基于USRP的DMR物理层研究和验证系统实现

　　物理层关键技术实现

　　中频调制解调

　　DMR采用的4CP-FSK调制方式属于4FSK调制方式中的一种，4FSK是采用基带信号控制载波的频率传送信息，如信号“-3”可以用频率f_0传送，信号“-1”可以用频率f_1传送，信号“1”可用频率f_2传送，信号“3”可用频率f_3传送。频移键控包括两种，一种为相位连续频移键控(CPFSK)，即传送不同的信号时，相位连续，通过连续相位调制(CPM)实现;另一种为非连续相位频移键控(DFSK)。CPM是恒包络相位连续调制方之一，本身兼具编码增益，窄主瓣、快速滚降和恒包络等特点，广泛使用于军事和专用通信领域^[9]。

　　一般CPM信号定义如公式(1)所示：
              (1) 

　　其中Ts是符号周期，E是符号能量，fs是载波频率，在本系统中中频为10kHz，上变频后为400MHz，φ(t,a)是瞬时相位，φ0是初始相位，a代表符号的进制，a∈{±1，±3.±…，±(M-1)}，φ(t,a)表达式见公式(2)。
         

　　其中T为脉冲周期，g(t)为脉冲函数。对公式(1)进行离散化，设定，可以得到
         

　　对4CP-FSK调制后信号进行相干解调，相干解调流程见图3。

　　两路正交信号I(nTs )，Q(nTs)求反正切可以得到φ(nTs)，然后把相位调整到间，最后进行差分运算后可得到m(n)。
              (4) 

　　码元同步和帧同步

　　码元同步

　　码元不同步是由于发送端时钟与接收端时钟不匹配导致的。在接收端的一个符号周期中不易确定最佳采样时刻，如果随机取一个采样点的数据，往往会导致采样点为非最佳采样点，即与最佳采样点偏离。图3黑色曲线为匹配滤波后数据，蓝点为在一个符号周期的随机采样点，可以看出随机采样往往偏离最佳采样点。

　　对于发端8倍插值，收端进行匹配滤波后每个符号周期有8个采样点，符号同步结果只有8种可能。假设在一个符号周期中采样点的位置为ψε{1，2，3，4，5，6，7，8}。发端与收端频偏较小，且一帧数据持续时间为30ms，假设一帧中的所有符号周期内的同步位置相对不变。同步算法在不同帧之间一直处于运行状态，具体的同步过程如图4所示。