CN117335829A - 基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备及方法，通过菜单设置解析不同的配置文件，再动态加载各自模式的DSP来改变通信协议和工作模式，2个不同的配置文件预先烧录在文件系统中，该文件包含各自模式的群组、频点、信道等配置信息；动态加载的DSP为预存在flash中的2个DSP，可以在无需重启整机系统的情况，实现快速切换；2个DSP为Tetra_DSP和PDT_DSP，分别实现Tetra和PDT的射频编解码。本发明通过软件配置改变其通信协议和工作模式，无需硬件更换或修改，使终端设备可以在Tetra和PDT两种通信模式之间无缝切换，用户可根据需求和环境变化选择最适合的通信方式。

Description

基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备及方法

技术领域

本发明属于数字集群通信技术领域，具体涉及基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备及方法。

背景技术

PDT（Police Digital Trunking，警用数字集群，一种时分通信协议）标准是具有中国自主知识产权的集群通信标准，主要用于中国的公安机关和执法部门的通信和应急指挥。它专为公安行业需求设计，提供了安全、可靠的语音通信和数据传输，支持指挥调度、执法行动和应急救援等应用场景。

Tetra（Terrestrial Trunked Radio，陆上集群无线电）是一种全球通用的专业无线通信标准，广泛应用于公共安全、交通管理、重要基础设施等领域。它适用于各种专业用户，提供高质量的语音通信、数据传输和位置服务等功能。

尽管PDT和Tetra标准在中国的应用有所不同，但它们都是为专业通信需求而设计的，并在各自的领域中发挥着重要作用。

现有技术中有能够同时接入PDT和Tetra终端的数字集群通信系统的实现方法、Tetra终端实现方法、Tetra和GSM双模手机、Tetra和GSM共用的基站平台，但是没有PDT和Tetra利用软件切换模式的方法。

在实际应用场景中，经常有需要PDT和Tetra标准共同使用，或者目前使用其中一种标准，后续可能升级为另一种标准的情况。目前市场上有成熟的PDT标准和Tetra标准的终端设备。如果同时配备这2种标准终端虽然满足了不同应用场景的使用要求，但也面临着以下缺点

1）成本：同时配备PDT和Tetra标准终端将增加设备采购成本。由于需要同时购买两种标准的终端设备，会增加采购和维护成本，对预算造成一定的压力。

2）设备管理和维护复杂性：同时管理和维护两种标准的终端设备可能会增加系统管理和技术支持的复杂性。有两种不同的设备需要进行维护和管理，包括充电、软件更新和故障排除等。

3）重量和体积增加：携带两个终端会增加负担和不便，尤其是在需要长时间携带或使用时。

4）用户培训和操作复杂性：同时配备PDT和Tetra标准终端可能需要对用户进行额外的培训，以适应两种手台操作方式。用户需要学习和适应两种系统的功能和操作，这可能增加学习曲线和操作复杂性。

发明内容

为解决现有技术的不足，使得一个终端设备能够通过软件切换PDT和Tetra标准模式，实现降低成本、降低使用复杂度、提高运维管理效率、提高便携性的目的，本发明采用如下的技术方案：

基于软件切换PDT和Tetra模式的方法，包括软件接收部分和软件发射部分；

所述软件接收部分：通过射频电路接收信号，并进行滤波处理，然后依次经接收芯片和射频处理芯片，发送至接收模块，接收模块消除叠加在基带信号上的直流信号，将处理后的信号进行解调解码并送入协议层，所述射频处理芯片支持的广播制式包括Tetra和PDT模式；

所述软件发射部分：获取协议层准备好的发射数据，并对其进行编码调制后，依次经射频处理芯片和零中频结构的发射芯片，送入射频电路进行发射；零中频结构是将射频信号经混频器后直接变成基带信号，从而不需要中频滤波器，减少射频电路面积，且不存在镜频及半中频寄生干扰，但是“零中频”结构存在本振泄露的情况，泄露的本振经混频器后变成直流信号叠加在基带信号上，影响解调，因此需要对解调前的基带信号进行直流消除（软件完成）。

主控射频处理芯片使用MCBSP（Multi-channel Buffered Serial Ports，多通道缓冲串口）和SPI（Serial Peripheral Interface，是串行外设接口）分别与射频处理芯片、发射芯片、接收芯片连接。

进一步地，由于TETRA标准与PDT标准的调制方式不同，编解码过程中，Tetra相比PDT多了加扰、解扰的处理，编解码算法不同，而且Tetra使用的RCPC编码需要对待编码数据添加尾比特，这会导致码率损失，Tetra中存在块内交织和块间交织，PDT主要为块内交织，因此通过支持Tetra和PDT的射频处理芯片，基于同一硬件，对预处理滤波器分开设计，从软件上实现两种模式及其调制解调方法的切换，文件系统中内置PDT和Tetra两个数字信号处理DSP文件，通过动态加载不同的数字信号处理DSP文件进行不同模式的切换，包括如下步骤：

步骤一：模式判断，若是PDT模式，能够切换为Tetra模式；若是Tetra模式，能够切换为PDT模式；切换为对应的PDT模式或者Tetra模式后，则创建PDT模式标识或者Tetra模式标识；然后进入切换模式流程，加载对应PDT模式或者Tetra模式的数字信号处理DSP文件，对PDT模式或者Tetra模式的配置文件、协议、射频软件模块进行加载，程序加载完成后，进入待机状态可实现对应标准通信制式的功能；

步骤二：动态加载数字信号处理DSP文件，包括如下步骤：

步骤2.1：获取对应的数字信号处理DSP文件内容；

步骤2.2：检测文件头内容是否符合格式协议，防止加载错误程序；

步骤2.3：解析数字信号处理DSP文件中各字段；

步骤2.4：将段数据加载到数字信号处理器的内存中；

步骤2.5：设置数字信号处理器启动地址向量。

进一步地，所述步骤2.3中，文件依次包括文件头、可选文件头、段头信息表、段头信息表对应的段数据、重段位信息、行号入口表、符号表、字符串表；所述步骤2.4中，段信息表中标明了各个段的内容和地址，将段内容加载到对应的段地址中。

进一步地，所述步骤2.5中，将数字信号处理器启动地址向量寄存器DSP_ISTP_RST_VAL的值设置为内部随机访问存储器代码段IRAMCODE的首地址。

进一步地，所述消除叠加在基带信号上的直流信号后，通过场强计算，差分解调、帧同步、估计以及符号判决，对信号进行解调；场强计算公式如下：

其中，n表示取样点，I、Q表示拆解接收数据得到的两路数据，offset表示偏置信号；

所述信道编码后，将编码得到的数据映射为符号，然后对符号进行调制。

进一步地，所述数字信号处理器DSP包括媒体接入控制层MAC和基带模块，基带模块采用手台基带信号处理模块BBPh，包括发射模块和接收模块，射频模块包括射频模块采用手台射频模块RFh，包括射频处理芯片、发射芯片、接收芯片和射频电路；媒体接入控制层MAC分别通过发射模块和接收模块与射频处理芯片连接，射频处理芯片分别通过发射芯片和接收芯片与射频电路连接；

所述媒体接入控制层MAC，用于编解码控制和协议层控制；

所述发射模块，用于基带信号的调制和编码；

所述接收模块，用于消除叠加在基带信号上的直流信号，然后对基带信号进行解调和解码；

所述射频处理芯片，支持的广播制式包括Tetra和PDT模式，将基带模块输出的基带模拟信号发送至发射芯片，将接收芯片收到的基带模拟信号传输至基带模块；

所述发射芯片采用零中频结构，将射频信号经混频器后直接变成基带信号，从而不需要中频滤波器，减少射频电路面积，且不存在镜频及半中频寄生干扰，但是“零中频”结构存在本振泄露的情况，泄露的本振经混频器后变成直流信号叠加在基带信号上，影响解调，因此需要对解调前的基带信号进行直流消除（软件完成）。

进一步地，所述基带模块还包括分别与所述媒体接入控制层MAC、发射模块和接收模块连接的定时器；定时器用于控制数据的接收和发射时机，在接收模式下，媒体接入控制层MAC定时将数据从接收模块的缓存中取走，以免有效数据被覆盖；在发射模式下，定时器确定了发射数据存储到发射模块缓存中的时机；这种精确的定时调控确保了数据的可靠传输和存储。

进一步地，所述射频模块还包括分别与射频处理芯片、发射芯片和接收芯片连接的锁相环；锁相环通过发射芯片产生精确的调制时钟信号，这个时钟信号被用于将数字数据调制成模拟射频信号，确保调制的精准性和稳定性，从而使发送的信号能够被正确解码；锁相环通过接收芯片产生精确的解调时钟信号，这个解调时钟信号被用于从接收到的射频信号中解调出数字数据，确保解调的准确性和稳定性，从而实现信号的可靠接收和解码；在射频处理过程中，需要将数字信号转换成射频信号或者将接收到的射频信号转换成数字信号，锁相环用于产生射频信号的本振信号，锁相环根据其输入的参考信号和一定的频率倍数，生成稳定的本振信号，确保射频信号的精确频率和相位。

进一步地，所述基带模块还包括分别与射频处理芯片、发射芯片、接收芯片和射频电路连接的射频控制模块，用于对射频模块的辅助控制。

进一步地，所述基带模块还包括分别与发射模块、接收模块和射频处理芯片连接的数据存储模块。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明采用同一终端设备，在350MHz-400MHz频段内同时支持PDT和Tetra两种通信标准，其射频模块支持多种广播制式，包括Tetra和PDT，通过射频处理芯片的灵活配置，实现了不同模式的射频信号处理，增强了设备的通信适应性；本发明采用发射芯片的“零中频”结构，避免了中频滤波器，减少了射频电路面积，减少了镜频和半中频寄生干扰，提高了射频模块的性能，考虑到“零中频”结构可能存在本振泄露问题，通过软件实现直流消除，有效地消除了对解调的影响，提高了通信质量；本发明在设备的文件系统中预置了两个独立的DSP软件程序，分别用于实现PDT和Tetra功能，这两个程序之间相互独立，不存在紧密耦合的关系；利用软件设置，用户可以实现动态加载不同的DSP程序，从而快速切换不同的通信模式，这种灵活性使终端能够在不同标准之间迅速切换，提供更加便捷的使用体验。

附图说明

图1是本发明实施例中终端设备的功能框图。

图2是本发明实施例中射频硬件设计图。

图3a是本发明实施例中Tetra编码流程图。

图3b是本发明实施例中Tetra解码流程图。

图4a是本发明实施例中PDT编码流程图。

图4b是本发明实施例中PDT解码流程图。

图5是本发明实施例中模式切换示意图。

图6是本发明实施例中动态加载DSP流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，由于PDT和Tetra两种标准有共同的350MHz频段，终端设备的工作频段选在350MHz-400Mhz，如图1所示，包括主控射频处理芯片和射频模块，主控射频处理芯片为TI公司的(ARM+DSP双核)芯片，ARM为处理器，DSP（Digital Signal Processor）为数字信号处理器，DSP包括媒体接入控制层MAC（Mediaaccess control layer）和基带模块，射频模块包括射频处理芯片、发射芯片、接收芯片，射频处理芯片能支持多种广播制式，其中就包括了Tetra和PDT，主控射频处理芯片使用MCBSP（Multi-channel Buffered Serial Ports，多通道缓冲串口）和SPI（Serial PeripheralInterface，是串行外设接口）分别与射频处理芯片、发射芯片、接收芯片连接。

基带模块是由发射模块、定时器、接收模块、射频控制模块以及数据存储模块构成的。其中，定时器的作用是控制数据的接收和发射时机。在接收模式下，MAC层每隔30毫秒需要及时将数据从接收模块的缓存中取走，以免有效数据被覆盖。而在发射模式下，定时器确定了发射数据存储到发射模块缓存中的时机。这种精确的定时调控确保了数据的可靠传输和存储。

本发明实施例中，MAC主要功能是编解码和协议层控制，基带模块采用BBPh（Baseband Processor for Handset，手台基带信号处理模块），为终端设备提供基带信号处理，主要完成基带信号的调制解调功能，以及对RFh的辅助控制，射频模块采用RFh（RadioFrequency for Handset：手台射频模块），BBPh位于MAC和RFh之间，MAC和BBPh在DSP中实现。

在本发明实施例的射频模块的硬件设计如图2所示，基带模块的输出为射频处理芯片输出给发射芯片的发射基带模拟信号，基带模块的输入为接收芯片输入到射频处理芯片的接收基带模拟信号，发射芯片为“零中频”结构，即射频信号经混频器后直接变成基带信号。其好处为不需要中频滤波器，减少射频电路面积，且不存在镜频及半中频寄生干扰。但是“零中频”结构存在本振泄露的情况，泄露的本振经混频器后变成直流信号叠加在基带信号上，影响解调。因此需要对解调前的基带信号进行直流消除（软件完成）。

射频处理芯片分别与发射芯片、接收芯片和基带模块的数据存储模块连接，基带模块的射频控制模块分别与射频处理芯片、发射芯片、接收芯片连接，锁相环分别与射频处理芯片、发射芯片和接收芯片连接。锁相环与射频处理芯片连接，用于产生射频信号的本振信号。在射频处理过程中，需要将数字信号转换成射频信号或者将接收到的射频信号转换成数字信号。锁相环可以根据其输入的参考信号和一定的频率倍数来生成稳定的本振信号，确保射频信号的精确频率和相位。锁相环与发射芯片连接，用于产生精确的调制时钟信号。这个时钟信号被用于将数字数据调制成模拟射频信号，确保调制的精准性和稳定性，从而使发送的信号能够被正确解码。锁相环与接收芯片连接，用于产生精确的解调时钟信号。这个解调时钟信号被用于从接收到的射频信号中解调出数字数据，确保解调的准确性和稳定性，从而实现信号的可靠接收和解码。

基于软件切换PDT和Tetra模式的方法，由于使用了通用的硬件架构，因此两者的软件架构也类似，主要流程如下：

软件接收部分：

1.信号通过射频电路进入终端，首先信号经过滤波器处理。

2.将射频处理芯片送来的接收采样数据通过MCBSP接口送入接收缓存区。

3.由于“零中频”结构的影响，需要在BBPh的接收模块利用软件对信号进行直流消除，消除叠加在基带信号上的直流信号。

4.信号通过RSSI（Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示）场强计算，差分解调、帧同步、估计以及符号判决。

其中计算场强RSSI公式如下：

5.将信号解调得到的bit数据进行信道解码频率。

6.解码得到的bit数据送入协议层。

软件发射部分：

a.协议层准备好即将发射的数据。

b.发射数据进行信道编码。

c.编码得到的数据映射为符号。

d.对符号进行调制。

e.调制后的信号通过发射滤波器送入射频电路。

调制、编码在DSP中基带模块的发射模块中完成；解调、解码在接收模块中完成。软件实现最主要的区别是以下2个模块：调制解调模块和编解码模块。

(1)调制解调模块

TETRA标准的调制方式为π/4-DQPSK，PDT标准的调制方式为4FSK。这两种调制方式相去甚远，射频处理芯片同时支持两种调制方式，因此只需要在软件层面分别实现两种调制解调算法即可。预处理滤波器分开设计，Tetra的带宽为25kHz，PDT的带宽为12.5kHz。

(2)编解码模块

Tetra和PDT的编解码通过软件实现，主要区别如下：

Tetra编解码如图3a、图3b所示：

添加CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校核）校验位、RCPC（ratecompatible punctured convolutional，码率兼容删除卷积码）编码、交织、加扰

解扰、解交织、Viterbi解码、CRC校验码解码

PDT编解码如图4a、图4b所示：

添加CRC校验位、BPTC（Block Product Turbo Code，多块拓扑码）编码、交织

解交织、BPTC解码、CRC校验码解码

首先，Tetra相比PDT多了加扰、解扰的处理；其次，Tetra和PDT使用的编解码算法不同，而且Tetra使用的RCPC编码需要对待编码数据添加尾比特，这会导致码率损失；最后，Tetra中存在块内交织和块间交织，PDT主要为块内交织。

基于软件切换的PDT和Tetra模式的终端设备，文件系统中内置了2个DSP程序文件。其中，PDT_DSP主要负责PDT模式下的编解码和射频软件处理功能，而Tetra_DSP则主要处理Tetra模式下的编解码和射频软件处理功能。通过动态加载不同的DSP，即可实现不同模式间的切换。

工作模式切换如图5所示，在工作状态中进行模式切换时，先判断当前模式。如果是PDT模式下可以切换为Tetra模式，如果是Tetra模式下可以切换为PDT模式。切换为对应的PDT或者Tetra模式，则创建PDT或者Tetra模式标识。然后进入切换模式流程。加载对应PDT或者Tetra的DSP，实现PDT或者Tetra配置文件、协议、射频软件模块的加载。所有应用程序加载完成后，进入待机状态可实现对应标准通信制式的功能。

动态加载DSP程序文件如图6所示，具体方式如下：

1、从FLASH中读取对应的DSP的文件内容；在本发明实施例中，将拥有PDT功能的DSP命名为PDT_DSP.out，将拥有Tetra功能的DSP命名为Tetra_DSP.out。

2、检测文件头内容是否符合COFF（Common Object File Format通用对象文件格式）的格式协议，防止加载错误程序；

3、解析DSP文件中COFF各个字段；所述的COFF文件从前至后依次由文件头、可选文件头、段头信息表、段头信息表对应的段数据、重段位信息、行号入口表、符号表、字符串表组成。

4、将段数据加载DSP的内存中；其中段信息表中标明了各个段的内容和地址，将段内容加载到对应的段地址中。

5、设置DSP启动地址向量，上电；将DSP启动地址向量寄存器DSP_ISTP_RST_VAL的值设置为IRAMCODE（internal ram，内部随机访问存储器代码段）的首地址，本发明实施例中中IRAMCODE固定为0x11818000。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.基于软件切换PDT和Tetra模式的方法，其特征在于：包括软件接收部分和软件发射部分；

所述软件接收部分：通过射频电路接收信号，并依次经接收芯片和射频处理芯片，发送至接收模块，接收模块消除叠加在基带信号上的直流信号，将处理后的信号进行解调解码并送入协议层，所述射频处理芯片支持的广播制式包括Tetra和PDT模式；

所述软件发射部分：获取协议层准备好的发射数据，并对其进行编码调制后，依次经射频处理芯片和零中频结构的发射芯片，送入射频电路进行发射。

2.根据权利要求1所述的于软件切换PDT和Tetra模式的方法，其特征在于：文件系统中内置PDT和Tetra两个数字信号处理DSP文件，通过动态加载不同的数字信号处理DSP文件进行不同模式的切换，包括如下步骤：

步骤一：模式判断，若是PDT模式，能够切换为Tetra模式；若是Tetra模式，能够切换为PDT模式；切换为对应的PDT模式或者Tetra模式后，则创建PDT模式标识或者Tetra模式标识；然后进入切换模式流程，加载对应PDT模式或者Tetra模式的数字信号处理DSP文件，对PDT模式或者Tetra模式的配置文件、协议、射频软件模块进行加载，程序加载完成后，进入待机状态；

步骤二：动态加载数字信号处理DSP文件，包括如下步骤：

步骤2.1：获取对应的数字信号处理DSP文件内容；

步骤2.2：检测文件头内容是否符合格式协议；

步骤2.3：解析数字信号处理DSP文件中各字段；

步骤2.4：将段数据加载到数字信号处理器的内存中；

步骤2.5：设置数字信号处理器启动地址向量。

3.根据权利要求2所述的于软件切换PDT和Tetra模式的方法，其特征在于：所述步骤2.3中，文件依次包括文件头、可选文件头、段头信息表、段头信息表对应的段数据、重段位信息、行号入口表、符号表、字符串表；所述步骤2.4中，段信息表中标明了各个段的内容和地址，将段内容加载到对应的段地址中。

4.根据权利要求2所述的于软件切换PDT和Tetra模式的方法，其特征在于：所述步骤2.5中，将数字信号处理器启动地址向量寄存器DSP_ISTP_RST_VAL的值设置为内部随机访问存储器代码段IRAMCODE的首地址。

5.根据权利要求1所述的于软件切换PDT和Tetra模式的方法，其特征在于：所述消除叠加在基带信号上的直流信号后，通过场强计算，差分解调、帧同步、估计以及符号判决，对信号进行解调；场强计算公式如下：

，

其中，n表示取样点，I、Q表示拆解接收数据得到的两路数据，offset表示偏置信号；

所述信道编码后，将编码得到的数据映射为符号，然后对符号进行调制。

6.基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，包括数字信号处理器DSP和射频模块，其特征在于：所述数字信号处理器DSP包括媒体接入控制层MAC和基带模块，基带模块包括发射模块和接收模块，射频模块包括射频模块包括射频处理芯片、发射芯片、接收芯片和射频电路；媒体接入控制层MAC分别通过发射模块和接收模块与射频处理芯片连接，射频处理芯片分别通过发射芯片和接收芯片与射频电路连接；

所述媒体接入控制层MAC，用于编解码控制和协议层控制；

所述发射模块，用于基带信号的调制和编码；

所述接收模块，用于消除叠加在基带信号上的直流信号，然后对基带信号进行解调和解码；

所述射频处理芯片，支持的广播制式包括Tetra和PDT模式，将基带模块输出的基带模拟信号发送至发射芯片，将接收芯片收到的基带模拟信号传输至基带模块；

所述发射芯片采用零中频结构。

7.根据权利要求6所述的基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，其特征在于：所述基带模块还包括分别与所述媒体接入控制层MAC、发射模块和接收模块连接的定时器；定时器用于控制数据的接收和发射时机，在接收模式下，媒体接入控制层MAC定时将数据从接收模块的缓存中取走；在发射模式下，定时器确定了发射数据存储到发射模块缓存中的时机。

8.根据权利要求6所述的基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，其特征在于：所述射频模块还包括分别与射频处理芯片、发射芯片和接收芯片连接的锁相环；锁相环通过发射芯片产生的调制时钟信号，将数字数据调制成模拟射频信号；锁相环通过接收芯片产生的解调时钟信号从接收到的射频信号中解调出数字数据；在射频处理过程中，锁相环根据其输入的参考信号和一定的频率倍数，生成本振信号。

9.根据权利要求6所述的基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，其特征在于：所述基带模块还包括分别与射频处理芯片、发射芯片、接收芯片和射频电路连接的射频控制模块，用于对射频模块的辅助控制。

10.根据权利要求6所述的基于软件切换PDT和Tetra模式的终端设备，其特征在于：所述基带模块还包括分别与发射模块、接收模块和射频处理芯片连接的数据存储模块。