2024年1月24日发(作者：)
技术文档——TETRA集群手机的软硬件体系结构
说明:本文是在房玉岭整理的SRT提供的终端资料基础上综合而成。为深入理解，可参看ETSI
的数字集群通信系统标准。文中如有谬误之处请及时指正。
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= 本文结构 =
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= 软件部分:
= DSP软件
= 微控制器软件
= 人机界面软件
= 硬件部分:
= 人机界面硬件
= 基带电路
射频电路 =
= 机械部件及附件
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软件概览:
- MAN MACHINE
INTERFACE
USER APPLICATION
TNCC -SAP TNSS- SAP TNSDS- SAP TNMM -SAP
CMCE MM
TNP1 LCMC -SAP LMM -SAP
MLE Layer 3
TLA -SAP TLB -SAP TLC -SAP External Data
Interface LLC
User Level TMA -SAP TMB -SAP TMC -SAP
TMD -SAP UMAC
Layer 2 TMV -SAP CODEC
Layer 1 LMAC
Physical Layer Software RF HARDWARE
and Digital Hardware
瞭 Layer 1 软件(包括物理层和底层媒质访问控制层LMAC)提供的功能包括调制、解调、信道编码/解码、成帧/解帧、控制和调度，主要就是负责TETRA格式的射频信号的发送与接收，Layer 1运行在DSP中。
瞭 语音合成机软件Vocoder。在OSI模型中Vocoder本属于应用层而不是在协议栈中，由于它和Layer 1软件运行在同一个DSP中，因此和物理层及LMAC一起描述。它的作用是根据TETRA定义的算法将模拟语音信号编码转换成数字信号，de-vocoder则将这一过程反过来。
瞭 Layer 2 and Layer 3 软件——上层媒质访问控制层以及协议栈的较高层。主要描述协议软件将要实现的特性和功能。Layer 2/3通常运行在微控制器上。对于外围设备接口的描述也包含在这一层。
瞭 应用层软件——该层主要描述设备的物理外观、人机接口等。
1(DSP软件
如图所示，DSP软件主要由五个基本功能模块构成:声音合成机、信道编/解码、
成帧/解帧、调制/解调、控制与调度。
, 声音合成与解合成软件实现7.2 kbit/s的语音编解码。
, 由于存在9种逻辑信道类型，信道编/解码器模块是由一组程序构成的。信道编码生成消息列表，而后会被装帧调制发射出去。解码器则在解帧之后读取消息列表。
其中逻辑信道包括:AACH接入指配信道、BSCH广播同步信道、CSCH/HD信
令/半速率、BNCH广播网络信道、SCH/F信令/全速率信道、TCH/7.27.2kb/s传
输信道、TCH/4.84.8kb/s保护传输信道、TCH/2.42.4kb/s保护传输信道、STCH 挪
用信道。
, 成帧软件把信道编码信息装成TETRA数据帧以送入调制器。解帧软件把解调器来的信息解帧以送入信道解码器。
, 调制软件则获得数据帧调制成/4 DPQSK信号。解调器有两种类型，一种是利用符号定时信息的一部分达到TU50典型市区50公里/小时的接收规范;一种是利用全部的符号定时信息达到HT200丘陵地区200公里/小时的接收规范。
, 控制和调度部分是一个通用的实时操作系统。
图 DSP软件模型
2(微控制器软件
主要涉及Layer 2/3协议栈软件。
协议栈允许用户层面(U-Plane)的语音和数据流以及控制层面(C-Plane)的信号流，例如漫游、过渡和移交、控制信道呼叫控制、补充业务和短数据服务、基于连接的和无需连接的网络服务等，要确保这些信号正确地通过物理层。
C-Plane的信息传递仅需要间断的连接，连接确认不是必须的。
U-Plane的信息则要求有一个持续的连接，连接必须能够提供持续的服务。
VOICEDATASAP = Service Access PointUSER
Application layerCODEC
TNCC-SAPTNSDS-SAPTNMM-SAP
Circuit Mode Mobility
Control EntityManagementLayer 3
LCMC-SAPLMM-SAP
Mobile Link Entity
TLA-SAPTLB-SAPTLC-SAP
Logical Link Control
TMA-SAPTMB-SAPTMC-SAP
TMD-SAPUpper Medium Access ControlLayer 2
TMV-SAP
Lower Medium Access Control
ANTENNA
Layer 1PhysicalLayer
图 TETRA软硬件的OSI模型
此部分协议栈提供如下功能:
1)电路模式控制实体 (CMCE)
协议控制过程，呼叫控制、呼叫断开、信道分配、呼叫状态以及呼叫复位。
2)移动性管理 (MM)
移动链接实体(MLE)注册、用户应用程序注册、开机时用户应用程序注册、网络主体注册、注销、能量模式管理、开启/关闭功能项、移动链接实体(MLE)激活过程、协议数据单元(PDU)编码、PDU解码。
3)移动链接实体 (MLE)
激活/休眠、小区扫描、初始小区选择、小区监控、小区重选、相邻小区监控、来往于移动性管理实体和电路模式控制实体的数据传输、网络广播信息接收处理等。
4)逻辑链路控制 (LLC)
链接配置、监控和报告、扫描、活动小区切换、基本链接确认服务、基本链路
未确认服务、与MLE之间的控制信号和用户数据交换、逻辑链接处理、数据传输调
度、数据重传、接收数据确认。
5)媒质访问控制 (MAC)
随机访问控制、逻辑信道生成、帧控制、通信量和信号功能、状态与控制、控
制信道使用过程、通用MAC过程、随机/预留存取过程、信号和广播消息的PDU传
输过程、层管理通信过程、通信量PDU传输过程、帧与多帧同步、逻辑链接的多路
建立和取消、无线链路的建立和信道分配、Layer 2的地址管理、对来自于逻辑链接
控制层(LLC)的较长信息的分段、为电路模式的应用提供服务。
3(人机界面软件
人机界面软件(又叫做应用层软件)的功能主要有:对显示屏、键板和按键等
进行控制;通过对底层协议栈软件特定接口的调用来实现某些应用功能，如数据查
询应用、电话薄、呼叫记录、短信管理等。
人机界面软件通常驻留在人机界面板(Human Machine Interface Board)上，部
分也可与协议栈软件运行在相同的微控制器中。
硬件概览:
TETRA终端硬件大致可分为人机界面硬件、基带电路、射频电路以及机械部件和附件四部分。其结构模型如下图所示。
麦克风扬声器
基带部分
音频编解码器
显示屏时钟
SIM卡键板微控制器
外部存储器数据接口
DSP
数据
输入/输出
用于给特殊设计的
硬件提供接口的ADC/DAC集成电路
CPLD设备
射频部分天线
图 TETRA终端的硬件模型
1(人机界面硬件
人机界面硬件基本包括显示屏、键板以及所有的按键，还包括对他们提供支持的人机界面板。当然根据实际需要还有可能设计一些其他特殊的硬件，如特制旋钮、麦克风/扬声器、数据输入/输出接口等。
2(基带电路
1)基本的平台
此平台是适合车台和手台开发的通用基带平台。其与其他部分联接的框图如下:
图 基带平台示意图
2)基带处理芯片
基带的核心是TI公司的C54x系列多处理器芯片，DSP的处理速度可以达到100MIPS(DSP时钟频率是97.5MHz，ARM的时钟频率是45.5MHz)。DSP完成物理层、LMAC层的功能(调制/解调、信道编解码、成帧解帧、控制与调度等)以及语音合成器VOCODER。为了达到最大速度，执行代码放在DSP的内部RAM上。DSP用于调制解调有许多优点，如较好的抑制噪声能力，没有插入和匹配问题，精确预测和控制，动态范围宽，线性相位滤波，确保稳定性，软件灵活性，可自适应滤波，高的性能价格比等。
ARM微控制器用来管理TETRA协议栈软件，完成上层的协议功能。TI的设备还提供很多内部或外部的接口。红外IrDA、IIC、SIM卡和RS232等都提供。还提供
JTAG调试、测试接口。执行代码来自于外部的SDRAM，软件放在外部FLASH ROM中，上电调用时调入ARM的外部SDRAM和DSP的内部RAM。
3)基带ADC/DAC
英国的CML(ConsumerMicrocircuitsLimited)公司专门设计了无线数字基带处理器CMX980芯片，用于餷och/4-DQPSK调制解调的基带处理。CMX980作为数字无线系统模拟和数字部分之间的接口，执行许多重要的、集中于DSP的功能，其设计的功能满足TETRA系统中基站和移动台的要求。CMX980的传输通道包括所有用于将数字数据转换为适当滤波的模拟I、Q信号以便上变频传输。这些包括Tx信号增益的数字控制、偏移和可编程的数字滤波器，缺省的系数提供TETRA所需的RRC滤波器响应。接收部分接收差分模拟基带I、Q信号，将其转换为适当滤波的数字形式供外部处理和数据提取。辅助DAC和ADC用于测量无线系统的射频部分，包括AFC、AGC、RSSI或笛卡儿环控制系统的一部分。CMX980与DSP联用可以很方便地解决餷och/4-DQPSK的调制和解调。CMX980还包括一个经过优化的数据RRC滤波器，其优良的性能在一定程度上减轻了主DSP的处理量，不仅降低了功耗，而且使DSP可以完成其他的附加功能。
4)基带附加器件
SDRAM(执行操作代码和数据)、Flash ROM(存储ARM和DSP的软件)、EEPROM(存储设备的特殊参数)、CPLD/FPGA(其他逻辑功能)。
5)语音编解码器
可以采用STW5093作为扬声器和麦克风的接口。也可以使用TLV3320AIC12。如果采用CMX981就可以使用其内部AUDIO CODEC了。
6)串行接口
提供作为数据传输用的RS232接口两个。
3(射频电路
射频部分包括发射机、接收机以及RF功率放大器。
1)发射机
由于PI/4DQPSK调制和高指标的邻道干扰要求使用线性化发射机解决方案。发射机是采用SRT的LMT4585 IC实现的，芯片采用的是笛卡尔反馈环技术实现线性化的。芯片接收来自基带电路的IQ信号并把信号直接转换到发射频率，还具有AFC和AGC的输入。芯片的输出驱动RF功放，这样的设计有利于功放的选择，比如单时隙、多时隙有不同的功放要求。
2)接收机
TETRA系统要求线性接收机。阻塞、互调以及邻道干扰要求RF设计必须认真考
虑优化滤波器和频率规划。接收机采用超外差式接收，把IQ信号传输给基带的ADC部分。信道滤波器是很重要的一部分，必须确保系统达到动态指标范围内的要求。
3)合成器设计
TETRA通常需要6.25kHz的合成步进和25kHz的信道间隔，要求在+-25kHz的邻道上有好的相位噪声。转换时间也很严格，因此分数N类合成器是达到要求的唯一选择。
低噪声压控振荡器是合成器中要求很严格的部分。在TETRA中困难的就是在不增加功耗的情况下有宽的切换带宽和低的相位噪声。
图 完整的TETRA硬件平台(图中未标示出电源)
4)功率放大器设计
在单时隙的设计中一个小的RF PA即可，因为1:4的占空比使其散热很低。但在多时隙的PA的设计中应该考虑散热问题。如果要实现多时隙的数据传输，就需要考虑采用分立的或者大的PA设备的解决方案。
4(机械部件及附件
机械部件主要包括机壳(前盖/后盖)，附件包括天线、电池、充电器等。
其中各类电池具有不同的性能，对LiON、NiMH、NiCd三种做一比较。各自都
有优点和缺点。一般认为LION电是容量最高的，但在PMR应用中还应该考虑工作
温度等的影响。
