基于Windows和USRP數字對講機收發(fā)系統設計

摘要：最新提出了一種在Windows平臺上基于USRP的數字對講機收發(fā)系統設計方案。首先簡(jiǎn)要介紹USRP及其開(kāi)發(fā)平臺，通過(guò)各種對比選擇在Windows平臺上利用VC來(lái)實(shí)現，然后描述了USRP驅動(dòng)安裝，詳細分析了UHD重組的API函數接口，最后搭建數字對講機收發(fā)系統，采用DMR數字通信協(xié)議，利用USRP作為收發(fā)前端，在PC上通過(guò)串口RS232連接AMBE-1000語(yǔ)音板，通過(guò)實(shí)際測試驗證了系統的各項功能，證明了USRP在Windows平臺上開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單方便可行。

引言

　　隨著(zhù)信息化時(shí)代的發(fā)展，人們日益迫切地要求對講機具有諸如話(huà)音加密、數據傳輸、遠程監控、聯(lián)網(wǎng)調度等功能，而且要求進(jìn)一步提高無(wú)線(xiàn)頻譜的利用率(信道間隔由過(guò)去的25kHz到現在的12.5kHz以及6.25kHz)，數字通信技術(shù)在對講機及轉信臺等相關(guān)產(chǎn)品中的應用也就迫在眉睫了^[1][2]。

　　數字對講機采用數字技術(shù)進(jìn)行設計，將語(yǔ)音信號數字化，以數字編碼形式傳播。數字對講機與模擬對講機相比，語(yǔ)音清晰、接收通話(huà)信號穩定，數字對講機不僅能實(shí)現模擬對講機基本業(yè)務(wù)：?jiǎn)魏?、組呼等功能，還具有調度臺核查呼叫、區域選擇、接入優(yōu)先、優(yōu)先呼叫、遲后進(jìn)入、預占優(yōu)先呼叫、偵聽(tīng)、動(dòng)態(tài)重組、監聽(tīng)等補充業(yè)務(wù)^[2]。數字對講機是我國的移動(dòng)通信系統和設備中的最后一個(gè)由模擬轉向數字的設備和系統。

　　本文提出了一種基于USRP的數字對講機收發(fā)系統設計方案。該方案在Windows平臺上，利用USRP作為收發(fā)前端，在PC機上通過(guò)串口RS232連接語(yǔ)音板，上層采用DMR數字通信協(xié)議，實(shí)現了數字對講機系統的各項功能。

USRP介紹及系統開(kāi)發(fā)平臺選取

　　USRP介紹

　　USRP(Universal Software Radio Peripheral，通用軟件無(wú)線(xiàn)電外設)旨在使普通計算機能像高帶寬的軟件無(wú)線(xiàn)電設備一樣工作。USRP是一個(gè)非常靈活的USB設備，包含一個(gè)小的母板，母板包含4個(gè)12bit/64M抽樣率的ADC，4個(gè)14bit/128M DAC，一個(gè)百萬(wàn)門(mén)的FPGA芯片和一個(gè)可編程的USB2.0控制器。每個(gè)USRP母板支持4個(gè)子板，2個(gè)接收，2個(gè)發(fā)射^[3]。它的結構框圖如圖1所示。

　　如圖1所示，USRP通過(guò)USB2.0與處理器相連。接收器鏈從高度敏感、可接受微小信號的模擬前端開(kāi)始，然后使用直接下變頻將它們數字化為同相(I)和正交(Q)基帶信號。下變頻后有高速模數轉換器和一個(gè)DDC，用以降低采樣率并將I和Q打包傳輸到主機。發(fā)射器鏈從主機開(kāi)始，生成I和Q并通過(guò)USB2.0輸到USRP硬件，DUC為DAC準備信號，然后I-Q進(jìn)行混合，直接上變頻信號以產(chǎn)生一個(gè)RF頻率信號，然后進(jìn)行信號放大與傳輸。

　　開(kāi)發(fā)平臺選取

　　目前開(kāi)發(fā)USRP的工具有四種，分別是Linux品臺下的GNUradio，還有Windows平臺下的VC，Simulink，Labview。

　　GNU Radio是Linux上一個(gè)軟件無(wú)線(xiàn)電軟件，通過(guò)最小程度地結合硬件USRP，用軟件來(lái)定義無(wú)線(xiàn)電波發(fā)射和接收的方式，搭建無(wú)線(xiàn)電通信系統的開(kāi)源軟件系統^[3]。Labview是由NI提出的一款開(kāi)發(fā)USRP的工具，用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自定義的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議并且實(shí)現實(shí)時(shí)運行的物理層數字鏈路。但是目前Labview只支持USRP-292x。MATLAB和Simulink連接Ettus Reseach公司的USRP，可以提供無(wú)線(xiàn)電回路設計和建模環(huán)境。它是由德國KIT大學(xué)開(kāi)發(fā)的，只支持USRP2，還不是很完善。各個(gè)平臺之間對比：

　　通過(guò)表1可知，相對于Linux平臺而言，Windows平臺開(kāi)發(fā)更方便有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，Linux的操作比較復雜，Windows的比較簡(jiǎn)單，快速開(kāi)發(fā);第二，Windows可視化的界面編輯器，方便開(kāi)發(fā)對講機的界面對話(huà)框;第三，Windows是微軟的東西，VC也是，自然會(huì )比其他公司的開(kāi)發(fā)工具在兼容性等各方面要好;第四，Linux速度比較快，安全性比Windows好，但是有很多軟件只能在Windows里運行，與Linux兼容的軟件正在開(kāi)發(fā)中，不方便調用PC里面的API和外面接口。

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