CN104836762B - 通用4fsk调制解调器以及支持多标准的数字对讲机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用4FSK调制解调器以及支持多标准的数字对讲机，其中通用4FSK调制解调器包括4FSK通用调制器和4FSK通用解调器；所述4FSK通用调制器包括第一根升余弦滤波器，整形滤波器、第一开关和2倍升采样模块；所述4FSK通用解调器包括，第二根升余弦滤波器、位同步器、帧同步器、两倍降采样模块、反整形滤波器、第二开关和同步码选择模块。将多种通信标准集成在一起，从而实现了低成本实现支持多标准的目的，且不增加现有对讲机的体积。

Description

通用4FSK调制解调器以及支持多标准的数字对讲机

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地，涉及一种通用4FSK调制解调器以及支持多标准的数字对讲机。

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。

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。数字基带部分比模拟基带要复杂的多，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。图3描述数字对讲机的发射机。

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。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,dPMR,Tetra,美国的P25,NXDN,及中国正在制定的对讲机标准PDT,PDR-T,PDR-F,CDMR。

传统的模拟对讲机都遵从同一个标准,只要频率相同,就能实现互联互通.而采用不同标准的数字对讲机是不能互联互通的.比如采用dPMR标准和采用DMR标准的数字对讲机是不能互通的.数字对讲机的不互通性,给市场带来很大困扰,严重影响数字对讲机的推广。因为不同数字标准的射频收发电路比较相似,现有的做法是在一个对讲机上放两个采用不同标准的基带,并预先设置工作模式.从而实现双标准的数字对讲机,但这带来体积和成本的增加。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种通用4FSK调制解调器以及支持多标准的数字对讲机，以实现低成本实现支持多标准的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种通用4FSK调制解调器，包括4FSK通用调制器和4FSK通用解调器；

所述4FSK通用调制器包括第一根升余弦滤波器，整形滤波器、第一开关和2倍升采样模块，所述2倍升采样模块和整形滤波器的输入端连接在一起，所述2倍升采样模块和整形滤波器的输出端分别与第一开关的两个输入端连接，所述第一开关的输出端与第一根升余弦滤波器连接，当第一开关将2倍升采样模块和第一根升余弦滤波器串联后，信号经2倍升采样模块输出到第一根升余弦滤波器，当第一开关将整形滤波器和第一根升余弦滤波器串联后，信号经整形滤波器输出到第一根升余弦滤波器；

所述4FSK通用解调器包括，第二根升余弦滤波器、位同步器、帧同步器、两倍降采样模块、反整形滤波器、第二开关和同步码选择模块，所述第二开关包括两个输入端，所述第二开关的一个输入端与两倍降采样模块的输入端连接，所述两倍降采样模块的输出端与反整形滤波器的输入端连接，所述反整形滤波器的输出端与第二开关的另一个输入端连接，所述第二开关的输出端与第二根升余弦滤波器的输入端连接，所述第二根升余弦滤波器的输出端与位同步器的输入端连接，所述位同步器的输出端与帧同步器的一个输入端连接，所述同步码选择模块的输出端与帧同步器的另一个输入端连接，当第二开关将反整形滤波器和第二根升余弦滤波器串联后，信号依次经两倍降采样模块、反整形滤波器、第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，当第二开关转换到另一路时，信号依次经第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，所述同步码选择模块，用于选择位同步器的工作模式。

优选的，所述整形滤波器为SINC滤波器，所述反整形滤波器为反SINC滤波器。

同时本发明的技术方案还提供一种支持多标准的数字对讲机，包括发射机和接收机，所述发射机的4FSK通用调制器采用上述4FSK通用调制器；所述接收机中的4FSK通用解调器采用上述4FSK通用解调器；

所述发射机包括受话器、第一模数转换模块、语音压缩模块、信道编码模块、组帧模块、4FSK通用调制器、第一数模转换模块、射频发射模块和天线，受话器将接收到用户的音频信号发射给第一模数转换模块，第一模数转换模块将音频信号转换为数字信号发送给语音压缩模块，语音压缩模块将数字信号压缩为语音数据后发送给信道编码模块，信道编码模块对语音数据进行信道编码后发送给相应协议的组帧模块，组帧模块将接收的语音数据分割成一个个固定长度的帧，并添加符号同步和帧同步以及通话控制的协议信息，形成一个个可传输的符号发送给4FSK通用调制器，4FSK通用调制器把可传输的符号调制到一定的频率，并将形成的带宽受限的连续数字波形信号发送给第一数模转换模块，第一数模转换模块将接收的数字波形信号转换为模拟波形信号，经第一数模转换模块转换后的模拟波形信号通过射频发射模块和天线发送出去；

所述接收机包括射频接收机、第二模数转换器、4FSK通用解调器、帧提取模块、协议层分析模块、信道解码模块、语音解压缩模块、第二数模转换模块和扬声器，所述射频接收机用于把从天线接收的无线电信号解调为基带信号，并将接收的基带信号传输至第二模数转换器，第二模数转换器用于把接收到的基带信号转换成数字信号，并将转换的数字信号传输至4FSK通用解调器，所述4FSK通用解调器将接收的数字信号还原成一个个符号，并将还原后的一个个符号传输至帧提取模块，所述帧提取模块从接收的符号中提取信令信息和语音信息，并将提取的信令信息送给协议层分析模块，将提取的语音信息传输至信道解码模块和语音解压缩模块，所述信道解码模块和语音解压缩模块用于将信令信息和语音信息还原为数字语音信号，并将数字语音信号传输至第二数模转换器，所述第二数模转换器用于把数字语音信号转换成模拟波形，转换后的模拟波形经扬声器放出，所述协议层分析模块对帧提取模块采用的通信协议进行分析。

优选的，所述组帧模块包括dPMR组帧模块和DMR组帧模块。

优选的，所述发射机通过4FSK通用调制器设定发射机的通信模式为dPMR模式或DMR模式；

所述接收机预先设定工作模式，以决定相应协议的帧提取器和协议层被调用，所述4FSK通用解调器通过判断接收信号的同步码是否和预设的dPMR或DMR的同步码匹配，以决定是否成功的接收到dPMR或DMR的信号。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过提供一种通用4FSK调制解调器，将多种通信标准集成在一起，从而实现了低成本实现支持多标准的目的，且不增加现有对讲机的体积。

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

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为数字对讲机的发射机的工作原理示意图；

图4为数字对讲机的接收机的工作原理示意图；

图5为支持dPMR和DMR的数字对讲机发射机示意图

图6为支持dPMR和DMR的数字对讲机接收机示意图；

图7为本发明实施例所述支持dPMR和DMR的4FSK调制器的示意图

图8为本发明实施例所述支持dPMR和DMR的4FSK解调器的示意图

图9为使用通用4FSK调制器并支持dPMR和DMR的数字对讲机发射机示意图

图10为使用通用4FSK解调器并支持dPMR和DMR的数字对讲机接收机示意图；

图11为自动检测dPMR和DMR模式的数字对讲机接收机示意图。

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。

本实施例以dPMR和DMR为例子，描述该多标准的数字对讲机。该数字对讲机的机构，也可以用来支持NXDN,P25和中国的PDT,PDR-T,PDR-F,CDMR标准。

如图7所示，通用4FSK调制解调器，包括4FSK通用调制器和4FSK通用解调器；

4FSK通用调制器包括第一根升余弦滤波器，整形滤波器、第一开关和2倍升采样模块，2倍升采样模块和整形滤波器的输入端连接在一起，2倍升采样模块和整形滤波器的输出端分别与第一开关的两个输入端连接，第一开关的输出端与第一根升余弦滤波器连接，当第一开关将2倍升采样模块和第一根升余弦滤波器串联后，信号经2倍升采样模块输出到第一根升余弦滤波器，当第一开关将整形滤波器和第一根升余弦滤波器串联后，信号经整形滤波器输出到第一根升余弦滤波器；

如图8所示，4FSK通用解调器包括，第二根升余弦滤波器、位同步器、帧同步器、两倍降采样模块、反整形滤波器、第二开关和同步码选择模块，第二开关包括两个输入端，第二开关的一个输入端与两倍降采样模块的输入端连接，两倍降采样模块的输出端与反整形滤波器的输入端连接，反整形滤波器的输出端与第二开关的另一个输入端连接，第二开关的输出端与第二根升余弦滤波器的输入端连接，第二根升余弦滤波器的输出端与位同步器的输入端连接，位同步器的输出端与帧同步器的一个输入端连接，同步码选择模块的输出端与帧同步器的另一个输入端连接，当第二开关将反整形滤波器和第二根升余弦滤波器串联后，信号依次经两倍降采样模块、反整形滤波器、第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，当第二开关转换到另一路时，信号依次经第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，同步码选择模块，用于选择位同步器的工作模式。

用于通信时，当4FSK通用调制器的第一开关将整形滤波器和第一根升余弦滤波器串联时，相应的4FSK通用解调器的第二开关将反整形滤波器和第二根升余弦滤波器串联。当4FSK通用调制器的第一开关将2倍升采样模块和第一根升余弦滤波器串联时，相应的第二开关转换为4FSK通用解调器的输入信号经第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器。

首先，满足欧洲标准的DMR和dPMR对讲机(标准分别为ETSI TS 102 361和TS102490/658)可采用同一种语音编码标准，这样，支持两种标准的数字基带可采用同一种信道编码和语音压缩模块。由于这两个模块，占用数字基带的50％的面积和功耗，支持双标准的数字基带，通过使用统一的信道编码和语音压缩模块，比起支持单标准的数字基带，只需要增加第二个数字标准的调制解调器和协议分析器。

图5，图6描述了采用统一的信道编码和语音压缩模块的支持DMR和dPMR双标准的数字对讲机的发射机和接收机。

dPMR和DMR使用的调制解调器都是4FSK调制解调器，非常相似。其中，调制器包括根升余弦滤波器，整形滤波器，解调器包括根升余弦滤波器，反整形滤波器，位同步器和帧同步器。区别有两个方面：

dPMR的符号率是2400bps，而DMR的符号率是4800bps.

dPMR的整形滤波器是SINC滤波器，反整形滤波器是反SINC滤波器，而DMR不需要整形滤波器和反整形滤波器。

针对这些特点，设计一种通用调制解调器，该滤波器基于dPMR的4FSK调制解调器，但可以通过升采样和降采样，以及旁路整形滤波器得到DMR的4FSK调制解调器。

如图图7和图8所示支持dPMR和DMR的通用4FSK调制解调器。

在图7中，4FSK通用调制器有两个模式，dPMR模式和DMR模式。在这两个模式，根升余弦滤波器都需要被调用。然而，在dPMR模式，信号首先需要经过SINC滤波器；在DMR模式，信号需要升采样两倍，再经过根升余弦滤波器。

在图8中，射频接收机把经过调频解调的信号，交给4FSK通用调制器做4FSK解调。4FSK通用解调器也有两个模式，dPMR模式和DMR模式。在这两个模式，根升余弦滤波器，位同步器，帧同步器，都需要被调用。然而，在dPMR模式，信号还需要经过两倍降采样，并通过反SINC滤波器。另外，dPMR和DMR的同步码不一样，需要预先配置。4FSK通用解调器可以通过判断接收信号的同步码是否和预设的dPMR或DMR的同步码是否匹配，以决定是否成功的接收到dPMR或DMR的信号。

图9，图10描述了采用通用4FSK调制解调器和统一的信道编码和语音压缩模块的支持DMR和dPMR双标准的数字对讲机的发射机和接收机。

如图9所示，支持dPMR和DMR协议的双模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。数字基带部分的语音编码，信道编码，4FSK通用调制解调器，以及分别的dPMR和DMR的帧提取器和协议层。用户预先设定或DMR模式，以决定响应协议的帧提取器和协议层被调用。

其中，麦克风将接收到用户的音频信号发射给模数转换模块；模数转换模块将音频信号转换为数字信号发送给语音压缩模块；语音压缩模块对数字语音信号进行压缩为语音数据后发送给信道编码模块；信道编码模块对信号进行信道编码后发送给相应协议(dPMR或DMR)的组帧模块；组帧模块将接收的语音数据分割成一个个固定长度的帧，并添加符号同步和帧同步以及通话控制的协议信息，形成一个个可传输的符号发送给4FSK通用调制器；4FSK通用调制器把可传输的符号调制到一定的频率，并形成的带宽受限的连续波形信号发送给数模转换模块；数模转换模块将接收的数字波形信号转换为模拟波形信号，通过射频发射模块和天线发送出去。

如图10所示，支持dPMR和DMR协议的双模数字对讲机的接收机包括数字基带和射频接收两大部分。其中射频接收机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。数字对讲机接收机的数字基带部分包括模数转换器，通用4FSK解调器，与协议相关的帧提取，协议层，信道解码，语音解压缩，及数模转换器。用户预先设定或DMR模式，以决定响应协议的帧提取器和协议层被调用。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，通用4FSK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。dPMR和DMR的同步码不一样，需要预先配置。4FSK通用解调器可以通过判断接收信号的同步码是否和预设的dPMR或DMR的同步码是否匹配，以决定是否成功的接收到dPMR或DMR的信号。

图10的接收机需要预先设置dPMR或DMR模式。如果需要实现dPMR和DMR的自动检测，需要把通用解调器例化两次，一次配置为dPMR模式，另一次例化为DMR模式。如果采用通用DSP实现调制解调器，只需要调用该模块两次，一次配置为dPMR，另一次配置为DMR.该模块只占用一次的程序空间。

如图11描述了实现自动dPMR和DMR模式检测的数字对讲机的接收机。支持dPMR和DMR协议并具有自动检测功能的的双模数字对讲机的接收机如图11所示，结构上与图10基本一致，只是有两个通用4FSK解调器，一个配置为dPMR模式，一个配置为DMR模式。该两个4FSK通用解调器同时接收射频接收机输出的基带信号，分别解调出4FSK的信号，并与相应的dPMR或DMR的同步码匹配。配对成功，即可检测出dPMR或DMR信号。

由于NXDN标准和PDR-F标准用的调制解调器与dPMR用的是同样的4800bps的调制解调器，所以本技术方案中所有有关dPMR的描述，同样适应与NXDN和PDR-F；同时，由于CDMR标准，PDT标准,PDR-T标准用的调制解调器与DMR用的是同样的9600bps的调制解调器，所以本技术方案中中所有有关DMR的描述，同样适应与PDT,CDMR和PDR-T。

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 (5)

1.一种通用4FSK调制解调器，其特征在于，包括4FSK通用调制器和4FSK通用解调器；

所述4FSK通用调制器包括第一根升余弦滤波器，整形滤波器、第一开关和2倍升采样模块，所述2倍升采样模块和整形滤波器的输入端连接在一起，所述2倍升采样模块和整形滤波器的输出端分别与第一开关的两个输入端连接，所述第一开关的输出端与第一根升余弦滤波器连接，当第一开关将2倍升采样模块和第一根升余弦滤波器串联后，信号经2倍升采样模块输出到第一根升余弦滤波器，当第一开关将整形滤波器和第一根升余弦滤波器串联后，信号经整形滤波器输出到第一根升余弦滤波器；

所述4FSK通用解调器包括，第二根升余弦滤波器、位同步器、帧同步器、两倍降采样模块、反整形滤波器、第二开关和同步码选择模块，所述第二开关包括两个输入端，所述第二开关的一个输入端与两倍降采样模块的输入端连接，所述两倍降采样模块的输出端与反整形滤波器的输入端连接，所述反整形滤波器的输出端与第二开关的另一个输入端连接，所述第二开关的输出端与第二根升余弦滤波器的输入端连接，所述第二根升余弦滤波器的输出端与位同步器的输入端连接，所述位同步器的输出端与帧同步器的一个输入端连接，所述同步码选择模块的输出端与帧同步器的另一个输入端连接，当第二开关将反整形滤波器和第二根升余弦滤波器串联后，信号依次经两倍降采样模块、反整形滤波器、第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，当第二开关转换到另一路时，信号依次经第二根升余弦滤波器、位同步器传输至帧同步器，所述同步码选择模块，用于选择帧同步器的工作模式。

2.根据权利要求1所述的通用4FSK调制解调器，其特征在于，所述整形滤波器为SINC滤波器，所述反整形滤波器为反SINC滤波器。

3.一种支持多标准的数字对讲机，其特征在于，包括发射机和接收机，所述发射机的4FSK通用调制器采用权利要求1或2所述的4FSK通用调制器；所述接收机中的4FSK通用解调器采用权利要求1或2所述的4FSK通用解调器；

所述发射机包括受话器、第一模数转换模块、语音压缩模块、信道编码模块、组帧模块、4FSK通用调制器、第一数模转换模块、射频发射模块和天线，受话器将接收到用户的音频信号发射给第一模数转换模块，第一模数转换模块将音频信号转换为数字信号发送给语音压缩模块，语音压缩模块将数字信号压缩为语音数据后发送给信道编码模块，信道编码模块对语音数据进行信道编码后发送给相应协议的组帧模块，组帧模块将接收的语音数据分割成一个个固定长度的帧，并添加符号同步和帧同步以及通话控制的协议信息，形成一个个可传输的符号发送给4FSK通用调制器，4FSK通用调制器把可传输的符号调制到一定的频率，并将形成的带宽受限的连续数字波形信号发送给第一数模转换模块，第一数模转换模块将接收的数字波形信号转换为模拟波形信号，经第一数模转换模块转换后的模拟波形信号通过射频发射模块和天线发送出去；

所述接收机包括射频接收机、第二模数转换器、4FSK通用解调器、帧提取模块、协议层分析模块、信道解码模块、语音解压缩模块、第二数模转换模块和扬声器，所述射频接收机用于把从天线接收的无线电信号解调为基带信号，并将接收的基带信号传输至第二模数转换器，第二模数转换器用于把接收到的基带信号转换成数字信号，并将转换的数字信号传输至4FSK通用解调器，所述4FSK通用解调器将接收的数字信号还原成一个个符号，并将还原后的一个个符号传输至帧提取模块，所述帧提取模块从接收的符号中提取信令信息和语音信息，并将提取的信令信息发送给协议层分析模块，将提取的信令信息和语音信息传输至信道解码模块和语音解压缩模块，所述信道解码模块和语音解压缩模块用于将信令信息和语音信息还原为数字语音信号，并将数字语音信号传输至第二数模转换器，所述第二数模转换器用于把数字语音信号转换成模拟波形，转换后的模拟波形经扬声器放出，所述协议层分析模块对帧提取模块采用的通信协议进行分析；

所述接收机预先设定工作模式，以决定相应协议的帧提取器和协议层被调用，所述4FSK通用解调器通过判断接收信号的同步码是否和预设的dPMR或DMR的同步码匹配，以决定是否成功的接收到dPMR或DMR的信号。

4.根据权利要求3所述的支持多标准的数字对讲机，其特征在于，所述组帧模块包括dPMR组帧模块和DMR组帧模块。

5.根据权利要求4所述的支持多标准的数字对讲机，其特征在于，所述发射机通过4FSK通用调制器设定发射机的通信模式为dPMR模式或DMR模式。