转:数字对讲机常识介绍

2020-08-29 18:55:21 杨西华 9

转:数字对讲机常识介绍

一、国内外数字对讲机发展动态

从整个移动通信的应用来划分,通信网络可分为公众移动通信和专业移动通信两大类,其中公众移动通信就是社会上广大消费者正在使用的2G、3G移动手机,它是为广大公众提供移动通信服务的,任何人都有权购买并享受其服务,它已经从第一代的模拟通信发展到现在的第3代数字移动通信;而专业移动通信主要是为各行业、企业、团体提供内部专业通信服务的,其不承担公众普遍服务职能。在专业移动通信中,按其网络容量从小到大,按网络功能从少到多,可分为公众对讲机、专业对讲机、无中心自集群系统、集群系统等四类,这四类专业移动通信中,前三类都属于对讲机的范畴,可见对讲机通信在专业移动通信中扮演着重要的角色,目前正在使用的对讲机数量占专业移动通信终端总数80%以上。

从采用的技术来划分,对讲机可分为模拟对讲机和数字对讲机两大类,数字对讲机是模拟对讲机的换代产品。由于模拟对讲机技术落后,且较为浪费宝贵的无线电频率资源,因此,从技术而言,模拟对讲机被数字对讲机淘汰只是时间问题。现在我国在使用的对讲机总数中有95%的是模拟对讲机,目前能批量成熟的提供数字对讲机的国内厂家只有海能达(好易通)、科立讯,大部分是依靠进口摩托罗拉、建伍等公司。

我国工信部已于2009年12月12日正式发布666号文,明文规定了我国对讲机模拟技术体制转为数字技术体制的时间表,到2011年1月1日,国家不再对新开发的模拟对讲机进行型号核准,2010年底前已通过国家型号核准的模拟对讲机,在核准证五年有效期到后,不再进行继续核准。简言之,666号文规定,2010年是发放模拟对讲机“准生证”的最后一年,2011年到2015年对原已发放“准生证”的模拟对讲机陆续停止使用,到2016年1月1日,模拟对讲机完全退出中国的历史舞台。从2010年1月开始,数字对讲机已开始在我国使用,五年过渡期后,数字对讲机将完全取代模拟对讲机。

目前世界上的数字对讲机包括数字集群标准主要有DPMR、DMR、APCO25、Tetralpol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek、GoTa和GT800。其中GoTa-Global Open Trunking architecture是由中兴公司自主研发,基于CDMA 1X技术面向新技术演进的数字集群通信系统,目标是满足共网集群需要,兼顾专网集群应用。GT800系统是由华为公司研制开发的基于GSM技术的数字集群系统。GT800基于GPRS和GSMR技术开发的系统,其第二阶段将与TD-SCDMA技术结合。而海能达的PDT属于警用的集群通信系统,参考了DMR的标准,也在争取成为国内数字对讲机的标准。

武汉远大志诚科技有限公司现在的研发产品主要采用的标准是DPMR(Digital Private Mobile Radio)、DMR(Digital Mobile Radio)以及后期自主制定的标准ARC。dPMR和DMR是低成本话音无线电中的两项新的数字技术,都是由ETSI(European Telecommunications Sdandards Institute,欧洲电信标准协会)标准化的。DMR系统是两时隙的TDMA系统,dPMR是FDMA系统,提供最低成本的数字话音解决方案,可以达到与DMR相同的语音质量。两个标准都是用4-FSK调制方式。DMR(两时隙)占用12.5KHz带宽传输9600bps数据,dPMR占用6.25KHz带宽传输4800bps数据。两者的数字语音编码码率都为3.6kbit/s。

其中DMR与DPMR除了在协议上的区别话,最大的区别就是一个是TDMA即频分多址,一个是FDMA即频分多址,频分多址是数据通信中的一种技术,即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术,把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比,频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换;时分多址采用时分的多址技术,时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号,在满足定时和同步的条件下,基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时,基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输,各移动终端只要在指定的时隙内接收,就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。

在实际的应用时如下图2所示,当DPMR应用在中转模式的时候,需要两个频点支持接收和发射个信道,而DMR只需要一个频点,通过两个时隙分别用于接收和发射。

二、数字对讲机和模拟对讲机比较

传统的模拟对讲机是利用模拟信号来传递消息的,它存在着频率利用率低、相互干扰严重、业务功能单一、通信不太稳定和管理控制较困难等缺点。而数字对讲机是将模拟信号数字化,以数字编码和数字调制的方式,并采用数字信号处理方法进行优化的通信方式。

在数字对讲机中,模拟语音信号首先经过A/D变换和语音编码变换成数字信号。由于数字对讲机的带宽比较窄,一般为12.5kHz或者6.25kHz,(模拟的为12.5kHz或者25kHz)因此数字对讲机中的语音编码一般采用参量编码方法,即不是把语音信号的波形进行编码,而是提取产生语音信号的特征参数并对特征参数进行编码传输,传输速率一般在1.2~4.8kb/s,可以满足数字对讲机的带宽要求。

信道编译码的主要目的是提高数字传输系统的可靠性,通过在语音编码输出的序列中按某种规则加入一些多余码元作为差错控制用的监督码,收端根据这种规则可以发现错误或自动纠正错误来实现。

模拟对讲机一般采用倒频等方法进行信息加密,加密简单、易于破解。数字对讲机则采用数字加密的方式对用户的信息进行保护,在一些特殊行业如民航、铁路等对信息安全要求比较高的行业,更具有竞争性。加密的方法很多,如可以把数字信号和一个周期很长的m序列进行模2加,完成加密,接收端用同样的m序列和接收到的加密信号再一次进行模2加,即完成了解密。

与模拟对讲机相比,数字对讲机具有抗干扰能力强、通话质量好、频率利用率高、保密性能好、支持数据业务、便于进行无差错中继、便于合用一套数字中继系统等特点,符合通信发展的规律,无疑数字对讲机是对讲机技术发展的方向,必然会逐步取代模拟对讲机。

如下图3所示,是模拟对讲机的大概的原理框图,在发射链路上,话筒采集音频信号后进过放到送到调频电路调制成相应的高频或射频信号,然后经过放大电路放大到相应的输出功率后经过收发带通滤波电路从天线发射出去;而接收链路上由接收天线接收到信号后经带通滤波器滤波后,通过电调选频电路和低噪放电路将信号放大,放大后的信号经过混频电路变频到需要的一级中频频率,经过滤波和放大后送往解调鉴频电路解调出音频信号,由音频放大电路放大后送往喇叭输出。整个对讲机处于同频或异频的半双工工作状态。

三、数字对讲机方案介绍

现在市场上主流的DPMR数字对讲机方案有以下几种:

1、英国CML公司的CMX7141+CMX618+MCU的DPMR方案,该方案开发门槛较低,但是成本较高,同时声码器的英语音质善可、中文音质不佳,并且未经过大批量生产验证。

2、 TI的TMS320VC5509+AMBE3000+MCU或者OMAP138加AMBE声码器方案,其特点是音质很好,其它功能也可以在此平台上做得很好,但是价格昂贵,开发难度也非常大,能有技术实力开发的企业不多

3、士康的的SCT3252+MCU的方案,此方案虽然推行已久,但是开发困难,至今未有厂家进行应用方案的生产。

4、飞思卡尔的MC13260的方案,此芯片具有集成度高的特点,但是开发难度大,而且至今未见芯片的正式试用。

我们现在研发和准备投入的生产的STD-860A DPMR数字对讲机方案是采用联拓的芯片的方案,见上图2的框图,是一块RAM加DSP的芯片,并支持内置声码器和外加声码器两种形式,芯片集成度高,成本低,方案实现简单,只需要配合一个外部存储芯片、射频单元和相应的外围应用电路就可以实现复杂的数字对讲机功能。并且还支持模拟对讲机的功能。

此方案主要实现的功能如下:

1、 模拟+数字双模制式

支持数字和模拟两种模式,能兼容现有常规模拟系统,保证模拟产品向数字产品平滑过渡。

2、 提供的智能信令支持多种呼叫方式,包括个呼、组呼和全呼。

3、 支持多种语言显示

支持 10 种语言显示(英文、简体中文、繁体中文、德语、西班牙语、法语、意大利语、波兰语、俄语和土耳其语),用户可根据需要客户需要提供不同的语言版本

4、支持短信功能,可提供单发、组发、群发短信

5、软件可升级,可通过软件升级添加新的功能

6、遥毙、激活、查询功能,可实时查询其他机器状态,遥毙或激活其他机器

7、支持多信道扫描模式

8、来电显示功能,可提示呼叫方为哪个用户

9、GPS功能(此项功能将在中转台方案开发成功后加入)

此方案的主要实现原原理如下:

1、发射链路

话筒采集音频信号经过音频放大电路放大后送往

基带芯片,经过芯片自带的AD采样进行相应的语音处理、编码等,从芯片DA口送出两路调制好的4FSK信号(四电平信号),通过两点调制的方式以调频的形式产生需要的射频信号,射频信号经放大电路放大到需要的功率后由天线发射。

2、 接收链路

接收链路从天线接收到相应的信号后通过带通滤

波电路取得带内的信号,然后通过低噪声放大电路核电调谐电路放大有用信号,放大后的信号送往混频电路,得到37.95MHz的一级中频信号,一级中频信号经过滤波放大后,送往TA3116进行二次混频得到450KHz的信号,对其再次滤波放大后由鉴频器鉴频得到所需的4FSK信号,4FSK信号被送往基带芯片的AD口采用,经过芯片的解码等处理,得到需要的音频信号,经音频放大器放大后送往喇叭。

在后续的产品研发中还将考虑二级中频450KHz或者37.92MHz一级中频直接送入芯片解调的方案,对产品的稳定性、接收灵敏度的提高、电路的优化、和调试的简化将会有很大的帮助。

在操作界面端,我们将支持液晶显示和无液晶显示两种方案来实现,可以满足不同的客户的不同的要求,并且考虑加入语音拨号呼叫等特殊需求。

1

天线

2

液晶显示屏

128×160像数,带背光,提供文字数字文本和图片显示,

3

开关/结束/返回键

长按打开或者关闭手持终端

短按结束通话

短按返回主屏幕

4

导航键(方向键)

上、下、左、右四个方向,用于菜单选择和文本文档编辑时移动

5

2.5、3.5耳机插口

音频输入输出口以及写频数据口(位于机身右侧)

6

数字键盘

拨号、联系人编写、文本短信等使用时使用

7

前部MIC口

8

喇叭(位于键盘下方)

9

发送键

用于发起或者接听电话或者发送身份或者文本文档

10

菜单键

单击进入菜单页面

11

软按键

单击来确认直接显示在屏幕上的选项功能

12

PTT键

长按进行半双工呼叫,松开则为接收

13

可编程侧键

可自定义其按键功能,如定义背光开启、屏幕省电等功能

14

LED指示灯

呼叫时为红色,接收时为绿色

15

紧急告警按键

长按进入紧急模式,并发送紧急报警。

16

旋钮开关

用于音量控制和开关,顺时针可以加大音量,逆时针减小,逆时针到头后再次旋转可关闭机器。

四、我部现有研发项目介绍

从产品的用途来讲,对讲机主要分为三个部分:手机对讲机、车(船、机)载台和中转台(或者基地台)。

1、手持对讲机:这是一种体积小、重量轻、功率小的无线对讲机,适合于手持或袋装,便于个人随身携带,能在行进中进行通信联系,其功率一般VHF频段不超过5W、UHF 频段不超过4W。但也有少数机型的功率VHF为6W、UHF为5W。通信距离在无障挡的开阔地带时一般可达到5公里。在无线通信网络的支持下,通过中转台通信距离可达10公里以上。该机适合近距离的各种场合下流动人员之间的通信联系。在无线电话机的系列中,手持式无线电 “对讲机”的应用数量及品种是最多的,约占80%以上。从摩托罗拉生产的三千元左右的高端手持式无线电对讲机到国内一百多元左右的国产低端手持式无线电对讲机,价格差异很大,据估计这类对讲机每年在国内销售量已超过一百万台,其市场潜力很大。

2、车(船、机)载式无线对讲机

这是一种能安装在车辆、船舶、飞机等交通工具上直接由车辆上的电源供电的,并使用车〈船、机〉上天线的无线对讲机,主要用于交通运输、生产调度、保安指挥等业务。其体积较大,功率不小于10W,一般为25W。最大功率为VHF为56W、UHF为50 W。还有个别车载台在某一频段的功率达到75W。车载台其电源为13.8V,通信距离可达到20公里以上,在无线通信网络中,通过中转台通信距离明显增大,可达数十公里。销售价格从国产的1000元到进口机的3000元。据估计,国内年销售量不低于10万台。随着交通运输的迅猛发展,特别是私家车的增加,个人购买车载机(属于业余无线电爱好者)的数量将日益扩大。

3、 中转台(或者基地台)

转发式无线对讲机就是将所接收到的某一频段的信号直接通过自身的发射机在其它频率上转发出去。这两组不同频率信号相互不影响,或者说能够允许两组用户在不同频率上进行通信联系。它具有收发同时工作而又相互不干扰的全双工工作的特点。转发式无线电话机的英文名称是Repeater Transeiver,中文名称也叫中转台、中继台、转信台。其最大的特点是能够有效地扩展通信系统中手持机、车载机、固定台的通信范围和能力给系统提供更大的覆盖半径。由于这类设备工作时处于无人值守状态,有的中转台还放在高山上,工作环境较差,有的中转台长时间处于发射状态。因此对中转台的技术设计要求比车载机、固定台要高得多,甚至有一些特殊的要求,如高稳定性、高可靠性、优良的散热性,能在高、低温条件下长时间稳定工作。不少设备都具有在主电源故障情况下能够自动启动备用电源或切换到直流电源继续工作的功能。在无线通信系统中使用的专用中转台的功率都较大,一般都在25W~50W甚至达到100W (大吉公司的TB8100),在楼宇中使用的小中转台的功率一般不超过25W。

中转台的发展历史仅有二十多年,随着新器件、新工艺、新电路的诞生,新技术在中转台设计上的应用使其技术水平、品质和功能在不断提高和完善。1984年以日本八重洲公司(YAESU)生产的FTR1045、日本ICOM公司生产的IC-RP1520为代表的中转台,采用的是晶体振荡倍频方式。而到了 1985年日本协同公司(KYODO)生产的 KG110、日本世纪公司(SELKL)生产的UP450/PCV150、日本马兰士公司(STANDARD)生产的RP172BR/RP512BR等中转台已经采用了频率合成技术、EPROM存储和数字逻辑电路控制等技术。从此中转台的技术水平和功能有了较大的发展。至今KG110的优良性能和高可靠性仍为业界人士所称道。日本建伍公司(KENWOOD)也于1987年相继推出TKR720/820以及以后的TKR828(350M)、TKR830等中转台。建伍的TKR系列中转台采用了先进的锁相环频率合成技术、CPU控制技术,所有数据均存储在EEPROM中,功能更多,频率稳定精确,同时大范围使用表面贴装元器件工艺。在这期间日本马兰士公司生产的RP80系列基地/中转台以及RP513基地/中转台也先后进入中国市场。RP513中转台采用微处理控制技术,能提供自动自我检测功能,其功率在50%工作周期情况下可高达80W。在众多的中转台中,建伍TKR720/820系列的中转台以良好的性能价格比深受国内专业用户的欢迎,其市场保有量也是最多的,可以说是中转台中的经典产品。1998年底美国摩托罗拉公司开发的GR1225等系列中转台先后投放中国市场,宽带技术、语音压控技术的采用,调试参数全面软件化,极大提高了中转台的综合性能,频率稳定度得到了提高,25KHE和12.5KHE信道间隔得到了兼容,增加了频率利用率。近年来,中转台的换代的新产品也先后上市,建伍公司生产的TKR750/820中转台取代了TKR720/820。日本协同公司研发的KG510于2000年投放中国市场后,停止生产了KG110,KG510秉承了KG110高可靠特点,采用CPU中央微处理器,还具有无线遥控信道转换功能,50W功率连续不间断发射,可进行多种中转扫描模式。新西兰大吉公司(TAIT)生产的T800Ⅱ中转台以独特的插板式结构和 100W的大功率等特点也得到特殊用户的欢迎。日本威泰克斯公司也在2003年的“通信奥运”展览会上推出了VXR7000型中转台。2002年澳大利亚SPECTRA公司生产的“频谱”专业基地/中转台MX800通过国内的代理商也打入了中国市场。该公司是世界上专门从事无线电通信设备制造的著名公司,其产品通过十项国际认证。MX800型中转台采用了一系列新的技术,如采用军用级别的模块结构,采用高速闭锁及高速发射技术等,可实现远端遥控、远程设置和监测自我诊断功能。其频率范围包括30-960MHE内的各个频段,频率稳定度1PPm,发射启动时间小于4ms.新西兰大吉公司近期推出的 TB8100基地/中转台则采用当今最前沿的数字通信技术(RISC处理器和DSP数字信号处理器),功率从5W、50W至100W是目前性能和技术水平都很高的基地/中转台。

在应用上面,模拟的对讲机的应用场景如下图7所示,是一个非常典型的应用场景手机对讲机和车载台都处于收发异频的工作模式(接收和发射不在一个频点上比如接收400MHz,发射420MHz),所有的通信信息都通过楼顶的中转台进行转发传送,可以有效的覆盖整个区域。

可以看出当面对大区域的网络时候,模拟对讲机的组网方式在频率、管理方面就显的捉襟见肘,组网非常复杂,频率资源浪费严重,网络的稳定性很差。

我们在模拟的产品线上的主要产品是主推ST271车载台、凯迪讯的无液晶版三防手持机,此两款在泉州地区来说生产的厂家相对比较少,有利于早期的品牌的树立。

下图就是我们车载台和无液晶版三防手机的图片

数字对讲机的组网则相对来说比较简单,频谱利用高,稳定性好,管理方便,后台界面人性化。其大致的组网方式如下:

1、 对于小的网络,我们可以选用低成本的DPMR手持机加中转

台的方案。

通过中心调度台和后台管理系统,我们可以远程控制、查询、设置中转台,达到可控可管的效果,可以监听、遥毙、激活、查询网内的各个用户,并且如果手持机带GPS功能的话还可以将GPS回传给管理系统,达到实时位置显示的功能,可以定时定点监控。后期将加入IP功能,达到多中转台联网的效果。

2、 对于大型的系统,我们主要采用DMR的方案如下图12、13

所示

我们现在主要的研发产品还是集中在单系统开发上,DPMR产品线主要是STD-860A手持机和STD-520中转台,他们都是基于联拓芯片的基础上进行开发的,产品成熟后就可以组建图7所示的小的数字对讲机的网络。而在DMR产品线主要是跟北京无线事业部合作的DMR手持机、DMR中转台(基站)和相应的中转台/数字集群网管软件(由泉州研发部软件部开发),其中DMR手持机方案应用的是TI的TMS320VC5509+ST的STM32系列MCU,

在产品成熟后将可以提供直通、中转、同播*、集群系统等不同组网模式,加上相应的网管后台软件的应用,形成一整套系列的完整的解决方案。除了提供支持各种个性化语音调度:个呼、组呼、全呼和紧急呼叫、支持文本消息收发、位置跟踪、终端遥晕/遥毙和激活、远程监控、对讲机状态监控、录音、IP组网等基础的服务外,还可以在此基础上根据客户的需求定制不同行业不同领域的专用解决方案。

 

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