基于usrpdmr物理层探究与验证系统实现

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1、基于USRPDMR物理层探究与验证系统实现　　摘要：DMR（DigitalMobileRadio）是ETSI在2004年提出的集群通信系统标准，作为从模拟通信到数字通信过渡的桥梁，已经得到了广泛的使用。本文基于软件无线电思想，提出了基于DMR协议的数字对讲机的解决方案，并通过验证系统的物理链路的搭建、以及语音单呼、语音组呼DMR标准业务的实现对解决方案的可行性进行了验证。系统中用到的关键技术如4CP-FSK调制解调技术、码元同步与帧同步、基带信号处理等，各模块单独封装，弱耦合，丰富了软件无线电系统的波形组件库，也可作为软核便于集成或者复用到其他系统

2、中。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/145480.htm关键词：DMR；USRP；4CP-FSK；码元同步DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.6.007前言DMR集群通信系统由ETSI在2004年提出[1]，与欧洲的TETRA标准[2]、北美的iDEN标准[3]、国内具有自主知识产权的GoTa标准和GT800标准并列为全球主流的集群通信系统标准。DMR系统较上述几个标准系统复杂性更低，性价比更高[4-5]。DMR6支持从模拟到数字的平滑过度。DMR三层协议栈如图1所示，最

3、底层是物理层，中间层是数据链路层，最上层是呼叫控制层，从上层应用类型开分，DMR系统可分为用户平面和控制平面。全数字DMR解决方案系统构图软件无线电是用现代软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信[7]。全数字DMR解决方案基于软件无线电的架构，系统框图见图2。主要由语音编解码、DMR协议处理、射频前端三部分组成。其中语音编解码采用AMBEUSB-3000；DMR协议处理采用通用处理器实现；射频前端采用USRP。AMBEUSB-3000语音模块，USRP射频发射机与接收机模块。其中处理器完成DMR三层协议处理，USB-3000完成低速率的语音

4、压缩，USRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral），通用软件无线电外围设备[8]由高速信号处理的FPGA母板和可更换的覆盖不同频率的子板两个组件，负责射频终端发射与接收，USRP与处理器通过USB总线相连，处理器中自动配置和调用已封好的API函数使用USRP。处理器与USB-3000语音压缩模块通过USB总线连接。物理层关键技术实现中频调制解调6DMR采用的4CP-FSK调制方式属于4FSK调制方式中的一种，4FSK是采用基带信号控制载波的频率传送信息，如信号“-3”可以用频率f_0传送，信号“-1”可以用频率f_1

5、传送，信号“1”可用频率f_2传送，信号“3”可用频率f_3传送。频移键控包括两种，一种为相位连续频移键控（CPFSK），即传送不同的信号时，相位连续，通过连续相位调制（CPM）实现；另一种为非连续相位频移键控（DFSK）。CPM是恒包络相位连续调制方之一，本身兼具编码增益，窄主瓣、快速滚降和恒包络等特点，广泛使用于军事和专用通信领域[9]。一般CPM信号定义如公式（1）所示：码元不同步是由于发送端时钟与接收端时钟不匹配导致的。在接收端的一个符号周期中不易确定最佳采样时刻，如果随机取一个采样点的数据，往往会导致采样点为非最佳采样点，即与最佳采样点偏

6、离。图3黑色曲线为匹配滤波后数据，蓝点为在一个符号周期的随机采样点，可以看出随机采样往往偏离最佳采样点。对于发端8倍插值，收端进行匹配滤波后每个符号周期有8个采样点，符号同步结果只有8种可能。假设在一个符号周期中采样点的位置为ψε{1，2，3，4，5，6，7，8}。发端与收端频偏较小，且一帧数据持续时间为30ms，假设一帧中的所有符号周期内的同步位置相对不变。同步算法在不同帧之间一直处于运行状态，具体的同步过程如图4所示。6在同步开始时，本地时钟对数据进行采样，然后送到同步算法模块，计算同步时钟。一帧数据总共有132个符号周期（发端进行了8倍插值）

7、越多的符号周期考虑在内结果越精确，但若把132个符号周期都考虑在内会导致计算复杂度过高，只每一帧随机选其中N个（在本仿真中N=5）符号周期，以保证算法准确性，对这8*N个采样点的值，总共同步的情况为8种，对于每一种可能性，对采样点的值通过硬判决算法进行判决。对N个符号周期中每个符号周期同一采样点位置的采样值与硬判决值求差值，这代表着该采样点位置与判决符号值偏差，差值图样最小的那个采样点位置的值，取为本帧同步采样点位置。具体偏差值图样的计算见公式（5），假设随机算法得到的符号周期集合为Ω。其中s（k+i*8）指一个符号周期中第k点采样值，kεψ，i∈

8、{0，1，2，？？，131}指一帧中符号周期的下标。其中硬判决函数的计算方式如下：通过求得偏差图样的最小值，来确定准同步位