CN1747357A - 数字对讲机及其利用中转实现远距离通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字对讲机，其内部使用了带有中转协议的通信协议，根据对讲机设备的空间分布情况，利用数字信令在不能直接通信的主叫对讲机和被叫对讲机之间，通过若干台能与主叫、被叫对讲机分别直接通信的对讲机设备，为主叫、被叫对讲机进行数字信号的接力传输，使主叫、被叫对讲机之间进行通信。本发明基于数字化设计并带有中转功能，具有通话质量好、频谱利用率高、通话距离远、抗干扰性强、保密性好、体积小、功耗低、集成程度高、产品更新换代及功能扩展容易等优点，是目前模拟/数字对讲机很好的替代技术，能够在我国400MHz公共频段范围内达到高的通话质量和更大的覆盖范围。

Description

数字对讲机及其利用中转实现远距离通信的方法

                       技术领域

本发明涉及对讲机通信和信号处理技术，特别涉及一种数字对讲机及其利用中转实现远距离通信的方法。

                       背景技术

目前，我国的对讲机技术主要是模拟式对讲机占主导地位，并有少量的数字对讲机应用。模拟对讲机存在许多不足，诸如消耗功率较大，不能有效地消除干扰及噪声的影响，导致许多情况下通话质量不能令人满意；频率利用率不高，信道容量低；保密性差，容易被窃听等。通过将模拟对讲机中的信号处理数字化，可以有效地克服上述模拟对讲机的不足。数字对讲机利用高计算能力的数字处理芯片对模拟语音信号进行数字化处理，在无线信道上传输数字信号，能够有效对信号进行纠错、加密；而且数字化设备也能够方便地对无线空间的信道进行高效率的管理。

但是现有的数字对讲机与模拟对讲机存在共同缺点：由于是使用电池等有限电源供电，又受到国家关于无线对讲机发射功率的标准的限制，而且由于便携性等指标使得对讲机用户设备体积大小受到限制，所以模拟/数字对讲机的设备间的通信距离相对有限，在一些电磁环境复杂，或者相对封闭的，又或者需要长距离通信的环境中，一般的模拟/数字对讲机往往不能达到正常性能指标。在前述情形或环境中，为对讲机系统加入中转功能，用户间能够通过相互的数据转发，使得用户能够在本身信号覆盖范围有限，仅能与部分对讲机用户通信的情况下，大大扩大本身的通信覆盖范围和能相互通信的用户数目，如此可使用户更有效率地利用对讲机设备。

我国目前还没有带有中转功能的数字对讲机标准，相类似的数字集群标准主要有美国的iDen及欧洲的TETRA等，这些标准使用的是大中型的网关中转设备，一般需要基站或其他车载设备的支持，而且都需要占用我国已分配的无线频率资源。与常规的对讲机系统相比，这些数字集群系统更复杂，成本也更高，比较适合于一些高端的应用，并且它们的核心技术都掌握在外国公司手中。为此，开发民用的带有中转功能的数字对讲机具有重要的现实意义。

                          发明内容

本发明的目的在于解决现有对讲机设备通信距离短的不足之处，在数字对讲机的基础上，通过加入具有中转功能的通信协议，提供一种工作于某一特定频段(如国家规定的对讲机公用频段400MHz)的带中转功能的数字对讲机。

本发明的另一目的在于提供上述数字对讲机利用中转实现远距离通信的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种数字对讲机利用中转实现远距离通信的方法，其特征在于包括下述步骤——

(1)当对讲机设备接收到用户发起(按下通话键)的通话请求时，判断本对讲机(以下称“主叫对讲机”)是否能够与被叫对讲机直接通信。

(2)如主叫对讲机能与被叫对讲机直接通信，则主叫对讲机按照普通的通信规则与被叫对讲机建立通信；如果不能与被叫对讲机直接通信，则进入中转呼叫过程，通过其他中转对讲机进行中转，中转对讲机在接收到主叫对讲机的中转通信请求后，在本身的可通信范围内或通过继续中转的方法寻找被叫对讲机，在与被叫对讲机建立通信通路后，通知主叫对讲机通路已建立，并开始对主叫对讲机的信号进行重新发送，主叫对讲机即可与被叫对讲机进行间接的通信。

(3)当主叫对讲机与被叫对讲机建立起通信通路后，即通知用户可以开始通信；如果通过中转对讲机设备仍然未能连接到被叫对讲机，则判断通信失败。

上述为单播的呼叫模式，亦即用户通过对讲机设备与某一指定的对讲机用户进行通信的作用方式。

本发明方法亦可为组播的呼叫模式，即用户通过对讲机设备与其余的所有对讲机用户或指定的一组对讲机用户进行通信的工作方式，可包括下述步骤——

(1)当对讲机设备接收到用户发起(按下通话键)的通话请求时，随即在通信信道上发送广播信令，信令中包括了目的分组地址；随后开始发送通信数据，广播开始。

(2)如果对讲机设备在信道上检测到一个广播信令，而当前设备本身能够处理该信令，则转入接收广播状态，开始接收由主叫对讲机发出的数据，接收广播开始。

实现上述利用中转实现远距离通信方法的数字对讲机，其内部使用了带有中转协议的通信协议，使对讲机能够根据对讲机设备的空间分布情况，利用数字信令在不能直接通信的主叫对讲机和被叫对讲机之间，通过若干台能与主叫、被叫对讲机分别直接通信的对讲机设备，为主叫、被叫对讲机进行数字信号的接力传输，使得主叫、被叫对讲机之间能够进行通信；主叫、被叫和各中转对讲机之间利用中转通信协议建立通信链路；各中转对讲机利用时分信道工作方式，实现对信息数据的实时转发，即对讲机系统将工作信道在时间上划分为若干个子信道，对讲机设备对数字数据的发送和接收在不同的子信道上分别进行。

本数字对讲机硬件电路可由现有数字对讲机的电路经改造得到，主要增加了自动切换收发状态的开关控制电路和对信号进行存储的信号缓冲存储区；所述开关控制电路与主控制电路、射频收发电路直接相连接，并受到主控制电路控制，控制射频收发电路在接收、发送两种状态中自动切换；该电路用于控制对讲机射频部分自动按照设定时隙在发送和接收状态之间转变，以适应具有中转功能的数字对讲机系统的工作需求。所述开关控制电路可由定时器及开关电路组成；开关电路连接射频收发电路，定时器控制开关电路在设定的时间间隔内自动切换状态，从而间接控制射频收发电路定时切换状态。

所述信号缓冲存储区与数字语音通信模块、主控制电路及模数转换电路相连接，受到主控制电路控制，并能与数字语音通信模块、模数转换电路相互传递数据；信号缓冲存储区的作用是在对讲机设备作为中转站时，接收到的模拟信号经过模数转换电路后，得到的数字信号将直接存储在信号缓冲存储区中，所存储的数字信号再经过数字语音通信模块的检错、纠错后，再经过模数转换电路、射频发射电路发射到中转信道。

另外，本数字对讲机的硬件电路对比现有数字对讲机的电路，可使用更快的处理器，如所使用的数字语音通信模块核心芯片可选用TMS320LC54X序列(如选用TMS320LC549)及相应外围配置电路组成。

本发明数字对讲机，其数字化可有多种备选方案，如本发明申请可基于“400M公共频段数字对讲机及其实现通讯的方法”(中国专利申请号200510032685.9)中提出的对讲机数字化方案；同时，本发明亦可应用于使用其它方案进行数字化的对讲机设备。

本发明与现有技术相比，具有如下优点及效果：

(1)本发明采用了自主开发的具有中转功能的通信协议，使对讲机的通信距离能够有效提高；带中转功能的数字对讲机可以利用邻近的可相互通信的相同类型数字对讲机，将语音/数据信号传送到本身不能直接通信的数字对讲机，这样相当于加大了对讲机之间可以通信的距离，或者可以降低数字对讲机发射信号的发射功率，以延长电池使用时间。

(2)本发明可工作于大部分数字化对讲机传输系统中；本发明主要是对设备进行软件上的改造，而对硬件改动少，设备硬件的改造所带来的成本提升也少，所以本发明的实现成本较低，有利于推广应用，可广泛适用于现有的大部分数字对讲机产品。

(3)本发明充分利用了现有数字对讲机系统的硬件设备，仅通过较少的改造即可得到适用于本发明的对讲机硬件系统，可对现有数字对讲机实现设备性能的大幅提升。

(4)本发明基于数字化设计并带有中转功能，具有通话质量好、频谱利用率高、通话距离远、抗干扰性强、保密性好、体积小、功耗低、集成程度高、产品更新换代及功能扩展容易等优点，是目前模拟/数字对讲机很好的替代技术，能够在我国400MHz公共频段范围内达到高的通话质量。

                        附图说明

图1是本发明的对讲机系统主叫过程的工作控制软件处理流程图。

图2是本发明的对讲机系统中转过程的工作控制软件处理流程图。

图3是本发明的对讲机间直接通信信号流程图。

图4是本发明的对讲机间中转通信信号流程图。

图5是本发明的对讲机处于中转状态时的数据处理方框图。

图6是本发明的对讲机的原理方框图。

图7是图6所示对讲机的电路原理图。

图8是本发明组播呼叫模式的信号流程图。

                具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

图6及图7示出了本发明数字对讲机的结构，由图6可见，本数字对讲机与现有一般的数字对讲机的区别结构特征是：增加了自动切换收发状态的开关控制电路和对信号进行存储的信号缓冲存储区；所述开关控制电路与主控制电路、射频收发电路直接相连接，并受到主控制电路控制，控制射频收发电路在接收、发送两种状态中自动切换；该电路用于控制对讲机射频部分自动按照设定时隙在发送和接收状态之间转变，以适应具有中转功能的数字对讲机系统的工作需求。所述开关控制电路由定时器及开关电路组成；开关电路连接射频收发电路，定时器控制开关电路在设定的时间间隔内自动切换状态，从而间接控制射频收发电路定时切换状态。在本实施例中，定时器、开关电路使用单片机P89LPC901实现(见图7)。所述信号缓冲存储区与数字语音通信模块、主控制电路及模数转换电路相连接，受到主控制电路控制，并能与数字语音通信模块、模数转换电路相互传递数据；信号缓冲存储区的作用是在对讲机设备作为中转站时，接收到的模拟信号经过模数转换电路后，得到的数字信号将直接存储在信号缓冲存储区中，所存储的数字信号再经过数字语音通信模块的检错、纠错后，再经过模数转换电路、射频发射电路发射到中转信道。本实施例中，信号缓冲存储区亦使用单片机P89LPC901实现。此外，本实施例的主控制电路使用数字语音通信模块核心芯片可选用TMS320LC54X序列及相应外围配置电路组成，本实施例具体采用TMS3 20LC549。

通过上述数字对讲机实现的利用中转进行远距离通信的方法具体如图1～图5所示，其中图1描述了对讲机作为主叫时的软件处理流程，由图可见，主叫时，首先要预设置：主要是选择通信的信道(发送的频率)；当用户按下发送(呼出)按钮后，系统将按选定的信道向外通过协议寻找被叫对讲机；若确定能与被叫直接通信，则向其直接发送呼叫命令；如果不能与被叫直接通信，则向其余的相邻对讲机发送中转请求；在通话通路建立后，通知用户可以开始通话过程，直到用户松开呼叫按钮后，结束发送。

图2示出了对讲机作为中转对讲机时的软件处理流程，由图2可见，在接收到主叫的中转请求后，中转对讲机开始寻求与被叫的通信通路的建立，如果被叫在中转对讲机的直接通信范围内，则中转直接与被叫建立通信通路；如果中转对讲机不能直接与被叫通信，可以继续发出中转请求，要求其他对讲机建立本身与被叫之间的通信通路，此过程可以认为是逐层外推寻找被叫的过程。当本身与被叫的通信通路建立后，中转对讲机通知主叫通信通路已建立，并开始转发主叫发送的信号，直到主叫停止发送，中转对讲机亦停止中转重发信号。

图3示出了带中转功能的数字对讲机的直接通信信号流程，由图3可见，如果被叫在主叫可直接通信范围内，主叫向被叫发起直接呼叫；被叫在接收到主叫的呼叫请求后，如果条件许可进行通信，则向主叫发送确认信号，表示已经准备接收主叫的信号；主叫在接收到被叫的确认信号后，即可开始传送需要发送的语音/数据数字信号，并在发送完毕后给出结束标志，通知被叫发送结束；被叫在接收到结束信号后，返回空闲状态。

图4示出了带中转功能的数字对讲机的中转通信信号流程，由图4可见，主叫对讲机需要呼叫被叫对讲机，若与被叫移动台不能直接通信时，即向各可以中转数据的对讲机发起中转呼叫请求；各对讲机接收到主叫对讲机的中转请求后，根据自身的状态或用户的设定回应主叫对讲机；主叫对讲机从可以中转数据的对讲机中选择，并指定其为中转对讲机。中转对讲机在被指定后即开始与被叫对讲机建立通信链路，并在链路成功建立后通知主叫对讲机，由此主叫对讲机开始发送数字信号语音数据。通信结束后，主叫对讲机通知中转对讲机呼叫结束，中转对讲机在接收到该结束通知后，转而通知被叫对讲机，主叫、被叫、中转对讲机均转回初始空闲等待状态。

图5示出了对讲机处于中转状态时对数字信号的处理过程，由图5可见，对讲机通过天线接收到主叫的数字信号，并将数字信号存放到设备的数据缓冲存储区，在缓冲存储区中，系统对数据的正确性进行检验，如果发现数据有错，根据编码方法对错误进行纠正，随后在适当的时间点，将正确的数据通过天线发送到空间。

实施例2

图8示出了带中转功能的数字对讲机的组播通信信号流程，由图8可见，主叫对讲机主叫移动台将通信请求消息目的地址字段写为广播地址，发送该消息，通知相邻移动台即将发送广播呼叫，并紧随该消息开始发送数据包；主叫移动台的各相邻移动台接收到该消息后，检测到该消息为广播呼叫，如果处于空闲状态，立即转入接收状态，接收数据包，并无回应过程。主叫移动台在广播呼叫结束，数据包发送完成后，即发送目的地址字段为广播地址的广播结束消息，通知相邻移动台广播呼叫结束。各相邻移动台接收到该消息后，转为空闲状态。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种数字对讲机利用中转实现远距离通信的方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)当对讲机设备接收到用户发起的通话请求时，判断主叫对讲机是否能够与被叫对讲机直接通信；

(2)如主叫对讲机能与被叫对讲机直接通信，则主叫对讲机按照普通的通信规则与被叫对讲机建立通信；如果不能与被叫对讲机直接通信，则进入中转呼叫过程，通过其他中转对讲机进行中转，中转对讲机在接收到主叫对讲机的中转通信请求后，在本身的可通信范围内或通过继续中转的方法寻找被叫对讲机，在与被叫对讲机建立通信通路后，通知主叫对讲机通路已建立，并开始对主叫对讲机的信号进行重新发送，主叫对讲机与被叫对讲机进行间接的通信；

(3)当主叫对讲机与被叫对讲机建立起通信通路后，即通知用户可以开始通信；如果通过中转对讲机设备仍然未能连接到被叫对讲机，则判断通信失败。

2、一种数字对讲机利用中转实现远距离通信的方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)当对讲机设备接收到用户发起的通话请求时，随即在通信信道上发送广播信令，信令中包括了目的分组地址；随后开始发送通信数据，广播开始；

(2)如果对讲机设备在信道上检测到一个广播信令，而当前设备本身能够处理该信令，则转入接收广播状态，开始接收由主叫对讲机发出的数据，接收广播开始。

3、一种实现权利要求1或2所述利用中转实现远距离通信方法的数字对讲机，其特征在于：内部使用了带有中转协议的通信协议，根据对讲机设备的空间分布情况，利用数字信令在不能直接通信的主叫对讲机和被叫对讲机之间，通过若干台能与主叫、被叫对讲机分别直接通信的对讲机设备，为主叫、被叫对讲机进行数字信号的接力传输，使主叫、被叫对讲机之间进行通信。

4、根据权利要求3所述的数字对讲机，其特征在于：主叫、被叫和各中转对讲机之间利用中转通信协议建立通信链路；各中转对讲机利用时分信道工作方式，实现对信息数据的实时转发，对讲机系统将工作信道在时间上划分为若干个子信道，对讲机设备对数字数据的发送和接收在不同的子信道上分别进行。

5、根据权利要求3所述的数字对讲机，其特征在于：设置有自动切换收发状态的开关控制电路和对信号进行存储的信号缓冲存储区。

6、根据权利要求5所述的数字对讲机，其特征在于：所述开关控制电路与主控制电路、射频收发电路直接相连接，并受到主控制电路控制，控制射频收发电路在接收、发送两种状态中自动切换。

7、根据权利要求6所述的数字对讲机，其特征在于：所述开关控制电路由定时器及开关电路组成，开关电路连接射频收发电路，定时器控制开关电路在设定的时间间隔内自动切换状态，间接控制射频收发电路定时切换状态。

8、根据权利要求5所述的数字对讲机，其特征在于：所述信号缓冲存储区与数字语音通信模块、主控制电路及模数转换电路相连接，受到主控制电路控制，并与数字语音通信模块、模数转换电路相互传递数据。

9、根据权利要求3所述的数字对讲机，其特征在于：数字语音通信模块核心芯片采用TMS320LC54X序列及相应外围配置电路组成。

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