ＤＭＲ高層協議在數字對講機上的實現

摘 要：DMR通信協議是一個適用于數字集群通信系統的新型通信協議。介紹了在基于DMR通信協議的數字對講機中DMR高層協議的硬件平臺，并在此基礎之上詳細介紹了DMR高層協議的軟件實現。通過實驗成功地驗證了DMR呼叫控制層(CCL層)協議的完整性與正確性，進而充分說明了DMR協議完全可以使用在數字對講機以及數字集群通信系統的研發之中。

關鍵詞：DMR；通信協議；數字對講機；HPI

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：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

無線對講機由于具有即時通信、經濟實用、成本低廉、使用方便以及無需通信費等優點，而被廣泛地應用在民用、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網絡覆蓋的情況，對講機更加顯示出它的不可取代的地位。如今，模擬對講機仍然占據絕大部分的市場，但是由于數字通信可以提供更豐富的業務種類、更好的業務質量、更好的保密特性、更好的連接性和更高的頻譜效率，因此數字對講機的研究、生產和使用是與時俱進的，符合信息化、數字化發展的必然趨勢。DMR(Digital Mobile Radio)協議是歐洲電信標準協會(ETSI)于2004年所提出的一種新型的數字集群通信協議，具有很好的發展前途。

1 DMR協議的簡要介紹

DMR協議采用2時隙的TDMA結構^［1］，其中每個突發包含兩個時隙，每個時隙30 ms，每個突發60 ms。

DMR協議包含直通和轉發兩種模式，顧名思義，直通模式是指所有DMR終端實體都是等價的，都是移動臺。而轉發模式除了移動臺之外，還需要有基站來進行中繼和轉發。本次數字對講機的設計是針對直通模式的，沒有特別指明的話，以下所述的內容都是針對DMR直通模型的。

DMR協議結構遵守一種普通的分層結構，定義了一種模型草案，把模型分成三層，如圖1所示。

2 DMR高層協議的介紹

DMR協議的高層不止包括呼叫控制層，還包括數據鏈路層的信道接入部分，當然廣義的說高層與用戶接口也是有關系的。

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

當用戶按下PTT之后，發端發送呼叫請求信令(TX[CD#*2]CSBK)，并等待收端的呼叫請求應答信令(UU[CD#*2]Ans)，收到應答并且收端允許呼叫(proceed)，則發端按照impolite型的信道接入準則進行信道接入，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)由發端發往收端。當用戶松開PTT，發端向收端發送呼叫結束信令(EOTX)，收端收到后結束本次呼叫。

3 DMR高層協議的數字對講機硬件平臺介紹

基于DMR協議的數字對講機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。整個系統的核心器件是DSP和MCU，DSP完成DMR底層通信(編解碼、幀同步、調制解調、數據收發等)，MCU主要完成DMR高層控制以及人機接口等功能(高層協議、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，具有豐富的片內外圍資源，有豐富的定時器、各類串口、顯示驅動、AD/DA等功能，通用端口也可對位進行操作^［3］。

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

VC5510片內有增強型主機接口(EHPI)，因此可以很方便的與MCU進行連接^［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是復用選擇引腳，為低表示HPI工作在地址、數據復用模式下；HBE0、HBE1為低高字節使能，都接地表示高低字節均使能；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聯合用來確定主機訪問HPI的哪個寄存器：地址寄存器HPIA、數據寄存器HPID、控制寄存器HPIC；HRDY為從機(DSP)數據準備好信號；HINT用于從機(DSP)中斷主機(MCU)。

4 DMR高層協議的具體硬件實現

DMR高層協議的軟件編寫都是在MSP430下完成的，使用的開發工具是IAR。以下便是呼叫控制層的信令傳輸的實驗具體實現。

參考圖2，MCU在檢測到鍵盤有PTT按下之后便進入主叫模式，立即組幀TX[CD#*2]CSBK，并向DSP發送80 b的信令數據，同時給DSP一個中斷讓其響應，DSP收到中斷后進行信號處理并向收端發送出去。收端DSP收到發端來的數據并且數據處理之后，給MCU一個中斷，MCU讀數據并判斷是否為TX[CD#*2]CSBK，若是則進入被叫模式，并向發端返回一個呼叫應答(UU[CD#*2]Ans)信令。同樣的處理(DSP接收數據給MCU中斷或者DSP接到MCU信令向對方發送)，發端收到UU[CD#*2]Ans之后便可進行語音傳輸，首先要發送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，因為語音通信不經過MCU而且也不屬于高層。在發端檢測到PTT松開之后，向收端發送EOTX(Terminate)信令來終止呼叫，收端收到發端的EOTX之后同樣也結束呼叫。至此，一次完整的通話過程結束。

當然，上面所述的是呼叫完全暢通的情況，偶爾會出現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; // 增計數模式

MCU與DSP之間的通信也是很關鍵的一個環節，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進行模式選擇。在HDS的下降沿進行鎖存，根據此時的HCNTL0和HCNTL1來確定訪問的寄存器，根據此時的HR/W來確定讀寫。

所有的上述時序都全部由MSP430來編程實現^［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 語

實驗證明，DMR高層協議是可行的、正確的，它完全可以用在數字對講機的研究開發之中。DMR協議還處于初期還在不斷完善，相信在將來的數字集群通信甚至蜂窩通信中DMR通信協議均可以占據一席之地。

參 考 文 獻

［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C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2006.