基于USRP的DMR物理层研究和验证系统实现

对于发端8倍插值，收端进行匹配滤波后每个符号周期有8个采样点，符号同步结果只有8种可能。假设在一个符号周期中采样点的位置为ψε{1，2，3，4，5，6，7，8}。发端与收端频偏较小，且一帧数据持续时间为30ms，假设一帧中的所有符号周期内的同步位置相对不变。同步算法在不同帧之间一直处于运行状态，具体的同步过程如图4所示。　　

 

在同步开始时，本地时钟对数据进行采样，然后送到同步算法模块，计算同步时钟。一帧数据总共有132个符号周期(发端进行了8倍插值)越多的符号周期考虑在内结果越精确，但若把132个符号周期都考虑在内会导致计算复杂度过高，只每一帧随机选其中N个(在本仿真中N=5)符号周期，以保证算法准确性，对这8*N个采样点的值，总共同步的情况为8种，对于每一种可能性，对采样点的值通过硬判决算法进行判决。对N个符号周期中每个符号周期同一采样点位置的采样值与硬判决值求差值，这代表着该采样点位置与判决符号值偏差，差值图样最小的那个采样点位置的值，取为本帧同步采样点位置。具体偏差值图样的计算见公式(5)，假设随机算法得到的符号周期集合为Ω。
         

其中s(k+i*8)指一个符号周期中第k点采样值，kεψ，i∈{0,1,2,……,131}指一帧中符号周期的下标。其中硬判决函数的计算方式如下：
              (6) 

通过求得偏差图样的最小值，来确定准同步位置，产生本地采样时钟，在一帧内都采取这个同步时钟。

取一帧数据，随机取其中的5个符号周期的数进行同步算法运算，得到的错误图样如图5所示，从错误图样可以得看出在符号采样点位置为4的位置为最佳同步位置。

帧同步

DMR帧同步通过同步突发中的同步码实现。语音帧、数据帧、信令帧都包含各自的同步码，不同类型突发所包括的同步码见表4.1，表中只以下行的语音与数据同步码为例。同步码总长为48bit，处在突发的中间位置。在进行MS到BS或MS到MS通信时，终端会先找到对方发来的同步码，以确保信道的建立。　　

 

语音信号以超帧形式传输，超帧的组帧由数据链路层完成，一个语音超帧由A~F六帧(360ms)组成，见图6，在语音超帧传输开始有LC(LC Header)头突发标志语音传输的开始，如果传输的语音数据需要加密则在LC头后有一个PI(PI Header)头突发用于标示语音传输加密，对于直通或单/双频BS转发模式在超帧传输结束有一个语音结束LC terminator标示，而一般超帧则由最后一个突发的数据表示该语音帧的结束。　　

 

对于检测同步码的具体做法是，在收端用本地同步序列与收到的序列逐次进行相关，然后检测相关系数是否大于某阈值。假设本地数据同步码为x(n)，在收到数据流之中，取与同步码长度相等的数据，即48比特数据，记为y(n)。求两者的相关系数如下式： 
         

当相关系数的值大于某阈值时，表示检测到某同步码。对于阈值，则需要通过实验值来设定，可以随机产生大量数据，然后与本地的同步码计算出相关系数的值，得到不同相关系数时的分布图，实验的数据结果见图7所示，随机产生了100万个数据，对这100万数据依次取48bit与本地的语音同步码组做相关系数运算，存储所有的相关系数，然后画出CDF曲线。从图中可以看出，基本上相关系数为0.85的时候，概率就基本上为零了，所以可以设置同步上时相关系数阈值为0.85，为了增加冗余，设置阈值为0.90。　　

 

从系统的误码率中也可以知道，这个阈值设置也是合理的。

验证系统

DMR全数字验证系统实物图见图8，左右两侧均为具有收发功能的终端。此系统经过测试，能够实现DMR规定的单呼、组呼、广播业务，且通话清晰，具体通话范围和USRP的发射功率有关。在处理器中实现的DMR基带处理各个模块可以作为软件模块的方式进行封闭，以供其它系统进行调用。系统的参数见表2。　　

 　　结论

本文主要针对物理层的研究和DMR验证系统的实现，物理层中也只是对关键部分进行具体的研究，如中频调制解调，码元同步和帧同步等。在码元同步中提出新算法，通过接收到的符号周期信息中的采样数据信息进行同步，而不是通过增加前导码进行同步。给