CN102025381A - 一种无线数字感应电台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线数字感应电台，包括感应天线、射频单元、基带处理单元、人机接口单元、电源单元，其采用数字信号时分传输方式，实现在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙，并利用GPS技术同步数字无线信号，实现空中无线传输速率达64Kbps，从而满足了高速数据和话音同时传输功能，及自适应天线阻抗自动匹配调整；在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收，在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道，在进行话音沟通的同时通够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA竞争共享信道，可以提高工作效率和频谱利用率，满足高速数据和双向话音同时传输功能。

Description

一种无线数字感应电台

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种无线数字感应电台，其具有双向语音及数据和图像传输的功能，适用于矿井应急通信系统、铁路沿线及电气化隧道的施工通信系统、机车重联通信系统、无线列车调度通信系统等使用。

背景技术

目前传统模拟调频感应电台在铁路无线调度通信系统中广泛应用，在电气化区段利用电力接触网进行耦合感应传输通信，在非电气化区段内可以采用立杆拉金属导线方式作为波导线进行耦合感应传输通信，取代投资巨大的漏缆加中继器或无线区间台等传统通信方式，保证区间内通信覆盖率达100％，解决铁路山区隧道等信号弱场区间话音通信问题。由于模拟调频感应电台存在频率资源利用率低，话音质量差，抗干扰能力差，不能满足话音和高速数据同时传输的要求。例如在铁路的机车重联通信系统和矿井应急救援通信系统等，就是要求具有双向语音及高速数据同时传输功能和图像传输功能。现有的模拟调频感应电台无法满足这样的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种无线数字感应电台，能够实现在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙，并利用GPS技术同步数字无线信号，实现空中无线传输速率达64Kbps，从而满足了高速数据和话音同时传输功能，及自适应天线阻抗自动匹配调整。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线数字感应电台，包括：

一感应天线，用来实现与感应线的无线耦合；

一射频单元，用来实现发射信号放大、功率驱动、接收选频滤波、低噪声放大和带通滤波；该射频单元与感应天线相连接，通过感应天线与感应线或接触网无线耦合传输信号；

一基带处理单元，用来实现信号的调制/解调、纠错编解码、高速AD/DA和接收同步；该基带处理单元与射频单元相连接；

一人机接口单元，用来实现话音编解码、喇叭驱动、对外数据接口、按键接口、显示屏驱动、指示灯驱动、接口协议处理、控制协议处理、GPS控制和频率源控制；该人机接口单元与基带处理单元相连接；

一电源单元，用来向射频单元、基带处理单元和人机接口单元提供电源信号；该电源单元分别与射频单元、基带处理单元和人机接口单元相连接；

其中：

由基带处理单元和射频单元构建的电路，处理TDMA时隙模式，是在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙；在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收信号；在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道；在进行话音沟通的同时能够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA竞争共享信道。

所述的基带处理单元包括基带处理器、FPGA、用来实现模-数转换的第一A/D转换器、用来实现数-模转换的第二D/A转换器、第一FLASH存储器和第一SDRAM存储器；第一A/D转换器的输出与基带处理器的输入相连接；第二D/A转换器的输入与基带处理器的输出相连接；FPGA、第一FLASH存储器和第一SDRAM存储器分别与基带处理器相连接；该基带处理器中设有采用CPM技术进行调制解调的信号调制解调模块和采用RS码进行纠错编解码的纠错编解码模块。

由基带处理单元和射频单元构建的电路，能够通过功率未端检测，对感应天线的方向和增益由基带处理器进行自适应阻抗匹配自动调整。

所述的人机接口单元，包括：

一话音编解码处理器，用来将输入的模拟语音信号进行压缩语音编码运算处理转换为数字语音信号输出，以及将输入的数字语音信号进行语音解压缩运算处理转换为模拟语音信号输出；

一主处理器，用来对输入的信号进行分析、计算和处理，输出对应的控制信号；

一喇叭驱动电路，用来驱动喇叭发出对应的声音；

至少一个对外数据接口，用来实现与外部设备的连接，以实现与外部设备之间的数据交换；

一按键接口，用来实现与按键的连接；

一显示屏驱动电路，用来驱动显示屏工作；

一指示灯驱动电路，用来驱动指示灯工作；

一GPS模块，用来接收GPS数据；

一第二FLASH存储器；

一第二SDRAM存储器；

一网络单元；

按键接口的输出与主处理器相连接；显示屏驱动电路、指示灯驱动电路、喇叭驱动电路的输入分别与主处理器的输出相连接；主处理器分别与话音编解码处理器、对外数据接口、GPS模块、第二FLASH存储器、第二SDRAM存储器和网络单元相连接；

该主处理器内分别设有接口协议处理模块、控制协议处理模块和频率源控制处理模块。

所述的对外数据接口包括USB接口、RS232接口、I2C接口和SPI接口。

所述的网络单元内置有网络地址和ID地址，通过所述主处理器控制，能够实现单呼、组呼或全呼，支持数据自组网传输。

所述的射频单元包括功率驱动放大电路、射频信号功率放大器、天线接口、选癫滤波器、低噪声放大器和带通滤波器；功率驱动放大电路的输入与基带处理单元的输出相连接；功率驱动放大电路的输出与射频信号功率放大器的输入相连接；射频信号功率放大器的输出接至天线接口；天线接口与感应天线相连接；选频滤波器的输入接至天线接口；选频滤波器的输出与低噪声放大器的输入相连接；低噪声放大器的输出与带通滤波器的输入相连接；带通滤波器的输出与基带处理单元的输入相连接。

本发明的一种无线数字感应电台，采用基带处理单元和射频单元构建的电路，处理TDMA时隙模式，实现在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙(在时隙不变的情况下可配置为传输话音和数据)。在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收。在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道。在进行话音沟通的同时通够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA(载波侦听)竞争共享信道，以提高工作效率和频谱利用率，满足高速数据和双向话音同时传输功能。

本发明的一种无线数字感应电台，基带处理单元使用CPM技术调制解调和RS码纠错编解码，空中无线传输速率达64Kbps，实现数据、话音、短消息、格式化报单等多种业务类型，保证数据传输的可靠性，提高抗干扰能力。且与模拟话音感应电台通信相比，没有明显降低通信距离。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口网络单元内置有网络地址和ID地址，通过主处理器控制，可实现单呼、组呼或全呼。多个电台可以形成无中心自组网，无线信道上采用分组交换存储转发技术，支持数据自组网传输，最大中继3次。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口单元的主处理器使用先进的语音编码技术，通过将语音信号分解为多个最重要的部分，并利用少量的比特将之编码，从而实现压缩语音信号。由于这种技术主要是对人类的语音信号进行处理，从而大大降低了背景噪声，比模拟感应电台提供更清晰的话音通信，且具有加密接口，支持对话音和数据的加密能力。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口单元内置集成GPS模块和内部时钟，GPS信息用于通信数据同步。在有遮掩等地方接收不到GPS信息情况下，采用内部时钟，可以保持正常通信。

本发明的一种无线数字感应电台，该无线数字感应电台具有维护接口，通过维护软件可以对本无线数字感应电台进行写频、功能设置、软件升级等维护和测试。

本发明的有益效果是，由于采用感应天线、射频单元、基带处理单元、人机接口单元、电源单元来构成无线数字感应电台，其采用数字信号时分传输方式，实现在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙，在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收，在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道，在进行话音沟通的同时通够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA竞争共享信道，可以提高工作效率和频谱利用率，满足高速数据和双向话音同时传输功能；由于采用了CPM技术调制解调和RS码纠错编解码，能够保证数据传输的可靠性，提高抗干扰能力；由于内置有网络地址和ID地址，可实现单呼、组呼或全呼，多个电台可以形成无中心自组网，无线信道上采用分组交换存储转发技术，可以支持数据自组网传输，最大中继3次；由于采用了语音编码技术，从而大大降低了背景噪声，比模拟感应电台提供更清晰的话音的通信，且具有加密接口，支持对话音和数据的加密能力；由于采用了内置集成GPS模块和内部时钟，GPS信息可用于通信数据同步，在有遮掩等地方接收不到GPS信息情况下，采用内部时钟，可以保持正常通信。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种无线数字感应电台不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的人机接口单元的硬件框图；

图3是本发明的基带处理单元的硬件框图；

图4是本发明的时隙模式的示意图；

图5是本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

实施例，参见附图所示，本发明的一种无线数字感应电台，用于电气化铁路的施工防护通信系统、铁路应急通信系统、铁路机车重载重联通信系统等，可以实现一对一、一对多、一对全部话音呼叫、文本消息、GPS位置跟踪、图像数据传输等。如图5所示，使用系统中包括多个无线数字感应电台、天馈线、及接触网或感应线等，无线数字感应电台将射频信号通过天线无线耦合到接触网或感应线上，再通过接触网或感应线进行传输，并辐射到另一无线数字感应电台接收。由于长波信号在感应导体中的传输诱导效果要远远好于450MHz信号在空间及隧道内的辐射传输。本无线数字感应电台应用系统中不需投资区间中继设备，可以实现场强覆盖率达到100％。且在频率资源有限的情况下，无线数字感应电台在一个25KHz带宽的信道上分为3个时隙，两路话音和一路数据，空中传输速率最高达64Kbps，实现双工话音通话和多种业务数据的同时传输。

该无线数字感应电台还可以实现数字信令功能，其数字信令功能包括，遥毙电台、远程监控、检查电台、呼叫提示和紧急呼叫等。

该无线数字感应电台，包括：

一感应天线5，用来实现与感应线的无线耦合；

一射频单元3，用来实现发射信号放大、功率驱动、接收选频滤波、低噪声放大和带通滤波；该射频单元3与感应天线5相连接，通过感应天线5与感应线或接触网无线耦合传输信号；

一基带处理单元2，用来实现信号的调制/解调、纠错编解码、高速AD/DA和接收同步；该基带处理单元2与射频单元3相连接；

一人机接口单元1，用来实现话音编解码、喇叭驱动、对外数据接口、按键接口、显示屏驱动、指示灯驱动、接口协议处理、控制协议处理、GPS控制和频率源控制；该人机接口单元1与基带处理单元2相连接；

一电源单元4，用来向射频单元3、基带处理单元2和人机接口单元1提供电源信号；该电源单元4分别与射频单元3、基带处理单元2和人机接口单元1相连接；

其中：

由基带处理单元2和射频单元3构建的电路，处理TDMA时隙模式，是在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙；在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收信号；在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道；在进行话音沟通的同时能够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA竞争共享信道。

所述的基带处理单元2包括基带处理器21、FPGA22、用来实现模-数转换的第一A/D转换器23、用来实现数-模转换的第二D/A转换器24、第一FLASH存储器25和第一SDRAM存储器26；第一A/D转换器23的输出与基带处理器21的输入相连接；第二D/A转换器24的输入与基带处理器21的输出相连接；FPGA22、第一FLASH存储器25和第一SDRAM存储器26分别与基带处理器21相连接；该基带处理器21中设有采用CPM技术进行调制解调的信号调制解调模块和采用RS码进行纠错编解码的纠错编解码模块。

由基带处理单元2和射频单元3构建的电路，能够通过功率未端检测，对感应天线的方向和增益由基带处理器进行自适应阻抗匹配自动调整。

所述的人机接口单元1，包括：

一话音编解码处理器11，用来将输入的模拟语音信号进行压缩语音编码运算处理转换为数字语音信号输出，以及将输入的数字语音信号进行语音解压缩运算处理转换为模拟语音信号输出；

一主处理器12，用来对输入的信号进行分析、计算和处理，输出对应的控制信号；

一喇叭驱动电路，用来驱动喇叭发出对应的声音；

至少一个对外数据接口13，用来实现与外部设备的连接，以实现与外部设备之间的数据交换；

一按键接口14，用来实现与按键的连接；

一显示屏驱动电路(即LCD驱动)151，用来驱动显示屏工作；

一指示灯驱动电路(即LED驱动)152，用来驱动指示灯工作；

一GPS模块16，用来接收GPS数据；

一第二FLASH存储器171；

一第二SDRAM存储器172；

一网络单元18；

按键接口14的输出与主处理器12相连接；显示屏驱动电路151、指示灯驱动电路152、喇叭驱动电路的输入分别与主处理器12的输出相连接；主处理器12分别与话音编解码处理器11、对外数据接口13、GPS模块16、第二FLASH存储器171、第二SDRAM存储器172和网络单元18相连接；

该主处理器12内分别设有接口协议处理模块、控制协议处理模块和频率源控制处理模块。

所述的对外数据接口13包括USB接口、RS232接口、I2C接口和SPI接口。

所述的网络单元18内置有网络地址和ID地址，通过所述主处理器12控制，能够实现单呼、组呼或全呼，支持数据自组网传输。

所述的射频单元3包括功率驱动放大电路31、射频信号功率放大器32、天线接口33、选频滤波器34、低噪声放大器35和带通滤波器36；功率驱动放大电路31的输入与基带处理单元2的输出相连接；功率驱动放大电路32的输出与射频信号功率放大器31的输入相连接；射频信号功率放大器32的输出接至天线接口33；天线接口33与感应天线5相连接；选频滤波器34的输入接至天线接口33；选频滤波器34的输出与低噪声放大器35的输入相连接；低噪声放大器35的输出与带通滤波器36的输入相连接；带通滤波器36的输出与基带处理单元2的输入相连接。

本发明的一种无线数字感应电台，采用基带处理单元2和射频单元3构建的电路，处理TDMA时隙模式，实现在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙(在时隙不变的情况下可配置为传输话音和数据)。在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收。在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道。在进行话音沟通的同时通够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA(载波侦听)竞争共享信道，以提高工作效率和频谱利用率，满足高速数据和双向话音同时传输功能。

本发明的一种无线数字感应电台，基带处理单元2使用CPM技术调制解调和RS码纠错编解码，空中无线传输速率达64Kbps，实现数据、话音、短消息、格式化报单等多种业务类型，保证数据传输的可靠性，提高抗干扰能力。且与模拟话音感应电台通信相比，没有明显降低通信距离。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口的网络单元18内置有网络地址和ID地址，通过主处理器12控制，可实现单呼、组呼或全呼。多个电台可以形成无中心自组网，无线信道上采用分组交换存储转发技术，支持数据自组网传输，最大中继3次。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口单元1的主处理器12使用先进的语音编码技术，通过将语音信号分解为多个最重要的部分，并利用少量的比特将之编码，从而实现压缩语音信号。由于这种技术主要是对人类的语音信号进行处理，从而大大降低了背景噪声，比模拟感应电台提供更清晰的话音通信，且具有加密接口，支持对话音和数据的加密能力。

本发明的一种无线数字感应电台，人机接口单元1内置集成GPS模块16和内部时钟，GPS信息用于通信数据同步。在有遮掩等地方接收不到GPS信息情况下，采用内部时钟，可以保持正常通信。

本发明的一种无线数字感应电台，该无线数字感应电台具有维护接口，通过维护软件可以对本无线数字感应电台进行写频、功能设置、软件升级等维护和测试。

本发明的一种无线数字感应电台，用户的原始模拟语音信号或麦克信号通过话音编解码处理器11的声码器进行压缩语音编码运算转换为数字语音信号，送至主处理器12，同时在传送语音信号的同时还对RS232串口数据接口用户或计算机传送来的数据信息复接成统一的数据流。基带处理器21对此数据流进行纠错编码、信道编码的卷积与交织、同步、加密和数字调制。由GPS同步，TDMA3个时隙，通过时隙上发送信号，经纠错、调制处理后的数字信号由高速D/A即第二D/A转换器24转换成待发射频信号，经功率驱动放大电路31、隔离器、射频信号功率放大器32，由天线5发射出去。同时对感应天线5的方向和增益通过功率未端检测，由基带处理器21进行对感应发射天线自适应阻抗匹配自动调整。

在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收，并时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道，在进行话音沟通的同时通够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA(载波侦听)竞争共享信道。

当电台接收到的无线感应射频(RF)信号，首先经过前端接收、选频滤波和低噪声放大，再通过一个以载波为中心的带通滤波器36送到高速D/A转换器。带通滤波器36的频率、相位及幅度等特性由基带处理器21来设定和调整，以适应信道变化的要求。带通滤波后的模拟信号经过宽带的A/D变换器即第一A/D转换器23转换为数字信号后进入基带处理器21。基带处理器21对进入的数字信号首先进行数字解调，形成数字基带信号；然后再对此解调信号进行纠错解码，得到用户数据。如果该信息是用户数据信息，则可通过RS232数据接口送出给计算机或用户，如果是经过压缩的语音信号，则由话音编解码处理器11的声码器进行语音解压缩运算，将还原出来的语音信号由语音接口送给用户或喇叭。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种无线数字感应电台，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无线数字感应电台，其特征在于：包括：

一感应天线，用来实现与感应线的无线耦合；

一射频单元，用来实现发射信号放大、功率驱动、接收选频滤波、低噪声放大和带通滤波；该射频单元与感应天线相连接，通过感应天线与感应线或接触网无线耦合传输信号；

一基带处理单元，用来实现信号的调制/解调、纠错编解码、高速AD/DA和接收同步；该基带处理单元与射频单元相连接；

一人机接口单元，用来实现话音编解码、喇叭驱动、对外数据接口、按键接口、显示屏驱动、指示灯驱动、接口协议处理、控制协议处理、GPS控制和频率源控制；该人机接口单元与基带处理单元相连接；

一电源单元，用来向射频单元、基带处理单元和人机接口单元提供电源信号；该电源单元分别与射频单元、基带处理单元和人机接口单元相连接；

其中：

由基带处理单元和射频单元构建的电路，处理TDMA时隙模式，是在一个25KHz带宽的信道中时分为3个时隙；在时隙空闲情况下，3个连续时隙都可以发射或接收信号；在时分全双工工作方式时，这3个时隙可以同时共享同一个信道；在进行话音沟通的同时能够无线接收数据传输服务，每个时隙信道内，通过CSMA竞争共享信道。

2.根据权利要求1所述的无线数字感应电台，其特征在于：所述的基带处理单元包括基带处理器、FPGA、用来实现模-数转换的第一A/D转换器、用来实现数-模转换的第二D/A转换器、第一FLASH存储器和第一SDRAM存储器；第一A/D转换器的输出与基带处理器的输入相连接；第二D/A转换器的输入与基带处理器的输出相连接；FPGA、第一FLASH存储器和第一SDRAM存储器分别与基带处理器相连接；该基带处理器中设有采用CPM技术进行调制解调的信号调制解调模块和采用RS码进行纠错编解码的纠错编解码模块。

3.根据权利要求1所述的无线数字感应电台，其特征在于：所述的人机接口单元，包括：

一话音编解码处理器，用来将输入的模拟语音信号进行压缩语音编码运算处理转换为数字语音信号输出，以及将输入的数字语音信号进行语音解压缩运算处理转换为模拟语音信号输出；

一主处理器，用来对输入的信号进行分析、计算和处理，输出对应的控制信号；

一喇叭驱动电路，用来驱动喇叭发出对应的声音；

至少一个对外数据接口，用来实现与外部设备的连接，以实现与外部设备之间的数据交换；

一按键接口，用来实现与按键的连接；

一显示屏驱动电路，用来驱动显示屏工作；

一指示灯驱动电路，用来驱动指示灯工作；

一GPS模块，用来接收GPS数据；

一第二FLASH存储器；

一第二SDRAM存储器；

一网络单元；

按键接口的输出与主处理器相连接；显示屏驱动电路、指示灯驱动电路、喇叭驱动电路的输入分别与主处理器的输出相连接；主处理器分别与话音编解码处理器、对外数据接口、GPS模块、第二FLASH存储器、第二SDRAM存储器和网络单元相连接；

该主处理器内分别设有接口协议处理模块、控制协议处理模块和频率源控制处理模块。

4.根据权利要求3所述的无线数字感应电台，其特征在于：所述的对外数据接口包括USB接口、RS232接口、I2C接口和SPI接口。

5.根据权利要求3所述的无线数字感应电台，其特征在于：所述的网络单元内置有网络地址和ID地址，通过所述主处理器控制，能够实现单呼、组呼或全呼，支持数据自组网传输。

6.根据权利要求1所述的无线数字感应电台，其特征在于：所述的射频单元包括功率驱动放大电路、射频信号功率放大器、天线接口、选频滤波器、低噪声放大器和带通滤波器；功率驱动放大电路的输入与基带处理单元的输出相连接；功率驱动放大电路的输出与射频信号功率放大器的输入相连接；射频信号功率放大器的输出接至天线接口；天线接口与感应天线相连接；选频滤波器的输入接至天线接口；选频滤波器的输出与低噪声放大器的输入相连接；低噪声放大器的输出与带通滤波器的输入相连接；带通滤波器的输出与基带处理单元的输入相连接。

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