基于DSP的DMR终端时隙同步设计与实现

摘 要： 时隙同步是TDMA无线集群通信系统能够正常工作的至关重要的一个环节。关于时隙同步的研究大部分集中在同步位置搜索算法上，却鲜有如何在具体平台上系统实现的介绍。根据DMR协议独特的彼此正交或负相关同步序列，通过搜索这些位于突发中间的同步序列可以计算出当前解调数据中同步序列所处的位置，然后再产生DMA中断及定时器中断时，计算出定时器所需定时的长度，重新设置定时器寄存器值，调整定时器定时长度使得定时器中断与时隙边沿同步。实际测试证明该方法的同步误差在10 μs以内，满足DMR协议系统要求。

关键词： DMA； DMR； TDMA； 时隙同步

中图分类号： TN929.52?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0028?02

Design and implementation of time?slot synchronization for DMR terminal based on DSP

WANG Dong?hai， YANG Qing?shan， HU Han?wu

（Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company， Guangzhou 510663， China）

Abstract： Time?lot synchronization is a most important procedure in TDMA wireless trunked communication system. Most of the researches about slot?synchronization were focused on the synchronization position searching algorithm， but few descriptions on how to implement on the specific platform. Therefore， according to the special orthogonal or negative correlation each other of DMR protocol， the location of the synchronization sequences in the current demodulation data can be found out by searching the synchronization sequences located in the centre of a DMR burst. When DMA interrupt and timer interrupt are occurred， the time length needed by the timer is figured out， and the value of the timer’s register is reset. The adjustment of timing length for the timer can achieve the synchronization of the timer interrupt and time?slot edge. The testing result shows that synchronization error of this method is less than 10 us. It can satisfy the requirements of DMR protocol system.

Keywords： DMA； DMR； TDMA； time?slot synchronization

集群通信系统是一种多用户共享多信道的具有调度、群呼、优先呼、虚拟专用网、漫游等功能的专用指挥调度通信系统[1]。DMR（Digital Mobile Radio）是2005年欧洲电信标准协会（ETSI）提出的一种新的数字集群通信协议[2?5]。该协议使用一种时分复用（TDMA）的接入方式，每个突发2个时隙，每个时隙30 ms，其中每个时隙都有2.5 ms的保护时间。DMR标准采用12.5 kHz的信道，并利用双时隙时分复用方式有效提高信道容量。根据不同的发展阶段，DMR终端可以工作在直通模式，中转模式和集群模式。无论在哪种工作模式，系统都必须时隙同步，否则无法正常工作。然而，众多的科研工作者在探讨诸如位同步及时隙同步理论算法上花费很大精力，却鲜有在具体平台上实现的介绍[6?8]。本文本着设计简单，易于实现，成本低廉，稳定可靠的原则，结合TI公司TMS320VC5509a平台，介绍了一种DMR终端时隙同步的设计思路及实现方法。

1 DMR时隙结构与DSP功能简介

1.1 DMR帧结构

按照DMR协议设计，每个TDMA帧包含2个时隙，每个时隙长30 ms，调制符号速率为4.8 Kb/s，所以一个时隙可以传送144个符号288 b的信息，这也称为一个突发[2]。如图1所示为一个突发的基本结构，S域为48 b的同步序列或者嵌入信令，P域为携带的载荷，根据语音突发或者数据突发的不同这216比特携带不同的信息。C域对于上行突发两端各为1.25 ms的保护间隔，对于下行突发为发送公共控制信令。从时隙同步的角度分析，只关心S域是否包含同步码，DMR协议总共设计了6种同步码，分别用于区分上下行的语音、数据及反向信令，理论上含有同步码的突发都可以用来做时隙同步。

图1 DMR突发结构示意图

1.2 DSP定时器与DMA及MCBSP

TI系列DSP是通用信号处理芯片，具有很强的信号处理能力，本文以TMS320VC5509a为平台，需要用到定时器MCBSP及DMA[9?10]。定时器有两个计数寄存器（PSC和TIM）和两个周期寄存器（TDDR和PRD）[11]。定时器启动时，周期寄存器的内容复制到计数寄存器中，时钟驱动PSC递减，当PSC减到零时TIM减1，且重新装载PRD到PSC。当TIM减到零时，产生定时中断。假设DSP工作时钟为192 MHz，则定时器最大定时间隔为5.46 ms。DMA（Direct Memory Access）协处理器可以通过配置，自动与McBSP同步，提高CPU效率。McBSP为全双工多通道缓冲串口，可以独立灵活配置收发速率及字长选择。DMA和McBSP配合原理大致如下：DMA控制器通过外设总线与McBSP进行通信，当发送数据时，DMA将数据写入McBSP发送寄存器，接着通过移位寄存器输出到发送脚；当接收数据时，接

收脚上收到的数据先移位到接收移位寄存器，然后复制到接收缓冲寄存器，在然后复制到接收寄存器，DMA从接收寄存器读取接收数据。结合DMR协议时隙结构及调制速率，对TMS320VC5509a定时器及McBSP及DMA做如下配置：

（1） TDDR=0xEA5F，PRD=0xF，定时长度5 ms，时隙30 ms刚好是定时器时间片5 ms的整数倍；

（2） McBSP配置成由外部产生时钟及帧信号，16位ADC数据速率设为38.4 Kb/s，刚好是符号速率的8倍；

（3） DMA接收数据块分配内存为384 Word，对应存放5 ms的采样数据的实部和虚部。

2 同步原理与实现

2.1 同步原理

为实现解调并完整地提取一个突发的数据，解调器设置一个数据缓存区用于滤波解调，这个缓存区至少要大于等于2倍的DMA接收数据缓存区。当DMA中断产生时，解调器的数据更新一次，保证解调器缓存中的数据是连续最新的数据。更新数据后运行解调和同步搜索算法。当搜索到同步时，根据同步位置计算出当前DMA中断产生时的定时器需要定时的时间，然后设置定时器使得定时器的中断产生与时隙同步。

2.2 同步实现

如图2所示，当DMA的第n-1个中断触发时，用Data n-1的数据更新解调器数据，同时进行解调和同步搜索，假设搜索到的同步位置为Sp，解调器缓存的数据长度为Sc，则有如下等式：

[Tb=（Sc-Sp）×138.4] （1）

[Tm=Ts-Tb-5] （2）

[Tr=Tm-5×（6-k）+Toffset] （3）

式中：时间单位为ms；k为定时器中断计数器，[k∈0，1，2，…，5]，每产生一个定时器中断，[k=k+1]，当[k≥6]时[k=0]。[Toffset]为处理时延补偿时间，可以在实际调试中确定。式（2）中Ts是由同步码在突发中的位置决定的，固定为17.5 ms。

图2 定时器与DMA中断配合的时隙同步示意图

由式（3）得到Tr之后，转换成定时器周期寄存器TDDR和PRD的值，随后启动新设置的定时器，在随后的定时器中断中重新把TDDR和PRD设置成原来5 ms的定时长度。整个时隙同步过程如图3所示。

图3 定时器与DMA中断配合的时隙同步流程图

为了防止同步搜索误检测到同步序列，可以增大解调器的缓存数据长度，解调出一个完整的突发数据，按照DMR协议进行解码并校验，如果满足协议要求则认为是真的同步，否则认为未检测到同步。这样处理的好处是减少了同步误检测导致时隙误调整的危害，事实上当信噪比比较低的情况下，帧同步误检测很容易出现。

3 结 语

通过实测，本文的方法可以把定时器中断与时隙边沿对齐的误差控制在10 μs之内，完全满足系统的要求。对于一个完整的语音超帧，其时隙漂移也不超过一个采样点时间，即使偶尔有未检测到的同步突发，定时器也能按照原同步持续工作足够长时间，这个时间取决于系统参考时钟的精度。当然，还有很多其他方式也可以用于时隙同步，后续可以开展更细致的工作比较各自的优劣，找到一种更简单更有效的实现方式。

参考文献

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