CN104468012A - 一种基于载波检测技术的数字对讲机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于载波检测技术的数字对讲机，包括依次连接的信号接收单元、信号处理单元和信号输出单元；所述信号处理单元包括载波检测单元，该信号处理单元利用基带的帧同步检测配合基带带外能量检测，对信号接收单元接收到的信号进行时分多址通讯的载波检测。本发明所述基于载波检测技术的数字对讲机，可以克服现有技术中可靠性低、稳定性差和兼容性差等缺陷，以实现可靠性高、稳定性好和兼容性好的优点。

Description

一种基于载波检测技术的数字对讲机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基于载波检测技术的数字对讲机。

背景技术

通讯一般是指把语音，图像，数据和其他信息从一个主体传送到另一个主体的过程，通常牵涉到两个方面，发射机和接收机。

传统的对讲机是基于模拟语音通讯。在模拟语音通讯中，模拟发射机把麦克风接收到的音频信号，经过通道滤波和其他基带处理，把其中300赫兹到3000赫兹频率的成分，作为基带模块的输出，交给射频发射模块。射频发射模块，把基带信号调制到一定的发射频率（几兆赫兹到几千兆赫兹），放大后通过天线发射到空间。

模拟接收机把从天线接收的无线电信号（几兆赫兹到几千兆赫兹），经过射频接收模块，解调模块解调为基带信号（0赫兹），交给基带处理模块。基带处理模块，经过滤波和其他基带处理，还原为300 赫兹 到 3000 赫兹的语音信号，经放大出扬声器放出。

图1、图2描述了模拟对讲机的发射和接收机，包括麦克风1、天线2和扬声器3。

作为控制模块所需信息之一（例如音频滤波甚至扬声器的开关），传统模拟接收机会利用射频模块和解调模块检测载波，用以判断是否是有效信号，是否开启基带处理模块，是否送出语音。传统模拟接收机检测载波通常有两种方式：载波能量检测和基带信号的带外能量检测。具体使用的时候通常是二者同作为判据或者二选其一。参见图3。

载波能量检测是检测本接收频段信号的绝对能量。当此能量值大于一定阀值时可以被认为检测到了有效信号，当此能量小于一定阀值时可以被认为丢失了信号（信号没有或者信号太小）。

基带信号的带外能量检测是计算解调模块（例如31136模块）所输出的基带信号的带外能量（大于3千赫兹）。由于对讲机采用调频通讯，有当信号越大解调输出带外能量越小的特性，因此当该能量值小于一定阀值时可以被认为检测到了有效调频信号，当该能量大于一定阀值时可以被认为丢失了调频信号（信号没有或者信号太小）。

以上两种都涉及到能量检测，传统方案就是电阻电容搭出来的连续电路。

近年来出现的数字对讲机，以其多功能，低功耗，低语音噪声，高保密性，正日益取代模拟对讲机。数字通讯一般比模拟通讯要复杂的多，一般都会包括语音编解码，信道编解码，调制解调功能，并且还有协议层。

数字对讲机的发射机包括数字基带和射频发射两大部分，其中射频发射部分与模拟对讲机基本一样，用于把基带信号调制到一定的发射频率（几兆赫兹到几千兆赫兹），放大后通过天线发射到空间。

数字对讲机的接收机包括数字基带和射频接收两大部分，其中射频接收部分与模拟对讲机基本一样，用于把从天线接收的无线电信号，解调为基带信号，交给数字接收基带部分处理。载波能量检测电路一般沿用传统模拟方案，提供给控制模块。图4描述数字对讲机的接收机。

数字对讲机接收机的数字基带部分比较复杂，包括模数转换器，数字解调，同步，帧提取，协议分析，信道解码，语音解压缩，及数模转换器。其中模数转换器用于把射频接收部分接收到的基带信号转换成数字信号。在数字域中，数字解调器还原成一个个符号，帧同步模块用于把接收机的时间与发射机同步起来，并找到帧与帧的界限，帧提取模块提取信令信息和语音信息。信道解码，语音解压缩模块用于可靠的还原数字语音信号。数模转换器用于把数字域音信号转换成模拟波形。模拟语音经放大出扬声器放出。载波检测模块提取载波能量检测结果以及基带带外能量检测结果用于控制信道解码模块、语音解压缩模块和扬声器等。

以上描述适用于目前通用的数字对讲机标准，包括欧洲的DMR, DPRM, Tetra,美国的P25,NXDN,及中国正在制定的对讲机标准。

其中DMR标准是一个通用的时分多址对讲机通讯标准。图5描述一个典型的双时隙DMR数字通讯的帧结构。同步码位于单帧中间，便于帧同步模块找到同步码之后提取信息。同步码字位置固定。

因此和传统模拟对讲机接收机相同，有些数字对讲机接收机沿用传统模拟对讲机的载波检测方案，或者通过监控各个标准专门的同步码代替载波检测，认为找到了同步码就找到了载波，丢失了同步码就丢失了载波。然而两种方法都存在较大缺陷。

传统的对讲机是基于模拟语音通讯，这在时域上是个连续通讯的过程，所以传统模拟射频方案采用的载波检测电路是用电阻电容搭出来的连续系统。每个连续系统都有自己的响应时间，可长可短。对于一个固定能量的信号，能量检测电路的响应时间越长，需要越长时间得到一个越稳定的能量值。对于连续的模拟语音通讯而言只需要找到一个折中方案即可。然而当数字对讲机或者数模混合对讲机接收机收到的信号采用时分多址标准例如DMR，如果沿用传统的载波检测方法，将会造成无法精确检测载波丢失。因为有效通讯只是时分多址的其中单个时隙的信号（例如DMR单时隙），有效信号时断时续，能量检测电路确是连续检测，响应时间较长会造成检测不到该信号的真实能量，时间较短则会造成各个时隙相互影响，区分不出具体单个时隙的真实结果，从而造成载波的误检测或误丢失，最终造成通话或数据传输的不稳定和不可靠。

另一个方法是用同步码复用载波检测，依旧是个不可靠的方案，原因在于同步码码字都不会很长，当射频信号微弱质量较差、有干扰甚至或者巧合时，容易造成误检测到同步码，甚至误丢失，同样导致通话或数据传输的不稳定和不可靠。另外如果应用于数模混合对讲机则更是无法兼容。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在可靠性低、稳定性差和兼容性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于载波检测技术的数字对讲机，以实现可靠性高、稳定性好和兼容性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于载波检测技术的数字对讲机，包括依次连接的信号接收单元、信号处理单元和信号输出单元；所述信号处理单元包括载波检测单元，该载波检测单元利用基带的帧同步检测配合基带带外能量检测，对信号接收单元接收到的信号进行时分多址通讯的载波检测。

进一步地，所述信号处理单元，还包括依次连接在所述信号接收单元与信号输出单元之间的数字解调器、帧处理器和音频处理器，以及分别与所述数字解调器和帧处理器连接的载波检测装置。

进一步地，所述帧处理器，包括依次连接在所述数字解调器与音频处理器之间的帧提取模块和帧解码模块，以及与所述帧提取模块连接的协议分析模块；所述载波检测装置，分别与数字解调器和帧提取模块连接。

进一步地，所述载波检测装置，包括依次连接在所述数字解调器与帧提取模块之间的帧同步检测模块和控制逻辑模块，以及依次连接在所述数字解调器与控制逻辑模块之间的带外能量检测模块和载波判断模块；所述帧同步检测模块还与带外能量监测模块连接。

进一步地，所述信号接收单元，包括依次连接至包含所述载波检测单元的信号处理单元的天线、射频接收模块和模数转换模块。

进一步地，所述信号输出单元，包括依次与包含所述载波检测单元的信号处理单元连接的数模转换模块和扬声器。

本发明技术方案中的各模块都可使用现有硬件模块，其中射频接收模块使用RDA1846，模数转换、数模转换使用TLV320AIC3204，虚线部分则使用SPARTAN3。

本发明各实施例的基于载波检测技术的数字对讲机，由于包括依次连接的信号接收单元、包含载波检测单元的信号处理单元和信号输出单元；载波检测单元，仅用一种判据长期而稳定的检测载波的找到与丢失，即受基带的帧同步检测使能控制的所述基带带外能量检测这个判据，实现对信号接收单元接收到的时分多址通讯信号的载波检测。克服了现有技术可靠性低、稳定性差和兼容性差的缺陷，具备可靠性高、稳定性好和兼容性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为模拟对讲机的发射机的工作原理示意图；

图2为模拟对讲机的接收机的工作原理示意图；

图3为模拟对讲机的控制流程图；

图4为数字对讲机的接收机的工作原理示意图；

图5为典型的双时隙DMR数字通讯的帧结构图；

图6为本发明中标准数字对讲机接收机的工作原理示意图；

图7为本发明中以时隙1语音作为接收目标的载波检测使能信号的生成过程的流程图（高电平打开，低电平关闭）。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-麦克风；2-天线；3-扬声器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图6和图7所示，提供了一种基于载波检测技术的数字对讲机，涉及数字和模拟通讯的接收机领域。

本发明的技术方案，目的在于提供一种接收机的基带算法，能够仅用一种判据长期而稳定的检测载波的找到与丢失；其能够弥补传统方案在单时隙载波检测上的缺陷，并不会影响传统模拟通讯的载波检测，却也能够兼容连续数字通讯。

本发明的技术方案中，接收机无需射频模块或者解调模块提供任何载波检测电路，可以完全在基带模块中用硬件模块实现也可嵌入可编程处理器，如通过DSP实现。

本发明技术方案的核心在于利用基带的帧同步检测配合基带带外能量检测实现可靠的时分多址通讯的载波检测。图6描述使用本发明的标准数字对讲机接收机。除了跟传统模拟对讲机通用的射频接受模块以及数模模数通用转换模块，剩余部分都可以在可编程DSP或者硬件中实现，其中载波检测仅选用传统模拟对讲机常使用的一种基带带外能量检测作为判据，用于控制基带处理甚至扬声器的开关使能。

带外能量检测模块接受解调模块的输出，目的是检测有效时隙的带外能量，不允许被其他时隙所干扰，所以在该发明区别于传统模块在于对其增加使能控制，控制信号来源于帧同步检测得到的周期性信号。解调模块的输出经过一个高通滤波器（例如带宽6千赫兹到20千赫兹，或者其他大于3千赫兹的频段）和能量检测模块，最终输出该检测时隙有效而稳定的能量值用于检测载波。由于对讲机采用调频通讯，有当信号越大解调输出带外能量越小的特性，所以仅需此判据即可判断载波的到来与丢失。

例如，以DMR单时隙通讯为例。DMR单帧时长30ms，同步码位于单帧的正中间，帧同步检测模块接受数字解调模块的输出，目的是检测帧同步。由于单帧结构帧同步的位置是固定的，所以能推导出整个帧的起始和结束，从而产生该时隙的周期性使能信号即60ms为周期的方波。由于接收机和发射机之间的时钟误差，长时间通讯容易使使能方波产生偏差，甚至于找错同步码，该发明都有考虑到，所以该发明使帧同步实时进行，实时校准。图7以时隙1语音作为接收目标，描述了载波检测使能信号的生成过程。

具体实施流程如下：

⑴在未检测到有效信号未检测到帧同步时（如待机时），带外能量检测模块始终使能，并将系统响应时间设定为小于单帧时长但尽量长，以却保能量结果稳定。

⑵同时启动基带帧同步码检测。

⑶当有效单时隙信号出现或者连续双时隙数字通话出现，帧同步检测到同步码，立刻利用帧周期产生本时隙的周期性使能信号来控制带外能量检测模块，使其不受其他时隙的影响。

⑷当带外能量小于一定阀值的时候认为载波检测到。进入稳定通讯阶段。

⑸帧同步实时持续检测，并严格确保其正确性，实时校准上述使能信号，确保长时间通讯后使能信号不会偏离。

⑹一旦带外能量检测模块结果持续大于某个阀值，可以确定该时隙信号已失效或丢失。

⑺重复上述流程。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，包括依次连接的信号接收单元、信号处理单元和信号输出单元；所述信号处理单元包括载波检测单元，该载波检测单元利用基带的帧同步检测配合基带带外能量检测，对信号接收单元接收到的信号进行时分多址通讯的载波检测。

2.根据权利要求1所述的基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，所述信号处理单元，还包括依次连接在所述信号接收单元与信号输出单元之间的数字解调器、帧处理器和音频处理器，以及分别与所述数字解调器和帧处理器连接的载波检测装置。

3.根据权利要求2所述的基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，所述帧处理器，包括依次连接在所述数字解调器与音频处理器之间的帧提取模块和帧解码模块，以及与所述帧提取模块连接的协议分析模块；所述载波检测装置，分别与数字解调器和帧提取模块连接。

4.根据权利要求3所述的基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，所述载波检测装置，包括依次连接在所述数字解调器与帧提取模块之间的帧同步检测模块和控制逻辑模块，以及依次连接在所述数字解调器与控制逻辑模块之间的带外能量检测模块和载波判断模块；所述帧同步检测模块还与带外能量监测模块连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，所述信号接收单元，包括依次连接至包含所述载波检测单元的信号处理单元的天线、射频接收模块和模数转换模块。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的基于载波检测技术的数字对讲机，其特征在于，所述信号输出单元，包括依次与包含所述载波检测单元的信号处理单元连接的数模转换模块和扬声器。