先進的數字對講機公共平臺

郭榮新　林興龍

摘 要：在“模轉數”的特殊時期，針對目前多功能數字對講機領域的空白，以ST3258為核心芯片，以當前較為成熟的WiFi技術、藍牙技術、北斗/GPS技術構造一個具有模塊化、多功能的數字對講機公共平臺，實現(xiàn)數字對講機多制式兼容、多模式無線數字語音通信、北斗/GPS數據通訊、支持主控端調度、接受遠程監(jiān)控及數字語音加密、語音錄放音、無線數傳、中繼和集群為附加功能的多功能整合。

關鍵詞：數字對講 WiFi技術 藍牙技術 北斗/GPS技術 模塊化 多功能 通用數字對講機平臺

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0250-03

對講機通信目前是我國最主要的專用無線通信系統(tǒng)，它已廣泛應用于國民經濟各部門和人們生活各個領域，對各個行業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻，因其具有免通信費、高數據率、自動組網等其它通信設備無法代替的優(yōu)點仍會長期存在并不斷發(fā)展。但是，目前市場上的大部分對講機仍延用幾十年來的傳統(tǒng)，其功能單一，除了對講通話之外，鮮有其他實用性功能，局限了其使用領域。與此同時，過度緊張的頻譜資源也導致了對講機的局限性。因此，提供具有創(chuàng)新性、實用性的多功能高端通信設備來滿足各種需求，特別是具有互通互聯(lián)的通信功能要求日益迫切。2013年底，我國首款具有自主知識產權的多制式數字對講機芯片ST3258在中國問世，其旨在推動國內通信對講行業(yè)的發(fā)展，是國內無線電通信領域的又一次突破。

平臺以ST3258為核心芯片，構建多模數字對講機公共平臺。通過嵌入WiFi通信協(xié)議[1]、藍牙通信協(xié)議[2]使數字對講擺脫傳統(tǒng)對講模式對日益趨于緊張的頻譜資源的依賴，實現(xiàn)基于WiFi無線網絡和藍牙技術的功能數字對講，實現(xiàn)IP互通互聯(lián)。平臺所具有的北斗/GPS定位功能[3]，保證后臺終端簡單清晰、快速有效地確認和監(jiān)督每位成員的具體位置及統(tǒng)一指揮、協(xié)調、調度，大大提高了整個團隊的工作效率及人身安全系數同時也完善了整個生產過程或活動的有效監(jiān)控機制。在引入新型通信渠道進行數字對講的基礎上，融合數字語音加密、語音錄放音、無線數傳、中繼和集群[4]等附加功能提高平臺的附加值，以及拓展其使用范圍。平臺的硬件均為模塊化結構設計使平臺具備開放性，便于系統(tǒng)升級和進一步的功能擴展，從而能夠適用于更多的領域。

1 WiFi無線通信技術

設計中嵌入的WiFi無線通信協(xié)議能夠完全兼容當前無線通信的三種主流標準：IEEE802.11b、IEEE802.11n、 IEEE802.11g，其發(fā)射功率不超過100 mw。WiFi無線技術通過展頻技術、擴頻技術、調頻技術使得數據傳輸過程能夠更大程度上抗干擾，同時接收方對所收到數據進行的Error Checking（偵錯）操作，確保了傳輸數據的正確性，若發(fā)現(xiàn)收到的數據中不符合偵錯算法的內容，那么就會使用一定的措施來修復該錯誤，例如：要求發(fā)送方重新發(fā)送被偵察到的錯誤位。收發(fā)雙方每次接受通信前都會有3次“握手”的過程[5]，這3次“握手”可以保證傳送數據的雙方能在可靠的連接下進行通信，從而達到設備之間的互通性和資源共享。

2 藍牙通信技術

藍牙無線通信以2.4 GHz的頻段為工作頻段，以時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工數據傳輸，具備功耗低、靈活性高、可靠性強等優(yōu)勢。該技術以快速確認和調頻方案確保了鏈路的穩(wěn)定，其采用的調頻技術中基于“偽隨機碼”的快速信道跳變使得藍牙的穩(wěn)定能夠優(yōu)于其他系統(tǒng)。與此同時，F(xiàn)EC（Forward Error Correction，前向糾錯）技術[6]抑制了長距離鏈路的隨機噪聲，使得數據傳輸過程更加可靠和更加穩(wěn)定?；谒{牙技術的無線發(fā)射機采用FM調制方式，也降低了設備的復雜性，其數據傳輸過程采用數據包的形式按一定時隙傳送。

3 先進的數字對講機公共平臺系統(tǒng)結構

先進的數字對講機公共平臺結構如圖1所示，主要分為7部分：MCU系統(tǒng)、藍牙模組、IP互聯(lián)模組、三聯(lián)模塊、北斗/GPS模塊、發(fā)射模塊、接收模塊。

4 技術路線及性能指標

4.1 技術路線

通過大量的前期市場、技術調研確定平臺的設計方案及性能指標，設計包括發(fā)射模塊、接收模塊等在內的獨立性模塊，各模塊單獨測試達到規(guī)定的性能指標，并采用統(tǒng)一接口將各模塊化的電路與主控系統(tǒng)形成模塊化的功能平臺，實現(xiàn)多模式數字對講及其附加功能。最后整合平臺完成整體的測試與完善[7]。（見圖2）

4.2 發(fā)射機指標

（1）輸出功率：Hi=5 W；Lo=2 W；

（2）發(fā)射電流：Hi=1.2 ALo=0.6 A；

（3）調制失真：≤3%；

（4）調制限制：W≤5 kHz；N≤2.5 kHz；

（5）雜散輻射：≤1 μW；

（6）調制方式：4 FSK；

（7）鄰道功率：≤-65 dBm。

4.3 接收機指標

（1）參考靈敏度：≤0.165 μV（12 dB SINAD）；

（2）額定功率：>500 mW；

（3）最大功率：≥800 mW；

（4）音頻失真：≤3%；

（5）鄰道選擇性（寬帶，窄帶）：≥65 dB，

≥ 60dB；

（6）互調抗干擾（寬帶，窄帶）：≥60 dB，

≥55 dB；

（7）信噪比：≥45 dB；

（8）接收阻塞：≥85 dB。

4.4 藍牙指標

（1）降噪性能：35 dB；

（2）接收靈敏度：≥-90 dBm；

（3）工作電流：≤20 mA。

4.5 GPS指標

（1）靈敏度（捕獲，追蹤）：≤-150 dBm，

≤-155 dBm；

（2）冷啟動：≤50 s；

（3）熱啟動：≤5 s；

（4）定位精度：≤5 m。

5 先進數字對講機公共平臺的創(chuàng)新

5.1 理論創(chuàng)新

（1）高效的抗干擾技術。利用語音去噪算法和語音增強技術，使處于復雜噪聲干擾環(huán)境下的數字對講設備具有優(yōu)質的語音傳輸質量。

（2）具備寬窄帶兼容，內置調制解調，可支持綜合通訊能力。

（3）獨特的數字語音加密算法讓無線語音通信更加的安全。

5.2 應用創(chuàng)新

（1）多制式通信方式；

（2）多模式定位方式；

（3）多種聲碼器自適應切換方式。

（4）IP互聯(lián)互通，即采用WiFi技術、藍牙技術與互聯(lián)網技術實現(xiàn)真正意義的網絡化的中繼和集群功能。

5.3 技術創(chuàng)新

（1）目前市面上大部分集群對講設備為模擬設備為主（包括對講機、車載臺等），僅有個別大企業(yè)具備數字對講設備的研發(fā)能力，同時現(xiàn)有數字對講設備由于使用的均是國外核心技術方案，因此，開發(fā)難度大、周期長，束縛了該項技術在國內的發(fā)展。該方案突破了數字對講設備的技術瓶頸，降低了設計門檻和成本，有利于大規(guī)模產業(yè)化。

（2）現(xiàn)有數字對講設備大多采用歐洲的DMR模式，其價格昂貴，然而我們的方案可根據實際需求，實現(xiàn)三模通信，即在不改變任何硬件的基礎上靈活切換三種通信協(xié)議兼容的工作模式：模擬通信、dPMR（價格低廉）和DMR，實現(xiàn)多協(xié)議模式的兼容，增強了設備的可擴展性及應用面。

（3）具備北斗/GPS/北斗雙模網絡定位功能。設備的準確定位對于建立對講通信和應急通信具有十分重要的作用。（4）具有后臺管理軟件，能夠將數字對講設備網絡化，實現(xiàn)超遠距離的無線通信網絡。

5.4 工藝創(chuàng)新

現(xiàn)有的數字對講設備方案中聲碼器采用硬件（固件）模塊加入模式，一旦要更換聲碼器整個硬件系統(tǒng)都要重新設計或者重新架構軟件版本，增加了開發(fā)周期，不利于系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可擴展性差，我們的方案使用國內自主研發(fā)的ST3258芯片，該芯片可支持多種聲碼器模式，并將聲碼器移植到處理器當中，可在原有硬件基礎上隨時更換聲碼器版本，有利于生產廠家對產品的更新?lián)Q代，可以大大縮短產品的上市周期。

5.5 結構創(chuàng)新

（1）結構上該方案設計出的產品為數字對講機公共平臺；該平臺將設計成公板結構和公共模塊結構，可以讓對講機廠家根據用戶需求，在最短時間內實現(xiàn)產品的研發(fā)以及更新?lián)Q代。

（2）備RS232通信接口，可外接多種傳感器，有利于方便設備間的信息傳遞。

（3）具備USB HOST功能，以便今后能夠使用U盤對原有設備進行程序升級，便于算法移植。

6 結語

該文實現(xiàn)了一種先進的數字對講機公共平臺的設計，以國產ST3258為核心芯片。實現(xiàn)了基于多功能的數字對講功能。通過分析與測試，本平臺同時具有多制式、WiFI/藍牙、IP互聯(lián)和北斗/GPS定位功能，符合高端通信設備、高端裝備智能化、多功能化的要求，應用范圍更為廣泛，一方面打破了摩托羅拉等國際巨頭對高端對講機的壟斷，一舉填補了國內在該類型產品核心技術自主研發(fā)的空白。項目產品能為生產作業(yè)中最為重要的通信裝備提供保障，在提升安全生產通信裝備水平的同時，亦有助于推動對講機行業(yè)的升級換代。

參考文獻

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[3] Elliott D.Kaplan，著.GPS原理與應用[M].邱致和，王萬義，譯.電子工業(yè)出版社.2002.

[4] 邵汝峰.現(xiàn)代通信網[M].北京師范大學出版集團，2009.

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[6] 朱剛.藍牙技術原理與協(xié)議[M].北方大學出版社，2002.

[7] 程世海，楊立民.數字雙向對講機的發(fā)展前景[J].信息技術，2001（2）：44-45.