基于数字中频的dPMR数字对讲机的研究与实现

摘要

数字对讲机替代模拟对讲机是未来的必然趋势，欧洲电信标准组织(ETSI)于2008年发布了最新的数字对讲机标准dPMR(Digital Private Mobile Radio，数字个人移动无线电)，dPMR数字对讲机采用6.25kHz带宽，兼容已有的模拟对讲机，同时具有低成本高性能的优势，对于数字对讲机的普及具有重大意义，本课题结合已有的一些数字通信技术如软件无线电、数字中频及DSP技术等，研究和探索一种切实可行的全数字dPMR对讲机解决方案，使之具有符合市场需要的应用价值。
　　本文研究了dPMR标准的物理层技术，并分析了目前已有的dPMR解决方案，由于这些方案从中频到调制解调都采用模拟电路实现，不但增加功耗，而且不利于小型化集成，因此本文提出了基于dPMR标准的数字中频解决方案，将中频处理和调制解调全部放入DSP模块中进行处理，这样不但可以提高集成度，降低功耗，而且有利于系统的升级。
　　本文研究了dPMR发射机的具体规范，并对比研究了连续相位和非连续相位的频谱特性，在此基础上设计了连续相位4FSK调制方案，该方案可以有效地控制基带频谱宽度，从而抑制邻道干扰。本文进一步设计了连续相位调制器(CP4FSK)的成形滤波器、相位积分器、数字频率综合器等各个功能模块。为降低对数字信号处理器件的要求，本文在接收端采用了数字中频和带通采样的方案，通过对比研究FIR滤波器和CIC及HB滤波器在信号抽取性能和运算量方面的优劣，最终设计了符合dPMR处理要求的CIC和HB滤波器模块，该滤波器模块在获得相同滤波性能的同时大大降低了运算量。由于CP4FSK最佳解调算法的复杂性和难以实现，本文设计了一种相位差分解调的方法，此解调方法充分利用了CP4FSK的相位连续特性，通过性能仿真分析相结合的方法验证了其具有良好的误码性能。
　　通过研究dPMR同步码元的频域特性和自相关特性，本文提出了基于时域能量检测和基于频率分量检测的两种粗同步方案，仿真对比分析了它们的同步性能和运算量，其中基于频率分量检测的粗同步方案具有性能好、运算量低的优势。结合dPMR信号的具体特征，本文设计了一种通过搜索最大相关峰来完成精同步的方案，并通过优化减少了它的运算量，通过仿真验证了其具有较低的运算量和良好的同步性能。
　　在完成以上物理链路层设计后，为了验证方案的可行性，本文以16位DSP为应用环境，用C语言对发射机和接收机链路进行了定点仿真和优化，验证了此定点化方案具有和浮点仿真基本一致的性能，达到了预定目标。