DMR数字集群关键技术的应用研究

摘要：DMR(Digital Mobile Radio)是欧洲电信标准协会(ETSI)于2004年提出的新型数字集群通信系统，与TETRA系统和iDEN系统相比具有技术简单，产品成本较低的优点，并且支持从模拟到数字的过渡。DMR的发展无论是在国内还是在国外都处于起步阶段。本文的主要工作是，通过发送已知数据，经E4438C调制后，通过信道机，由接收端进行信号处理，对解调后的数据进行同步定时和抽样判决，从而对误码率进行优化。

引言

随着无线电通信技术的发展、人们对无线通信质量要求的提高以及频谱资源的日益缺乏，数字专用无线通信设备必将面临巨大的市场需求。目前，在全球范围内对数字专用无线通信设备的需求不断增加，特别是公共安全部门。可以看到，数字专用无线通信系统将成为未来专用无线通信系统的发展趋势。

数字专用无线通信系统概况

数字专用无线通信系统介绍

数字集群通信系统^[1]是指数字专用无线通信系统，数字专用无线通信系统发展迅速，主要应用于集团调度指挥通信。该系统的可用信道能被系统的全体用户共用，且具有自动选择信道功能，是共享资源、分担费用、共享信道设备和服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。

与公众蜂窝移动通信系统相比，专用无线通信系统具有呼叫接续快，组群内用户共享前向信道、半双工通信方式、PTT方式、支持私密呼叫和群组呼叫等特点。由于专用无线通信系统具备特有的调度功能、组呼功能和快速呼叫的特性，因此在专业通信领域发挥着不可替代的作用^[2]。

数字专用无线通信系统优点^[3]

1)可以更好地利用频谱资源。与蜂窝数字技术类似，数字专用无线通信系统可以在一条指定的信道上装载更多用户，提高频谱利用率;
　　2)可以有效提高通话质量。由于数字通信技术具有系统内错误校正功能，和模拟专用无线通信系统相比，可以在更广泛的信号环境中实现更好的语音音频质量;
　　3)可以提高改进语音和数据集成，改变控制信号随通讯距离的增加而降低的弱点。

关键技术和实现方案

4FSK调制

DMR协议采用4FSK调制，是一种恒包络调制。调制时每秒发送4800个符号，其中每个符号携带两比特的信息，最大频偏D定义如下：
        

h代表每个特殊调制的频偏系数，定义为0.27;T代表符号周期,为(1/4800)s。根据公式可计算出最大频偏D为1.944kHz。

表1列出了特定符号与频偏的对应关系^[4]。　　

 

4FSK调制器由一个平方根升余弦滤波器级联一个频率调制器组成^[4]，如图1所示。　　

 

可见4FSK调制模块分为两部分，第一部分是成型滤波模块，该模块包括映射、插值以及成型滤波，产生四电平的基带带限信号m(n)作为调制信号;第二部分是调频部分(FM)。基带调制信号的产生过程如图2所示。　　

 

成型滤波器的设计是该部分的关键，在实际的通信系统中，平方根升余弦滤波器可以通过在发射端和接收端使用同样的平方根升余弦滤波器来实现，从而实现成型滤波。方案中采用E4438C来实现4FSK调制。

4FSK解调

和调制过程相逆，解调的过程也分为两部分：第一部分是正交差分解调，由4FSK调频信号恢复四进制的基带信号;第二部分根据基带信号恢复原始码元信息，包括匹配滤波、抽样判决、反映射等模块。接收端基带信号的处理如图3所示。　　

 

其中匹配滤波器采用与发端相同的平方根升余弦滚降滤波器;抽样判决需要找到合适的抽判位置并建立位定时信息，而且还要确定合适的门限。抽判位置的确定可以通过相关运算找出同步码的起始位置后进行推算。

正交差分解调过程如图4所示。同调制过程中的内插滤波相对应，正交解调过程中需要在满足奈奎斯特定力的前提下对高采样率的信号进行抽取，降低采样率，减小运算量。

基带成型滤波技术

成型滤波器的设计是能否正确恢复数据的关键，DMR系统采用的是平方根升余弦滚降滤波器，同时也采用相同的滤波器作为接收端的匹配滤波器。平方根升余弦滚降滤波器^[5-7]频率响应如下：
        
          

由式可以得到平方根升余弦滚降滤波器时域表达式：
          

可见平方根升余弦滚降滤波器的时域表达式是一个无穷阶数系数对称的FIR滤波器。实际应用中，需要对其进行截断，即在理论的时域表达式上加矩形窗，可得到相应逼近的FIR数字滤波器。

用Matlab软件进行平方根升余弦滤波器的设计非常方便，调用firrcos函数即可得到滤波器系数：h=firrcos(N，Fc，a，Fs，