集成數字增強型網路:簡介,iDEN的功能,iDEN的優點,系統組成,關鍵技術,TD

集成數字增強型網路 (Integrated Digital Enhanced Network)，簡稱iDEN，是美國摩托羅拉公司研製和生產的一種數字集群移動通信系統，它是目前最流行的集群通信系統之一。它的特點是為用戶同時提供集群電話的雙向對講功能和蜂窩電話的功能。iDEN系統在無線接口使用時分多址技術。使用iDEN技術的最大運營商是美國Nextel公司。

基本介紹

中文名：集成數字增強型網路
外文名：Integrated Digital Enhanced Network
簡稱：iDEN
領域：計算機
研發者：美國摩托羅拉公司
性質：數字集群移動通信系統

簡介,iDEN的功能,iDEN的優點,系統組成,關鍵技術,TDMA 技術,VSELP 話音編碼技術,M-16QAM 調製技術,差錯控制技術,

簡介

iDEN是一個共用頻率、作指揮、調度用的專用數字集群通信系統。集群通信系統是一種用於集團調度指揮通信的移動通信系統，主要套用在專業移動通信領域。和普通的移動通信不同，集群通信最大的特點是，話音通信採用PTT(PushToTalk)按鍵，以一按即通的方式接續，被叫無須摘機即可接聽，且接續速度較快，並能支持群組呼叫等功能。

iDEN的前身是 MIRS 系統，最初設計是做集群共網套用，因此除了以指揮調度業務為主外，還兼有雙工電話互聯、數據和短訊息等功能。它採用時分多址( TDMA) 技術、VSELP( Vector Sum Excited Linear Prediction) 和 M-16 QAM( Quadrature Amplitude Modulation)等技術，採用雙工通話結構、特殊復用方式，使系統具有低功率、大容量、廣域覆蓋的特性。

iDEN的功能

iDEN 數字集群通信系統可以提供多種服務功能。

（1）指揮調度功能：其能在覆蓋範圍內對終端持有者進行快速準確的指揮聯繫，使調度指令快速傳達；

（2）雙工互聯功能：除了調度意外，其具有和手機電話一樣的電話通話功能，在有集群覆蓋而無移動覆蓋的地方是對公眾網的補充；

（3）數據及短訊息功能：數字集群通信與模擬集群相比性能更可靠，覆蓋更廣闊，業務更多樣，特別對傳輸數據更有利，費用更低廉，保密性更強。

iDEN的優點

在技術方面，iDEN 具備了很多優點：

（1）它在傳統的調度通信基礎上，吸收了數字蜂窩通信系統的優點，增強了電話互聯功能，其無線電話功能與個人移動通信系統同在一個水平上，同時將數字蜂窩通信系統的增值業務如簡訊息服務、語音信箱及基於IWF上的電路數據套用於iDEN系統中；

（2）iDEN 採納傳統的 800MHz 頻譜可以較高效率地使用頻譜，該段頻譜在全球被廣泛套用於集群通信，無需調整，使用不連續頻點，方便運營商靈活配置頻率資源，通過 TDMA技術，iDEN 將一個 25kHz 的物理信道劃分成 6 個數字通信時隙，頻率利用率較高；

（3）iDEN採納獨特的 MI6QAM 的調製技術，使每一個 25kHz 的物理信道(含 6 個通信時隙)的速率達到64Kbps，同時使鄰道抑制達到 60dB 以上，這一高效的調製技術保證了集群通信數位化進程中數字與模擬系統的共存，iDEN 的話音編碼方式採取 4.2Kbps 的 VSELP，可在 6:1 的壓縮下保證話音的質量；

（4）蜂窩式的小區結構提高了網路的覆蓋能力，iDEN 採納 7×3 的小區復用方式，將一個基站分為扇形小區，擴大小區的容量，提高大地域的組網能力，同時，還可以採取全向基站的方式，以 12×1 的全向小區復用方式，因地制宜，逐步發展；

（5）可以實現跨系統調度通信。

系統組成

iDEN 系統的結構如圖1 所示。其主要設備有運行維護中心( OMC)、移動交換中心( MSC)、來訪位置登記器( VLR)、歸屬位置登記器( HLR)、短訊息業務服務中心( SMS -SC)、網間互連功能( IWF)、調度套用處理器( DAP)、快速分組交換( MPS)、話音變碼器( XCDR)、基站控制器( BSC)、增強型基站收發信系統( EBTS)、移動台( MS)和數字交叉聯接系統( DACS) 等。

（1）運行維護中心負責整個系統的日常管理，並提供資料庫資料用於網路工程系統監控和規化。

（2）移動交換中心是銜接公眾網與 iDEN 系統的，實為電話交換局，可有多個，主要處理系統內所有行動電話業務，為覆蓋中的用戶提供服務。（3）來訪位置登記器也是一個資料庫，臨時保存漫遊中的用戶信息，與MSC集成。

（4）歸屬位置登記器實為一個資料庫，存儲著系統用戶的主數據。

（5）短訊息業務服務中心為系統傳達 140 字元的短訊息，這些信息包括話務員輸入的字母數字、來自 PSTN 的訊息以及語音信箱系統來的語音郵件指示。

（6）調度套用處理器控制調度呼叫分配和路由接續，快速分組交換處理所有的調度服務功能。在調度服務中，MPS 為受 DAP 控制的基站提供話音和控制信息的高速分組交換，並為群呼提供語音分組的複製和分發。

（7）話音變碼器是將來自 PSTN 的語音信號變換為壓縮聲碼器信號及其反向過程。

（8）基站控制器介於 EBTS 和 MSC 之間。它提供控制和交換功能給一個或多個基站以及由它們控制的用戶。

（9）增強型基站收發信系統是由無線收發信機組、控制設備和天線組構成，它覆蓋特定的無線區。由它對無線鏈路進行進行格式化、編碼、定時、差錯控制等操作，為 3 個扇區服務，支持多路無線頻率。

（10）數字交叉聯接系統，取代了獨立的多路復用器，方便了傳輸頻寬的管理。

（11）移動台就是常用的手台，實為一部話機。

關鍵技術

iDEN 系統作為成熟集群系統，有著很多技術作為支撐，其中有四項技術較為關鍵。分別是TDMA 時分技術、VSLEP 語音編碼技術、M-16QAM 正相振幅調製技術和差錯控制技術。有這四項技術作支撐，整個系統在運行中變的更穩定。

TDMA 技術

就是把時間按固定周期分割為幀，再將其分割成若干時隙，然後時隙的分配原則，使手台在每幀內按指定時隙向基站傳送信號。基站在各時隙中接收手台的信號做到不混淆。同時，基站發向多個手台的信號都會按順序安排在預定的時隙傳送，各手台只用在指定時隙里接收，就能在合路的時隙按需接收信號。如圖2所示。

VSELP 話音編碼技術

矢量何激勵線性預測編碼技術(VSELP)是將矢量量化的方法用於碼本的編制，它可以在較低的碼速情況下仍保持較高的話音質量。這種編碼方法是 CELP 的一種，並已經成為 CELP編碼的主要發展方向。VSELP 編碼器使用兩種碼本，一種是矢量碼本，一種是長時預測自適應碼本。線性預測編碼 LPC 分析也是每幀計算一次，它的碼本就是過去一幀的編碼序列，每處理完一個子幀，就將新的比特移入該序列，使整個碼本的序列長度保持不變，但每個子幀都在變，故稱自適應碼本。通過來自長時濾波器的狀態可以求得最佳長時預測的時延及增益，再依次從碼本中尋找最佳激勵矢量，然後經過一定的電路運算就可以得到合成的話音。

iDEN 數字集群系統採用了兩種可選的編碼器，它們分別對套用於 3 時隙和 6 時隙這兩種時分多址的工作方式。一種是信源編碼速率為 8kbit/s 的編碼器，以 20ms 的語音作為一個編碼子幀，得到 160 比特的語音編碼輸出；另一種是信源編碼速率為 4.2kbit/s 的編碼器，將 30ms的語音作為一個編碼子幀，得到 126 比特的語音編碼輸出。前者利用每條 25KHz 信道中 6個時隙中的 2 個時隙將這些語音編碼傳送出去，與後者相比其編碼速率幾乎提高了一倍，從而提高了話音連線通信的總體質量。在話音質量方面，當調度系統使用 6 時隙時，話音質量MOS 為 3.6-3.8；當雙工互連無線電話通信採用 3 時隙時，話音質量可超過 4.2 或更高。從源編碼方式來看，集群系統在保證通話質量的前提下，話音編碼速率比GSM 系統更低，無疑可以節省更多的頻寬。iDEN 系統使用 VSELP 編碼技術，將 30 毫秒語音編碼為子幀，輸出126bit、速率 4.2kbit/s 的語音編碼，採用前向糾錯碼信號合成數據流，輸出信號電平，電平較高或較低均可改善音頻質量，輸出高質量語音信號。在覆蓋邊緣地區，VSELP 技術仍有很好的效果。

VSELP 是激勵編碼，其包含的語音編碼器通過計算達到高質量語音，為信道提供一定的誤差範圍，在遠程通信中套用低數據率語音編碼至關重要的。

VSELP 語音編碼器具有降低計算的複雜程度、提高信道誤差的性能。使用增益量化器後提高編碼效率，並適應後置濾波器的設計方式，提高了重建語音的質量。圖3是 VSELP編碼方框圖。

M-16QAM 調製技術

調製在通信系統中的作用至關重要。所謂調製，就是把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。廣義的調製分為基帶調製和帶通調製（也稱載波調製）。載波調製，就是用調製信號去控制載波的參數的過程，即使載波的某一個或某幾個參數暗中啊調製信號的規律而變化。調製信號是指來自信源的訊息信號（基帶信號），這些信號可以是模擬的，也可以是數字的。未受調製的周期性震盪信號稱為載波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脈衝序列）。載波調製後稱為已調信號，它含有調製信號的全部特徵。基帶信號對載波的調製是為了實現下列一個或多個目標：第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發射信號波長相比擬，而基帶信號包含的較低頻率分量的波長較長，只是天線過長而難以實現。但若通過調製，把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上，是已調信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的傳送功率與較短的天線來輻射電磁波。第二，把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現信道的多路復用，提高信道利用率。第三，擴展信號頻寬，提高系統抗干擾、抗衰落能力，還可實現傳輸頻寬與信噪比之間的互換。因此，調製對通信系統的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。

差錯控制技術

數據在傳輸的過程中尤其是射頻信道傳輸，誤碼率要比電話線傳輸高，為了準確傳輸數據，需要加入差錯控制。一般有兩種方法。

方法一：採用前向糾錯技術，糾正信息傳輸中解碼時的錯誤；前向糾錯也叫前向糾錯碼即 Forward Error Correction 簡稱 FEC，是增加數據通訊可信度的方法。在單向通訊信道中，一旦錯誤被發現，其接收器將無權再請求傳輸。FEC 是利用數據進行傳輸冗餘信息的方法，當傳輸中出現錯誤，將允許接收器再建數據。

方法二：選擇自動請求重發技術，自動請求重發（automatic repeat request）是數據通信中在接收端進行差錯檢測，並自動請求傳送端重發的差錯控制技術，簡稱 ARQ。在 ARQ 中，重發要一直延續到該碼字被成功地接收為止。在前向糾錯不能產生數據時且數據丟失，通過此技術確認未收到的數據，以及所丟失需重發的數據。

集成數字增強型網路