ＤＭＲ高層協(xié)議在數(shù)字對講機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

摘 要：DMR通信協(xié)議是一個適用于數(shù)字集群通信系統(tǒng)的新型通信協(xié)議。介紹了在基于DMR通信協(xié)議的數(shù)字對講機(jī)中DMR高層協(xié)議的硬件平臺，并在此基礎(chǔ)之上詳細(xì)介紹了DMR高層協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗成功地驗證了DMR呼叫控制層(CCL層)協(xié)議的完整性與正確性，進(jìn)而充分說明了DMR協(xié)議完全可以使用在數(shù)字對講機(jī)以及數(shù)字集群通信系統(tǒng)的研發(fā)之中。

關(guān)鍵詞：DMR；通信協(xié)議；數(shù)字對講機(jī)；HPI

中圖分類號：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1701503

Implementation of Higher Layer in DMR Communication Protocol Applied to Digital Handsets

YANG Mao，ZHU Min，YANG Jiawei

(Communication Engineering College，Xidian University，Xi′an，710071，China)

Abstract：DMR communication protocol is a new style international communication protocol applied to digital trunking communication systems.The hardware platform of DMR higher layer of digital handsets based on DMR protocol，which the software implementation of DMR higher layer is introduced in detail. The correctness and integrality of DMR communication protocol Call-Controlling Layer(CCL layer) is proved out in experiment. Then it is adequately explained that the DMR communication protocol can completely used in the research and exploiture of the digital handsets and digital trunking communication system.

Keywords：DMR(Digital Mobile Radio)；communication protocol；digital handsets；HPI

無線對講機(jī)由于具有即時通信、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、成本低廉、使用方便以及無需通信費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛地應(yīng)用在民用、軍事、緊急事件處理等方面。尤其在緊急事件處理以及沒有手機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況，對講機(jī)更加顯示出它的不可取代的地位。如今，模擬對講機(jī)仍然占據(jù)絕大部分的市場，但是由于數(shù)字通信可以提供更豐富的業(yè)務(wù)種類、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量、更好的保密特性、更好的連接性和更高的頻譜效率，因此數(shù)字對講機(jī)的研究、生產(chǎn)和使用是與時俱進(jìn)的，符合信息化、數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢。DMR(Digital Mobile Radio)協(xié)議是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)于2004年所提出的一種新型的數(shù)字集群通信協(xié)議，具有很好的發(fā)展前途。

1 DMR協(xié)議的簡要介紹

DMR協(xié)議采用2時隙的TDMA結(jié)構(gòu)^［1］，其中每個突發(fā)包含兩個時隙，每個時隙30 ms，每個突發(fā)60 ms。

DMR協(xié)議包含直通和轉(zhuǎn)發(fā)兩種模式，顧名思義，直通模式是指所有DMR終端實(shí)體都是等價的，都是移動臺。而轉(zhuǎn)發(fā)模式除了移動臺之外，還需要有基站來進(jìn)行中繼和轉(zhuǎn)發(fā)。本次數(shù)字對講機(jī)的設(shè)計是針對直通模式的，沒有特別指明的話，以下所述的內(nèi)容都是針對DMR直通模型的。

DMR協(xié)議結(jié)構(gòu)遵守一種普通的分層結(jié)構(gòu)，定義了一種模型草案，把模型分成三層，如圖1所示。

2 DMR高層協(xié)議的介紹

DMR協(xié)議的高層不止包括呼叫控制層，還包括數(shù)據(jù)鏈路層的信道接入部分，當(dāng)然廣義的說高層與用戶接口也是有關(guān)系的。

呼叫控制層主要完成對整個呼叫過程的控制，對呼叫建立、呼叫保持和呼叫結(jié)束進(jìn)行管理，主要實(shí)現(xiàn)的是信令之間的通信，呼叫控制層呼叫流程^［2］如圖2所示。

當(dāng)用戶按下PTT之后，發(fā)端發(fā)送呼叫請求信令(TX[CD#*2]CSBK)，并等待收端的呼叫請求應(yīng)答信令(UU[CD#*2]Ans)，收到應(yīng)答并且收端允許呼叫(proceed)，則發(fā)端按照impolite型的信道接入準(zhǔn)則進(jìn)行信道接入，之后便是語音通話的開始，語音通話之前總是要有一個語音幀頭(LC[CD#*2]Header)由發(fā)端發(fā)往收端。當(dāng)用戶松開PTT，發(fā)端向收端發(fā)送呼叫結(jié)束信令(EOTX)，收端收到后結(jié)束本次呼叫。

3 DMR高層協(xié)議的數(shù)字對講機(jī)硬件平臺介紹

基于DMR協(xié)議的數(shù)字對講機(jī)基帶模塊硬件框架如圖3所示。

其中信號處理器件選用TI的DSP：TMS320VC5510，控制器件選用TI的MCU：MSP430FG4619，語音編碼器件選用高性能的多速率語音編解碼芯片AMBE-2000。整個系統(tǒng)的核心器件是DSP和MCU，DSP完成DMR底層通信(編解碼、幀同步、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)收發(fā)等)，MCU主要完成DMR高層控制以及人機(jī)接口等功能(高層協(xié)議、鍵盤、顯示、對射頻的控制和檢測等)。MSP430系列MCU是TI公司推出的一種超低功耗的16位單片機(jī)，具有豐富的片內(nèi)外圍資源，有豐富的定時器、各類串口、顯示驅(qū)動、AD/DA等功能，通用端口也可對位進(jìn)行操作^［3］。

信令所走的路線是人機(jī)接口-MCU-DSP-AD/DA-射頻，語音所走的路線是麥克風(fēng)/耳機(jī)-AMBE-DSP-AD/DA-射頻。可以看到，對于DMR高層協(xié)議來說，都是在MCU中實(shí)現(xiàn)，因此MCU與DSP之間的通信就顯得格外重要。

VC5510片內(nèi)有增強(qiáng)型主機(jī)接口(EHPI)，因此可以很方便的與MCU進(jìn)行連接^［4］，其電路連接原理圖如圖4所示。

其中HCS為EHPI使能引腳，拉低表示始終使能；HMODE是復(fù)用選擇引腳，為低表示HPI工作在地址、數(shù)據(jù)復(fù)用模式下；HBE0、HBE1為低高字節(jié)使能，都接地表示高低字節(jié)均使能；HDS2拉高之后，HDS1來確定HPI的工作模式；HR/W確定HPI的讀寫模式；HCNTL0、HCNTL1聯(lián)合用來確定主機(jī)訪問HPI的哪個寄存器：地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID、控制寄存器HPIC；HRDY為從機(jī)(DSP)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號；HINT用于從機(jī)(DSP)中斷主機(jī)(MCU)。

4 DMR高層協(xié)議的具體硬件實(shí)現(xiàn)

DMR高層協(xié)議的軟件編寫都是在MSP430下完成的，使用的開發(fā)工具是IAR。以下便是呼叫控制層的信令傳輸?shù)膶?shí)驗具體實(shí)現(xiàn)。

參考圖2，MCU在檢測到鍵盤有PTT按下之后便進(jìn)入主叫模式，立即組幀TX[CD#*2]CSBK，并向DSP發(fā)送80 b的信令數(shù)據(jù)，同時給DSP一個中斷讓其響應(yīng)，DSP收到中斷后進(jìn)行信號處理并向收端發(fā)送出去。收端DSP收到發(fā)端來的數(shù)據(jù)并且數(shù)據(jù)處理之后，給MCU一個中斷，MCU讀數(shù)據(jù)并判斷是否為TX[CD#*2]CSBK，若是則進(jìn)入被叫模式，并向發(fā)端返回一個呼叫應(yīng)答(UU[CD#*2]Ans)信令。同樣的處理(DSP接收數(shù)據(jù)給MCU中斷或者DSP接到MCU信令向?qū)Ψ桨l(fā)送)，發(fā)端收到UU[CD#*2]Ans之后便可進(jìn)行語音傳輸，首先要發(fā)送72 b長度的語音頭信令(LC[CD#*2]Header)，之后信令通信可暫時停止，因為語音通信不經(jīng)過MCU而且也不屬于高層。在發(fā)端檢測到PTT松開之后，向收端發(fā)送EOTX(Terminate)信令來終止呼叫，收端收到發(fā)端的EOTX之后同樣也結(jié)束呼叫。至此，一次完整的通話過程結(jié)束。

當(dāng)然，上面所述的是呼叫完全暢通的情況，偶爾會出現(xiàn)信令傳輸丟失或者幀出錯的情況，程序中使用定時器來定時，定時時間到之后則做相應(yīng)處理，部分程序段如下：

TACTL = TASSEL[CD#*2]1 + TACLR;// 開定時器A，用于等待UU[CD#*2]Ans

CCTL0 = CCIE;

CCR0 = 16384; // 定時時間16384/32.768=500ms

TACTL |= MC[CD#*2]1; // 增計數(shù)模式

MCU與DSP之間的通信也是很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，它們之間的通信需要滿足以下時序^［5］要求，如圖5所示。

由于HAS拉高，因此只需要HDS進(jìn)行模式選擇。在HDS的下降沿進(jìn)行鎖存，根據(jù)此時的HCNTL0和HCNTL1來確定訪問的寄存器，根據(jù)此時的HR/W來確定讀寫。

所有的上述時序都全部由MSP430來編程實(shí)現(xiàn)^［6］(HRDY除外)。

部分程序段(HPI讀)如下：

int HPI[CD#*2]MODULE::HPI[CD#*2]Read (char nRegCode)

{

char hi;

char lo;

char temp;

int res;

int i;

while(!(P1IN 0x10)) ;

P7DIR = 0; //Low byte

P8DIR = 0; //High byte

temp = (char)(nRegCode | 0x84); //HDS1----High ; HR/W----High

P1OUT = temp;

P1OUT = 0xFB; //HDS1----Low

for(i=0;i<10;i++) ;

lo = P7IN;

hi = P8IN;

P1OUT |= 0x04; //HDS1----High

res = (int)(hi);

res <<= 8;

res = res +lo;

return res;

}

5 結(jié) 語

實(shí)驗證明，DMR高層協(xié)議是可行的、正確的，它完全可以用在數(shù)字對講機(jī)的研究開發(fā)之中。DMR協(xié)議還處于初期還在不斷完善，相信在將來的數(shù)字集群通信甚至蜂窩通信中DMR通信協(xié)議均可以占據(jù)一席之地。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ETSI TS 102 361-2.Electromagnetic compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio(DMR) Systems;Part 2:DMR Air Interface(AI) Protocol.

［2］ETSI TS 102 361-2.Electromagnetic compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 2: DMR Voice and Generic Services and Facilities.

［3］TI:75265.MSP430xG461x Mixed Signal Microcontroller.

［4］ TI:SLLA174.Interfacing the MSP430 with a DSP Application.

［5］TI: SPRS076N.TMS320VC5510/5510A Fixed-Point Digital Signal Processors Data Manual.

［6］秦龍. MSP430單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.