Референс дизайн программно-определяемого радио стандартов DMR, TETRA, APCO 25

labSDR – референс дизайн модульной носимой радиостанции на базе технологий программно-определяемого радио (SDR).

В состав модульной конструкции входят:

• Модуль трансивера (рис. 1) — основная часть радиостанции. Конструкция позволяет объединять несколько модулей трансивера между собой для
  реализации одновременной работы нескольких стандартов связи в одной рации, а также реализовать систему с несколькими антеннами (MIMO) для повышения пропускной способности и надежности связи.
  Модульная конструкция позволяет объединять несколько SDR в одну большую систему для разработки многоканальных систем как для «носимых радиостанций», так и для «возимых радиостанций».
• Модуль усилителей и антенны — определяет рабочую частоту, мощность передатчика и чувствительность приемника. Имеет небольшую стоимость и может сменяться для изменения радиочастотных характеристик без изменения платы трансивера.

Доступные модули усилителей и антенны*

* могут быть доработаны по требованию заказчика

• Модуль индикации и управления (передняя панель) – содержит дисплей и клавиатуру.
• Модуль аккумуляторов (задняя панель) – в зависимости от приложения варьируется емкость аккумуляторных батарей.

Используемая технология программно-определяемого радио позволяет задавать стандарт связи программным способом без изменения аппаратной части. Благодаря этому рация может работать в различных стандартах связи, например, TETRA, DMR, GSM, GSM-R, LTE, а также принимать навигационные сигналы GLONASS и GPS.

По сравнению с аналогичными цифровыми радиостанциями, используемыми для профессиональной связи, стоимость конечного изделия может быть снижена в два раза (600-700$ против 1300-1500$), при этом радиостанция имеет дополнительные преимущества, такие как универсальность, модульность и защищенность. Разработано в России.

Основные характеристики мобильной рации:

• Рабочий диапазон – 100МГц – 2200МГц
• Ширина канала – до 20 МГц
• Процессор – Zynq 7020 (ПЛИС + 2 ARM ядра)
• Оперативная память – 128 Мбайт.
• Реализации на базе SDR
• Вес – 250 г
• Габариты – 265 x 68 x 25 мм
• Разрешение экрана — 240 x 320
• Сенсорный экран — есть
• Операционная система – Linux
• Мощность передатчика – 1 Вт
• Чувствительность приемника – -110 дБм
• Работа без перезарядки – до 20 часов

Рисунок 1. Внешний вид рации

Рисунок 2. Структурная схема рации

Применение 1. Профессиональная радиосвязь в госсекторе и бизнесе:

• Чемпионат мира по футболу 2018.
• В аэропортах РФ, где есть проблема, когда в одном аэропорте используются два стандарта связи (TETRA и DMR), которые не совместимы между собой. Радиостанция на базе двух модулей трансивера позволит иметь рацию, одновременно работающую с обоими стандартами связи.
• Связь в структурах РЖД (поддержка стандарта GSM-R и TETRA)
• Структуры МВД, МЧС (ситуация, когда используются устаревшие аналоговые рации и цифровые тоже актуальна).

2. Возможно применение для нужд оборонной промышленности.

Состав базового передаваемого референс дизайна (DMR Tier2 Direct  Mode):

1. Железо: платформа SDR (исходные файлы проектов):

a. Проект принципиальных схем/печатных плат.

b. Файлы для изготовления печатных плат (Gerber, NC Drill).

c. Список компонентов (BOM).

d. Модели корпуса и экранов/радиаторов, антенны.

e. Документация по конструкции, программам и тестированию.

2. Программная часть (открытые исходные коды и модели)

a. Исходные модели системы связи стандарта DMR в Simulink (Tier2 Direct Mode) – в открытом виде, пригодном для модификации, дополнений и переиспользования в других проектах, где требуется поддержка DMR или модифицированных, закрытых вариантов DMR.

i. Системная модель

ii. Модель для генерации кода HDL (для FPGA)

iii. Модель для генерации кода C (для ARM)

iv. Вспомогательные модели (управление периферией – звуком, клавиатурой и пр.)

v. Модели для проведения верификации на соответствие стандарту DMR

b. ВАЖНЫЕ Особенности: Модели поддерживают возможность быстрого переноса алгоритмов между платформами и элементной базой, за счет применения автоматизированного синтеза ЭКБ-зависимых кодов из ЭКБ-независимых моделей алгоритмов.

c. Исходные коды (HDL, C) стандарта связи DMR.

3. Образцы и услуги

a. Два тестовых образца рации для тестирования и демонстраций.

b. Сопровождение подготовки к серийному запуску.

Референс дизайн является полностью отлаженным проектом, готовым к серийному запуску. Оценочное время серийного запуска 2-3 месяца. В состав референс дизайна входит реализация стандарта связи DMR. В рамках дополнительных подрядных работ возможна реализация других стандартов связи (TETRA, GSM-R, LTE) на той же платформе. Среднее время реализации стандарта связи в рамках подрядных работ 3-6 месяцев. Также в рамках дополнительных подрядных работ возможна доработка дизайна под требования заказчика (например, разработка пыле-влаго-грязе-защищенного корпуса).

TETRA DMO System Toolbox

Данный программный продукт, разработанный в России, представляет собой готовый проект разработчика обеспечивающий портирование проекта по TETRA на любую элементную базу в рекордные сроки в связи с возможностью использования технологии автоматического синтеза кода из предварительно подготовленных алгоритмических моделей, входящих в состав данного набора.

Основные возможности

• Физический и MAC уровень стандарта TETRA DMO
• Генерация эталонных сигналов стандарта TETRA DMO для тестирования оборудования на соответствие стандарту
• Анализ трафика TETRA DMO, считывание MAC информации
• Моделирование целых систем TETRA DMO
• Генерация HDL и C кода из моделей TETRA DMO
• Связь по Ethernet c USRP оборудованием
• Возможна поставка с референс дизайном рации

В состав TETRA DMO System Toolbox входят следующие подсистемы:

Передатчик, физический уровень

• Формирователь кадров (burst)
• DQPSK модулятор
• Фильтр с характеристикой приподнятого косинуса (Raised Cosine Filter)

Приемник, физический уровень

• Фильтр с характеристикой приподнятого косинуса (Raised Cosine Filter)
• Подсистема корректировки сдвига несущей частоты
• Подсистема восстановления тактовой частоты
• DQPSK демодулятор
• Разборщик кадров (DLB Extractor)

Передатчик и приемник, нижний MAC уровень

• Логические каналы SCH_S, SCH_H, SCH_F, TCH_S1, TCH_24, TCH_48, TCH72, TCH_S2, STCH1, STCH2
• Блочные помехоустойчивые коды логических каналов
• Сверточные помехоустойчивые коды логических каналов
• Перемежители
• Скремблеры

Верхний MAC уровень

• Подсистема контроля состояния канала
• Подсистема организации случайного доступа к каналу
• Подсистема управления адресами
• Подсистема синхронизации
• Подсистема формирования сообщений передатчика
• Подсистема разборщика сообщений приемника

Уровень управления вызовами

• Управление вызовами
• Процессор коротких сообщений
• Сервисы вызовов (позднее подключение, приоритетный вызов и пр.)

Из всех моделей подсистем возможна генерация Cи кода, из подсистем физического уровня возможна генерация HDL кода. Интерфейсные модули позволяют соединять модели TETRA DMO с USRP оборудованием компании https://www.ettus.com/, что может использоваться для быстрого прототипирования, тестирования или анализа TETRA трафика. Модели могут поставляться с референс дизайном мобильной SDR рации.