基于USRP的DMR物理層研究和驗證系統實現

　　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渡的橋梁，已經得到了廣泛的使用。本文基于軟件無線電思想，提出了基于DMR協議的數字對講機的解決方案，并通過驗證系統的物理鏈路的搭建、以及語音單呼、語音組呼DMR標準業務的實現對解決方案的可行性進行了驗證。系統中用到的關鍵技術如4CP-FSK調制解調技術、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，豐富了軟件無線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系統較上述幾個標準系統復雜性更低，性價比更高^[4-5]。DMR支持從模擬到數字的平滑過度。DMR三層協議棧如圖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，從上層應用類型開分，DMR系統可分為用戶平面和控制平面。　　

 

　　空中接口物理層主要功能模塊包括4CP-FSK調制解調，收發轉換，RF特性，比特與符號定義，頻率同步、符號同步和突發構成等;數據鏈路層被分成了兩部分，在用戶面負責處理沒有標上地址的用戶信息;在控制面負責傳輸信令信息。控制層主要負責控制通話，提供DMR支持的不同業務類型，包括短數據和分組數據服務等。DMR數字系統完整解決方案一直研究熱點，解決方案圍繞著易實現，可復用性強等特點展開。在本論文中，我們結合軟件無線電的優勢與DMR系統的特點，提出了DMR數字對講機整體解決方案，包括協議棧實現，低層接收機與發射機，不同模塊間接口定義，模塊間解耦。在物理層中主要實現基帶信息處理和中頻調制解調，其中涵蓋了物理層關鍵技術。論文^[6]對4FSK進行闡述，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

　　軟件無線電是用現代軟件來操縱、控制傳統的“純硬件電路”的無線通信^[7]。全數字DMR解決方案基于軟件無線電的架構，系統框圖見圖2。主要由語音編解碼、DMR協議處理、射頻前端三部分組成。其中語音編解碼采用AMBE USB-3000;DMR協議處理采用通用處理器實現;射頻前端采用USRP。AMBE USB-3000語音模塊，USRP射頻發射機與接收機模塊。　　

 

　　其中處理器完成DMR三層協議處理，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組件，負責射頻終端發射與接收，USRP與處理器通過USB總線相連，處理器中自動配置和調用已封好的API函數使用USRP。處理器與USB-3000語音壓縮模塊通過USB總線連接。