台对移动台的通信。如果终端处于网络覆 盖范围之内，通过入网终端，就可以在o s i 第3 层上提供集群方式与直通方式 的相互转换。 t e t r a 系统网络结构 t e t r a 数字集群移动通信系统网络结构有两类：一类为单交换中心数字集 群移动通信系统，另一类为多交换中心数字集群移动通信系统。 单交换中心数字集群移动通信系统由网络基础设施、移动台和有线台组成。 有线台和移动台是用户使用的设备。有线台是与网络基础设施有线连接的设备。 移动台按业务可划分为语音终端和数据终端两类。移动台按工作方式可划分为集 群移动台和双模移动台两类。集群移动台是指只能工作于集群方式的移动台；双 模移动台是指既能工作于集群方式、又能工作于直通方式的移动台，其中可以同 时监视集群和直通方式的移动台又称为双监移动台。 基站较少的本地网络，可以由一台交换控制设备进行集中交换。对于基站数 量较多、覆盖范围较广、业务量较大的区域网络，也可以采用多台交换控制设备 进行分散交换。各交换控制设备之间的连接应能灵活设置，例如可采用树型、星 型、网型或环型连接。 i d e n 是目前利用频率效率最高的一种集群体制。删除了公安等强力部门所 需要的一些特种调度功能。且该系统数据传输速率优于t e t r a ，主要适用于共网： t e t r a 标准仍处在不断修改和完善之中，但已成为事实上的世界标准。其中 t e t r a 版本1 适合专业的专用网共用网，由于比较成熟，获得很多厂商的支持。 目前正在起草和研究的是版本2 ，目的是提高数据速率以有效进入内联网和 i n t e m e t ，并应用于数字地图、实时电视、快速图像传送；且能够在u m t s ( 通 用移动通信系统) 和i m t - 2 0 0 0 之间互联、互通、漫游。t e t r a 系统在调度功能 上比较完善，主要适用于专网。 1 8 4 从模拟集群到数字集群的平滑过渡 数字系统替代模拟系统是必然的。但是目前数字系统的价格较高，用户将原 有的模拟设备一次性全部报废而改用数字系统不太现实。另外由于大量模拟系统 用户的设备还有较长的使用寿命，为保护客户原有的投资，能够实现产品的逐步 过渡升级是非常重要的。 目前国外有厂商提出的过渡方案主要是m p t - 1 3 2 7 信令系统过渡到数字系 北京邮电大学硕士论文 基于d s p 的集群移动通信同播系统的开发 统。比如r & s 公司提出“平滑过渡”的解决方案。“平滑过渡”的战略允许用户继 续使用已有的网络系统和移动终端，允许用户自己选择以何种方式和进度将现有 网络过渡到t e t r a ，使用“平滑过渡”能使模拟系统和数字系统实现真正的共存。 采用“平滑过渡”方式将：建立由t e t r a 用户和m p t - 1 3 2 7 用户组成的混合编组； 由负载容量引起的瓶颈效应得到改善；呼叫号码系统在不同网络间是可互换的； 不同的网络提供相同的服务项目。 在现有的模拟集群系统中加入数字信令是目前国内利用模拟集群的最常用 的方式。进一步我们可以在基站控制端完成一些数字信号处理，进行语音压缩， 低速数据处理，信道编码等等，这样系统也具备了一些数字集群的功能，既充分 利用目前大量的模拟系统，也为将来数字系统的研发和应用积累经验。但需要指 出的是实际上真正的数字集群通信系统是要在各个环节都是数字处理的，除了数 字信令外，其中最重要的是多址方式、语音编码方式、调制技术等。 本文完成的就是在原有的模拟集群系统的基站内部进行各种数字处理，提供 多种通用业务的接口，比如电话接入、i p 接入等。并加入智能控制服务器，在 较少的频率资源和原有的专用网下构成个同播网络。 2 1 概述 第二章集群同播系统 无线通信的发展使得无线通信的干扰源也日益增多。随着大型建筑的不断拔 地而起，出现了许多无线通信的屏障和盲区。在实践中发现原有的集群通信系统 的通信范围不断在缩小。面对无线通信环境日益恶劣的现状，无线集群通信系统 要实现大范围的覆盖和良好的通话效果，若按照传统的方式，单靠选择制高点建 立中转台己很难达到这一目的。可以想到类似蜂窝移动通信系统的直放站，另一 方面如果不加入统一的针对调度的信令设计，将使得系统达不到指挥调度的要 求。为此，我们开发了集群同播系统，并在此基础上开发单频点链路及无链路同 播系统等系列产品，以满足不同用户和不同场合的使用。另外，引入智能控制技 术，开发以链路连接模式的无线调度网，具有在更大的地区范围内实现性能稳定 可靠的无线调度转