文 献 综 述

一、研究背景

软件无线电是近20年兴起的一项新兴技术，其主要特征在于具备宽范围的接收前端，以及可以软件重配置的解调功能，可以在一个平台上实现对多种不同信号的调制解调，并且可以通过代码升级，不断扩展可支持的信号种类。软解调是无线电监测平台的一项重要组成部分，区别于传统的通信设备，无线电监测设备需要在同一个硬件平台上实现多种不同制式信号的解调，因此需要一种软件化，能够重配置的解调方法。

和传统的电台相比，DMR数传电台的优点包括：语音清晰。语音质量基本不受射频通道电子噪声的干扰。数据加密性好。带宽资源节省1倍。手持设备电池容量节省40%。更好的礼貌排队用户体验和组网方式。提高频谱使用率，通讯容量倍增，提高了沟通效率。支持集群通讯方式。

和其他数传电台相比，DMR独特的时分模式可以在现有窄带电台上升级，网络建设速度较快，总体运维成本较低；可让用户获得更清晰可靠、更便捷高效的无线通信服务；开放式的协议栈，协议逻辑清晰、简练、高效，不存在协议的技术壁垒，更有利于各个厂家产品的互联互通；可兼容模拟通讯，可扩展，向后兼容，同时系统和终端可集群通讯，也可脱网点对点通讯。

DMR（Digital Mobile Radio）数字集群通信标准是ETSI（欧洲通信标准协会）为了满足欧洲各国的中低端专业及商业用户对移动通信的需要而设计、制订的开放性标准。于2005年4月推出的数字移动无线系统标准。最新版本于2007年12月份公布。DMR具有高效利用频谱资源，大区制组网方式，兼容模拟常规的优点。其业务功能丰富，可扩展，向后兼容，同时系统和终端成本较低，网络建设速度较快，总体运维成本较低。

本课题主要研究基于软件无线电技术的DMR信号的软解调技术，本课题的具体任务分解如下：利用gnuradio平台和usrp硬件搭建基于软件无线电技术的信号采集环境，对DMR无线信号进行采集，获取DMR信号样本。研究DMR信号处理方法，并且研究数字化软解调方案，设计软解调算法。在Matlab中用M语言编程实现DMR信号的软解调算法，对采集的样本进行解调，并且对解调器的性能进行仿真。

DMR标准采用TDMA（双时隙）多址方式， 12.5KHz信道间隔、4FSK调制方式、数据传输速率为9.6Kb/s。此标准共分三个阶段，第一阶段是免费频段的数字标准，第二阶段是数字常规，第三阶段是集群阶段。本标准的设计是在现有的全球已授权地面移动频率波段所使用的12.5KHz频道间隔中运行，并满足未来对6.25kHz通道均衡的监管要求。

二、研究现状

（一）DMR信号采集

全数字DMR解决方案基于软件无线电的架构，系统框图见图1。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AMBE USB-3000；DMR协议处理采用通用处理器实现；射频前端采用USRP。AMBE USB-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完成低速率的语音压缩，USRP(Universal Software Radio Peripheral)，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。

图 1. USRP DMR信号采集

（二）DMR信号调制解调

DMR协议采用的4FSK调制方式，（见图3）频率间隔12.5KHz，传输比特率是9600bit/s，经过调制后的码率4800码元每秒。

先将输入的二进制序列按奇偶位进行串并变换。然后根据DMR标准中的符号和比特对应关系表，将二进制的01序列映射位四电平符号流。将这些符号流每符号插入8个数值点，并输入平方根升余弦滤波器产生输出四电平的基带调制信号m(n)。见图2.

图 2. 基带信号形成

图3. DMR信号调制框图

将其离散化，在nTs的时间对信号m(n)累加求和得

4FSK相干解调方框图

图4. DMR信号解调框图

将调制信号按三角公式展开，并且乘上本地载波sin和cos，将其经过低通滤波器滤除高频分量，则剩下

最后将解调后的信号m(n)经过匹配滤波器和抽样判决，可获得四电平符号流，再映射恢复成为二进制比特流

（三） 同步

按照 DMR 协议设计，每个 TDMA 帧包含 2 个时隙，每个时隙长 30 ms，调制符号速率为 4.8 Kb/s，所以一个时隙可以传送 144 个符号 288 b 的信息，这也称为一个突发。如图5.所示为一个突发的基本结构，S域为 48 b 的同步序列或者嵌入信令，P域为携带的载荷，根据语音突发或者数据突发的不同这 216 比特携带不同的信息。C域对于上行突发两端各为 1.25 ms 的保护间隔，对于下行突发为发送公共控制信令。从时隙同步的角度分析，只关心S域是否包含同步码，DMR 协议总共设计了 6 种同步码，分别用于区分上下行的语音、数据及反向信令，理论上含有同步码的突发都可以用来做时隙同步。

图5. DMR帧结构

DMR 的同步包括帧同步和位同步。在数字通信中，一般由若干码元组成一帧形成信息流。在接收这些数字信息时必须能够正确地找出帧定界符，以便知道哪些比特构成一个帧。为了使接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提供每帧的起止标记，接收端找到了帧定界符并确定帧的准确位置，就是完成了”帧同步”(frame synchronization)。而位同步(比特同步)是指接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样，因此接收端收到比特流后，就能够在每一位的中间位置进行判决。位同步的目的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。这就要在正确的时刻(通常就是在每一位的中间位置)对收到的电平根据事先已约定好的规则进行判决。实现帧同步，通常采用的方法是插入特殊同步码组的同步方法和起止式同步法。DMR 系统采用连贯式插入同步码的方法进行帧同步，又称集中插入法。正如上图中所述帧结构，在每一突发中插入作为帧同步码的特殊码元符号，该码元符号应在信息码中很少出现，且具有下列特点：具有尖锐单峰特性的自相关函数，假同步概率小、漏同步概率小，便于与信息码区分，码组长度适中，以保证传输效率。接收端按帧的周期不断检测该特殊码元符号的组合，便能获得帧同步信息。集中插入法的关键是寻找合适的特殊码组。

DMR 协议定义了一组帧同步码，对于语音，数据或控制信息，插入不同的帧同步码组来区分，插入位置为突发帧格式的中间 48bit。具体帧同步码组如表1.所示。根据 DMR 协议规定的映射规则对表中所示同步码进行映射，得到的24 个符号均为 3 或-3，并且语音同步码与数据同步码的极性恰好相反，所以语音同步码的相关函数将提供一个正的结果，而信令和数据同步码的相关结果为负，这也使得我们可以在系统设计时通过相关器的输出极性来判断出接收的是语音突发还是数据突发。

表1. DMR帧同步码

最后通过同步找到信息的起始位，再将符号流反映射成为比特流。

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