基于Windows和USRP数字对讲机收发系统设计

USB这两个库在cmake编译中都需要进行配置，否则编译过不去。这些插件主要作用就是将UHD下面的Linux源代码通过cmake等交叉编译生成Windows下面的C代码。

安装好后可以连接上USRP，通过里面的测试实例，可以看到USRP是否正确连上。正确连上会显示如下信息：图中的参数是可配置的。

然后，我们就可以调用UHD下面的一些API函数，在本次项目中主要参考的就是底层的send()和recv()。里面的程序全是通过类来实现的。在Windows平台上，USRP提供的可配参数主要如表2所示。

但是send()和recv()收发不满足DMR规定的要求，并且在进行收发转换时，时序处理不过来。为了方便上层调用，将配置分为三部分，对UHD下面的接口函数进行了重新封装，如表3所示。

在configure()里面主要是创建了一个USRP，它花时较长，需要返回一些USRP的子板和母版信息，还要导入一些映像文件，所以采用单独分开配置，在程序调用之前配置一次就可以。configure_recv()和configure_send()主要是配置一些收发的具体参数，就是上面介绍的主要参数。这样将配置分开，是为收发转换准备的，方便上层调用。Mod_send()主要负责将上层来的数据进行调制然后调用底层send()将数据发送出去，Demod_recv()主要负责调用底层recv()并将接收的数据解调返回给上层。

收发系统实现及测试

系统平台搭建

系统平台基于软件无线电的架构，基带处理部分按照DMR协议由软件模块来实现，包括组帧、同步、信道接入、BPTC信道编码等，这部分主要在PC机上完成。射频部分由硬件模块USRP完成，采用400M的射频子板，与PC之间通过USB2.0进行通信。语音模块由AMBE-1000来完成，本次系统中语音板是插在一个51最小系统上，51最小系统主要负责AMBE-1000语音板的驱动和它与PC机之间的串口通信。具体系统架构如图3。

DMR协议栈收发时序

在PC上主要主要完成的就是DMR通信协议，主要分为三层，物理层主要功能是：比特与符号定义、建立频率同步和符号同步、构成突发、对基带信号进行调制解调、实现收发转换等;数据链路层的主要功能是：突发和参数定义、组帧和帧同步、信道编码、确认和重传机制、与两层之间的接口等;呼叫控制层的主要功能是：BS激活与去激活、语音业务下的呼叫建立、呼叫保持、呼叫终止、单呼和群呼的发送与接收等^[6]。在本文中严格按照DMR协议规定的帧结构和突发时序进行了设计，突发结构如图4所示。

每个burst长30ms，包含两个108比特有效载荷和一个48比特同步或信令域，其中27.5ms承载264比特内容，在传输语音时，可以利用两个有效载荷共216比特承载60ms的压缩语音信息。另外2.5s分布在左右两边，各占1.25s，这样两个突发就间隔2.5ms。在上行信道上，2.5ms间隔是保护间隔，作传播时延和功率放大器的上升时间;在下信道上，2.5ms间隔用作CACH信道，用于传送业务信道管理信息和低速信令。TDMA frame由两个burst构成，语音采集器每60ms采集一帧数据。基带处理模块进行基带处理和中频调制，处理时间小于60ms，其中包括数据收集和写入缓存的时间。USRP每30ms时间发送一帧数据，与基带模块和中频调制并行进行，接收端作类似的处理。收发的时序转换如图5所示。

系统测试

本次开发的数字对讲机收发系统经过实际测试，可以正常进行单呼，组呼语音通话，通话质量较好。测试中系统采取主要参数在表2中已经说明，收发系统实物图如图6所示。

本文中对发送端得波形进行了测试，图7是一个突发的数据波形，图8是一个TDMA帧的数据波形。可以看出，实际的测试波形比27.5ms多一点，这个是由USRP不稳定带来的，但一帧数据在上层严格控制在60ms，30ms进行一次收发转换，满足DMR协议规定的格式。

结论

本文通过对USRP的研究，选取在Windows平台上，利用软件无线电架构搭建数字对讲机收发系统。通过实际测试表明，USRP在Windows下开发很方便，搭建的数字对讲机收发系统能够进行清晰的单呼和组呼功能。

参考文献：

[1] 葛林.基于DMR协议的直通模式数字对讲机研究[D].成都:西南交通大学,2010
　　[2] 黄磊.数字对讲机基带软件设计与实现[D].北京:清华大学硕士论文,2011
　　[3] 黄嘉崴,钟晓峰,王京.基于GNU Radio 和USRP的路测仪设计[J].通信技术,2011:4-44
　　[4] Mate, A., Kuo-Hao Lee, I-Tai Lu. Spectrum Sensing Based on Time Covariance Matrix Using GNU Radio and USRP for Cognitive Radio[C].Systems, Applications and Technology Conference (LISAT), 2011 IEEE Long Island
　　[5] 项铁尧.数字对讲机实验平台的研制[D].北京:清华大学,2009
　　[6] ETSI TS 102 398 v1.1.2(2008-05)