CN102891941B - 一种无线窄带话音与数据通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线窄带话音与数据通信系统及方法，该方法包括：判断当前呼叫为MSK数字信号还是模拟信号，若为模拟信号，则进行相应的亚音频/二音/五音信令处理和模拟话音处理；若为MSK数字信号，并判断出该MSK数字信号为数字系统信号，则按数字系统的流程进行处理。本发明提供的无线窄带话音与数据通信系统及方法，针对传统模拟中转台通过的信号带宽，通过MSK调制解调方式，无需更改已布设的模拟中转台即可实现数字对讲通信功能。而且兼容原有模拟对讲机的亚音频/二音/五音/MDC1200等模拟信令功能；与现有的dPMR和DMR数字对讲机技术相比，成本低廉，且用户无需购买新的数字中转台即可实现数字话音转发功能。

Description

一种无线窄带话音与数据通信系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线窄带话音与数据通信系统及方法。

背景技术

目前，专业无线通信领域中的对讲机及转信台产品仍大多采用模拟通信技术，这与公众无线通信在十几年之前就已广泛采用数字通信技术形成鲜明对比。根据工业和信息化部在2009年12月12日发布的《工业和信息化部关于150MHz400MHz频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜的通知》(称为“666号文件”)，我国将逐步实现对讲机行业“由模拟向数字”的转变。但是，目前尚无数字对讲机的国家或行业标准。

在国外，ETSI已发布DMR和dPMR数字对讲机标准，但是，要研发出符合这些标准的产品，一方面将投入巨大的研发成本，另一方面将使得目前很多行业已部署的传统模拟转信台和模拟对讲机陷于“报废”的境地，这对已投入资源来说是一种巨大的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线窄带话音与数据通信方法，针对传统模拟中转台通过的信号带宽，通过MSK调制解调方式，无需更改已布设的模拟中转台即可实现数字对讲通信功能。

本发明的另一目的在于提供一种无线窄带话音与数据通信系统，兼容原有模拟对讲机的亚音频/二音/五音/MDC1200等模拟信令功能，用户无需购买新的数字中转台即可实现数字话音转发功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种无线窄带话音与数据通信方法，包括：判断当前呼叫为MSK数字信号还是模拟信号，若为模拟信号，则进行相应的亚音频/二音/五音信令处理和模拟话音处理；若为MSK数字信号，并判断出该MSK数字信号为数字系统信号，则按数字系统的流程进行处理；

若该MSK数字信号是1200bps，则进行模拟话音数字信令处理流程，具体包括：

a：基带处理芯片进行解调后将数据送给MCU；

b：MCU收到数据后进行判断是否正确的模拟话音数字信令帧，目标地址是否是本机，如果不是本机则丢弃，如果是则进入步骤c；

c：判断该模拟话音数字信令帧的具体内容，根据不同的内容执行不同的动作。

优选的，所述数字系统的流程具体包括：在发射流程中包括对来自麦克风的模拟话音信号的A/D变换、声音编码、组帧和MSK调制过程，在接收流程中包括MSK解调过程、拆帧、声音解码和话音的D/A处理过程。

优选的，所述声音编码采用20ms为一帧话音帧的格式，话音编码速率为2000bps。

优选的，所述帧结构为1个超帧由5个帧构成，每个帧由32bits的帧同步或随路信令和160bits的承载内容所构成。

优选的，所述随路信令包括首帧信令和尾帧信令帧，所述首帧信令为每次话音或数据通信开始时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)；所述尾帧信令为每次话音或数据通信结束时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)。

优选的，所述数字系统的流程还包括GPS定位信息或短消息的数据业务传输。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的无线窄带话音与数据通信系统及方法，针对传统模拟中转台通过的信号带宽，通过MSK调制解调方式，无需更改已布设的模拟中转台即可实现数字对讲通信功能。而且兼容原有模拟对讲机的亚音频/二音/五音/MDC1200等模拟信令功能；与现有的dPMR和DMR数字对讲机技术相比，成本低廉，且用户无需购买新的数字中转台即可实现数字话音转发功能。

附图说明

图1为兼容模拟信令的无线窄带话音与数据通信系统示意图。

图2为数字对讲机系统的话音/数据信号处理流程示意图。

图3为空中接口的物理层基本帧结构示意图。

图4为嵌入式信令组装过程示意图。

图5为首帧和尾帧信令组装过程示意图。

图6为数据业务组帧流程示意图。

图7为无线窄带话音与数据通信方法流程示意图。

图8为兼容模拟信令的数字对讲机原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为了实现在300Hz～3000Hz的系统传输带宽内传输数字话音与数据信息，从而达到不更改现有模拟中转台即可实现数字话音与数据传输的目的，本发明的数字话音与数据传输系统采用与MDC1200相同的MSK调制解调方式(即：MSK数字调制解调)，使用2400bps的空中传输速率，此时，使用两个频率1200Hz和2400Hz来表示数字信号的“1”和“0”。这样，模拟对讲机和数字对讲机可以在原有的已部署的模拟中转台系统中共存，并实现兼容工作。

由图1可以看出，本发明无线窄带话音与数据通信系统主要由模拟中转台、模拟对讲机和数字对讲机构成，其中：模拟中转台和模拟对讲机为传统的模拟无线设备；数字对讲机为采用本发明所提出的方法所实现的无线通信设备。

对于本发明所提出的数字对讲机实现方法而言，图2为该数字对讲机内的话音和数据业务的信号处理流程示意图。由图2可以看出，图中的“数字话音/数据信号处理流程”是传统的模拟对讲机所没有的处理流程，在发射流程中包括了对来自麦克风的模拟话音信号的A/D变换、声音编码(声码器)、组帧和MSK调制过程，在接收流程中则包括了MSK解调过程、拆帧、声音解码(声码器)和话音的D/A处理过程从而将模拟话音传送至喇叭。

由图2可知，当数字对讲机处于数字模式时，需要对模拟话音进行编码，我们采用20ms为一帧话音帧的格式，话音编码速率为2000bps，即：每20ms需要发送40bits的话音信息，同时，由于MSK调制速率为2400bps，因此，每20ms可以有48-40＝8bits的信息余量用来传输帧同步和随路信令信息。数字对讲机空中发送的信号为数字波形，这些波形在空中将构成一定的帧结构，本发明中我们将空中接口的物理层基本帧格式定义如图3所示：

由图3可知，空中帧基本结构为1个超帧由5个帧构成，每个帧由32bits的帧同步或随路信令和160bits的承载内容所构成。这样既满足了帧同步的要求又满足了迟入、加密等嵌入式随路信令的要求。

嵌入式随路信令的内容和信道编解码、交织过程如图4所示，本系统中源地址和目的地址规定为16bits(该地址可以为个呼、组呼和全呼地址)，嵌入式信令采用(2,1,9)的卷积编码来抵抗无线信道的随机误码，同时，采用16*8的交织方法来对抗无线突发误码，这样就保证了无线随路信令的可靠稳定传输。

为了在通话之前能够及时确定目的地址，以及在通话结束后及时关闭喇叭，因此，定义首帧信令和尾帧信令帧，其中：前者为每次话音或数据通信开始时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)；后者为每次话音或数据通信结束时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)。我们定义首帧和尾帧信令帧的信令内容及信道编解码过程如图5所示。

如前所述，本发明中所述的无线窄带话音与数据通信对讲机中还可以进行数据业务的传输，如：GPS定位信息、短消息等。对数据业务的信道编解码过程如图6所示，由图中可见，数据业务的传输速率约为68bits/80ms＝850bps。

在采用本发明所开发的数字对讲机中，整个系统软件的接收工作流程如图7所示。图中可见，采用该流程一方面可以兼容原有的模拟话音数字信令/亚音频/二音/五音等模拟信令系统，另一方面可以实现数字话音与数据业务的传输。这样，该对讲机不仅可以实现原来模拟对讲机所不具备的功能，如：话音加密功能；短消息等数据业务功能，而且可以实现与原来模拟对讲机的互通和兼容共存，这样就有效地保护了用户的原有投资。

请参阅图7所示，本发明无线窄带话音与数据通信方法，包括：

步骤701：对讲机MCU分析A/D之后的信号特征判断当前呼叫为MSK数字信号还是模拟信号，若为模拟信号，则进入步骤702；否则，进入步骤703。

步骤702：进行相应的亚音频/二音/五音信令处理和模拟话音处理。

步骤703：对讲机MCU判断该MSK数字信号是1200bps还是2400bps，若为1200bps，则进入步骤704；若为2400bps，进入步骤705。

步骤704：该MSK数字信号为模拟话音数字信令，并进行模拟话音数字信令处理流程；具体流程为：

(1)基带处理芯片进行解调后将数据送给MCU。

(2)MCU收到数据后进行判断是否正确的模拟话音数字信令帧，目标地址是否是本机，如果不是本机则丢弃，如果是则进行下一步。

(3)判断该模拟话音数字信令帧的具体内容，根据不同的内容执行不同的动作。

步骤705：判断该MSK数字信号是否为数字系统的帧同步信号，若是，进入步骤706；否则，结束。

步骤706：判断出该信号为数字系统信号，并按数字系统的流程进行处理。具体包括信道译码、话音解码、拆帧、信令处理等。

请参阅图8所示，本发明兼容模拟信令的数字对讲机，包括：MCU，以及分别与MCU相连的模拟开关、A/D、声码器芯片(如：AMBE2000)、基带处理芯片(如：AK2368)、键盘及显示屏(LCD)，基带处理芯片经RF调制解调模块与天线连接，声码器芯片经话音的数模/模数转换器与模拟开关相连。

MCU用于控制A/D、声码器芯片及基带处理芯片，处理所有输入输出，包括按键输入及图形界面处理等，实现数字对讲机的应用功能。

声码器芯片用于数字语音的编解码。

基带处理芯片用于MSK调制及解调。

其工作过程如下：

对于发射的处理过程而言，MCU首先判断当前呼叫是模拟呼叫还是数字呼叫，若是模拟呼叫的话，来自麦克的话音将不经过A/D、话音编码和信道编码直接经过射频调制通道发送出去。当然，若设置了模拟信令的话，该信令会通过MCU和基带处理芯片，然后通过射频调制发送出去。

对于接收的处理过程而言，解调之后的基带信号经过A/D之后进入MCU，由MCU判断当前信号特征，首先判断当前信号是MSK信号还是模拟信号，若为MSK信号，再判断当前信号是1200bps还是2400bps信号，此后判断是否含有数字对讲机的帧同步信息，根据这些判断的结果来决定进行何种处理流程，具体流程如图7所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，包括：判断当前呼叫为MSK数字信号还是模拟信号，若为模拟信号，则进行相应的亚音频/二音/五音信令处理和模拟话音处理；若为MSK数字信号，并判断出该MSK数字信号为数字系统信号，则按数字系统的流程进行处理；

若该MSK数字信号是1200bps，则进行模拟话音数字信令处理流程，具体包括：

a：基带处理芯片进行解调后将数据送给MCU；

b：MCU收到数据后进行判断是否正确的模拟话音数字信令帧，目标地址是否是本机，如果不是本机则丢弃，如果是则进入步骤c；

c：判断该模拟话音数字信令帧的具体内容，根据不同的内容执行不同的动作。

2.如权利要求1所述的无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，所述数字系统的流程具体包括：在发射流程中包括对来自麦克风的模拟话音信号的A/D变换、声音编码、组帧和MSK调制过程，在接收流程中包括MSK解调过程、拆帧、声音解码和话音的D/A处理过程。

3.如权利要求2所述的无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，所述声音编码采用20ms为一帧话音帧的格式，话音编码速率为2000bps。

4.如权利要求3所述的无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，所述帧结构为1个超帧由5个帧构成，每个帧由32bits的帧同步或随路信令和160bits的承载内容所构成。

5.如权利要求4所述的无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，所述随路信令包括首帧信令和尾帧信令帧，所述首帧信令为每次话音或数据通信开始时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)；所述尾帧信令为每次话音或数据通信结束时发送的信令帧(N帧，3≥N≥1)。

6.如权利要求2所述的无线窄带话音与数据通信方法，其特征在于，所述数字系统的流程还包括GPS定位信息或短消息的数据业务传输。