移動(dòng)通信的兩大領(lǐng)域分別為公眾移動(dòng)通信和專網(wǎng)移動(dòng)通信。眾所周知，公眾移動(dòng)通信已經(jīng)由早起的模擬的大哥大發(fā)展到現(xiàn)在的4G移動(dòng)通信，而專網(wǎng)移動(dòng)通信則以某些特定領(lǐng)域的應(yīng)用或垂直的行業(yè)應(yīng)用為主，包括對(duì)講機(jī)、集群通信系統(tǒng)和無中心通信系統(tǒng)三大類。我們主要研究的就是其中的對(duì)講機(jī)通信系統(tǒng)。
1940年由高爾文公司制造的“步話機(jī)”是早投入使用的無線對(duì)講機(jī)，二戰(zhàn)后無線對(duì)講機(jī)迅速投入商用。我國于1989年開始引進(jìn)模擬集群系統(tǒng)，1990年投入使用，1993年已得到了較快的發(fā)展。目前國際上比較成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括DMR、P25、TETRA和MPT1327。
傳統(tǒng)的模擬對(duì)講機(jī)有很多的弊端比如頻譜利用率低，易受干擾，保密性差，因此推動(dòng)傳統(tǒng)模擬通信設(shè)備數(shù)字化已經(jīng)是一個(gè)全球化的趨勢(shì)。和模擬對(duì)講機(jī)相比，數(shù)字對(duì)講機(jī)具有很多優(yōu)良的特點(diǎn)，比如即時(shí)通信、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、使用方便以及無需通信費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字對(duì)講機(jī)廣泛應(yīng)用在民用、緊急事件處理等方面。
DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)標(biāo)準(zhǔn)采用的是雙時(shí)隙的TDMA技術(shù)，雖然信道間隔12．5kHz是無中心和dPMR的一倍，但由于它是雙時(shí)隙結(jié)構(gòu)，可以更好的實(shí)現(xiàn)雙工通信，另外雙時(shí)隙結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳。DMR傳輸速率是9．6kb／s，更高的傳輸速率可以在相同的時(shí)間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。
DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議：
1. DMR(Digital Mobile Radio)數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))為了滿足歐洲各國的中低端專業(yè)以及商業(yè)用戶對(duì)移動(dòng)通信的需要于2005年設(shè)計(jì)、制定的開放性標(biāo)準(zhǔn)。
DMR是嚴(yán)格按照簡化的OSl分層模型設(shè)計(jì)的，自下而上分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和呼叫控制層。
2. 時(shí)隙結(jié)構(gòu)。下圖是2時(shí)隙的TDMA結(jié)構(gòu)。MS TX表示上行信道，BS TX表示下行信道。
圖中TDMA物理信道的兩個(gè)時(shí)隙分別標(biāo)示為信道“1”和信道“2”，每個(gè)時(shí)隙為30ms，其中27.5ms為有效信息，另外剩余的2.5ms在有效信息左右兩邊分別有1.25ms。在上行信道“MS TX”上這2.5ms是保護(hù)間隔，在下行信道“BS TX”上這2.5ms是CACH信道。這兩個(gè)時(shí)隙可以同時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)雙工通信。
3. 幀結(jié)構(gòu)。DMR協(xié)議有兩種幀結(jié)構(gòu)，分別為語音突發(fā)幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)突發(fā)幀結(jié)構(gòu)。其中語音突發(fā)幀結(jié)構(gòu)的主要作用是承載語音信息，數(shù)據(jù)突發(fā)幀結(jié)構(gòu)的主要作用是承載控制信令和數(shù)據(jù)信息。DMR協(xié)議中還有語音超幀的概念，語音超幀由六個(gè)語音突發(fā)組成，是語音發(fā)送的小單元。
4. 信令。
5. 同步碼。同步碼對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來說至關(guān)重要。幀同步碼是具有幀同步能力的碼字，在數(shù)字通信系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)是分幀傳送的，接收端必須按每一個(gè)碼字的起止位置進(jìn)行譯碼。DMR協(xié)議實(shí)現(xiàn)幀同步的方式是通過插入特殊的碼組，即幀同步碼。在DMR協(xié)議中的幀同步碼主要有以下五種：
（1） 基站語音同步碼
（2） 基站數(shù)據(jù)同步碼
（3） 移動(dòng)臺(tái)語音同步碼
（4） 移動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)同步碼
（5） 反向信道同步碼
DMR的這五種幀同步碼都是48bits，區(qū)別是二進(jìn)制碼不一樣，語音碼用于語音信號(hào)的同步，數(shù)據(jù)同步碼用于數(shù)據(jù)信號(hào)的同步，反向信道同步碼用于反向信道的同步。
DMR協(xié)議中的同步碼不僅能夠區(qū)分出信息來源是基站還是移動(dòng)臺(tái)，也能夠判斷信號(hào)是語音幀還是數(shù)據(jù)幀。
6. 色碼
7. 呼叫流程。DMR的基本通信模式有直通模式、轉(zhuǎn)發(fā)模式和集群模式，三種模式中直通模式是DMR協(xié)議基本的通信模式，其他兩種模式是它的擴(kuò)展。在直通模式下，兩個(gè)移動(dòng)終端之間的通話流程如下：
㈠移動(dòng)終端A的呼叫流程：
①首先移動(dòng)終端A向移動(dòng)終端B發(fā)送呼叫請(qǐng)求CSBK信令；
②等待終端B回應(yīng)；
③如果移動(dòng)終端B回應(yīng)，就轉(zhuǎn)到④，否則轉(zhuǎn)到②；
④發(fā)送語音頭LC信令，通知終端B通話開始；
⑤以語音超幀的形式發(fā)送語音信息，雙方開始通話；
⑥語音通話結(jié)束，向終端B發(fā)送語音終止LC信令；
⑦進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
㈡移動(dòng)終端B的呼叫流程：
①收到移動(dòng)終端A的呼叫請(qǐng)求信令，判斷呼叫地址是否與自己的D匹配，如果匹配就轉(zhuǎn)入下一步，否則轉(zhuǎn)入⑥；
②發(fā)送應(yīng)答CSBK信令；
③接收語音頭LC，打開麥克風(fēng)；
④接收語音信息，雙方開始通話；
⑤通話過程中，如果收到語音終止LC就轉(zhuǎn)入下一步，否則繼續(xù)語音通話；
⑥進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
8 地址編碼。每個(gè)移動(dòng)終端都有的一個(gè)固定ID，這個(gè)地址ID是區(qū)分不同終端的重要的信息。在DMR協(xié)議中，每個(gè)DMR移動(dòng)終端的地址ID是一個(gè)七位十進(jìn)制數(shù)，即從“0000000”到“9999999”。在對(duì)講機(jī)系統(tǒng)中會(huì)將這七位十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的ID。
信道編碼。在通信系統(tǒng)中，有效性和可靠性是兩個(gè)重要的性質(zhì)，有效性就是要求系統(tǒng)高效率地傳輸信息，即又“多”又“快”?？煽啃允且笙到y(tǒng)可靠地傳輸信息，即又“準(zhǔn)”又“好”。但是有效性和可靠性這兩個(gè)要求指標(biāo)通常是不可兼得的，合適的信道編碼可以盡可能小地增加系統(tǒng)的冗余度而達(dá)到可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議中使用了很多的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼來提升系統(tǒng)的性能。
DMR對(duì)講機(jī)的實(shí)現(xiàn)：基于DMR協(xié)議的數(shù)字對(duì)講機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案目前有兩種比較成熟的方案。
方案一：
語音編碼芯片使用CML公司MX61 8芯片，基帶調(diào)制芯片則使用MX7041
芯片進(jìn)行4FSK調(diào)制，微控制器處理芯片使用ARM，射頻模塊通過分立元件進(jìn)行搭建。
方案二：語音編解碼以及基帶的4FSK調(diào)制通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，微控制器處理芯片我們依然采用ARM，射頻模塊通過分立元件搭建。
兩種方案各有優(yōu)劣，其中第一種方案相對(duì)而言實(shí)現(xiàn)起來比較簡單而第二種方案比較靈活。
感想和收獲：
在通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，我們小組三個(gè)成員一起討論選定了課題即DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了資料查找工作。從萬方、維普數(shù)據(jù)庫中查找到了幾篇與研究課題相關(guān)的論文還有資料并一起進(jìn)行了閱讀和分析。在此之后我們小組成員進(jìn)行了合理分工，每個(gè)人負(fù)責(zé)不同的方面，一起完成了課題的研究。在討論研究的過程中，我們逐漸對(duì)DMR協(xié)議有了比較深入的了解，尤其是DMR協(xié)議的時(shí)隙結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)、呼叫流程和信道編碼等方面。
在我們相互討論相互交流的過程中我們交換的各自的想法，也能夠順利的溝通想法，我們從中學(xué)習(xí)到了合作的重要性，一件任務(wù)需要每個(gè)人都承擔(dān)一小部分每個(gè)人之間想法的交流才可以。
1940年由高爾文公司制造的“步話機(jī)”是早投入使用的無線對(duì)講機(jī)，二戰(zhàn)后無線對(duì)講機(jī)迅速投入商用。我國于1989年開始引進(jìn)模擬集群系統(tǒng)，1990年投入使用，1993年已得到了較快的發(fā)展。目前國際上比較成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括DMR、P25、TETRA和MPT1327。
傳統(tǒng)的模擬對(duì)講機(jī)有很多的弊端比如頻譜利用率低，易受干擾，保密性差，因此推動(dòng)傳統(tǒng)模擬通信設(shè)備數(shù)字化已經(jīng)是一個(gè)全球化的趨勢(shì)。和模擬對(duì)講機(jī)相比，數(shù)字對(duì)講機(jī)具有很多優(yōu)良的特點(diǎn)，比如即時(shí)通信、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、使用方便以及無需通信費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字對(duì)講機(jī)廣泛應(yīng)用在民用、緊急事件處理等方面。
DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)標(biāo)準(zhǔn)采用的是雙時(shí)隙的TDMA技術(shù)，雖然信道間隔12．5kHz是無中心和dPMR的一倍，但由于它是雙時(shí)隙結(jié)構(gòu)，可以更好的實(shí)現(xiàn)雙工通信，另外雙時(shí)隙結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳。DMR傳輸速率是9．6kb／s，更高的傳輸速率可以在相同的時(shí)間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。
DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議：
1. DMR(Digital Mobile Radio)數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))為了滿足歐洲各國的中低端專業(yè)以及商業(yè)用戶對(duì)移動(dòng)通信的需要于2005年設(shè)計(jì)、制定的開放性標(biāo)準(zhǔn)。
DMR是嚴(yán)格按照簡化的OSl分層模型設(shè)計(jì)的，自下而上分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和呼叫控制層。
2. 時(shí)隙結(jié)構(gòu)。下圖是2時(shí)隙的TDMA結(jié)構(gòu)。MS TX表示上行信道，BS TX表示下行信道。
圖中TDMA物理信道的兩個(gè)時(shí)隙分別標(biāo)示為信道“1”和信道“2”，每個(gè)時(shí)隙為30ms，其中27.5ms為有效信息，另外剩余的2.5ms在有效信息左右兩邊分別有1.25ms。在上行信道“MS TX”上這2.5ms是保護(hù)間隔，在下行信道“BS TX”上這2.5ms是CACH信道。這兩個(gè)時(shí)隙可以同時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)雙工通信。
3. 幀結(jié)構(gòu)。DMR協(xié)議有兩種幀結(jié)構(gòu)，分別為語音突發(fā)幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)突發(fā)幀結(jié)構(gòu)。其中語音突發(fā)幀結(jié)構(gòu)的主要作用是承載語音信息，數(shù)據(jù)突發(fā)幀結(jié)構(gòu)的主要作用是承載控制信令和數(shù)據(jù)信息。DMR協(xié)議中還有語音超幀的概念，語音超幀由六個(gè)語音突發(fā)組成，是語音發(fā)送的小單元。
4. 信令。
5. 同步碼。同步碼對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來說至關(guān)重要。幀同步碼是具有幀同步能力的碼字，在數(shù)字通信系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)是分幀傳送的，接收端必須按每一個(gè)碼字的起止位置進(jìn)行譯碼。DMR協(xié)議實(shí)現(xiàn)幀同步的方式是通過插入特殊的碼組，即幀同步碼。在DMR協(xié)議中的幀同步碼主要有以下五種：
（1） 基站語音同步碼
（2） 基站數(shù)據(jù)同步碼
（3） 移動(dòng)臺(tái)語音同步碼
（4） 移動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)同步碼
（5） 反向信道同步碼
DMR的這五種幀同步碼都是48bits，區(qū)別是二進(jìn)制碼不一樣，語音碼用于語音信號(hào)的同步，數(shù)據(jù)同步碼用于數(shù)據(jù)信號(hào)的同步，反向信道同步碼用于反向信道的同步。
DMR協(xié)議中的同步碼不僅能夠區(qū)分出信息來源是基站還是移動(dòng)臺(tái)，也能夠判斷信號(hào)是語音幀還是數(shù)據(jù)幀。
6. 色碼
7. 呼叫流程。DMR的基本通信模式有直通模式、轉(zhuǎn)發(fā)模式和集群模式，三種模式中直通模式是DMR協(xié)議基本的通信模式，其他兩種模式是它的擴(kuò)展。在直通模式下，兩個(gè)移動(dòng)終端之間的通話流程如下：
㈠移動(dòng)終端A的呼叫流程：
①首先移動(dòng)終端A向移動(dòng)終端B發(fā)送呼叫請(qǐng)求CSBK信令；
②等待終端B回應(yīng)；
③如果移動(dòng)終端B回應(yīng)，就轉(zhuǎn)到④，否則轉(zhuǎn)到②；
④發(fā)送語音頭LC信令，通知終端B通話開始；
⑤以語音超幀的形式發(fā)送語音信息，雙方開始通話；
⑥語音通話結(jié)束，向終端B發(fā)送語音終止LC信令；
⑦進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
㈡移動(dòng)終端B的呼叫流程：
①收到移動(dòng)終端A的呼叫請(qǐng)求信令，判斷呼叫地址是否與自己的D匹配，如果匹配就轉(zhuǎn)入下一步，否則轉(zhuǎn)入⑥；
②發(fā)送應(yīng)答CSBK信令；
③接收語音頭LC，打開麥克風(fēng)；
④接收語音信息，雙方開始通話；
⑤通話過程中，如果收到語音終止LC就轉(zhuǎn)入下一步，否則繼續(xù)語音通話；
⑥進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
8 地址編碼。每個(gè)移動(dòng)終端都有的一個(gè)固定ID，這個(gè)地址ID是區(qū)分不同終端的重要的信息。在DMR協(xié)議中，每個(gè)DMR移動(dòng)終端的地址ID是一個(gè)七位十進(jìn)制數(shù)，即從“0000000”到“9999999”。在對(duì)講機(jī)系統(tǒng)中會(huì)將這七位十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的ID。
信道編碼。在通信系統(tǒng)中，有效性和可靠性是兩個(gè)重要的性質(zhì)，有效性就是要求系統(tǒng)高效率地傳輸信息，即又“多”又“快”?？煽啃允且笙到y(tǒng)可靠地傳輸信息，即又“準(zhǔn)”又“好”。但是有效性和可靠性這兩個(gè)要求指標(biāo)通常是不可兼得的，合適的信道編碼可以盡可能小地增加系統(tǒng)的冗余度而達(dá)到可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議中使用了很多的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼來提升系統(tǒng)的性能。
DMR對(duì)講機(jī)的實(shí)現(xiàn)：基于DMR協(xié)議的數(shù)字對(duì)講機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案目前有兩種比較成熟的方案。
方案一：
語音編碼芯片使用CML公司MX61 8芯片，基帶調(diào)制芯片則使用MX7041
芯片進(jìn)行4FSK調(diào)制，微控制器處理芯片使用ARM，射頻模塊通過分立元件進(jìn)行搭建。
方案二：語音編解碼以及基帶的4FSK調(diào)制通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，微控制器處理芯片我們依然采用ARM，射頻模塊通過分立元件搭建。
兩種方案各有優(yōu)劣，其中第一種方案相對(duì)而言實(shí)現(xiàn)起來比較簡單而第二種方案比較靈活。
感想和收獲：
在通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，我們小組三個(gè)成員一起討論選定了課題即DMR數(shù)字對(duì)講機(jī)協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了資料查找工作。從萬方、維普數(shù)據(jù)庫中查找到了幾篇與研究課題相關(guān)的論文還有資料并一起進(jìn)行了閱讀和分析。在此之后我們小組成員進(jìn)行了合理分工，每個(gè)人負(fù)責(zé)不同的方面，一起完成了課題的研究。在討論研究的過程中，我們逐漸對(duì)DMR協(xié)議有了比較深入的了解，尤其是DMR協(xié)議的時(shí)隙結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)、呼叫流程和信道編碼等方面。
在我們相互討論相互交流的過程中我們交換的各自的想法，也能夠順利的溝通想法，我們從中學(xué)習(xí)到了合作的重要性，一件任務(wù)需要每個(gè)人都承擔(dān)一小部分每個(gè)人之間想法的交流才可以。