基于USRP的DMR物理層研究和驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　摘要：DMR(Digital Mobile Radio)是ETSI在2004年提出的集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，作為從模擬通信到數(shù)字通信過渡的橋梁，已經(jīng)得到了廣泛的使用。本文基于軟件無線電思想，提出了基于DMR協(xié)議的數(shù)字對講機(jī)的解決方案，并通過驗(yàn)證系統(tǒng)的物理鏈路的搭建、以及語音單呼、語音組呼DMR標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)對解決方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。系統(tǒng)中用到的關(guān)鍵技術(shù)如4CP-FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)、碼元同步與幀同步、基帶信號(hào)處理等，各模塊單獨(dú)封裝，弱耦合，豐富了軟件無線電系統(tǒng)的波形組件庫，也可作為軟核便于集成或者復(fù)用到其他系統(tǒng)中。

　　前言

　　DMR集群通信系統(tǒng)由ETSI在2004年提出^[1] 與歐洲的TETRA標(biāo)準(zhǔn)^[2]、北美的iDEN標(biāo)準(zhǔn)^[3]、國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GoTa標(biāo)準(zhǔn)和GT800標(biāo)準(zhǔn)并列為全球主流的集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DMR系統(tǒng)較上述幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)復(fù)雜性更低，性價(jià)比更高^[4-5]。DMR支持從模擬到數(shù)字的平滑過度。DMR三層協(xié)議棧如圖1所示，最底層是物理層，中間層是數(shù)據(jù)鏈路層，最上層是呼叫控制層，從上層應(yīng)用類型開分，DMR系統(tǒng)可分為用戶平面和控制平面?！　?/p>

 

　　空中接口物理層主要功能模塊包括4CP-FSK調(diào)制解調(diào)，收發(fā)轉(zhuǎn)換，RF特性，比特與符號(hào)定義，頻率同步、符號(hào)同步和突發(fā)構(gòu)成等;數(shù)據(jù)鏈路層被分成了兩部分，在用戶面負(fù)責(zé)處理沒有標(biāo)上地址的用戶信息;在控制面負(fù)責(zé)傳輸信令信息?？刂茖又饕?fù)責(zé)控制通話，提供DMR支持的不同業(yè)務(wù)類型，包括短數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)服務(wù)等。DMR數(shù)字系統(tǒng)完整解決方案一直研究熱點(diǎn)，解決方案圍繞著易實(shí)現(xiàn)，可復(fù)用性強(qiáng)等特點(diǎn)展開。在本論文中，我們結(jié)合軟件無線電的優(yōu)勢與DMR系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了DMR數(shù)字對講機(jī)整體解決方案，包括協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)，低層接收機(jī)與發(fā)射機(jī)，不同模塊間接口定義，模塊間解耦。在物理層中主要實(shí)現(xiàn)基帶信息處理和中頻調(diào)制解調(diào)，其中涵蓋了物理層關(guān)鍵技術(shù)。論文^[6]對4FSK進(jìn)行闡述，本解決方案使用相位連續(xù)的頻移鍵控調(diào)制方式。

　　全數(shù)字DMR解決方案

　　系統(tǒng)構(gòu)圖

　　軟件無線電是用現(xiàn)代軟件來操縱、控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”的無線通信^[7]。全數(shù)字DMR解決方案基于軟件無線電的架構(gòu)，系統(tǒng)框圖見圖2。主要由語音編解碼、DMR協(xié)議處理、射頻前端三部分組成。其中語音編解碼采用AMBE USB-3000;DMR協(xié)議處理采用通用處理器實(shí)現(xiàn);射頻前端采用USRP。AMBE USB-3000語音模塊，USRP射頻發(fā)射機(jī)與接收機(jī)模塊?！　?/p>

 

　　其中處理器完成DMR三層協(xié)議處理，USB-3000完成低速率的語音壓縮，USRP(Universal Software Radio Peripheral)，通用軟件無線電外圍設(shè)備^[8]由高速信號(hào)處理的FPGA母板和可更換的覆蓋不同頻率的子板兩個(gè)組件，負(fù)責(zé)射頻終端發(fā)射與接收，USRP與處理器通過USB總線相連，處理器中自動(dòng)配置和調(diào)用已封好的API函數(shù)使用USRP。處理器與USB-3000語音壓縮模塊通過USB總線連接。