主頁（http://www.130131.com）：DMR數(shù)字集群關鍵技術的應用研究 摘要：DMR(Digital Mobile Radio)是歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)于2004年提出的新型數(shù)字集群通信系統(tǒng)，與TETRA系統(tǒng)和iDEN系統(tǒng)相比具有技術簡單，產(chǎn)品成本較低的優(yōu)點，并且支持從模擬到數(shù)字的過渡。DMR的發(fā)展無論是在國內(nèi)還是在國外都處于起步階段。本文的主要工作是，通過發(fā)送已知數(shù)據(jù)，經(jīng)E4438C調(diào)制后，通過信道機，由接收端進行信號處理，對解調(diào)后的數(shù)據(jù)進行同步定時和抽樣判決，從而對誤碼率進行優(yōu)化。 引言 隨著無線電通信技術的發(fā)展、人們對無線通信質(zhì)量要求的提高以及頻譜資源的日益缺乏，數(shù)字專用無線通信設備必將面臨巨大的市場需求。目前，在全球范圍內(nèi)對數(shù)字專用無線通信設備的需求不斷增加，特別是公共安全部門�？梢钥吹�，數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)將成為未來專用無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)概況 數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)介紹 數(shù)字集群通信系統(tǒng)[1]是指數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)，數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)發(fā)展迅速，主要應用于集團調(diào)度指揮通信。該系統(tǒng)的可用信道能被系統(tǒng)的全體用戶共用，且具有自動選擇信道功能，是共享資源、分擔費用、共享信道設備和服務的多用途、高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。 與公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)相比，專用無線通信系統(tǒng)具有呼叫接續(xù)快，組群內(nèi)用戶共享前向信道、半雙工通信方式、PTT方式、支持私密呼叫和群組呼叫等特點。由于專用無線通信系統(tǒng)具備特有的調(diào)度功能、組呼功能和快速呼叫的特性，因此在專業(yè)通信領域發(fā)揮著不可替代的作用[2]。 數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)優(yōu)點[3]
1)可以更好地利用頻譜資源。與蜂窩數(shù)字技術類似，數(shù)字專用無線通信系統(tǒng)可以在一條指定的信道上裝載更多用戶，提高頻譜利用率; 關鍵技術和實現(xiàn)方案 4FSK調(diào)制
DMR協(xié)議采用4FSK調(diào)制，是一種恒包絡調(diào)制。調(diào)制時每秒發(fā)送4800個符號，其中每個符號攜帶兩比特的信息，最大頻偏D定義如下： h代表每個特殊調(diào)制的頻偏系數(shù)，定義為0.27;T代表符號周期,為(1/4800)s。根據(jù)公式可計算出最大頻偏D為1.944kHz。 表1列出了特定符號與頻偏的對應關系[4]�！ �  4FSK調(diào)制器由一個平方根升余弦濾波器級聯(lián)一個頻率調(diào)制器組成[4]，如圖1所示�！ �  可見4FSK調(diào)制模塊分為兩部分，第一部分是成型濾波模塊，該模塊包括映射、插值以及成型濾波，產(chǎn)生四電平的基帶帶限信號m(n)作為調(diào)制信號;第二部分是調(diào)頻部分(FM)�；鶐д{(diào)制信號的產(chǎn)生過程如圖2所示。  成型濾波器的設計是該部分的關鍵，在實際的通信系統(tǒng)中，平方根升余弦濾波器可以通過在發(fā)射端和接收端使用同樣的平方根升余弦濾波器來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)成型濾波。方案中采用E4438C來實現(xiàn)4FSK調(diào)制。 4FSK解調(diào) 和調(diào)制過程相逆，解調(diào)的過程也分為兩部分：第一部分是正交差分解調(diào)，由4FSK調(diào)頻信號恢復四進制的基帶信號;第二部分根據(jù)基帶信號恢復原始碼元信息，包括匹配濾波、抽樣判決、反映射等模塊。接收端基帶信號的處理如圖3所示�！ �  其中匹配濾波器采用與發(fā)端相同的平方根升余弦滾降濾波器;抽樣判決需要找到合適的抽判位置并建立位定時信息，而且還要確定合適的門限。抽判位置的確定可以通過相關運算找出同步碼的起始位置后進行推算。 正交差分解調(diào)過程如圖4所示。同調(diào)制過程中的內(nèi)插濾波相對應，正交解調(diào)過程中需要在滿足奈奎斯特定力的前提下對高采樣率的信號進行抽取，降低采樣率，減小運算量。 基帶成型濾波技術
成型濾波器的設計是能否正確恢復數(shù)據(jù)的關鍵，DMR系統(tǒng)采用的是平方根升余弦滾降濾波器，同時也采用相同的濾波器作為接收端的匹配濾波器。平方根升余弦滾降濾波器[5-7]頻率響應如下：
由式可以得到平方根升余弦滾降濾波器時域表達式： 可見平方根升余弦滾降濾波器的時域表達式是一個無窮階數(shù)系數(shù)對稱的FIR濾波器。實際應用中，需要對其進行截斷，即在理論的時域表達式上加矩形窗，可得到相應逼近的FIR數(shù)字濾波器。 用Matlab軟件進行平方根升余弦濾波器的設計非常方便，調(diào)用firrcos函數(shù)即可得到濾波器系數(shù)：h=firrcos(N，F(xiàn)c，a，F(xiàn)s，‘sqrt’)。其中N是濾波器階數(shù);Fc是理想低通濾波器的截止頻率，為符號率的1/2;a為滾降系數(shù);Fs為采樣率。根據(jù)DMR系統(tǒng)的要求，設定Fc=4800/2=2400Hz，a=0.2，F(xiàn)s=4800*10，N的取值可以根據(jù)實際情況進行更改，這里采用了10倍的采樣速率，考慮MATLAB的計算能力及測試信號信噪比的不同，階數(shù)N也會有所不同。這里也可以用Matlab自帶的工具箱進行設計[8]，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)信道機的帶內(nèi)平坦度不是很好，因此在信道機的接收端設計了一個具有補償作用的補償濾波器去補償信道機的信號平坦度。 幀同步技術 在數(shù)字通信中，信號流是用若干碼元組成一個幀。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些幀的起止時刻，否則接收端無法正確恢復信息。為了使接收端能正確分離各路信號，在發(fā)送端必須提供每幀的起止標記，在接收端檢測并獲取這一標志的過程，稱為幀同步[2]。接收時還需要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當?shù)臅r刻進行抽樣判決。 DMR系統(tǒng)采用集中插入特殊同步碼組的方法進行幀同步，接收端按幀的周期連續(xù)數(shù)次檢測該特殊碼組，便可獲得幀同步信息。方案中所使用的是已知的特殊同步碼組：7F 7D 5D D5 7D FD，該碼組具有尖銳單峰的自相關函數(shù)、漏同步概率小;便于與信息碼區(qū)別、假同步概率小;碼長適當，可以保證傳輸效率。DMR系統(tǒng)對采用的幀同步碼組有嚴格的規(guī)定：幀同步碼組插入在幀的中心位置，并且對于輸入輸出語音、數(shù)據(jù)或控制信息，由不用的幀同步碼組來區(qū)分。 抽樣判決 抽樣判決是在同步之后，屬于解調(diào)的一部分。抽樣判決需要找到合適的抽樣判決位置并建立位定時信息，而且還要確定合適的門限。抽樣判決位置的確定可以通過相關運算找出同步碼的起始位置進行推算，具體方法如下：在本地存儲48bit同步碼對應的波形，然后將存儲的數(shù)據(jù)和接收波形進行滑動相關運算，即將對應點相乘累加。當本地波形與接收波形的同步碼對應上時能獲得最大相關值，返回出現(xiàn)該相關峰的位置，然后將該位置減去同步碼之前的符號數(shù)與每符號采樣點數(shù)M的乘積即可得到第一個判決位置，之后每隔M點就是一個抽判點。門限的確定則可以根據(jù)接受眼圖來劃分，判決點之間的間隔是10，門限電平可根據(jù)需要自己進行調(diào)整。 在解調(diào)抽樣判決時，同樣是+3的采樣值，由于前后數(shù)據(jù)不同，信號在經(jīng)過濾波器濾波之后，對應的幅度信息就會產(chǎn)生一定程度的改變，例如前后都是+3，那么當前這個+3的幅度就會比較高，如果前后都是-3，那么當前這個-3的幅度就會被拉低。因此在對信號進行抽樣判決的時候，本方案對信號幅度進行了相應的調(diào)整，采用一種動態(tài)調(diào)整判決門限的判決方法，使采樣值前后的幅度對該幅度的影響降到最低，從而有效地優(yōu)化了誤碼率，提高了通信質(zhì)量。這是本方案在解調(diào)抽樣判決上做的改進，下面的測試結果會進一步驗證改進的可行性。 測試結果分析 同步測試結果 本方案分別對功率為-20dbm、-50dbm、-80dbm、-100dbm、-105dbm的信號進行了誤碼率測試，一般情況下，功率越小，信噪比越小，誤碼率越高。圖5~9是不同功率信號的同步相關性，由圖可以看出同步相關性較高，這是定位同步位置和抽樣判決的基礎�！ �    誤碼率測試結果 接收端在進行誤碼性能測試中，測試信號的長度均為50幀，將接收端解調(diào)出的信號和發(fā)送端的測試信號進行對比，不同的則定義為誤碼，從而得出誤碼率。圖10是MATLAB的誤碼率性能測試曲線的對比圖�！ �  結論 通過測試結果可以得出該方案中的同步算法具有準確性和通用性，在調(diào)試中對抽樣判決進行了調(diào)整，從而使得系統(tǒng)誤碼率得到了進一步的優(yōu)化，驗證了該方案的可行性，在工程實踐中具有很好的實用價值。 參考文獻：
[1] 鄭祖輝,陸錦華,鄭嵐.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].電子工業(yè)出版社,2005:1-121 (中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮) |
