MATLAB仿真在现代通信中的应用：专用移动通信系统

专用移动通信系统5.1集群通信系统5.2APCO数字集群通信系统5.3TETRA欧洲数字集群通信系统5.4TFTS地面航空电话系统

集群通信系统是一类区别于公众移动通信的专用通信系统。集群通信系统与公众通信系统的区别主要体现在具有调度功能，如全呼、组呼、单呼等。此外，集群通信还能够根据用户需要设置若干通信优先级。5.1集群通信系统在1990年以前，集群通信系统一直是主宰移动通信市场的专用移动通信系统。随着近年公众移动通信的高速发展，集群通信系统为公众提供了低资费高质量的通信服务。相对而言，专用移动通信系统发展势头有所减弱。常用的对讲机、常规的自动拨号移动通信系统发展缓慢。无中心多信道选址移动通信系统，由于通话距离短、网络功能不太理想等特点，目前发展并不快。但是，集群通信仍呈稳步发展趋势，目前800MHz集群通信用户约30万，主要应用在公安、铁路、电力、水利、交通、民航、石油、海关等部门。集群通信系统具有调度接续时间快速、可靠，可以对用户进行分级、群呼、远呼等蜂窝移动电话所难以替代的特点，在一些对移动通信功能具有特殊要求的地方，如专用应急通信领域、公安和企业调度领域，集群通信系统仍然扮演着重要的角色。随着社会对专业调度通信系统需求的逐渐增大和功能要求的提升，集群通信也将稳步发展。

现代无线集群系统一般是全数字化的，具有频谱利用率高、用户容量大、联网功能强、保密性能好等优点。目前比较典型的有美国的APCO25、欧洲的TETRA、

摩托罗拉的iDEN三种数字集群系统。集群系统的信令传输均采用数字调制方式。集群系统的信令传输采用MSK调制方式，符号速率为10ksymbol/s。

图5-1是对模拟集群通信系统的数字信令的调制频谱的仿真模型。图中，数字信令由RandomInteger模块产生，输出为二进制序列，速率为10kb/s。MSK调制由等效低通调制模块实现，每符号期间采样点数设置为8，调制输出的数据序列速率为80ksymbol/s。这样，仿真频率区间为-40～40kHz。MSK调制输出信号的功率为1W，若设AWGN信道信噪比为12dB，则仿真测量信道输出端功率谱如图5-2所示。从图中可见，信号主瓣带宽约为15kHz。

图5-1模拟集群通信系统的数字信令的调制输出仿真模型(SCHX5_1.mdl)

图5-2模拟集群通信系统的数字信令功率谱仿真结果(SNR=12dB)图5-3是模拟集群通信系统的数字信令调制信号的远场实测结果。由于远场测试中存在同频带干扰和噪声，因此测量结果频谱存在一些畸变，但总体上与仿真结果是一致的。

图5-3集群数字信令调制信号的远场实测结果

APCO25(APCOProject25)是由美国开发的一套数字无线集群标准通信，目的是保障联邦政府机构之间的通信，以及抢险救灾中的应急通信。APCO25和欧洲的Tetra集群系统标准目的相同，但两者互不兼容。APCO是AssociationofPublicSafetyCommunicationsOfficials(公共安全通信协会)的缩写。APCO25集群系统标准属于公众安全无线电应用标准之一，它使用800MHz频段。APCO25还可以同美国模拟集群系统兼容。5.2APCO数字集群通信系统

APCO25标准是目前较为成功的数字集群通信系统的标准，APCO25的空中接口有两大特色，一是具有很强的纠错能力，增强了通信范围；二是持续性的传送识别码及同步加密资料。APCO25标准支持多种加密模式，如DES的加密(56位)、2键3重DES加密(112位)、3键3重DES加密(168位)、AES加密(256位)方式等，这些加密模式为政府应急通信系统的安全性提供了技术保障。该标准提供了标准条件下的物理层性能标准，即对于最大工作频率是1GHz或低于

1GHz的12.5kHz信道间隔的数字调制无线电设备，在专用(调度)陆地移动无线电业务中，采用C4FM或CQPSK调制方法，采用频分复用(FDMA)技术的标准。系统的主要技术参数如表5-1所示。

表5-1APCO25标准的主要技术参数由APCO系统的调制解调参数构建的无线传输链路模型如图5-4所示。其中，RandomInteger模块产生速率为4.8ksymbol/s的4元(0，1，2，3)随机整数序列；Fcn1模块将该序列转换为双极性的(-3，-1，1，3)，以满足相位连续频移键控(CPFSK)调制器的输入要求；CPFSK调制器调制指数为0.5。在解调端，CPFSK的参数要对应于发送端调制参数来设置，解调回溯深度设置为8个符号周期。考虑到调制延迟为1个符号时间，则误码仪接收延时参数应设置为8。当AWGN信道信噪比设置为50dB时，执行仿真测量得到的接收功率谱估计如图5-5所示。APCO系统C4FSK调制的实测功率谱如图5-6所示。仿真结果与实测结果一致。

图5-4APCO系统C4FSK调制传输仿真模型(SCHX5_4.mdl)

图5-5APCO系统C4FSK调制接收功率谱估计(SNR=50dB)

图5-6APCO系统C4FSK调制实测功率谱

TETRA全称是TErrestrialTrunkedRadio，即陆地集群无线电台。TETRA是一个由欧洲电信标准协会提出的数字集群通信系统标准，是一种面向下一代数字式移动通信的开放式标准。TETRA标准得到了欧洲无线电通信委员会(ERC)的同意，在欧洲得到了广泛的应用。5.3TETRA欧洲数字集群通信系统

TETRA系统是为政府机构、应急救援(警察、消防、救护)、公路、铁路运输以及军事等应用领域而设计的，集双向无线电对讲机、移动电话、字符报文传送和数据等优势于一体。1995年出版了第一个TETRA版本，欧洲电信标准协会也是制定GSM标准的协会，所以TETRA和GSM标准具有类似的技术，但TETRA标准的通信范围更大，且有更多的带宽分配给数据业务。自1995年以来，ETSI对TETRA标准不断进行修订和完善，并增加了一些新的标准或内容，目前TETRA已经成为一种成熟的数字集群标准。诺基亚、摩托罗拉、马可尼等公司都按照TETRA标准开发生产出TETRA数字集群系统、设备、配套设备或测试系统，并与欧洲、亚洲、非洲、北美等地区的用户签订了大量定货合同或协议。目前，一些著名公司已开发出功能更强的第3代TETRA移动台，并在高级无线数据业务(AWS)TETRASIM卡、如何与第3代移动通信系统兼容、如何提高与其他系统的互通互联性能、多模终端以及扩展频率覆盖等方面进行开发和研究，以研制和生产出更加适合集群通信市场需求的产品。TETRA数字集群系统载波间隔为25kHz，每一载波上通过时分多址接入(TDMA)方式接入4个用户，可以完成点对点以及点对多点的语音和数据的传输。TETRA手持机(MS)可以相互直接通信，也可以通过TETRA基站(BS)进行交换和通信。当MS处于基站覆盖区之外时，它们之间可以直接互联，MS还可以作为中继台帮助远端手持机同基站通信，这样就提供了紧急情况下和恶劣覆盖区域的通信可靠性。

表5-2TETRA系统主要技术参数由TETRA系统的调制解调参数构建的无线传输链路模型如图5-7所示。其中，RandomInteger模块产生符号速率为18ksymbol/s的4元整数(0，1，2，3)，其输出比特率为36kb/s，每10个整数形成一个帧。DQPSK调制采用等效低通模型，相位旋转参数设置为π/4。调制输出数据经过平方根升余弦滤波器成形，滚降系数设置为0.5，脉冲持续时间为3个符号周期，升采样倍数可设置为8倍。AWGN信道的信号输入功率可以通过仿真测量出来，约为0.1145W。接收端滤波器模块、解调模块也进行相应于发送端模块参数的设置，系统传输总延时为6个符号周期，所以误码仪中接收延迟参数应设置为6。当信道信噪比设置为30dB时，执行仿真得到的接收信号功率谱仿真结果如图5-8所示。图5-9给出了一个实际TETRA信道上的功率谱实测结果，它与仿真结果相比，两者是一致的。

图5-7TETRA系统调制传输仿真模型(SCHX5_7.mdl)

图5-8TETRA系统接收功率谱仿真结果(SNR=30dB)

图5-9TETRA系统实测功率谱

TFTS的英文全称是TerrestrialFlightTelephoneSystem，是在欧洲应用的一种地面航空电话系统，TFTS定义了一个空中到地面的无线电接口。通过TFTS，飞机电话可以同地面公众电话系统、专用网络等进行有效的连接。TFTS可以为飞机乘客提供机载电信服务，诸如在飞行中的电话、传真和数据传输业务等。5.4TFTS地面航空电话系统

TFTS采用π/4-DQPSK调制方式，其符号速率为22.1ksymbol/s。发射滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.4。

图5-10是根据TFTS空中传输参数设计的发送信号功率谱仿真测试模型。图中，RandomInteger模块产生速率为22.1ksymbol/s的4元整数序列(0，1，2，3)，DQPSK调制器相位旋转参数为π/4。平方根升余弦滤波器滚降系数设置为0.4，脉冲持续时间为3个符号周期，升采样倍数可设置为16。调