2024年5月22日发(作者：仍醉卉)
第
47
卷第
5
期
2007
年
10
月
电讯技术
TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
文章编号
:1001-893X
(
2007
)
05-0094-03
采用
16QAM
的
GSM/EDGE
调制技术
张公礼
,
张亮
,
罗宏杰
(
杭州电子科技大学通信工程学院
,
杭州
310018
)
3
摘 要
:
分析了
GSM/EDGE
信号的
8PSK
调制方案
,
在兼容现有
GSM/EDGE
系统、不改变该系统发
送和接收滤波器的基础上
,
将
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方式改进为
16QAM
调制方式
,
使得在相同的
信噪比情况下
,
每时隙数据速率达到
91.2kbit/s,
比现有的
EDGE
系统每时隙传
68.4kbit/s
的传输
速率多
22.8kbit,
从而提高了数据传输速率
,
进一步改善了
GSM/EDGE
系统性能。
关键词
:GSM/EDGE;PSK;QAM;
接收滤波器
;
信噪比
中图分类号
:TN761
文献标识码
:A
A16QAMModulationSchemeforGSM/EDGESystem
ZHANGGong
-
li,ZHANGLiang,LUOHong
-
jie
(
TelecommunicationEngineeringCollege,HangzhouDianziUniversity,Hangzhou310018,China
)
Abstract:The8PSKmodulationschemeforGSM/onditionofbeingcom
2
patiblewithpresentsystemandusingthesamepulse-shapingfilterandreceivefilter,the8PSKmodula
2
erthesameSNR,itisprovedthatmodu
2
lationschemecantransmit91.2kbiteachtimeslot,andcomparedwith8PSK
′
s69.6kbit/seachtimeslot,
16QAMmodulationschemecanimprovethepropertyofGSM/
EDGE.
Keywords:GSM/EDGE;PSK;QAM;receivefilter;SNR
于现有的
GSM/EDGE8PSK
调制方案
,GSM/EDGE
1
引 言
GSM/EDGE
是
GSM
向
3G
演进过程中的一种
的
16QAM
调制方案
,
在相同的信噪比情况下
,
每时
隙数据速率达到
91.2kbit,
比现有的
EDGE
系统每
时隙传
68.4kbit
的传输速率多
22.8kbit
。
方案。文献
[1]
～
[4]
介绍了迈向
3G
的演进策
略———
GSM/EDGE
的发展过程。文献
[5]
详细介绍
了现有
GSM/EDGE
信号的调制方案
,
它采用
8PSK
的调制方式和
EDGE
的脉冲成形发送滤波器和相应
的接收滤波器
,
并给出了详细的数学推导过程。我
们分析了
GSM/EDGE
信号的
8PSK
调制方案
,
在兼
容现有
GSM/EDGE
系统、不改变该系统发送和接收
滤波器的基础上
,
将
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方式
改为
16QAM
调制方式
,
达到提高
GSM/EDGE
的性
能和数据传输数率的目的。
Matlab
仿真表明
,
相对
2
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方案
2.1
GSM/EDGE
调制方案
首先简要介绍一下这种调制方式
,
它在数字发
送端以
f
b
=812.5kbit/s
的速率产生随机二进制数
字序列
d
k
∈
{
0
,
1
},
然后以三位二进制数据分组
,
按
照格雷码编码映射到集合
C
n
∈
{
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
}
中的相应数据。这样符号速率为
f
s
=
f
b
/
3=270.833
3
收稿日期
:2007-03-14;
修回日期
:2007-08-10
・
94
・
第
47
卷第
5
期
2007
年
10
月
电讯技术
TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
kbit/s,
与
GSM
的符号速率一样。用
c
n
进行
8PSK
起
,
所以也可以称为双
8PSK
调制方式。下面是具
体的调制方式。
数字发送端随机产生二进制数字符号序列
,
设
比特信息
d
k
∈
{
-1
,
1
},c
n
∈
{0,1,2,3,4}
。我们把
比特信息
4
位一组分开。在一组中
,
前
3
位比特位
用于
GSM/EDGE
的
8PSK
调制
,
第
4
位比特位用于
幅度调制
,
即选择处于信号星座图的内外哪一个圆
上。前
3
位二进制比特与星座图上点的对应关系与
GSM/EDGE
的
8PSK
的对应关系一致
,
即这一步得
相位调制
,
得到采样后的序列
s
n
:
s
n
=
e
π
c
n
2
j
8
(
1
)
然后对每个符号
s
n
的相位进行旋转
,
旋转的大小为
π
与符号下标的乘积
,
得到累积相移
(
CPS
)
采样序
3
列
:
^s
n
=s
n
exp
=
exp
(
j
π
n
3
j
8
π
n
(
2
c
n
+
3
n
)
8
(
2
)
π
/8
的
GS
到的信号仍然是相对
8PSK
相位旋转
3M/
EDGE
调制信号
,
而第
4
位比特位选择处于星座图
=a
n
+
j
b
n
对于得到的
I
路和
Q
路符号
,
用线性化高斯滤
波器
(
LinearizedGaussianFilter
)
滤波
,
最后把数据调
制到频率为
ω
c
的载波上。
GSM/EDGE
调制信号在
π
/8,
并由一个星传统
8PSK
调制信号上选择旋转
3
座图跳跃到另一个星座图上
,
可以使信号的轨迹避
免星座图的中心区域。数字信号的传输是由脉冲形
成器、发送滤波器和接收滤波器等各个部分组成。
2.2
16QAM
(
双
8PSK
)
调制方案
的内外哪一个圆上。设内圆半径为
r
1
,
外圆半径为
r
2
,
则
:
^s
n
=r
n
・
^s
n
′
(
3
)
这里
r
n
=
r
1
,d
3
n
+2
=-1
r
2
,d
3
n
+2
=1
,
调制方案如图
1
所示。图
2
是我们仿真采用
GSM/EDGE16QAM
的调制方式
,
得到的信号
I
路和
Q
路信号所显示的轨迹图。从图
中可以看出
,
信号点分别位于内外两个圆上
,
而每个
圆各自都符合
GSM/EDGE
的调制特点
,
信号轨迹不
通过圆心
,
没有频率再生问题。
前面简单介绍了
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方
案
,
接下来从提高数据传输速率的角度出发
,
我们提
出了
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方案。我们知道正
[3,6]
交幅度调制
(
QAM
)
是一种频谱利用率很高、实
现较为方便的载波传输方式
,
它使用两个正交的载
π
f
c
t
)
和
sin
(
2
π
f
c
t
)
,
其中每一个都被一个独
波
cos
(
2
立的信息比特序列所调制
,
利用这种已调信号在同
一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信
息传输。
通过分析我们已经知道
,
原来的
GSM/EDGE
的
调制方式
,
一个符号携带的
3bit
信息都用于
8PSK
的调制。现在设想能否在星座图上用内外两个圆分
别实现原
GSM/EDGE
的
8PSK
的调制方式。这样
每个调制信号就携带了
4bit
数据
,
其中
3bit
信息
用于原来的
8PSK
调制
,
剩下的
1bit
信息用于幅度
调制
,
也选择处于信号星座图的哪个圆上。这样能
够实现我们预想的目的。而且由于每个圆都跟原来
的
GSM/EDGE8PSK
一致
,
就能保证它跟现有系统
一样
,
避免信号的轨迹经过星座图的中心区域。为
了保持兼容
,
也继续采用原来的发送和接收滤波器
,
但是在接收判断的时候需要加入对幅度信息的判
断。我们把此种调制方式命名为
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方式。由于是把两路
8PSK
信号合在一
图
1
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方框图
图
2
GSM/EDGE
的
16QAM
信号轨迹图
2.3
计算机仿真及结论
在上面分析的基础上
,
我们进行了仿真实验。
图
5
是相对应的解调后的星座图。可以看到
,
解调
・
95
・
第
47
卷第
5
期
2007
年
10
月
电讯技术
TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
后每个圆都与前面介绍的
GSM/EDGE
解调后星座
图形情况一致。图
4
是对
GSM/EDGE
的
16QAM
调
制方式在各
SNR
下进行
Montecarlo
仿真得到的解
调误码率图。测试信号为每符号周期采样
4
次
,
采
用与原
GSM/EDGE
信号一致的脉冲成形滤波器和
接收滤波器
,
信道为高斯白噪声信道。与图
3
相比
,
它们的误码率图形几乎是相当的。但是采用
GSM/
EDGE
的
16QAM
调制方式
,
每个调制信号携带
4
位
比特数据
,
而
GSM/EDGE8PSK
调制方式下的每个
调制信号携带
3
位比特数据。
据速率达到
91.2kbit/s,
而现有
EDGE
系统每时隙
的传输速率为
68.4kbit/s,
这样它比现有系统每时
隙多传输数据
22.8kbit,
从而提高了数据传输速率。
参考文献
:
[1]
潘志文
,
尤肖虎
.GSM
和
TDMA-136
增强数据速率业
务
:EDGE[J].
移动通信
,2000,
(
3
)
:18-22.
[2]
董晖
.
应用于
GSM
系统的
EDGE
技术
[J].
通讯世界
,
2000,
(
11
)
:24-26.
[3]
钱恩渊
,
徐金娣
,
沈金龙
.
基于
GSM
的第三代移动通信
过渡技术
-EDGE[J].
电信技术
,2001,
(
10
)
:27-29.
[4]
TimoHalonen,
等
.GSMGPRS
和
EDGE
系统及其关键
技术
-
向
3G/UMTS
系统演化
[M].
彭木根
,
刘萍
,
等
,
译
.
北京
:
中国铁道出版社
,2004.
[5]
tandingOffset8-PSKModulationfor
GSMEDGE[J].Microwarejournal,1999,42
(
8
)
:78-
92.
[6]
张公礼
.
全数字接收机理论与技术
[M].
北京
:
科学出
版社
,2005.
图
3
GSM/EDGE
信号的误码率
作者简介
:
张公礼
(
1945-
)
,
男
,
杭州电子科技大
学教授
,
中国通信学会高级会员
,
浙江省通信
学会理事、中国计算机学会模糊逻辑与多值
逻辑专业委员会委员
,
美国
MathematicalRe
2
views
杂志评论员
;
多年从事通信、通信信号
处理、软件无线电技术、数字谱技术教学和研究工作
,
曾承担
国家自然科学基金等多项科研项目
,1984
年在加拿大
IEEE
第十四届国际多值逻辑年会上提出的一种正交变换
,
被国内
图
4
GSM/EDGE-16QAM
信号的误码率
外一些文献称为“张—哈特莱变换
;
科研成果曾获电子工业
部科技进步一等奖、二等奖、三等奖和浙江省教委二等奖等
奖项
;
获国际专利一项
,
曾获国防工业优秀图书出版基金资
助
,
出版《数字谱方法的理论与应用》学术专著一部
,
发表论
文近
40
篇
,
被浙江省人民政府授予“有突出贡献中青年科技
工作者”
,
被电子工业部授予“突出贡献专家”荣誉称号
,
并
享受政府特殊津贴
;
张亮
(
1982-
)
,
男
,
硕士研究生
,
研究方
向
:
软件无线电、信号处理
,
(
电子信箱
)
图
5
GSM/EDGE-16QAM
解调后星座图
liangliangwenwen@;
从仿真结果来看
,
在与
GSM/EDGE8PSK
系统
采用相同的脉冲成形滤波器
,
在相同的信噪比情况
下
,
采用
GSM/EDGE16QAM
的调制方式每时隙数
罗宏杰
(
1979-
)
,
男
,
硕士
,
研究方向
:
移动通信、信号
处理。
・
96
・
2024年5月22日发(作者：仍醉卉)
第
47
卷第
5
期
2007
年
10
月
电讯技术
TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
文章编号
:1001-893X
(
2007
)
05-0094-03
采用
16QAM
的
GSM/EDGE
调制技术
张公礼
,
张亮
,
罗宏杰
(
杭州电子科技大学通信工程学院
,
杭州
310018
)
3
摘 要
:
分析了
GSM/EDGE
信号的
8PSK
调制方案
,
在兼容现有
GSM/EDGE
系统、不改变该系统发
送和接收滤波器的基础上
,
将
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方式改进为
16QAM
调制方式
,
使得在相同的
信噪比情况下
,
每时隙数据速率达到
91.2kbit/s,
比现有的
EDGE
系统每时隙传
68.4kbit/s
的传输
速率多
22.8kbit,
从而提高了数据传输速率
,
进一步改善了
GSM/EDGE
系统性能。
关键词
:GSM/EDGE;PSK;QAM;
接收滤波器
;
信噪比
中图分类号
:TN761
文献标识码
:A
A16QAMModulationSchemeforGSM/EDGESystem
ZHANGGong
-
li,ZHANGLiang,LUOHong
-
jie
(
TelecommunicationEngineeringCollege,HangzhouDianziUniversity,Hangzhou310018,China
)
Abstract:The8PSKmodulationschemeforGSM/onditionofbeingcom
2
patiblewithpresentsystemandusingthesamepulse-shapingfilterandreceivefilter,the8PSKmodula
2
erthesameSNR,itisprovedthatmodu
2
lationschemecantransmit91.2kbiteachtimeslot,andcomparedwith8PSK
′
s69.6kbit/seachtimeslot,
16QAMmodulationschemecanimprovethepropertyofGSM/
EDGE.
Keywords:GSM/EDGE;PSK;QAM;receivefilter;SNR
于现有的
GSM/EDGE8PSK
调制方案
,GSM/EDGE
1
引 言
GSM/EDGE
是
GSM
向
3G
演进过程中的一种
的
16QAM
调制方案
,
在相同的信噪比情况下
,
每时
隙数据速率达到
91.2kbit,
比现有的
EDGE
系统每
时隙传
68.4kbit
的传输速率多
22.8kbit
。
方案。文献
[1]
～
[4]
介绍了迈向
3G
的演进策
略———
GSM/EDGE
的发展过程。文献
[5]
详细介绍
了现有
GSM/EDGE
信号的调制方案
,
它采用
8PSK
的调制方式和
EDGE
的脉冲成形发送滤波器和相应
的接收滤波器
,
并给出了详细的数学推导过程。我
们分析了
GSM/EDGE
信号的
8PSK
调制方案
,
在兼
容现有
GSM/EDGE
系统、不改变该系统发送和接收
滤波器的基础上
,
将
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方式
改为
16QAM
调制方式
,
达到提高
GSM/EDGE
的性
能和数据传输数率的目的。
Matlab
仿真表明
,
相对
2
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方案
2.1
GSM/EDGE
调制方案
首先简要介绍一下这种调制方式
,
它在数字发
送端以
f
b
=812.5kbit/s
的速率产生随机二进制数
字序列
d
k
∈
{
0
,
1
},
然后以三位二进制数据分组
,
按
照格雷码编码映射到集合
C
n
∈
{
0
,
1
,
2
,
3
,
4
,
5
,
6
,
7
}
中的相应数据。这样符号速率为
f
s
=
f
b
/
3=270.833
3
收稿日期
:2007-03-14;
修回日期
:2007-08-10
・
94
・
第
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10
月
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TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
kbit/s,
与
GSM
的符号速率一样。用
c
n
进行
8PSK
起
,
所以也可以称为双
8PSK
调制方式。下面是具
体的调制方式。
数字发送端随机产生二进制数字符号序列
,
设
比特信息
d
k
∈
{
-1
,
1
},c
n
∈
{0,1,2,3,4}
。我们把
比特信息
4
位一组分开。在一组中
,
前
3
位比特位
用于
GSM/EDGE
的
8PSK
调制
,
第
4
位比特位用于
幅度调制
,
即选择处于信号星座图的内外哪一个圆
上。前
3
位二进制比特与星座图上点的对应关系与
GSM/EDGE
的
8PSK
的对应关系一致
,
即这一步得
相位调制
,
得到采样后的序列
s
n
:
s
n
=
e
π
c
n
2
j
8
(
1
)
然后对每个符号
s
n
的相位进行旋转
,
旋转的大小为
π
与符号下标的乘积
,
得到累积相移
(
CPS
)
采样序
3
列
:
^s
n
=s
n
exp
=
exp
(
j
π
n
3
j
8
π
n
(
2
c
n
+
3
n
)
8
(
2
)
π
/8
的
GS
到的信号仍然是相对
8PSK
相位旋转
3M/
EDGE
调制信号
,
而第
4
位比特位选择处于星座图
=a
n
+
j
b
n
对于得到的
I
路和
Q
路符号
,
用线性化高斯滤
波器
(
LinearizedGaussianFilter
)
滤波
,
最后把数据调
制到频率为
ω
c
的载波上。
GSM/EDGE
调制信号在
π
/8,
并由一个星传统
8PSK
调制信号上选择旋转
3
座图跳跃到另一个星座图上
,
可以使信号的轨迹避
免星座图的中心区域。数字信号的传输是由脉冲形
成器、发送滤波器和接收滤波器等各个部分组成。
2.2
16QAM
(
双
8PSK
)
调制方案
的内外哪一个圆上。设内圆半径为
r
1
,
外圆半径为
r
2
,
则
:
^s
n
=r
n
・
^s
n
′
(
3
)
这里
r
n
=
r
1
,d
3
n
+2
=-1
r
2
,d
3
n
+2
=1
,
调制方案如图
1
所示。图
2
是我们仿真采用
GSM/EDGE16QAM
的调制方式
,
得到的信号
I
路和
Q
路信号所显示的轨迹图。从图
中可以看出
,
信号点分别位于内外两个圆上
,
而每个
圆各自都符合
GSM/EDGE
的调制特点
,
信号轨迹不
通过圆心
,
没有频率再生问题。
前面简单介绍了
GSM/EDGE
的
8PSK
调制方
案
,
接下来从提高数据传输速率的角度出发
,
我们提
出了
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方案。我们知道正
[3,6]
交幅度调制
(
QAM
)
是一种频谱利用率很高、实
现较为方便的载波传输方式
,
它使用两个正交的载
π
f
c
t
)
和
sin
(
2
π
f
c
t
)
,
其中每一个都被一个独
波
cos
(
2
立的信息比特序列所调制
,
利用这种已调信号在同
一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信
息传输。
通过分析我们已经知道
,
原来的
GSM/EDGE
的
调制方式
,
一个符号携带的
3bit
信息都用于
8PSK
的调制。现在设想能否在星座图上用内外两个圆分
别实现原
GSM/EDGE
的
8PSK
的调制方式。这样
每个调制信号就携带了
4bit
数据
,
其中
3bit
信息
用于原来的
8PSK
调制
,
剩下的
1bit
信息用于幅度
调制
,
也选择处于信号星座图的哪个圆上。这样能
够实现我们预想的目的。而且由于每个圆都跟原来
的
GSM/EDGE8PSK
一致
,
就能保证它跟现有系统
一样
,
避免信号的轨迹经过星座图的中心区域。为
了保持兼容
,
也继续采用原来的发送和接收滤波器
,
但是在接收判断的时候需要加入对幅度信息的判
断。我们把此种调制方式命名为
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方式。由于是把两路
8PSK
信号合在一
图
1
GSM/EDGE
的
16QAM
调制方框图
图
2
GSM/EDGE
的
16QAM
信号轨迹图
2.3
计算机仿真及结论
在上面分析的基础上
,
我们进行了仿真实验。
图
5
是相对应的解调后的星座图。可以看到
,
解调
・
95
・
第
47
卷第
5
期
2007
年
10
月
电讯技术
TelecommunicationEngineering
Vol.47
No.5
Oct.2007
后每个圆都与前面介绍的
GSM/EDGE
解调后星座
图形情况一致。图
4
是对
GSM/EDGE
的
16QAM
调
制方式在各
SNR
下进行
Montecarlo
仿真得到的解
调误码率图。测试信号为每符号周期采样
4
次
,
采
用与原
GSM/EDGE
信号一致的脉冲成形滤波器和
接收滤波器
,
信道为高斯白噪声信道。与图
3
相比
,
它们的误码率图形几乎是相当的。但是采用
GSM/
EDGE
的
16QAM
调制方式
,
每个调制信号携带
4
位
比特数据
,
而
GSM/EDGE8PSK
调制方式下的每个
调制信号携带
3
位比特数据。
据速率达到
91.2kbit/s,
而现有
EDGE
系统每时隙
的传输速率为
68.4kbit/s,
这样它比现有系统每时
隙多传输数据
22.8kbit,
从而提高了数据传输速率。
参考文献
:
[1]
潘志文
,
尤肖虎
.GSM
和
TDMA-136
增强数据速率业
务
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3
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[2]
董晖
.
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,
2000,
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11
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,
徐金娣
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沈金龙
.
基于
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10
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TimoHalonen,
等
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和
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技术
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向
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,
刘萍
,
等
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译
.
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92.
[6]
张公礼
.
全数字接收机理论与技术
[M].
北京
:
科学出
版社
,2005.
图
3
GSM/EDGE
信号的误码率
作者简介
:
张公礼
(
1945-
)
,
男
,
杭州电子科技大
学教授
,
中国通信学会高级会员
,
浙江省通信
学会理事、中国计算机学会模糊逻辑与多值
逻辑专业委员会委员
,
美国
MathematicalRe
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杂志评论员
;
多年从事通信、通信信号
处理、软件无线电技术、数字谱技术教学和研究工作
,
曾承担
国家自然科学基金等多项科研项目
,1984
年在加拿大
IEEE
第十四届国际多值逻辑年会上提出的一种正交变换
,
被国内
图
4
GSM/EDGE-16QAM
信号的误码率
外一些文献称为“张—哈特莱变换
;
科研成果曾获电子工业
部科技进步一等奖、二等奖、三等奖和浙江省教委二等奖等
奖项
;
获国际专利一项
,
曾获国防工业优秀图书出版基金资
助
,
出版《数字谱方法的理论与应用》学术专著一部
,
发表论
文近
40
篇
,
被浙江省人民政府授予“有突出贡献中青年科技
工作者”
,
被电子工业部授予“突出贡献专家”荣誉称号
,
并
享受政府特殊津贴
;
张亮
(
1982-
)
,
男
,
硕士研究生
,
研究方
向
:
软件无线电、信号处理
,
(
电子信箱
)
图
5
GSM/EDGE-16QAM
解调后星座图
liangliangwenwen@;
从仿真结果来看
,
在与
GSM/EDGE8PSK
系统
采用相同的脉冲成形滤波器
,
在相同的信噪比情况
下
,
采用
GSM/EDGE16QAM
的调制方式每时隙数
罗宏杰
(
1979-
)
,
男
,
硕士
,
研究方向
:
移动通信、信号
处理。
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96
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