主頁（http://www.130131.com）：DMR數(shù)字集群關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究 摘要：DMR(Digital Mobile Radio)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(jìn)行信號處理，對解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步定時和抽樣判決，從而對誤碼率進(jìn)行優(yōu)化。 引言 隨著無線電通信技術(shù)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(shè)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(shè)備的需求不斷增加，特別是公共安全部門。可以看到，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(yīng)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(dān)費用、共享信道設(shè)備和服務(wù)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(lǐng)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)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(luò)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(yīng)關(guān)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(shè)計是該部分的關(guān)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(fù)四進(jìn)制的基帶信號;第二部分根據(jù)基帶信號恢復(fù)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(guān)運算找出同步碼的起始位置后進(jìn)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(yīng)，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(jìn)行抽取，降低采樣率，減小運算量。 基帶成型濾波技術(shù)
成型濾波器的設(shè)計是能否正確恢復(fù)數(shù)據(jù)的關(guān)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(yīng)如下：
由式可以得到平方根升余弦滾降濾波器時域表達(dá)式： 可見平方根升余弦滾降濾波器的時域表達(dá)式是一個無窮階數(shù)系數(shù)對稱的FIR濾波器。實際應(yīng)用中，需要對其進(jìn)行截斷，即在理論的時域表達(dá)式上加矩形窗，可得到相應(yīng)逼近的FIR數(shù)字濾波器。 用Matlab軟件進(jìn)行平方根升余弦濾波器的設(shè)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(shè)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(jìn)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(jìn)行設(shè)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(shè)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(shù) 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(fù)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(biāo)記，在接收端檢測并獲取這一標(biāo)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(dāng)?shù)臅r刻進(jìn)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(jìn)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(guān)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(dāng)，可以保證傳輸效率。DMR系統(tǒng)對采用的幀同步碼組有嚴(yán)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(guān)運算找出同步碼的起始位置進(jìn)行推算，具體方法如下：在本地存儲48bit同步碼對應(yīng)的波形，然后將存儲的數(shù)據(jù)和接收波形進(jìn)行滑動相關(guān)運算，即將對應(yīng)點相乘累加。當(dāng)本地波形與接收波形的同步碼對應(yīng)上時能獲得最大相關(guān)值，返回出現(xiàn)該相關(guān)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(jìn)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(yīng)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(dāng)前這個+3的幅度就會比較高，如果前后都是-3，那么當(dāng)前這個-3的幅度就會被拉低。因此在對信號進(jìn)行抽樣判決的時候，本方案對信號幅度進(jìn)行了相應(yīng)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(jìn)，下面的測試結(jié)果會進(jìn)一步驗證改進(jìn)的可行性。 測試結(jié)果分析 同步測試結(jié)果 本方案分別對功率為-20dbm、-50dbm、-80dbm、-100dbm、-105dbm的信號進(jìn)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(guān)性，由圖可以看出同步相關(guān)性較高，這是定位同步位置和抽樣判決的基礎(chǔ)�！ �    誤碼率測試結(jié)果 接收端在進(jìn)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(jìn)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(jié)論 通過測試結(jié)果可以得出該方案中的同步算法具有準(zhǔn)確性和通用性，在調(diào)試中對抽樣判決進(jìn)行了調(diào)整，從而使得系統(tǒng)誤碼率得到了進(jìn)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(xiàn)：
[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(zé)任編輯：陳曉亮) |
