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        轉:數字對講機常識介紹

        2020-08-29 18:55:21 楊西華 97

        轉:數字對講機常識介紹

        一、國內外數字對講機發展動態

        從整個移動通信的應用來劃分,通信網絡可分為公眾移動通信和專業移動通信兩大類,其中公眾移動通信就是社會上廣大消費者正在使用的2G、3G移動手機,它是為廣大公眾提供移動通信服務的,任何人都有權購買并享受其服務,它已經從第一代的模擬通信發展到現在的第3代數字移動通信;而專業移動通信主要是為各行業、企業、團體提供內部專業通信服務的,其不承擔公眾普遍服務職能。在專業移動通信中,按其網絡容量從小到大,按網絡功能從少到多,可分為公眾對講機、專業對講機、無中心自集群系統、集群系統等四類,這四類專業移動通信中,前三類都屬于對講機的范疇,可見對講機通信在專業移動通信中扮演著重要的角色,目前正在使用的對講機數量占專業移動通信終端總數80%以上。

        從采用的技術來劃分,對講機可分為模擬對講機和數字對講機兩大類,數字對講機是模擬對講機的換代產品。由于模擬對講機技術落后,且較為浪費寶貴的無線電頻率資源,因此,從技術而言,模擬對講機被數字對講機淘汰只是時間問題。現在我國在使用的對講機總數中有95%的是模擬對講機,目前能批量成熟的提供數字對講機的國內廠家只有海能達(好易通)、科立訊,大部分是依靠進口摩托羅拉、建伍等公司。

        我國工信部已于2009年12月12日正式發布666號文,明文規定了我國對講機模擬技術體制轉為數字技術體制的時間表,到2011年1月1日,國家不再對新開發的模擬對講機進行型號核準,2010年底前已通過國家型號核準的模擬對講機,在核準證五年有效期到后,不再進行繼續核準。簡言之,666號文規定,2010年是發放模擬對講機“準生證”的最后一年,2011年到2015年對原已發放“準生證”的模擬對講機陸續停止使用,到2016年1月1日,模擬對講機完全退出中國的歷史舞臺。從2010年1月開始,數字對講機已開始在我國使用,五年過渡期后,數字對講機將完全取代模擬對講機。

        目前世界上的數字對講機包括數字集群標準主要有DPMR、DMR、APCO25、Tetralpol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek、GoTa和GT800。其中GoTa-Global Open Trunking architecture是由中興公司自主研發,基于CDMA 1X技術面向新技術演進的數字集群通信系統,目標是滿足共網集群需要,兼顧專網集群應用。GT800系統是由華為公司研制開發的基于GSM技術的數字集群系統。GT800基于GPRS和GSMR技術開發的系統,其第二階段將與TD-SCDMA技術結合。而海能達的PDT屬于警用的集群通信系統,參考了DMR的標準,也在爭取成為國內數字對講機的標準。

        武漢遠大志誠科技有限公司現在的研發產品主要采用的標準是DPMR(Digital Private Mobile Radio)、DMR(Digital Mobile Radio)以及后期自主制定的標準ARC。dPMR和DMR是低成本話音無線電中的兩項新的數字技術,都是由ETSI(European Telecommunications Sdandards Institute,歐洲電信標準協會)標準化的。DMR系統是兩時隙的TDMA系統,dPMR是FDMA系統,提供最低成本的數字話音解決方案,可以達到與DMR相同的語音質量。兩個標準都是用4-FSK調制方式。DMR(兩時隙)占用12.5KHz帶寬傳輸9600bps數據,dPMR占用6.25KHz帶寬傳輸4800bps數據。兩者的數字語音編碼碼率都為3.6kbit/s。

        其中DMR與DPMR除了在協議上的區別話,最大的區別就是一個是TDMA即頻分多址,一個是FDMA即頻分多址,頻分多址是數據通信中的一種技術,即不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上。按照這種技術,把在頻分多路傳輸系統中集中控制的頻段根據要求分配給用戶。同固定分配系統相比,頻分多址使通道容量可根據要求動態地進行交換;時分多址采用時分的多址技術,時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號,在滿足定時和同步的條件下,基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時,基站發向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸,各移動終端只要在指定的時隙內接收,就能在合路的信號中把發給它的信號區分并接收下來。

        在實際的應用時如下圖2所示,當DPMR應用在中轉模式的時候,需要兩個頻點支持接收和發射個信道,而DMR只需要一個頻點,通過兩個時隙分別用于接收和發射。

        二、數字對講機和模擬對講機比較

        傳統的模擬對講機是利用模擬信號來傳遞消息的,它存在著頻率利用率低、相互干擾嚴重、業務功能單一、通信不太穩定和管理控制較困難等缺點。而數字對講機是將模擬信號數字化,以數字編碼和數字調制的方式,并采用數字信號處理方法進行優化的通信方式。

        在數字對講機中,模擬語音信號首先經過A/D變換和語音編碼變換成數字信號。由于數字對講機的帶寬比較窄,一般為12.5kHz或者6.25kHz,(模擬的為12.5kHz或者25kHz)因此數字對講機中的語音編碼一般采用參量編碼方法,即不是把語音信號的波形進行編碼,而是提取產生語音信號的特征參數并對特征參數進行編碼傳輸,傳輸速率一般在1.2~4.8kb/s,可以滿足數字對講機的帶寬要求。

        信道編譯碼的主要目的是提高數字傳輸系統的可靠性,通過在語音編碼輸出的序列中按某種規則加入一些多余碼元作為差錯控制用的監督碼,收端根據這種規則可以發現錯誤或自動糾正錯誤來實現。

        模擬對講機一般采用倒頻等方法進行信息加密,加密簡單、易于破解。數字對講機則采用數字加密的方式對用戶的信息進行保護,在一些特殊行業如民航、鐵路等對信息安全要求比較高的行業,更具有競爭性。加密的方法很多,如可以把數字信號和一個周期很長的m序列進行模2加,完成加密,接收端用同樣的m序列和接收到的加密信號再一次進行模2加,即完成了解密。

        與模擬對講機相比,數字對講機具有抗干擾能力強、通話質量好、頻率利用率高、保密性能好、支持數據業務、便于進行無差錯中繼、便于合用一套數字中繼系統等特點,符合通信發展的規律,無疑數字對講機是對講機技術發展的方向,必然會逐步取代模擬對講機。

        如下圖3所示,是模擬對講機的大概的原理框圖,在發射鏈路上,話筒采集音頻信號后進過放到送到調頻電路調制成相應的高頻或射頻信號,然后經過放大電路放大到相應的輸出功率后經過收發帶通濾波電路從天線發射出去;而接收鏈路上由接收天線接收到信號后經帶通濾波器濾波后,通過電調選頻電路和低噪放電路將信號放大,放大后的信號經過混頻電路變頻到需要的一級中頻頻率,經過濾波和放大后送往解調鑒頻電路解調出音頻信號,由音頻放大電路放大后送往喇叭輸出。整個對講機處于同頻或異頻的半雙工工作狀態。

        三、數字對講機方案介紹

        現在市場上主流的DPMR數字對講機方案有以下幾種:

        1、英國CML公司的CMX7141+CMX618+MCU的DPMR方案,該方案開發門檻較低,但是成本較高,同時聲碼器的英語音質善可、中文音質不佳,并且未經過大批量生產驗證。

        2、 TI的TMS320VC5509+AMBE3000+MCU或者OMAP138加AMBE聲碼器方案,其特點是音質很好,其它功能也可以在此平臺上做得很好,但是價格昂貴,開發難度也非常大,能有技術實力開發的企業不多

        3、士康的的SCT3252+MCU的方案,此方案雖然推行已久,但是開發困難,至今未有廠家進行應用方案的生產。

        4、飛思卡爾的MC13260的方案,此芯片具有集成度高的特點,但是開發難度大,而且至今未見芯片的正式試用。

        我們現在研發和準備投入的生產的STD-860A DPMR數字對講機方案是采用聯拓的芯片的方案,見上圖2的框圖,是一塊RAM加DSP的芯片,并支持內置聲碼器和外加聲碼器兩種形式,芯片集成度高,成本低,方案實現簡單,只需要配合一個外部存儲芯片、射頻單元和相應的外圍應用電路就可以實現復雜的數字對講機功能。并且還支持模擬對講機的功能。

        此方案主要實現的功能如下:

        1、 模擬+數字雙模制式

        支持數字和模擬兩種模式,能兼容現有常規模擬系統,保證模擬產品向數字產品平滑過渡。

        2、 提供的智能信令支持多種呼叫方式,包括個呼、組呼和全呼。

        3、 支持多種語言顯示

        支持 10 種語言顯示(英文、簡體中文、繁體中文、德語、西班牙語、法語、意大利語、波蘭語、俄語和土耳其語),用戶可根據需要客戶需要提供不同的語言版本

        4、支持短信功能,可提供單發、組發、群發短信

        5、軟件可升級,可通過軟件升級添加新的功能

        6、遙斃、激活、查詢功能,可實時查詢其他機器狀態,遙斃或激活其他機器

        7、支持多信道掃描模式

        8、來電顯示功能,可提示呼叫方為哪個用戶

        9、GPS功能(此項功能將在中轉臺方案開發成功后加入)

        此方案的主要實現原原理如下:

        1、發射鏈路

        話筒采集音頻信號經過音頻放大電路放大后送往

        基帶芯片,經過芯片自帶的AD采樣進行相應的語音處理、編碼等,從芯片DA口送出兩路調制好的4FSK信號(四電平信號),通過兩點調制的方式以調頻的形式產生需要的射頻信號,射頻信號經放大電路放大到需要的功率后由天線發射。

        2、 接收鏈路

        接收鏈路從天線接收到相應的信號后通過帶通濾

        波電路取得帶內的信號,然后通過低噪聲放大電路核電調諧電路放大有用信號,放大后的信號送往混頻電路,得到37.95MHz的一級中頻信號,一級中頻信號經過濾波放大后,送往TA3116進行二次混頻得到450KHz的信號,對其再次濾波放大后由鑒頻器鑒頻得到所需的4FSK信號,4FSK信號被送往基帶芯片的AD口采用,經過芯片的解碼等處理,得到需要的音頻信號,經音頻放大器放大后送往喇叭。

        在后續的產品研發中還將考慮二級中頻450KHz或者37.92MHz一級中頻直接送入芯片解調的方案,對產品的穩定性、接收靈敏度的提高、電路的優化、和調試的簡化將會有很大的幫助。

        在操作界面端,我們將支持液晶顯示和無液晶顯示兩種方案來實現,可以滿足不同的客戶的不同的要求,并且考慮加入語音撥號呼叫等特殊需求。

        1

        天線

        2

        液晶顯示屏

        128×160像數,帶背光,提供文字數字文本和圖片顯示,

        3

        開關/結束/返回鍵

        長按打開或者關閉手持終端

        短按結束通話

        短按返回主屏幕

        4

        導航鍵(方向鍵)

        上、下、左、右四個方向,用于菜單選擇和文本文檔編輯時移動

        5

        2.5、3.5耳機插口

        音頻輸入輸出口以及寫頻數據口(位于機身右側)

        6

        數字鍵盤

        撥號、聯系人編寫、文本短信等使用時使用

        7

        前部MIC口

        8

        喇叭(位于鍵盤下方)

        9

        發送鍵

        用于發起或者接聽電話或者發送身份或者文本文檔

        10

        菜單鍵

        單擊進入菜單頁面

        11

        軟按鍵

        單擊來確認直接顯示在屏幕上的選項功能

        12

        PTT鍵

        長按進行半雙工呼叫,松開則為接收

        13

        可編程側鍵

        可自定義其按鍵功能,如定義背光開啟、屏幕省電等功能

        14

        LED指示燈

        呼叫時為紅色,接收時為綠色

        15

        緊急告警按鍵

        長按進入緊急模式,并發送緊急報警。

        16

        旋鈕開關

        用于音量控制和開關,順時針可以加大音量,逆時針減小,逆時針到頭后再次旋轉可關閉機器。

        四、我部現有研發項目介紹

        從產品的用途來講,對講機主要分為三個部分:手機對講機、車(船、機)載臺和中轉臺(或者基地臺)。

        1、手持對講機:這是一種體積小、重量輕、功率小的無線對講機,適合于手持或袋裝,便于個人隨身攜帶,能在行進中進行通信聯系,其功率一般VHF頻段不超過5W、UHF 頻段不超過4W。但也有少數機型的功率VHF為6W、UHF為5W。通信距離在無障擋的開闊地帶時一般可達到5公里。在無線通信網絡的支持下,通過中轉臺通信距離可達10公里以上。該機適合近距離的各種場合下流動人員之間的通信聯系。在無線電話機的系列中,手持式無線電 “對講機”的應用數量及品種是最多的,約占80%以上。從摩托羅拉生產的三千元左右的高端手持式無線電對講機到國內一百多元左右的國產低端手持式無線電對講機,價格差異很大,據估計這類對講機每年在國內銷售量已超過一百萬臺,其市場潛力很大。

        2、車(船、機)載式無線對講機

        這是一種能安裝在車輛、船舶、飛機等交通工具上直接由車輛上的電源供電的,并使用車〈船、機〉上天線的無線對講機,主要用于交通運輸、生產調度、保安指揮等業務。其體積較大,功率不小于10W,一般為25W。最大功率為VHF為56W、UHF為50 W。還有個別車載臺在某一頻段的功率達到75W。車載臺其電源為13.8V,通信距離可達到20公里以上,在無線通信網絡中,通過中轉臺通信距離明顯增大,可達數十公里。銷售價格從國產的1000元到進口機的3000元。據估計,國內年銷售量不低于10萬臺。隨著交通運輸的迅猛發展,特別是私家車的增加,個人購買車載機(屬于業余無線電愛好者)的數量將日益擴大。

        3、 中轉臺(或者基地臺)

        轉發式無線對講機就是將所接收到的某一頻段的信號直接通過自身的發射機在其它頻率上轉發出去。這兩組不同頻率信號相互不影響,或者說能夠允許兩組用戶在不同頻率上進行通信聯系。它具有收發同時工作而又相互不干擾的全雙工工作的特點。轉發式無線電話機的英文名稱是Repeater Transeiver,中文名稱也叫中轉臺、中繼臺、轉信臺。其最大的特點是能夠有效地擴展通信系統中手持機、車載機、固定臺的通信范圍和能力給系統提供更大的覆蓋半徑。由于這類設備工作時處于無人值守狀態,有的中轉臺還放在高山上,工作環境較差,有的中轉臺長時間處于發射狀態。因此對中轉臺的技術設計要求比車載機、固定臺要高得多,甚至有一些特殊的要求,如高穩定性、高可靠性、優良的散熱性,能在高、低溫條件下長時間穩定工作。不少設備都具有在主電源故障情況下能夠自動啟動備用電源或切換到直流電源繼續工作的功能。在無線通信系統中使用的專用中轉臺的功率都較大,一般都在25W~50W甚至達到100W (大吉公司的TB8100),在樓宇中使用的小中轉臺的功率一般不超過25W。

        中轉臺的發展歷史僅有二十多年,隨著新器件、新工藝、新電路的誕生,新技術在中轉臺設計上的應用使其技術水平、品質和功能在不斷提高和完善。1984年以日本八重洲公司(YAESU)生產的FTR1045、日本ICOM公司生產的IC-RP1520為代表的中轉臺,采用的是晶體振蕩倍頻方式。而到了 1985年日本協同公司(KYODO)生產的 KG110、日本世紀公司(SELKL)生產的UP450/PCV150、日本馬蘭士公司(STANDARD)生產的RP172BR/RP512BR等中轉臺已經采用了頻率合成技術、EPROM存儲和數字邏輯電路控制等技術。從此中轉臺的技術水平和功能有了較大的發展。至今KG110的優良性能和高可靠性仍為業界人士所稱道。日本建伍公司(KENWOOD)也于1987年相繼推出TKR720/820以及以后的TKR828(350M)、TKR830等中轉臺。建伍的TKR系列中轉臺采用了先進的鎖相環頻率合成技術、CPU控制技術,所有數據均存儲在EEPROM中,功能更多,頻率穩定精確,同時大范圍使用表面貼裝元器件工藝。在這期間日本馬蘭士公司生產的RP80系列基地/中轉臺以及RP513基地/中轉臺也先后進入中國市場。RP513中轉臺采用微處理控制技術,能提供自動自我檢測功能,其功率在50%工作周期情況下可高達80W。在眾多的中轉臺中,建伍TKR720/820系列的中轉臺以良好的性能價格比深受國內專業用戶的歡迎,其市場保有量也是最多的,可以說是中轉臺中的經典產品。1998年底美國摩托羅拉公司開發的GR1225等系列中轉臺先后投放中國市場,寬帶技術、語音壓控技術的采用,調試參數全面軟件化,極大提高了中轉臺的綜合性能,頻率穩定度得到了提高,25KHE和12.5KHE信道間隔得到了兼容,增加了頻率利用率。近年來,中轉臺的換代的新產品也先后上市,建伍公司生產的TKR750/820中轉臺取代了TKR720/820。日本協同公司研發的KG510于2000年投放中國市場后,停止生產了KG110,KG510秉承了KG110高可靠特點,采用CPU中央微處理器,還具有無線遙控信道轉換功能,50W功率連續不間斷發射,可進行多種中轉掃描模式。新西蘭大吉公司(TAIT)生產的T800Ⅱ中轉臺以獨特的插板式結構和 100W的大功率等特點也得到特殊用戶的歡迎。日本威泰克斯公司也在2003年的“通信奧運”展覽會上推出了VXR7000型中轉臺。2002年澳大利亞SPECTRA公司生產的“頻譜”專業基地/中轉臺MX800通過國內的代理商也打入了中國市場。該公司是世界上專門從事無線電通信設備制造的著名公司,其產品通過十項國際認證。MX800型中轉臺采用了一系列新的技術,如采用軍用級別的模塊結構,采用高速閉鎖及高速發射技術等,可實現遠端遙控、遠程設置和監測自我診斷功能。其頻率范圍包括30-960MHE內的各個頻段,頻率穩定度1PPm,發射啟動時間小于4ms.新西蘭大吉公司近期推出的 TB8100基地/中轉臺則采用當今最前沿的數字通信技術(RISC處理器和DSP數字信號處理器),功率從5W、50W至100W是目前性能和技術水平都很高的基地/中轉臺。

        在應用上面,模擬的對講機的應用場景如下圖7所示,是一個非常典型的應用場景手機對講機和車載臺都處于收發異頻的工作模式(接收和發射不在一個頻點上比如接收400MHz,發射420MHz),所有的通信信息都通過樓頂的中轉臺進行轉發傳送,可以有效的覆蓋整個區域。

        可以看出當面對大區域的網絡時候,模擬對講機的組網方式在頻率、管理方面就顯的捉襟見肘,組網非常復雜,頻率資源浪費嚴重,網絡的穩定性很差。

        我們在模擬的產品線上的主要產品是主推ST271車載臺、凱迪訊的無液晶版三防手持機,此兩款在泉州地區來說生產的廠家相對比較少,有利于早期的品牌的樹立。

        下圖就是我們車載臺和無液晶版三防手機的圖片

        數字對講機的組網則相對來說比較簡單,頻譜利用高,穩定性好,管理方便,后臺界面人性化。其大致的組網方式如下:

        1、 對于小的網絡,我們可以選用低成本的DPMR手持機加中轉

        臺的方案。

        通過中心調度臺和后臺管理系統,我們可以遠程控制、查詢、設置中轉臺,達到可控可管的效果,可以監聽、遙斃、激活、查詢網內的各個用戶,并且如果手持機帶GPS功能的話還可以將GPS回傳給管理系統,達到實時位置顯示的功能,可以定時定點監控。后期將加入IP功能,達到多中轉臺聯網的效果。

        2、 對于大型的系統,我們主要采用DMR的方案如下圖12、13

        所示

        我們現在主要的研發產品還是集中在單系統開發上,DPMR產品線主要是STD-860A手持機和STD-520中轉臺,他們都是基于聯拓芯片的基礎上進行開發的,產品成熟后就可以組建圖7所示的小的數字對講機的網絡。而在DMR產品線主要是跟北京無線事業部合作的DMR手持機、DMR中轉臺(基站)和相應的中轉臺/數字集群網管軟件(由泉州研發部軟件部開發),其中DMR手持機方案應用的是TI的TMS320VC5509+ST的STM32系列MCU,

        在產品成熟后將可以提供直通、中轉、同播*、集群系統等不同組網模式,加上相應的網管后臺軟件的應用,形成一整套系列的完整的解決方案。除了提供支持各種個性化語音調度:個呼、組呼、全呼和緊急呼叫、支持文本消息收發、位置跟蹤、終端遙暈/遙斃和激活、遠程監控、對講機狀態監控、錄音、IP組網等基礎的服務外,還可以在此基礎上根據客戶的需求定制不同行業不同領域的專用解決方案。

         

        轉載于:https://www.cnblogs.com/gaozehua/p/3232065.html


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