本发明属于通信系统中的信息解调领域，涉及一种数字对讲机系统，具体涉及一种兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机系统。
背景技术：
1.数字对讲机发展现状
对讲机通信属于专业无线电通信，最早起源于军队，后由于其在集群调度、应急通信、即时通信等方面的独特优势，被广泛应用于公安、消防、救护、石油化工和民用的建筑施工、物业管理、酒店餐厅、商场、学校等领域，在国民经济和日常生活中具有重要作用。
以往的对讲机都属于模拟对讲机，但是随着用户数量的增加，频谱资源日益紧张，同时用户需求也不断多样化，促使我国移动通信系统中最后一个模拟设备——对讲机的数字化势在必行。相对于模拟对讲机，数字对讲机具有频率利用率高、话音质量好、能提供数据应用功能等附加业务、易于加密的四大优势。
同时随着微处理器、单片编解码器飞速发展，蜂窝公众移动通信与专业移动通信中的集群系统已从第一代的频分多址(fdma)模拟系统发展成第二代的时分多址(tdma)数字系统。可是专业移动通信中的公众对讲机、专业调频机和无中心自集群系统却一直没有实现数字化。欧洲在2005年才制定了etsits102数字对讲机标准：
(1)dpmr相当于数字公众对讲机标准，采用fdma，信道间隔6.25khz，有效全向辐射功率低于500mw；
(2)dmr相当于数字专业调频机标准，规定了空中接口、语音和一般业务功能、数据协议及一致性测试方法；
(3)dsrr相当于数字无中心自集群系统标准，规定了系统特性、信令协议、电台特性、射频技术指标和测量方法。
在企业产品研发方面：建伍和icom公司开发了模拟/数字双模、频分多址、信道间隔6.25khz和12.5khz自适应电台。英国cml公司开发了cmx7141基带芯片和cmx618低码率ralcwi语音编解码器，用以设计dpmr数字对讲机。摩托罗拉公司推出了dmr电台。
近几年来，国内的数字对讲机产业界开展了多项数字移动通信技术研究，积极推动数字对讲机产品开发与标准制订工作。2007年信息产业部发布信无函[2007]81号文“关于发布《数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求》(试行)的通知”，标志着我国数字对讲机的研发工作正式启动。2008年国标委综合[2008]154号文下达了由工业和信息化部主管的20080985-t-339《数字对讲设备技术要求和测试方法》国家标准制订计划项目。在2012年10月27日国家标准工作组会议上，fdma标准方面有北京迅光达通信公司和福建联拓科技公司的两份提案；tdma标准方面有海能达公司pdr、联拓公司arc、广州海格天立通公司tha、摩托罗拉公司dmr等4份提案，表明数字对讲机的研发已到了刻不容缓的地步。但是纵观目前国内外现有的数字对讲机体制，如欧洲的tetra、dmr、dpmr\nxdn\ndr标准，美国的p25标准，以及国内海能达的pdt标准等，它们不仅互不兼容，而且均未成为我国有关部门认可的标准。
现在国内急需开发出全新的数字对讲机体制，在关键技术指标上明显超过上述所有方案，为将来确定数字对讲机的国家标准、竞争国际标准，奠定基础。
2.mppsk调制体制
1)“插空”传输思想
目前普遍采用的频谱管理模式可追朔到20世纪初，当时认为频谱是有限的自然资源，为了避免相互干扰，必须通过政府行为将其划分成很多小频段分配给不同需求的用户独占.香农、nyquist按照理想矩形带宽所导出的信道容量和2baud/hz的单位频谱利用率理论极限，即与这种矩形频谱划分相适应，同样现有数字对讲机体系也沿用这种矩形独占式频谱划分方式。但如今资源短缺，可供数字对讲机利用的频谱资源也十分有限，因而提高信息传输体制本身的频谱利用率和能量利用率，方为治本之策。
现有数字对讲机频道间极窄的“空白”频谱资源实际上是浪费的，如果能更好地利用这些“空闲”频谱，对数字对讲机行业将是一次重大突破。超窄“频谱树”独占加较宽“频谱草”共享的非矩形频谱划分模式，为在这“空闲”频谱中进行“插空”信息传输提供了可能，为解决频谱需求提供了理论和技术思路。
2)mppsk调制体制
为了提高数据传输速度，现代通信不得不朝着宽带甚至超宽带(ultrawideband,uwb)技术方向发展，占用的频率资源越来越大，但是信息传输的带宽效率仍然不高。因此，最大限度地压缩无线传输频谱，提高频谱利用效率，具有重要的实际意义和直接的经济效益，也越来越成为当前研究的热点。其中多元位置相移键控(m-arypositionphaseshiftkeying，mppsk)调制作为一种高频谱利用率调制技术(见“多元位置相移键控调制和解调方法”，发明专利号：zl200710025202.1)，近年来备受关注，非常适合数字对讲机通信。本发明采用的是对原始mppsk调制的一种简化和改进，其表达式如下：
其中，k＝0,1,…,m-1为发送的信息符号，有m≥2种取值，fc为载波频率，b为载波幅度，tc＝1/fc为载波周期，rg为符号保护间隔控制因子，m、n、k为整数；由m,k,n和rg构成了改变信号带宽、传输效率和解调性能的“调制参数”。
很显然，mppsk调制的符号速率为
rb＝fc/n(2a)
而其传输速率则为
rb＝(fc/n)log2m(2b)
更重要的是，分析表明当rg＝0时，如果满足
n＝m*k(3)
则mppsk信号功率谱密度(psd)中的离散线谱可完全消除，对于相邻频道的其它数字对讲机信号的干扰，可以更低。
3)冲击滤波器
为提高频谱利用率，mppsk调制信号的“0”码元与“非0”码元在时域上差异很小，而在解调器中为突出这一差异，我们曾发明了一种所谓的“冲击滤波器”，用以突出mppsk调制信号的相位跳变信息。该冲击滤波器最早采用一类特殊的无限冲激响应(iir)的窄带数字带通滤波器来实现，由谐振频率非常靠近的一对共轭零点和至少两对共轭极点构成，在其通带内呈现出一个极窄的陷波-选频特性，从而将mppsk调制信号在信息调制转变为明显而强烈的寄生调幅冲击，输出信噪比得到显著提升，故称之为数字冲击滤波器，但在码元“0”处则无相应的波形冲击(见“用于增强不对称二元调制信号的冲击滤波方法”，发明专利号：zl200910029875.3。)。
虽然上述iir型数字冲击滤波器具有优异的解调性能，但由于其独特且苛刻的构成条件，也存在着诸多缺陷(详见“基于同一窄带滤波器的双载波absk通信系统”，发明专利号：zl201210468631.7”)。为寻求更窄的等效矩形带宽和更高的接收机灵敏度，同时为与mppsk信号频谱形成更完美的“匹配”，在iir型数字冲击滤波器的基础上，我们又发明了一种“双零点冲击滤波器”(详见“双零点冲击滤波器的mppsk相干解调方法，发明专利号：zl201310088183.2”)。该双零点冲击滤波器实质仍为一类特殊的iir窄带数字带通滤波器，只是改为由谐振频率非常靠近的两对共轭零点和至少两对共轭极点构成，且因此在通带的中心频率处呈现出2个极窄的陷波-选频特性，同样可使mppsk接收信号在信息调制处产生明显而强烈的寄生调幅冲击。
总之，冲击滤波器的引入拓展了经典的滤波理论，极大提升了mppsk通信系统的解调性能；而其在实现方式上可采取数字或模拟滤波器、iir或fir滤波器、单零点或双零点的多样性，又增添了它的灵活性和通用性。
4)基于冲击滤波的mppsk相干解调器
为进一步提高mppsk通信系统的解调性能，拓展匹配滤波理论，在上述“基于双零点冲击滤波器的mppsk相干解调方法”中，将mppsk接收信号分为两路：一路经窄带带通滤波以充分利用mppsk接收信号富含载波信息的特点提取出本地相干载波，另一路则采用一个等效矩形带宽极窄的双零点冲击滤波器将mppsk接收信号在“非0”码元处的相位调制转化为显著的寄生调幅冲击；然后对两路输出信号相乘后低通滤波以提取出包络信号；最后在抽样脉冲的指导下，即可采用简单的门限判决进行解调。由于再次充分利用了载波能量，因而与基于直接幅度判决的mppsk非相干解调方案相比，该方法可显著提升mppsk信号的解调性能。
5)mppsk系统的“码率域滤波”
我们曾在“一种兼容中波模拟调幅广播的复合调制系统”(发明专利申请号：201310464224.3)中，在对am-mppsk复合调制接收信号进行冲击滤波并乘以相干载波转到基带频段后，直接利用模拟音频信号和mppsk数字信号在频谱分布上的差异即可进行二者的完美分离，其关键则在于两者信息传输速率的合理设置，一般要求mppsk信号的主要有用频谱的最低频率(一般取为该mppsk信号的码率)必须高于音频信号所处频段的最高频率，此时分别采用相应通带和阻带的带通滤波器即可分离提取出所需信号。
同时我们在“一种基于mppsk调制的共信道全双工系统”(发明专利号：zl201410214289.7)中将上述做法命名为“码率域滤波”，其实质是利用接收信号和干扰信号的频谱分布差异进一步滤除干扰信号。由于信号的频谱分布与其对应的码率或信息速率直接相关，所以称之为“码率域”(本质上仍为频率域)滤波。理论分析认为，在对mppsk信号进行冲击滤波、与相干载波相乘并经带通滤波后，其功率谱主瓣上位于1倍基波频率到8～10倍基波频率间的频谱便可代表其主要有用信息进行后续的相关解调，这里的基波频率即为mppsk条调制信号的码率。
由于无论是dmr数字对讲机还是dpmr数字对讲机，其信息传输速率是固定的，然而mppsk信号可以通过调制参数m和n控制传输速率，使得本系统和现有数字对讲机之间的信息传输速率可以存在较大的差异，而这正天然契合上述的“码率域滤波”思想，从而有可能拓展应用到数字对讲机系统中。
技术实现要素：
为克服现有技术的缺点，本发明旨在提供一种兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机系统，该系统能有效抑制脉冲干扰，可极大提升在复杂的电磁对抗环境中的无线通信质量。
一种兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机系统，包括发射机系统和接收机系统，所述发射机系统采用mppsk调制信号作为其物理层传输信号，所述mppsk调制在一个码元周期[0,t＝ntc]的表达式如下：
其中，fc为载波频率，a为载波幅度，tc＝1/fc为载波周期，rg为符号保护间隔控制因子，m、n、k为整数；所述接收机系统在对mppsk混叠接收信号进行冲击滤波、乘以相干载波、带通滤波、干扰判断、适当的带阻滤波，即可有效抑制同频或临频的其他数字对讲机干扰信号，最后利用相关解调可靠解调出mppsk信号；在该系统接收端的数字基带进行对现有数字对讲机的邻频或同频干扰消除。
进一步的，所述mppsk调制信号应满足：
1)所述n＝m*(k+rg)、rg＝0；
2)码元速率rb＝fc/n至少要高于现有数字对讲机频道间隔12.5khz。
进一步的，利用现有数字对讲机体制中的频谱缝隙或相邻频道间的空闲频谱，基于所述mppsk调制信号极窄“频谱树”和极低“频谱草”的特殊频谱特性，插空传输一路高速mppsk对讲信息，不占用额外的频谱资源。
进一步的，所述接收机系统在进行带通滤波后、带阻滤波处理前，需对所述mppsk混叠接收信号中的现有数字对讲机干扰信号进行干扰判断处理，并判断出所述现有数字对讲机干扰信号是属于同频干扰(f＝fc)、近邻频干扰(|f-fc|＜rb)、远邻频干扰(rb≤|f-fc|≤10*rb)，还是甚远邻频干扰(|f-fc|＞10*rb)，其中f为现有数字对讲机的干扰频谱；若所述现有数字对讲机干扰信号为同频干扰或近邻频干扰或甚远邻频干扰，则所述接收机系统在完成带通滤波后，无需进行带阻滤滤处理；若所述现有数字对讲机干扰信号为远邻频干扰，则所述接收机系统在完成带通滤波后还需进行带阻滤滤处理。
进一步的，所述接收机系统中的所述带通滤波器的左截止频率应大于零频，通带频率范围设置为rb～(8～10)*rb，左右阻带衰减应尽量大，至少要大于-40db，且左右过渡带应不超过2*rb。
进一步的，所述接收机系统中的所述带阻滤波器的阻带带宽应略大于远邻频干扰信号带宽，同时左右阻带衰减应尽量大，至少要大于-40db，且左右过渡带应不超过2*rb。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)频谱效率高，解调性能好
已有研究和公开测试表明mppsk调制信号本身便具有远超现有常规通信体制的高频谱利用率。与数字对讲机技术的结合有利于推动我国数字对讲机技术的发展和推广；同时本系统特有的“码率域滤波”和适当带阻滤波的接收方法，同时添加信道编码技术，又保证了对有用mppsk信号的可靠解调。
2)兼容性好
目前国内外现有的数字对讲机体制，如欧洲的tetra、dmr、dpmr/nxdn/ndr标准，美国的p25标准，以及国内海能达公司的pdt标准等，它们之间都互不兼容，不利于数字对讲机技术的发展和推广，然而根据本发明所述系统特有的插空传输特性，可以与现有各种数字对讲机体制并存且互不干扰。
3)对相邻频道的信号干扰小
由于mppsk调制信号是由“频谱树”和“频谱草”组成，其中“频谱树”带宽极窄，几乎就是载波的正弦信号频谱；而其频谱草比传统超宽带信号的功率谱密度更低，完全淹没在背景噪声之下，极易与现有无线通信系统共存和电磁兼容。根据上述特性，对于最容易受本系统干扰的左右相邻数字对讲机频道来说，只需在射频接收时，增加一个和频道宽度相近的带通滤波器，即可基本滤除本系统的干扰。
4)对邻频或同频的干扰隔离度高
本系统虽然容易受到邻频或同频其他数字对讲机的干扰，但是本系统特有的“码率域滤波”和适当带阻滤波接收处理方法，可大幅滤除其他数字对讲机干扰信号。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
此处所作说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
一种兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机系统，包括发射机系统和接收机系统，所述发射机系统采用mppsk调制信号作为其物理层传输信号，所述mppsk调制在一个码元周期[0,t＝ntc]的表达式如下：
其中，fc为载波频率，a为载波幅度，tc＝1/fc为载波周期，rg为符号保护间隔控制因子，m、n、k为整数；所述接收机系统在对mppsk混叠接收信号进行冲击滤波、乘以相干载波、带通滤波、干扰判断、适当的带阻滤波，即可有效抑制同频或临频的其他数字对讲机干扰信号，最后利用相关解调可靠解调出mppsk信号；在该系统接收端的数字基带进行对现有数字对讲机的邻频或同频干扰消除。
进一步的，所述mppsk调制信号应满足：
1)所述n＝m*(k+rg)、rg＝0；
2)码元速率rb＝fc/n至少要高于现有数字对讲机频道间隔12.5khz。
进一步的，利用现有数字对讲机体制中的频谱缝隙或相邻频道间的空闲频谱，基于所述mppsk调制信号极窄“频谱树”和极低“频谱草”的特殊频谱特性，插空传输一路高速mppsk对讲信息，不占用额外的频谱资源。
进一步的，所述接收机系统在进行带通滤波后、带阻滤波处理前，需对所述mppsk混叠接收信号中的现有数字对讲机干扰信号进行干扰判断处理，并判断出所述现有数字对讲机干扰信号是属于同频干扰(f＝fc)、近邻频干扰(|f-fc|＜rb)、远邻频干扰(rb≤|f-fc|≤10*rb)，还是甚远邻频干扰(|f-fc|＞10*rb)，其中f为现有数字对讲机的干扰频谱；若所述现有数字对讲机干扰信号为同频干扰或近邻频干扰或甚远邻频干扰，则所述接收机系统在完成带通滤波后，无需进行带阻滤滤处理；若所述现有数字对讲机干扰信号为远邻频干扰，则所述接收机系统在完成带通滤波后还需进行带阻滤滤处理。
进一步的，所述接收机系统中的所述带通滤波器的左截止频率应大于零频，通带频率范围设置为rb～(8～10)*rb，左右阻带衰减应尽量大，至少要大于-40db，且左右过渡带应不超过2*rb。
进一步的，所述接收机系统中的所述带阻滤波器的阻带带宽应略大于远邻频干扰信号带宽，同时左右阻带衰减应尽量大，至少要大于-40db，且左右过渡带应不超过2*rb。
进一步的，本实施例的发射机系统说明如下：
用于替代现有数字对讲机体系中的调制方式(如dmr数字对讲机的4fsk调制方式)的高效调制方式，即mppsk调制，是基于mppsk调制的数字对讲机的关键因素，我们希望它同时具备以下3个条件：
①边带电平低。
要求基于mppsk调制的数字对讲机的psd边带电平在左右相邻对讲机频道带宽内至少低于载波60db，是为了降低mppsk信号对邻频或同频其它数字对讲机的干扰。
②符号速率高。
这有两方面用意：首先是任何数字传输系统都希望能给用户提供尽可能高的数码率，特别是在数字对讲机信道，如果不能承载不低于现有数字对讲机标准所能达到的最低码率，就难以实现数字对讲通信；其次是为了从频谱上尽量区分mppsk冲击信号包络与邻频或同频数字对讲机信号的需要，这将在“兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机接收机系统”的实现中进一步阐释。
③解调性能好。
这是任何数字传输系统对于接收机(在此即数字对讲机接收端)的基本技术要求，既取决于接收机的技术水平，更受限于调制波形的信号体制。
在上述3个条件中：
“条件①”是必要条件，决定了基于mppsk调制的新型数字对讲机的“合法性”，即不能损害现有数字对讲机用户的利益。从式(1)可知：通过选择较低的调制占空比即k:n，mppsk已调信号的psd边带电平均可任意压低，都能满足“条件①”，但mppsk调制可望彻底消除psd边带中的离散线谱而得到更低的边带，更可取；
“条件②”决定了基于mppsk调制的新型数字对讲机的“先进性”，体现在频谱利用率的“高效性”和“复用性”上，应该尽力追求，而从式(2)可知，当m>2时，采用mppsk调制可取得更高的传输速率，值得优先采用；
“条件③”体现了基于mppsk调制的新型数字对讲机的能量利用率是否也能保持“高效性”，决定了该技术体制是否具有“实用性”，以及将来数字对讲机的技术复杂度。虽然mppsk为多进制调制，即每一信号码元可承载log2m比特，但每一比特的解调性能(即按照比特信噪比eb/n0考核)并不逊于m＝2时。
因此，综合权衡后，本发明的新型数字对讲机系统，采用mppsk调制体制。
进一步的，本实施例的接收机系统说明如下：
根据背景技术所述，本发明所提出的兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机接收机的关键环节如下：
1)接收的mppsk调制信号进入冲击滤波器，将因mppsk调制而产生的相位变化转变为幅度冲击后分为两路：一路直接输出到乘法器；另一路用于从mppsk调制信号冲击滤波响应中提取出尽可能纯净且与之同频同相的载波后，输出到乘法器的另一个输入端。在乘法器中将两路信号相乘，实现对mppsk调制冲击滤波信号包络的相干解调。
2)乘法器的输出为mppsk冲击滤波信号包络与其他邻频或同频数字对讲机信号的混合(叠加)，二者在时间波形上完全混叠，在频谱上也可能混叠。本系统因为是在数字对讲机频道与频道间隙中“插空”传输，会受到现有数字对讲机的邻频干扰或同频干扰。
同频干扰是指对讲机信号的载波频率和本系统mppsk调制的载波频率相同，邻频干扰是指对讲机信号的载波频率和本系统mppsk调制的载波频率不同。邻频干扰分为近邻频干扰(|f-fc|＜rb)，远邻频干扰(rb≤|f-fc|≤10*rb)和甚远邻频干扰(|f-fc|＞10*rb)，其中rb为所述mppsk接收信号的码元速率,f为其他数字对讲机的干扰频谱，fc为mppsk信号的载波频率。同频干扰、近邻频干扰和甚远邻频干扰对本系统来说，都是属于同一类干扰，可以利用本系统与上述干扰信号在频谱分布上的差异进行“码率域”滤波。远邻频干扰是落在mppsk信号的有用频段范围内，这时“码率域”滤波无效，本发明采用精心设计对应的带阻滤波器进行滤波。本发明在“兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机发射机系统”的设计中要求mppsk调制的传输码率高，在此就是至少要高于现有数字对讲机频道间隔，以确保离mppsk载波最近的左右相邻其他数字对讲机信号频道和同频的其他数字对讲机信号都是落在本系统的近邻频干扰范围内，只需利用在频谱分布上的差异进行“码率域”上的滤波即可，降低了实现复杂度。
在此需要注意，本系统对mppsk接收信号经过“冲击滤波→乘以相干载波→带通滤波”的“码率域滤波”处理之后，只留下了其主瓣上位于1倍基波频率到8～10倍基波频率间的频谱便可代表其主要有用信息,这时需要经过对远邻频干扰判断处理模块，利用现有的本领域公知技术，判断是否存在远邻频干扰，如果存在，确定其干扰频谱范围。然后采用对应的带阻滤波器进行滤波，对于判断处理模块不属于本发明的内容，也不是本发明的关键，在此就假设已知是否存在远邻频干扰及其干扰频率范围。
3)对邻频或同频数字对讲机干扰信号消除处理后的mppsk调制冲击滤波信号送入mppsk解调器，解调出原始的数据码流。
4)本系统所述的一种兼容现有对讲机体制的新型数字对讲机系统和现有其他数字对讲机是共存关系，在保证现有其他数字对讲机体制不对本系统造成影响的同时也需要确保现有其他数字对讲机体制的正常通信。根据本系统特有的“频谱草”比传统超宽带信号的psd更低，完全淹没在背景噪声下的特性，在现有其他数字对讲机射频接收端，已有的带通滤波器在滤除其他干扰信号的同时，也足以滤除本系统对其的干扰。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。