基于Windows和USRP數(shù)字對(duì)講機(jī)收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：最新提出了一種在Windows平臺(tái)上基于USRP的數(shù)字對(duì)講機(jī)收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。首先簡(jiǎn)要介紹USRP及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)各種對(duì)比選擇在Windows平臺(tái)上利用VC來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后描述了USRP驅(qū)動(dòng)安裝，詳細(xì)分析了UHD重組的API函數(shù)接口，最后搭建數(shù)字對(duì)講機(jī)收發(fā)系統(tǒng)，采用DMR數(shù)字通信協(xié)議，利用USRP作為收發(fā)前端，在PC上通過(guò)串口RS232連接AMBE-1000語(yǔ)音板，通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，證明了USRP在Windows平臺(tái)上開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單方便可行。

引言

　　隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，人們?nèi)找嫫惹械匾髮?duì)講機(jī)具有諸如話音加密、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)調(diào)度等功能，而且要求進(jìn)一步提高無(wú)線頻譜的利用率(信道間隔由過(guò)去的25kHz到現(xiàn)在的12.5kHz以及6.25kHz)，數(shù)字通信技術(shù)在對(duì)講機(jī)及轉(zhuǎn)信臺(tái)等相關(guān)產(chǎn)品中的應(yīng)用也就迫在眉睫了^[1][2]。

　　數(shù)字對(duì)講機(jī)采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化，以數(shù)字編碼形式傳播。數(shù)字對(duì)講機(jī)與模擬對(duì)講機(jī)相比，語(yǔ)音清晰、接收通話信號(hào)穩(wěn)定，數(shù)字對(duì)講機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)模擬對(duì)講機(jī)基本業(yè)務(wù)：?jiǎn)魏?、組呼等功能，還具有調(diào)度臺(tái)核查呼叫、區(qū)域選擇、接入優(yōu)先、優(yōu)先呼叫、遲后進(jìn)入、預(yù)占優(yōu)先呼叫、偵聽(tīng)、動(dòng)態(tài)重組、監(jiān)聽(tīng)等補(bǔ)充業(yè)務(wù)^[2]。數(shù)字對(duì)講機(jī)是我國(guó)的移動(dòng)通信系統(tǒng)和設(shè)備中的最后一個(gè)由模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字的設(shè)備和系統(tǒng)。

　　本文提出了一種基于USRP的數(shù)字對(duì)講機(jī)收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案在Windows平臺(tái)上，利用USRP作為收發(fā)前端，在PC機(jī)上通過(guò)串口RS232連接語(yǔ)音板，上層采用DMR數(shù)字通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字對(duì)講機(jī)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

USRP介紹及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選取

　　USRP介紹

　　USRP(Universal Software Radio Peripheral，通用軟件無(wú)線電外設(shè))旨在使普通計(jì)算機(jī)能像高帶寬的軟件無(wú)線電設(shè)備一樣工作。USRP是一個(gè)非常靈活的USB設(shè)備，包含一個(gè)小的母板，母板包含4個(gè)12bit/64M抽樣率的ADC，4個(gè)14bit/128M DAC，一個(gè)百萬(wàn)門(mén)的FPGA芯片和一個(gè)可編程的USB2.0控制器。每個(gè)USRP母板支持4個(gè)子板，2個(gè)接收，2個(gè)發(fā)射^[3]。它的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　如圖1所示，USRP通過(guò)USB2.0與處理器相連。接收器鏈從高度敏感、可接受微小信號(hào)的模擬前端開(kāi)始，然后使用直接下變頻將它們數(shù)字化為同相(I)和正交(Q)基帶信號(hào)。下變頻后有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)DDC，用以降低采樣率并將I和Q打包傳輸?shù)街鳈C(jī)。發(fā)射器鏈從主機(jī)開(kāi)始，生成I和Q并通過(guò)USB2.0輸?shù)経SRP硬件，DUC為DAC準(zhǔn)備信號(hào)，然后I-Q進(jìn)行混合，直接上變頻信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)RF頻率信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)放大與傳輸。

　　開(kāi)發(fā)平臺(tái)選取

　　目前開(kāi)發(fā)USRP的工具有四種，分別是Linux品臺(tái)下的GNUradio，還有Windows平臺(tái)下的VC，Simulink，Labview。

　　GNU Radio是Linux上一個(gè)軟件無(wú)線電軟件，通過(guò)最小程度地結(jié)合硬件USRP，用軟件來(lái)定義無(wú)線電波發(fā)射和接收的方式，搭建無(wú)線電通信系統(tǒng)的開(kāi)源軟件系統(tǒng)^[3]。Labview是由NI提出的一款開(kāi)發(fā)USRP的工具，用戶可以開(kāi)發(fā)自定義的無(wú)線通信協(xié)議并且實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行的物理層數(shù)字鏈路。但是目前Labview只支持USRP-292x。MATLAB和Simulink連接Ettus Reseach公司的USRP，可以提供無(wú)線電回路設(shè)計(jì)和建模環(huán)境。它是由德國(guó)KIT大學(xué)開(kāi)發(fā)的，只支持USRP2，還不是很完善。各個(gè)平臺(tái)之間對(duì)比：

　　通過(guò)表1可知，相對(duì)于Linux平臺(tái)而言，Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)更方便有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，Linux的操作比較復(fù)雜，Windows的比較簡(jiǎn)單，快速開(kāi)發(fā);第二，Windows可視化的界面編輯器，方便開(kāi)發(fā)對(duì)講機(jī)的界面對(duì)話框;第三，Windows是微軟的東西，VC也是，自然會(huì)比其他公司的開(kāi)發(fā)工具在兼容性等各方面要好;第四，Linux速度比較快，安全性比Windows好，但是有很多軟件只能在Windows里運(yùn)行，與Linux兼容的軟件正在開(kāi)發(fā)中，不方便調(diào)用PC里面的API和外面接口。

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