基于USRP的DMR物理層研究和驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　物理層關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　中頻調(diào)制解調(diào)

　　DMR采用的4CP-FSK調(diào)制方式屬于4FSK調(diào)制方式中的一種，4FSK是采用基帶信號(hào)控制載波的頻率傳送信息，如信號(hào)“-3”可以用頻率f_0傳送，信號(hào)“-1”可以用頻率f_1傳送，信號(hào)“1”可用頻率f_2傳送，信號(hào)“3”可用頻率f_3傳送。頻移鍵控包括兩種，一種為相位連續(xù)頻移鍵控(CPFSK)，即傳送不同的信號(hào)時(shí)，相位連續(xù)，通過連續(xù)相位調(diào)制(CPM)實(shí)現(xiàn);另一種為非連續(xù)相位頻移鍵控(DFSK)。CPM是恒包絡(luò)相位連續(xù)調(diào)制方之一，本身兼具編碼增益，窄主瓣、快速滾降和恒包絡(luò)等特點(diǎn)，廣泛使用于軍事和專用通信領(lǐng)域^[9]。

　　一般CPM信號(hào)定義如公式(1)所示：
              (1) 

　　其中Ts是符號(hào)周期，E是符號(hào)能量，fs是載波頻率，在本系統(tǒng)中中頻為10kHz，上變頻后為400MHz，φ(t,a)是瞬時(shí)相位，φ0是初始相位，a代表符號(hào)的進(jìn)制，a∈{±1，±3.±…，±(M-1)}，φ(t,a)表達(dá)式見公式(2)。
         

　　其中T為脈沖周期，g(t)為脈沖函數(shù)。對(duì)公式(1)進(jìn)行離散化，設(shè)定，可以得到
         

　　對(duì)4CP-FSK調(diào)制后信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，相干解調(diào)流程見圖3。

　　兩路正交信號(hào)I(nTs )，Q(nTs)求反正切可以得到φ(nTs)，然后把相位調(diào)整到間，最后進(jìn)行差分運(yùn)算后可得到m(n)。
              (4) 

　　碼元同步和幀同步

　　碼元同步

　　碼元不同步是由于發(fā)送端時(shí)鐘與接收端時(shí)鐘不匹配導(dǎo)致的。在接收端的一個(gè)符號(hào)周期中不易確定最佳采樣時(shí)刻，如果隨機(jī)取一個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，往往會(huì)導(dǎo)致采樣點(diǎn)為非最佳采樣點(diǎn)，即與最佳采樣點(diǎn)偏離。圖3黑色曲線為匹配濾波后數(shù)據(jù)，藍(lán)點(diǎn)為在一個(gè)符號(hào)周期的隨機(jī)采樣點(diǎn)，可以看出隨機(jī)采樣往往偏離最佳采樣點(diǎn)。

　　對(duì)于發(fā)端8倍插值，收端進(jìn)行匹配濾波后每個(gè)符號(hào)周期有8個(gè)采樣點(diǎn)，符號(hào)同步結(jié)果只有8種可能。假設(shè)在一個(gè)符號(hào)周期中采樣點(diǎn)的位置為ψε{1，2，3，4，5，6，7，8}。發(fā)端與收端頻偏較小，且一幀數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間為30ms，假設(shè)一幀中的所有符號(hào)周期內(nèi)的同步位置相對(duì)不變。同步算法在不同幀之間一直處于運(yùn)行狀態(tài)，具體的同步過程如圖4所示。