主頁（http://www.130131.com）：對講機模轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)與具體實現(xiàn)

目前,專業(yè)無線通信領(lǐng)域中的對講機及轉(zhuǎn)信臺產(chǎn)品仍大多采用模擬通信技術(shù),這與公眾無線通信在十幾年之前就已廣泛采用數(shù)字通信技術(shù)形成鮮明對比。究其原因,主要在于模擬對講機及轉(zhuǎn)信臺產(chǎn)品在過去已能滿足人們對專業(yè)對講功能的大部分需求。但是,隨著信息化時代的發(fā)展,人們?nèi)找嫫惹械匾�求對講機具有諸如話音加密、數(shù)據(jù)傳輸、遠程監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)調(diào)度等功能,而且要求進一步提高無線頻譜的利用率(信道間隔由過去的25kHz到現(xiàn)在的12.5kHz以及6.25kHz),數(shù)字通信技術(shù)在對講機及轉(zhuǎn)信臺等相關(guān)產(chǎn)品中的應(yīng)用也就迫在眉睫了。

一、概述

根據(jù)工業(yè)和信息化部在2009年12月12日發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關(guān)于150MHz 400MHz 頻段專用對講機頻率規(guī)劃和使用管理有關(guān)事宜的通知》(稱為“666號文件”),我國自2011年1月1日起,停止對該頻段內(nèi)模擬對講機設(shè)備的型號核準,并自2010年1月1日起的6年內(nèi)完成模擬對講機向數(shù)字對講機的過渡;同時規(guī)定“150MHz、400MHz專用對講機信道間隔由25kHz調(diào)整為12.5kHz,每信道可安排一或兩個時隙;其中,150MHz頻段雙頻使用方式收發(fā)頻率間隔為5.7MHz,400MHz頻段雙頻使用方式收發(fā)頻率間隔為10MHz�！�

目前,我國尚未確立相關(guān)的數(shù)字對講機行業(yè)標準,因此就給我國對講機行業(yè)的各個企業(yè)掌握數(shù)字對講機的若干關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)造了時機。但是,縱觀我國模擬對講機產(chǎn)業(yè)的相關(guān)企業(yè),除了個別企業(yè)在幾年前就已經(jīng)開始研發(fā)數(shù)字對講機之外,大部分公司并不具備研發(fā)數(shù)字對講機關(guān)鍵技術(shù)的條件。

本文旨在通過介紹數(shù)字對講機中的關(guān)鍵技術(shù)以及一種由模擬對講機改造升級為數(shù)字對講機的實現(xiàn)方案,來供我國其他相關(guān)企業(yè)研發(fā)或生產(chǎn)數(shù)字對講機提供借鑒之用。

二、數(shù)字對講機中的關(guān)鍵技術(shù)

在傳統(tǒng)的模擬對講機中,傳輸?shù)脑捯粜畔⑹悄�擬話音信息,基帶帶寬范圍是300Hz~3400Hz,調(diào)制方式采用FM,接收端采用超外差式接收機結(jié)構(gòu),信道間隔是25kHz或12.5kHz。而在數(shù)字對講機中,關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾項：1)低速話音編碼技術(shù)(簡稱為“聲碼器技術(shù)”);2)數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù);3)信道編解碼技術(shù);4)無線通信協(xié)議棧相關(guān)技術(shù)。通信過程中的信息流如下圖所示：

圖1 數(shù)字對講機中的話音信息流程示意圖

上圖中,話音的加解密功能是可選的,而且根據(jù)用戶對加密強度的不同需求也可以實現(xiàn)不同的加密方式。

以下分別介紹上述的四項關(guān)鍵技術(shù)。

1、低速話音編碼技術(shù)(以下簡稱聲碼器技術(shù))

所謂話音編碼技術(shù)是指將模擬話音信號經(jīng)過采樣、量化和編碼之后以“數(shù)字信號”形式所保存的人類話音信息。衡量話音編碼技術(shù)的好壞主要在于對話音進行編碼然后又經(jīng)過譯碼之后的話音的清晰度和自然度,業(yè)界公認采用MOS分來評價某種編碼方式的優(yōu)劣。

話音編碼技術(shù)主要分為兩類：波形編碼和參數(shù)編碼,前者是直接對模擬的話音波形進行編碼(如：A律或u律的PCM編碼)而后者則是人們基于聲道數(shù)學(xué)模型所進行的編碼(如：GSM標準中所采用的話音編碼技術(shù))。

由于目前專業(yè)無線通信系統(tǒng)的信道間隔僅為25kHz或12.5kHz,實際用于無線傳輸?shù)膸�寬更�?無線傳輸速率也就較低,因此這就要求采用低速話音編碼技術(shù),諸如GSM系統(tǒng)中所采用的13kbps的話音編碼技術(shù)顯然無法在數(shù)字對講機中使用。從本質(zhì)上來說,低速話音編碼技術(shù)是一種利用話音的冗余度而進行的信息壓縮技術(shù)。目前,已為業(yè)界所認可的低速話音編碼技術(shù)包括DVSI公司的AMBE技術(shù)(主要產(chǎn)品包括AMBE-1000、AMBE-2000和AMBE-3000及相關(guān)軟件產(chǎn)品)和國內(nèi)某些單位所研制的聲碼器技術(shù),這些技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)600bps、1.2kbps、2.4kbps、3.6kbps和4.8kbps的低速聲碼器。

2、數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)

數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)主要有ASK、FSK、PSK和QAM幾大類。衡量這些調(diào)制技術(shù)的指標主要是頻率效率和功率效率。由于FSK相關(guān)技術(shù)具有“恒包絡(luò)”之特性,故其具有高的功率效率,這對于依賴電池供電的對講機產(chǎn)品來說尤為重要。

目前,專業(yè)無線通信中采用的FSK調(diào)制技術(shù)主要是MSK、GMSK、2FSK和4FSK幾種,其中MSK和GMSK是兩種特殊的2FSK技術(shù)。MSK是最小頻移鍵控調(diào)制技術(shù),其信號相較普通的FSK信號具有相位連續(xù)性。GMSK則是在MSK的基礎(chǔ)上通過引入Gaussian濾波器而進一步降低信號帶寬的調(diào)制方式。

在實際應(yīng)用中,MSK信號一般用于傳輸?shù)退贁?shù)字信號,而GMSK則已在GSM公眾無線系統(tǒng)和TETRAPOL、AIS等專業(yè)無線通信系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。4FSK調(diào)制技術(shù)則在最近的ETSI之DMR/dPMR標準中獲得應(yīng)用。

目前已研制成功的數(shù)字對講機中,主要采用了兩種調(diào)制解調(diào)方式：GMSK和4FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

3、信道編解碼技術(shù)

如前所述,聲碼器技術(shù)主要利用話音信息的冗余度而進行信息壓縮,而信道編碼則是通過增加冗余度來對抗無線信道引入的誤碼。常用的信道編碼方式主要有分組編碼和卷積編碼兩種,它們適用的場合各不相同,對于短的信息幀結(jié)構(gòu)來說比較適合采用分組碼,而當(dāng)信息幀長度達到幾百甚或幾千比特時,卷積編碼則更有優(yōu)勢。

在無線數(shù)字對講機技術(shù)中,由于主要業(yè)務(wù)是話音信息而話音幀一般都是短幀,因此我們公司目前主要采用分組碼的編碼方式來對抗無線信道誤碼。

4、無線通信協(xié)議棧相關(guān)技術(shù)

在傳統(tǒng)的模擬對講機中,通信雙方很少有復(fù)雜的信令傳輸和交互,只有簡單的模擬或數(shù)字亞音頻信令系統(tǒng)。而在數(shù)字對講機中,情形則完全不同,通信雙方可進行復(fù)雜的信令交互來完成以前模擬對講機根本不可能實現(xiàn)的功能,這就是無線通信協(xié)議棧所應(yīng)完成的主要任務(wù)。

目前,數(shù)字對講機產(chǎn)品中已經(jīng)實現(xiàn)的功能包括通話雙方ID的傳輸和顯示、單呼、組呼、全呼、話音加密、遠程監(jiān)控等。

三、已研制成功的數(shù)字對講機技術(shù)方案介紹

在將模擬對講機升級為數(shù)字對講機時,設(shè)計方案主要遵循如下幾個原則：

Ø 模擬信號與數(shù)字信號自動識別、自動適應(yīng);

Ø 傳輸速率盡量低,使得無線通信距離優(yōu)于或等于相同條件下的模擬對講機之無線通信距離;

Ø 占用的信道帶寬盡量小,使得現(xiàn)有的模擬轉(zhuǎn)信臺不作改動或稍作改動即可實現(xiàn)對數(shù)字對講機信號的轉(zhuǎn)發(fā),以進一步擴大無線通信距離;

Ø 話音質(zhì)量的清晰度要好,自然度可以較模擬話音稍差;

Ø 在將模擬對講機改造升級為數(shù)字對講機時簡單易行,只需必要的音頻信號和控制信號即可而無須更改原模擬對講機電路;

Ø 數(shù)字話、模擬話自適應(yīng)兼容,原有的模擬對講機仍然可以與改造后的數(shù)字對講機進行通信。

基于上述原則,可考慮下述數(shù)字對講機設(shè)計方案：

圖2 模擬對講機升級為數(shù)字對講機的實現(xiàn)框圖

從上圖可以看出,設(shè)計方案中,除了可以實現(xiàn)數(shù)字對講機的功能之外,還具有以下功能：

Ø 實時錄音,錄音時間長達75分鐘,可查詢什么時刻開始通話及講話雙方的ID號;

Ø 利用加速度傳感器實現(xiàn)倒地報警;

Ø 數(shù)字話音、模擬話音自適應(yīng)功能。

上述方案已成功地應(yīng)用于MOTOROLA的GP328/GP338系列模擬對講機升級為數(shù)字對講機。同時,改造升級之后的數(shù)字對講機和MOTOROLA的MOTOTRBO(DMR)對講機進行了對比測試,測試結(jié)果表明：在相同的條件下,改造的數(shù)字對講機無論在話音質(zhì)量還是在無線通信距離上均不遜于MOTOTRBO對講機,在無線通信距離上甚至略優(yōu)于MOTOTRBO對講機。

四、結(jié)束語

我國的數(shù)字對講機產(chǎn)業(yè)隨著工信部“666號文件”的發(fā)布而剛拉開帷幕,作者真誠希望我國的廣大對講機生產(chǎn)廠家能夠及早掌握數(shù)字對講機的關(guān)鍵技術(shù),從而為我國最終確定具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字對講機標準奠定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),推動我民族產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升。