基于USRP的DMR物理層研究和驗證系統實(shí)現

　　摘要：DMR(Digital Mobile Radio)是ETSI在2004年提出的集群通信系統標準，作為從模擬通信到數字通信過(guò)渡的橋梁，已經(jīng)得到了廣泛的使用。本文基于軟件無(wú)線(xiàn)電思想，提出了基于DMR協(xié)議的數字對講機的解決方案，并通過(guò)驗證系統的物理鏈路的搭建、以及語(yǔ)音單呼、語(yǔ)音組呼DMR標準業(yè)務(wù)的實(shí)現對解決方案的可行性進(jìn)行了驗證。系統中用到的關(guān)鍵技術(shù)如4CP-FSK調制解調技術(shù)、碼元同步與幀同步、基帶信號處理等，各模塊單獨封裝，弱耦合，豐富了軟件無(wú)線(xiàn)電系統的波形組件庫，也可作為軟核便于集成或者復用到其他系統中。

　　前言

　　DMR集群通信系統由ETSI在2004年提出^[1] 與歐洲的TETRA標準^[2]、北美的iDEN標準^[3]、國內具有自主知識產(chǎn)權的GoTa標準和GT800標準并列為全球主流的集群通信系統標準。DMR系統較上述幾個(gè)標準系統復雜性更低，性?xún)r(jià)比更高^[4-5]。DMR支持從模擬到數字的平滑過(guò)度。DMR三層協(xié)議棧如圖1所示，最底層是物理層，中間層是數據鏈路層，最上層是呼叫控制層，從上層應用類(lèi)型開(kāi)分，DMR系統可分為用戶(hù)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調制解調，收發(fā)轉換，RF特性，比特與符號定義，頻率同步、符號同步和突發(fā)構成等;數據鏈路層被分成了兩部分，在用戶(hù)面負責處理沒(méi)有標上地址的用戶(hù)信息;在控制面負責傳輸信令信息?？刂茖又饕撠熆刂仆ㄔ?huà)，提供DMR支持的不同業(yè)務(wù)類(lèi)型，包括短數據和分組數據服務(wù)等。DMR數字系統完整解決方案一直研究熱點(diǎn)，解決方案圍繞著(zhù)易實(shí)現，可復用性強等特點(diǎn)展開(kāi)。在本論文中，我們結合軟件無(wú)線(xiàn)電的優(yōu)勢與DMR系統的特點(diǎn)，提出了DMR數字對講機整體解決方案，包括協(xié)議棧實(shí)現，低層接收機與發(fā)射機，不同模塊間接口定義，模塊間解耦。在物理層中主要實(shí)現基帶信息處理和中頻調制解調，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的頻移鍵控調制方式。

　　全數字DMR解決方案

　　系統構圖

　　軟件無(wú)線(xiàn)電是用現代軟件來(lái)操縱、控制傳統的“純硬件電路”的無(wú)線(xiàn)通信^[7]。全數字DMR解決方案基于軟件無(wú)線(xiàn)電的架構，系統框圖見(jiàn)圖2。主要由語(yǔ)音編解碼、DMR協(xié)議處理、射頻前端三部分組成。其中語(yǔ)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;射頻前端采用USRP。AMBE USB-3000語(yǔ)音模塊，USRP射頻發(fā)射機與接收機模塊?！　?/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(yǔ)音壓縮，USRP(Universal Software Radio Peripheral)，通用軟件無(wú)線(xiàn)電外圍設備^[8]由高速信號處理的FPGA母板和可更換的覆蓋不同頻率的子板兩個(gè)組件，負責射頻終端發(fā)射與接收，USRP與處理器通過(guò)USB總線(xiàn)相連，處理器中自動(dòng)配置和調用已封好的API函數使用USRP。處理器與USB-3000語(yǔ)音壓縮模塊通過(guò)USB總線(xiàn)連接。