CN107465999B - 一种动态无线联网数字转信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态无线联网数字转信系统，由转信无线联网软件和数字移动终端组成，数字移动终端包括数字车载台和数字手持机；每个数字移动终端有基站模式与终端模式两种选择，且可以随意切换而不需重启；每个基站模式终端既可以动态选择相邻终端无线组网转发通话信息，也可以作为终端通话；基站模式和终端模式都支持单呼、组呼与全呼、不确认机制的点对点短信、点对多短信、监听指定呼叫与短信、当前位置信息上报，以及告警业务。本发明的有益效果是终端模式与基站模式软硬件采用一体化设计，具有无线自联网功能，不需要额外的中继基站及中继链路，在现有设备的基础上高效的实现动态自组网通信，从而极大的扩大了通信距离。

Description

一种动态无线联网数字转信系统

技术领域

本发明涉及一种专网移动通信系统中的指挥调度，具体地说，涉及一种无固定中心基站情境下，数字移动终端之间的动态无线组网通信系统。

背景技术

在现代科技飞速发展的今天，数字移动终端是专用通信网中人们越来越离不开的通信工具，主要由数字车载台和数字手持机组成。在日常使用中直通终端之间的通信距离较短，使用场景有限。而集群终端又需要基站配合使用，且基站之间还需要中继有线链路进行联网，当遇到某些应急情况下需要多个基站进行有线联网时，需要的时间越短越好，而铺设有线线路时会消耗很长的时间，这样对营救指挥错过绝佳的时间；在可移动的基站中，如果需要多个互联的话，只能用卫星联网，当大批量专网用户需要在行进中通信时，这样还需要额外的中继链路和通信费用。如果能具有无线自联网功能，不需要额外的中继基站及中继链路，既能满足应急情况下的中继基站快速互联，又可满足移动中的人、车队的通信需求，则可以在现有设备的基础上高效的实现动态自组网通信。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种专网移动通信系统中的指挥调度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种动态无线联网数字转信系统，由转信无线联网软件和数字移动终端组成，数字移动终端包括数字车载台和数字手持机；其特征在于：每个数字移动终端有基站模式与终端模式两种选择，且可以随意切换而不需重启；每个基站模式终端既可以动态选择相邻终端无线组网转发通话信息，也可以作为终端通话；基站模式和终端模式都支持单呼、组呼与全呼、不确认机制的点对点短信、点对多短信、监听指定呼叫与短信、当前位置信息上报，以及告警业务。

所述动态无线联网数字转信系统，其通信方式采用DMR协议的TDMA两时隙模式，基站模式若在0时隙收到信号后，会在1时隙转发信号；终端模式只接收信号，不进行转发；在基站模式下，每一台数字转信移动终端都有自己的发射频率Tx_f0，并在自己的界面设置其他所有终端的发射频率，形成一组频率扫描列表Rx_f1,Rx_f2,...,Rx_fn；终端开机后保持频率扫描，若有收到其他终端的发射信号，就设置该信号的频点为接收频点，同时在相邻时隙用自己的发送频率进行信号转发；这样，每一台基站模式的终端就可以一级一级地进行中继转发，系统则通过这种组网方式来扩大通信距离；在终端模式下，也拥有发送频率，也需要设置所有终端的频率列表，唯一的区别就是不需要中转信号。

所述动态无线联网数字转信系统，其移动终端的扫描列表有多个频率，频率扫描可能会错过真正有信号的频率，为保证快速扫描到真正有效的频率，终端同步扫描算法中采用快速激活方式，系统设计了快速同步码，其特点是同步码的长度比较短，一个时隙里就装下若干个快速同步码；业务发起方终端在业务开始前会发送若干个时隙的快速同步码，而接收方终端采用快速扫描的射频元器件，可以快速抓到同步码，以锁定信号来源；锁定信号后，接收方就开始搜索信令同步以及语音同步，从而跟随发送方的时基。

所述动态无线联网数字转信系统，其快速同步码由16bit的BBK码加40bit 的训练码再加16bit的BBK码组成；其中，40bit训练码固定为： 1100110000001111111100000011111100001100；将8bit的发射频点进行CRC校验得到16bit数据，然后采用RM(32,16)编码，生成32bit的BBK，将这32bit 的BBK分成两个16bit数据，分别放在40bit训练码的前后，就得到72bit的快速同步码，如图1所示。

所述动态无线联网数字转信系统，其转信无线联网软件框架(如图2所示) 主要包括链路维护模块、频率配置模块、参数配置模块、业务处理模块、内部电话模块、UI模块、数据链路层和媒体接入控制模块即MAC层；链路维护模块主要负责基站模式下的有线网络联网；频率配置模块主要负责频率的配置，扫描，还有频率的锁定；参数配置模块主要负责基本参数的配置，如个号，常驻组号，IP地址，频率的设置；业务处理模块主要负责业务的接收与转发；内部电话模块主要负责呼叫，短信的协议栈处理；数据链路层主要负责业务处理模块与MAC层的数据传输，与接口；UI模块主要负责界面的控制与显示；媒体接入控制模块分为HMAC和LMAC，其中HMAC负责扫描、信道管理、激活管理、接入管理、信令语音发送以及信令语音接收等功能，LMAC负责调制解调，信道编解码、频率功率控制。

所述动态无线联网数字转信系统，其数字移动终端为一体化设计，所有的数字移动终端都有基站模式与终端模式两种选择，整体软件架构采用两种模式一体化设计，通过调用参数配置模块中的不同参数实现两种工作模式的切换，从而实现两种模式一键切换，而不需要设备重启；其硬件方案(如图3)主要采用Omap-L138芯片为主处理器的通信系统，其外部电路除了最小系统外，还附加了另外几个部分：保密卡、显示屏、话音采集放音和射频收发；语音使用 TLV320ADC3101芯片，对模拟话音进行采集，然后把PCM码流通过McASP送给处理器，由处理器对PCM进行语音压缩及信道编码；话音播放采用CS43L22芯片，由处理把解压缩后的PCM码流，通过McASP送给CS43L22AIC，产生模拟话音。如果使用扬声器，把模拟话音经过音频功放后，送给扬声器即可；空口信号的接收和发送也使用了一个完整的McBSP通路。

上行：由处理器提供调制的IQ波形，通过射频FPGA时序转换后，送给 AD9717；IQ两路芯片分别与射频本振进行混频，合成预设频点的射频信号后；再经过功率放大，由天线发向空中。

下行：天线把空中的电磁波接收进来后，通过LNA后与预设收本振进行混频，把射频信号混到45MHz的中频模拟信号；经过带通滤波和运放处理后，由 AD9874进行数字化及下变频，经过数字抽取后以160KHz的采样率，分IQ正交两路送给处理器；由处理器完成GMSK解调、比特判决、信道解码。

对射频的控制，主要包括：频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换。

所有需要处理器与射频模块之间交互的功能，包括上行数据的发送、下行数据的接收、频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换，都通过处理器的SPI接口及辅助GPIO口，配合射频的 FPGA来实现；

显示采用处理器自带的LCD控制模块，按键采用GPIO口做阵列，由程序进行扫描获得按键，特殊键，如PTT，采用独立GPIO脚；与保密模块、北斗定位系统之间的通信采用专用串口；调试接口为以太网接口。

动态无线联网数字转信系统技术要点，主要有以下五点：

(1)采用GMSK调制解调。

(2)快速同步技术，要求系统中终端和基站完全同步，基站必须有精确的时钟来规范移动终端和基站之间的同步。允许的最大基础时钟偏移是2ppm。

(3)激活侦听，频率扫描策略基于DMR无线通信协议，每个终端拥有一个发送频率Tx_f0，以及一组频率扫描列表Rx_f1,Rx_f2,...,Rx_fn，在无人通话情况下，所有终端保持频率扫描。每个终端采用收发不同频率，当某个终端A 通话时，通过Tx_fa频率发送无线信号，其他终端收到终端A的无线信号后，一个时隙保持信号接收解码，在相邻时隙进行信号中转发送。

(4)终端模式与基站模式软件采用一体化设计，通过参数配置模块中相关参数的不同配置，来控制终端是否转发，从而实现两种模式一键切换，不需要重启设备。

(5)终端扫描算法中设计了快速同步码，其特点是同步码长度较短，一个时隙里可以装下若干个快速同步码，加快了终端扫描速度。

本发明的有益效果是动态无线联网数字转信系统终端模式与基站模式软硬件采用一体化设计，具有无线自联网功能，不需要额外的中继基站及中继链路，在现有设备的基础上高效的实现动态自组网通信，从而极大的扩大了通信距离。

附图说明

图1为本发明数据时隙收发图。

图2为本发明软件框架图。

图3为本发明硬件构成原理框图。

图4为本发明基站组网为链状模型示意图。

图5为本发明基站组网为星状模型示意图。

图6为本发明示例一组网通信示意图。

图7为本发明示例二组网通信示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至3所示，本发明一种动态无线联网数字转信系统，由转信无线联网软件和数字移动终端组成，数字移动终端包括数字车载台和数字手持机；其特征在于：每个数字移动终端有基站模式与终端模式两种选择，且可以随意切换而不需重启；每个基站模式终端既可以动态选择相邻终端无线组网转发通话信息，也可以作为终端通话；基站模式和终端模式都支持单呼、组呼与全呼、不确认机制的点对点短信、点对多短信、监听指定呼叫与短信、当前位置信息上报，以及告警业务。

所述动态无线联网数字转信系统，其通信方式采用DMR协议的TDMA两时隙模式，基站模式若在0时隙收到信号后，会在1时隙转发信号；终端模式只接收信号，不进行转发；在基站模式下，每一台数字转信移动终端都有自己的发射频率Tx_f0，并在自己的界面设置其他所有终端的发射频率，形成一组频率扫描列表Rx_f1,Rx_f2,...,Rx_fn；终端开机后保持频率扫描，若有收到其他终端的发射信号，就设置该信号的频点为接收频点，同时在相邻时隙用自己的发送频率进行信号转发；这样，每一台基站模式的终端就可以一级一级地进行中继转发，系统则通过这种组网方式来扩大通信距离；在终端模式下，也拥有发送频率，也需要设置所有终端的频率列表，唯一的区别就是不需要中转信号。

所述动态无线联网数字转信系统，其移动终端的扫描列表有多个频率，频率扫描可能会错过真正有信号的频率，为保证快速扫描到真正有效的频率，终端同步扫描算法中采用快速激活方式，系统设计了快速同步码，其特点是同步码的长度比较短，一个时隙里就装下若干个快速同步码；业务发起方终端在业务开始前会发送若干个时隙的快速同步码，而接收方终端采用快速扫描的射频元器件，可以快速抓到同步码，以锁定信号来源；锁定信号后，接收方就开始搜索信令同步以及语音同步，从而跟随发送方的时基。

所述动态无线联网数字转信系统，其快速同步码由16bit的BBK码加40bit 的训练码再加16bit的BBK码组成；其中，40bit训练码固定为：1100110000001111111100000011111100001100；将8bit的发射频点进行CRC校验得到16bit数据，然后采用RM(32,16)编码，生成32bit的BBK，将这32bit 的BBK分成两个16bit数据，分别放在40bit训练码的前后，就得到72bit的快速同步码，如图1所示。

所述动态无线联网数字转信系统，其转信无线联网软件框架(如图2所示) 主要包括链路维护模块、频率配置模块、参数配置模块、业务处理模块、内部电话模块、UI模块、数据链路层和媒体接入控制模块即MAC层；链路维护模块主要负责基站模式下的有线网络联网；频率配置模块主要负责频率的配置，扫描，还有频率的锁定；参数配置模块主要负责基本参数的配置，如个号，常驻组号，IP地址，频率的设置；业务处理模块主要负责业务的接收与转发；内部电话模块主要负责呼叫，短信的协议栈处理；数据链路层主要负责业务处理模块与MAC层的数据传输，与接口；UI模块主要负责界面的控制与显示；媒体接入控制模块分为HMAC和LMAC，其中HMAC负责扫描、信道管理、激活管理、接入管理、信令语音发送以及信令语音接收等功能，LMAC负责调制解调，信道编解码、频率功率控制。

所述动态无线联网数字转信系统，其数字移动终端为一体化设计，所有的数字移动终端都有基站模式与终端模式两种选择，整体软件架构采用两种模式一体化设计，通过调用参数配置模块中的不同参数实现两种工作模式的切换，从而实现两种模式一键切换，而不需要设备重启；其硬件方案(如图3)主要采用Omap-L138芯片为主处理器的通信系统，其外部电路除了最小系统外，还附加了另外几个部分：保密卡、显示屏、话音采集放音和射频收发；语音使用 TLV320ADC3101芯片，对模拟话音进行采集，然后把PCM码流通过McASP送给处理器，由处理器对PCM进行语音压缩及信道编码；话音播放采用CS43L22芯片，由处理把解压缩后的PCM码流，通过McASP送给CS43L22AIC，产生模拟话音。如果使用扬声器，把模拟话音经过音频功放后，送给扬声器即可；空口信号的接收和发送也使用了一个完整的McBSP通路。

上行：由处理器提供调制的IQ波形，通过射频FPGA时序转换后，送给 AD9717；IQ两路芯片分别与射频本振进行混频，合成预设频点的射频信号后；再经过功率放大，由天线发向空中。

下行：天线把空中的电磁波接收进来后，通过LNA后与预设收本振进行混频，把射频信号混到45MHz的中频模拟信号；经过带通滤波和运放处理后，由 AD9874进行数字化及下变频，经过数字抽取后以160KHz的采样率，分IQ正交两路送给处理器；由处理器完成GMSK解调、比特判决、信道解码。

对射频的控制，主要包括：频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换。

所有需要处理器与射频模块之间交互的功能，包括上行数据的发送、下行数据的接收、频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换，都通过处理器的SPI接口及辅助GPIO口，配合射频的 FPGA来实现；

显示采用处理器自带的LCD控制模块，按键采用GPIO口做阵列，由程序进行扫描获得按键，特殊键，如PTT，采用独立GPIO脚；与保密模块、北斗定位系统之间的通信采用专用串口；调试接口为以太网接口。

图4为本发明基站组网为链状模型示意图。终端A在频点1上发起呼叫并由基站1在频点23上转发，基于频率扫描策略的基站2在频点23上锁定基站1 并在频点33上转发，基站3在频点33上锁定基站2并在频点43上转发，依次类推，最终实现链路上的组内终端均可接收呼叫。设单个车载基站的覆盖范围为5公里，途径n个基站，则链状结构的无线联网系统理论上最远覆盖距离可达(n*5+5)公里。

图5为本发明基站组网为星状模型示意图。终端A在频点1上发起呼叫，由基站1在频点23上转发，基于频率扫描策略的基站2与基站3同时在频点23 上锁定基站1并分别在频点33与43上转发，最终实现链路上的组内终端均可接收呼叫。此模型下呼叫建立速度快于链式模型。此外，图中的基站x将从基站1、2、3中择优选择，提高了链路话音质量。

应用示例

示例一：某车队有50辆车行驶在路上，每辆车之间间隔200m，头尾相距大约10km。在车队中间架一个普通中继基站的话，由于车队是移动的，对于两端的车通信效果会不好。如果使用动态无线联网数字转信系统，在车队在 2km(B),4km(C),6km(D),8km(E)间隔的车上把车载台切换成具有中继模式的基站，A就可以通过B,C,D,E转到F了。保证了A，F也可以高质量的通信。如图 6所示：

示例二：在进行某项营救时，指挥总部与营救地刚好隔了两座山，此时两地直接用普通的对讲机进行通话，肯定会被山阻拦，通信效果不好，影响通信指挥；如果在两座山顶上各架一套中继基站，使用常规通信，这样的话必须要使用有线的网络连接起来，而且设备也不容易搬到山顶上，会浪费营救时间。如果在这种情况下使用动态无线联网数字转信系统，只需要两个人(B,C)各拿一部基站模式的手机，分别站在两个山头上，B收到A，B再转给C，C再转给D，就可以保证指挥总部A与营救地D顺利通信了。如图7所示：

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种动态无线联网数字转信系统，由转信无线联网软件和数字移动终端组成，数字移动终端包括数字车载台和数字手持机；其特征在于：每个数字移动终端有基站模式与终端模式两种选择，且可以随意切换而不需重启；每个基站模式终端既可以动态选择相邻终端无线组网转发通话信息，也可以作为终端通话；基站模式和终端模式都支持单呼、组呼与全呼、不确认机制的点对点短信、点对多短信、监听指定呼叫与短信、当前位置信息上报，以及告警业务。

2.根据权利要求1所述的动态无线联网数字转信系统，其特征在于：通信方式采用DMR协议的TDMA两时隙模式，基站模式若在0时隙收到信号后，会在1时隙转发信号；终端模式只接收信号，不进行转发；在基站模式下，每一台数字转信移动终端都有自己的发射频率Tx_f0，并在自己的界面设置其他所有终端的发射频率，形成一组频率扫描列表Rx_f1,Rx_f2,...,Rx_fn；终端开机后保持频率扫描，若有收到其他终端的发射信号，就设置该信号的频点为接收频点，同时在相邻时隙用自己的发送频率进行信号转发；这样，每一台基站模式的终端就可以一级一级地进行中继转发，系统则通过这种组网方式来扩大通信距离；在终端模式下，也拥有发送频率，也需要设置所有终端的频率列表，唯一的区别就是不需要中转信号。

3.根据权利要求2所述的动态无线联网数字转信系统，其特征在于：移动终端的扫描列表有多个频率，频率扫描可能会错过真正有信号的频率，为保证快速扫描到真正有效的频率，终端同步扫描算法中采用快速激活方式，系统设计了快速同步码，其特点是同步码的长度比较短，一个时隙里就装下若干个快速同步码；业务发起方终端在业务开始前会发送若干个时隙的快速同步码，而接收方终端采用快速扫描的射频元器件，可以快速抓到同步码，以锁定信号来源；锁定信号后，接收方就开始搜索信令同步以及语音同步，从而跟随发送方的时基。

4.根据权利要求3所述的动态无线联网数字转信系统，其特征在于：快速同步码由16bit的BBK码加40bit的训练码再加16bit的BBK码组成；其中，40bit训练码固定为：1100110000001111111100000011111100001100；将8bit的发射频点进行CRC校验得到16bit数据，然后采用RM(32,16)编码，生成32bit的BBK，将这32bit的BBK分成两个16bit数据，分别放在40bit训练码的前后，就得到72bit的快速同步码。

5.根据权利要求1所述的动态无线联网数字转信系统，其特征在于：转信无线联网软件框架主要包括链路维护模块、频率配置模块、参数配置模块、业务处理模块、内部电话模块、UI模块、数据链路层和媒体接入控制模块即MAC层；链路维护模块主要负责基站模式下的有线网络联网；频率配置模块主要负责频率的配置，扫描，还有频率的锁定；参数配置模块主要负责基本参数的配置，如个号，常驻组号，IP地址，频率的设置；业务处理模块主要负责业务的接收与转发；内部电话模块主要负责呼叫，短信的协议栈处理；数据链路层主要负责业务处理模块与MAC层的数据传输，与接口；UI模块主要负责界面的控制与显示；媒体接入控制模块分为HMAC和LMAC，其中HMAC负责扫描、信道管理、激活管理、接入管理、信令语音发送以及信令语音接收等功能，LMAC负责调制解调，信道编解码、频率功率控制。

6.根据权利要求1所述的动态无线联网数字转信系统，其特征在于：数字移动终端为一体化设计，所有的数字移动终端都有基站模式与终端模式两种选择，整体软件架构采用两种模式一体化设计，通过调用参数配置模块中的不同参数实现两种工作模式的切换，从而实现两种模式一键切换，而不需要设备重启；其硬件方案主要采用Omap-L138芯片为主处理器的通信系统，其外部电路除了最小系统外，还附加了另外几个部分：保密卡、显示屏、话音采集放音和射频收发；语音使用TLV320ADC3101芯片，对模拟话音进行采集，然后把PCM码流通过McASP送给处理器，由处理器对PCM进行语音压缩及信道编码；话音播放采用CS43L22芯片，由处理把解压缩后的PCM码流，通过McASP送给CS43L22AIC，产生模拟话音；如果使用扬声器，把模拟话音经过音频功放后，送给扬声器即可；空口信号的接收和发送也使用了一个完整的McBSP通路；

上行：由处理器提供调制的IQ波形，通过射频FPGA时序转换后，送给AD9717；IQ两路芯片分别与射频本振进行混频，合成预设频点的射频信号后；再经过功率放大，由天线发向空中；

下行：天线把空中的电磁波接收进来后，通过LNA后与预设收本振进行混频，把射频信号混到45MHz的中频模拟信号；经过带通滤波和运放处理后，由AD9874进行数字化及下变频，经过数字抽取后以160KHz的采样率，分IQ正交两路送给处理器；由处理器完成GMSK解调、比特判决、信道解码；

对射频的控制，主要包括：频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换；

所有需要处理器与射频模块之间交互的功能，包括上行数据的发送、下行数据的接收、频点的配置、功率的设置、对数字电位器的设置、对部分芯片的初始化配置和收发切换，都通过处理器的SPI接口及辅助GPIO口，配合射频的FPGA来实现；

显示采用处理器自带的LCD控制模块，按键采用GPIO口做阵列，由程序进行扫描获得按键，特殊键，如PTT，采用独立GPIO脚；与保密模块、北斗定位系统之间的通信采用专用串口；调试接口为以太网接口。

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