План выполнения курсовой работы

1. Общие теоретические сведенья о цифровой мобильной связи DMR. Теоретические особенности построения физического уровня в DMR.

2. Исследование кода, описывающего процессы, происходящие на физическом уровне в DMR.

3. Наблюдение результатов моделирования, рассмотренного в части 1, и результатов выполнения кода, рассмотренного в части 2. 

Общие сведения о DMR.

   Сегодня мы находимся на этапе массированного перехода на цифровые стандарты в профес- сиональных системах. В то же самое время сложности, связанные с законодательным регулированием и текущими потребностями абонентов систем радиосвязи, заставляют производителей и пользователей этих систем искать возможность передать как можно больше информации в выделенной полосе частотного диапазона: другими словами, повышать эффективность использования частотного ресурса. Каналы, по которым ранее передавался один вызов в единицу времени, теперь разделяются для того, чтобы можно было одновременно передать два.

Для облегчения массированного перехода профессиональных систем на “цифру” Европейский Институт стандартов связи (ETSI) разработал новый стандарт DMR (Digital Mobile Radio), в основе которого лежит двухъинтервальный протокол TDMA (Time Division Multiple Access).

Стандарт DMR предусматривает как передачу голоса, так и передачу данных. Речевой сигнал оцифровывается, сжимается, формируется в пакеты. Пакеты передачи информации маркируются «голос» или «данные».

Каналы передачи голоса/данных представляют собой два временных интервала. Сформированный сигнал TDMA передается с использованием одной несущей частоты. Ширина радиочастотного канала (шаг сетки частот) составляет 12,5 КГц. Сформированные информационные каналы полностью независимы один от другого.

Физический уровень DMR

Общие параметры системы:

§  радиосистема работает в ВЧ  диапазоне частот от 30 МГц до 1 ГГц;

§  радиосистема работает в пределах полосы пропускания  несущей РЧ 12,5 кГц;

Радиоинтерфейс физического уровня должен совмещать в себе следующие функции:

§  модуляция и демодуляция;

§  кодирование и декодирование

§  передатчик и приемник коммутации;

§  Радиочастотные характеристики;

§  битовая и символьная точность;

§  частотная и символьная синхронизация;

§  построение коротких посылок.

Модуляция

   Тип модуляции, применяемый в DMR — 4FSK (4-х уровневая частотная манипуляция). Каждая пара бит информации определяет частотный сдвиг относительно несущей частоты (рисунок 1). 


Рисунок 1 — Принцип 4FSK модуляции

  Модуляция посылает 4 800 символов/с, с каждым символом транспонируется 2 бита информации.

 

4FSK модулятор

4FSK модулятор состоит из фильтра «квадратного корня из приподнятого косинуса», соединённого с частотным модулятором, как показано на рисунке 2.


Рисунок 2 — Структурная схема модулятора 4FSK

4FSK модулятор должен иметь установленное отклонение, чтобы обеспечить надлежащий сдвиг фазы несущей для каждого модулированного символа. Отклонение устанавливается с помощью тестового сигнала, состоящего из следующего потока символов:

... - 3 -1 +1 +3 -3 -1 +1 +3 ...

Синхронизация

Как описано выше, каждый временной интервал в кадре TDMA DMR делится средним полем шаблона синхронизации длительностью 5 мс на две нагрузки одинаковой длительности по 11,25 мс (Рисунок 3).

Рисунок 3 — Кадр TDMA в DMR

В протоколе DMR задано шесть шаблонов синхронизации:

·         шаблон синхронизации речи, передаваемый с мобильной станции;

·         шаблон синхронизации данных, передаваемый с MС;

·         шаблон синхронизации речи, передаваемый с базовой станции;

·         шаблон синхронизации данных, передаваемый с БС;

·         шаблон синхронизации обратного канала;

·         резервный шаблон синхронизации.

 В техническом решении, предусмотренном в настоящей заявке, из шести шаблонов синхронизации можно произвольно выбрать два шаблона и переопределить их как шаблон синхронизации для временного интервала 1 и шаблон синхронизации для временного интервала 2 (т.е. два шаблона используются как идентификаторы для временного интервала 1 и временного интервала 2). В необязательном порядке из шести шаблонов синхронизации можно выбрать четыре шаблона и переопределить их, как шаблон синхронизации речи для временного интервала 1, шаблон синхронизации данных для временного интервала 1, шаблон синхронизации речи для временного интервала 2 и шаблон синхронизации данных для временного интервала 2. То есть тип связи в частной сети, переносимой в каждом временном интервале (например, речь или данных), идентифицируется при идентификации временного интервала 1 и временного интервала 2.

Декодер DMR

Декодер DMR предназначен для демодулирования сигналов DMR, декодирования идентификаторов DMR и декодирования речи. Декодер классифицирует сигналы следующим образом:

1 - не сигнал DMR;

2 - вероятно сигнал DMR, но невозможно его декодировать (например, из-за плохого качества сигнала);

 3 - сигнал DMR, идентификаторы и голосовые данные декодируемы.

Декодируются следующие параметры:

·         Source address - идентификатор вызывающего абонента;

·         Target address или Group address - идентификатор вызываемого абонента или группы;

·         Service Options - опции сервиса: приоритет и др.;

·         Источник сигналов - базовая станция или мобильная;

·         Сolour Code - цветовой код.

Декодер DMR демодулирует голосовые данные, проверяет их целостность и выполняет декодирование нешифрованных AMBE кадров ( для потребителей в Северной Америке и Европе очень строго регламентировано использование конкретного вокодера, а именно AMBE+2). Декодированная речь выдается кадрами по 360 мс в виде 16-ти битных целых отсчетов с частотой дискретизации 8 КГц, два канала декодируются независимо. Декодирование данных не реализовано.

Демодулятор так же выдает набор дополнительных параметров, характеризующих качество сигнала: уровень сигнала, сдвиг несущей частоты, количество декодированных фреймов, отношение сигнал/шум, относительное количество ошибок и др.

Принципы работы декодера DMR

Входные квадратурные отсчеты пересемплируются на учетверенную символьную скорость, фильтруются фильтром нижних частот и преобразуются в значения мгновенной частоты. Усредненное значение частоты используется для компенсации сдвига частоты в канале. Поиск последовательности фреймовой синхронизации выполняется путем расчета свертки с известной последовательностью. При обнаружении корреляции и уточнения положения максимума корреляции выполняется символьная синхронизация и демодуляция символов.

Демодулированные данные декодируются жесткими блочными декодерами. DMR использует различные комбинации блочных кодов Хэмминга, Голея, БЧХ и Блочного турбо кода для исправления ошибок канала, разные классы данных имеют различную степень защиты.

Голосовые данные проходят деперемежитель и декодируются AMBE декодером. При обнаружении неисправимых ошибок данных, вокодер использует данные предыдущего кадра.

Временное разделение

Протокол TDMA предполагает использование полного канала 12,5 кГц, который делится на два независимых временных участка (слота), тем самым достигая эффективности 6,25 кГц каждый, обеспечивая два речевых канала на базе одного цифрового канала 12,5 кГц (Рисунок 4). Таким образом, пропускная способность частотного канала удваивается. Благодаря этому на базе одного канала может быть организовано два одновременных сеанса голосовой связи. В качестве альтернативы один слот может быть занят голосом, а второй использован для передачи данных – например, текстовых сообщений. При этом, не возникает потребности в приобретении второй лицензии, улучшается эффективность использования канала связи, не происходит уменьшения дальности и нет угрозы помех от соседних радиоканалов. 


Рисунок 4 —  TDMA в DMR

Моделирование

Исходя из информации о строении 4FSK модулятора, было произведено моделирование некогерентного DMR модема. Как оказалось, он легко проектируется при помощи аналогового FM модулятора и демодулятора.

На рисунке 5 полученная модель некогерентного 2FSK демодулятора.


Рисунок 5 — Модель некогерентного 2FSK демодулятора

DMR модем использует фильтры «корень квадратный из приподнятого косинуса» и FM- модулятор и демодулятор (Рисунок 6, Рисунок 7).

 

Рисунок 6 — Модель модулятора DMR


Рисунок 7 — Модель демодулятора DMR

В статье «Исследование принципа построения L1 уровня цифровой мобильной связи DMR, часть 2» рассмотрен код, реализующий процессы, происходящие в демодуляторе.


Список используемой литературы:

1. ETSI TS 102 361-1 V2.2.1 (2013-02) "Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 1: DMR Air Interface (AI) protocol"

2.http://www.budaphone.com/img/up/files/etsi_dmr.pdf

3. http://telecomserv.ru/1390 "Сравнение цифровых технологий DMR - TETRA"