先进的数字对讲机公共平台

郭荣新　林兴龙

摘 要：在“模转数”的特殊时期，针对目前多功能数字对讲机领域的空白，以ST3258为核心芯片，以当前较为成熟的WiFi技术、蓝牙技术、北斗/GPS技术构造一个具有模块化、多功能的数字对讲机公共平台，实现数字对讲机多制式兼容、多模式无线数字语音通信、北斗/GPS数据通讯、支持主控端调度、接受远程监控及数字语音加密、语音录放音、无线数传、中继和集群为附加功能的多功能整合。

关键词：数字对讲 WiFi技术 蓝牙技术 北斗/GPS技术 模块化 多功能 通用数字对讲机平台

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0250-03

对讲机通信目前是我国最主要的专用无线通信系统，它已广泛应用于国民经济各部门和人们生活各个领域，对各个行业的发展作出了巨大的贡献，因其具有免通信费、高数据率、自动组网等其它通信设备无法代替的优点仍会长期存在并不断发展。但是，目前市场上的大部分对讲机仍延用几十年来的传统，其功能单一，除了对讲通话之外，鲜有其他实用性功能，局限了其使用领域。与此同时，过度紧张的频谱资源也导致了对讲机的局限性。因此，提供具有创新性、实用性的多功能高端通信设备来满足各种需求，特别是具有互通互联的通信功能要求日益迫切。2013年底，我国首款具有自主知识产权的多制式数字对讲机芯片ST3258在中国问世，其旨在推动国内通信对讲行业的发展，是国内无线电通信领域的又一次突破。

平台以ST3258为核心芯片，构建多模数字对讲机公共平台。通过嵌入WiFi通信协议[1]、蓝牙通信协议[2]使数字对讲摆脱传统对讲模式对日益趋于紧张的频谱资源的依赖，实现基于WiFi无线网络和蓝牙技术的功能数字对讲，实现IP互通互联。平台所具有的北斗/GPS定位功能[3]，保证后台终端简单清晰、快速有效地确认和监督每位成员的具体位置及统一指挥、协调、调度，大大提高了整个团队的工作效率及人身安全系数同时也完善了整个生产过程或活动的有效监控机制。在引入新型通信渠道进行数字对讲的基础上，融合数字语音加密、语音录放音、无线数传、中继和集群[4]等附加功能提高平台的附加值，以及拓展其使用范围。平台的硬件均为模块化结构设计使平台具备开放性，便于系统升级和进一步的功能扩展，从而能够适用于更多的领域。

1 WiFi无线通信技术

设计中嵌入的WiFi无线通信协议能够完全兼容当前无线通信的三种主流标准：IEEE802.11b、IEEE802.11n、 IEEE802.11g，其发射功率不超过100 mw。WiFi无线技术通过展频技术、扩频技术、调频技术使得数据传输过程能够更大程度上抗干扰，同时接收方对所收到数据进行的Error Checking（侦错）操作，确保了传输数据的正确性，若发现收到的数据中不符合侦错算法的内容，那么就会使用一定的措施来修复该错误，例如：要求发送方重新发送被侦察到的错误位。收发双方每次接受通信前都会有3次“握手”的过程[5]，这3次“握手”可以保证传送数据的双方能在可靠的连接下进行通信，从而达到设备之间的互通性和资源共享。

2 蓝牙通信技术

蓝牙无线通信以2.4 GHz的频段为工作频段，以时分双工传输方案实现全双工数据传输，具备功耗低、灵活性高、可靠性强等优势。该技术以快速确认和调频方案确保了链路的稳定，其采用的调频技术中基于“伪随机码”的快速信道跳变使得蓝牙的稳定能够优于其他系统。与此同时，FEC（Forward Error Correction，前向纠错）技术[6]抑制了长距离链路的随机噪声，使得数据传输过程更加可靠和更加稳定。基于蓝牙技术的无线发射机采用FM调制方式，也降低了设备的复杂性，其数据传输过程采用数据包的形式按一定时隙传送。

3 先进的数字对讲机公共平台系统结构

先进的数字对讲机公共平台结构如图1所示，主要分为7部分：MCU系统、蓝牙模组、IP互联模组、三联模块、北斗/GPS模块、发射模块、接收模块。

4 技术路线及性能指标

4.1 技术路线

通过大量的前期市场、技术调研确定平台的设计方案及性能指标，设计包括发射模块、接收模块等在内的独立性模块，各模块单独测试达到规定的性能指标，并采用统一接口将各模块化的电路与主控系统形成模块化的功能平台，实现多模式数字对讲及其附加功能。最后整合平台完成整体的测试与完善[7]。（见图2）

4.2 发射机指标

（1）输出功率：Hi=5 W；Lo=2 W；

（2）发射电流：Hi=1.2 ALo=0.6 A；

（3）调制失真：≤3%；

（4）调制限制：W≤5 kHz；N≤2.5 kHz；

（5）杂散辐射：≤1 μW；

（6）调制方式：4 FSK；

（7）邻道功率：≤-65 dBm。

4.3 接收機指标

（1）参考灵敏度：≤0.165 μV（12 dB SINAD）；

（2）额定功率：>500 mW；

（3）最大功率：≥800 mW；

（4）音频失真：≤3%；

（5）邻道选择性（宽带，窄带）：≥65 dB，

≥ 60dB；

（6）互调抗干扰（宽带，窄带）：≥60 dB，

≥55 dB；

（7）信噪比：≥45 dB；

（8）接收阻塞：≥85 dB。

4.4 蓝牙指标

（1）降噪性能：35 dB；

（2）接收灵敏度：≥-90 dBm；

（3）工作电流：≤20 mA。

4.5 GPS指标

（1）灵敏度（捕获，追踪）：≤-150 dBm，

≤-155 dBm；

（2）冷启动：≤50 s；

（3）热启动：≤5 s；

（4）定位精度：≤5 m。

5 先进数字对讲机公共平台的创新

5.1 理论创新

（1）高效的抗干扰技术。利用语音去噪算法和语音增强技术，使处于复杂噪声干扰环境下的数字对讲设备具有优质的语音传输质量。

（2）具备宽窄带兼容，内置调制解调，可支持综合通讯能力。

（3）独特的数字语音加密算法让无线语音通信更加的安全。

5.2 应用创新

（1）多制式通信方式；

（2）多模式定位方式；

（3）多种声码器自适应切换方式。

（4）IP互联互通，即采用WiFi技术、蓝牙技术与互联网技术实现真正意义的网络化的中继和集群功能。

5.3 技术创新

（1）目前市面上大部分集群对讲设备为模拟设备为主（包括对讲机、车载台等），仅有个别大企业具备数字对讲设备的研发能力，同时现有数字对讲设备由于使用的均是国外核心技术方案，因此，开发难度大、周期长，束缚了该项技术在国内的发展。该方案突破了数字对讲设备的技术瓶颈，降低了设计门槛和成本，有利于大规模产业化。

（2）现有数字对讲设备大多采用欧洲的DMR模式，其价格昂贵，然而我们的方案可根据实际需求，实现三模通信，即在不改变任何硬件的基础上灵活切换三种通信协议兼容的工作模式：模拟通信、dPMR（价格低廉）和DMR，实现多协议模式的兼容，增强了设备的可扩展性及应用面。

（3）具备北斗/GPS/北斗双模网络定位功能。设备的准确定位对于建立对讲通信和应急通信具有十分重要的作用。（4）具有后台管理软件，能够将数字对讲设备网络化，实现超远距离的无线通信网络。

5.4 工艺创新

现有的数字对讲设备方案中声码器采用硬件（固件）模块加入模式，一旦要更换声码器整个硬件系统都要重新设计或者重新架构软件版本，增加了开发周期，不利于系统的更新换代，可扩展性差，我们的方案使用国内自主研发的ST3258芯片，该芯片可支持多种声码器模式，并将声码器移植到处理器当中，可在原有硬件基础上随时更换声码器版本，有利于生产厂家对产品的更新换代，可以大大缩短产品的上市周期。

5.5 结构创新

（1）结构上该方案设计出的产品为数字对讲机公共平台；该平台将设计成公板结构和公共模块结构，可以让对讲机厂家根据用户需求，在最短时间内实现产品的研发以及更新换代。

（2）备RS232通信接口，可外接多种传感器，有利于方便设备间的信息传递。

（3）具备USB HOST功能，以便今后能够使用U盘对原有设备进行程序升级，便于算法移植。

6 结语

该文实现了一种先进的数字对讲机公共平台的设计，以国产ST3258为核心芯片。实现了基于多功能的数字对讲功能。通过分析与测试，本平台同时具有多制式、WiFI/蓝牙、IP互联和北斗/GPS定位功能，符合高端通信设备、高端装备智能化、多功能化的要求，应用范围更为广泛，一方面打破了摩托罗拉等国际巨头对高端对讲机的垄断，一举填补了国内在该类型产品核心技术自主研发的空白。项目产品能为生产作业中最为重要的通信装备提供保障，在提升安全生产通信装备水平的同时，亦有助于推动对讲机行业的升级换代。

参考文献

[1] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WIFI功能研究与设计[D].上海：华东师范大学，2009.

[2] 朱俊德.蓝牙核心技术[M].机械工业出版社，2008.

[3] Elliott D.Kaplan，著.GPS原理與应用[M].邱致和，王万义，译.电子工业出版社.2002.

[4] 邵汝峰.现代通信网[M].北京师范大学出版集团，2009.

[5] 温晓军，文光斌.基于IEEE802.11标准的无线局域网组网方案[J].计算机应用研究，2002（3）：120-122.

[6] 朱刚.蓝牙技术原理与协议[M].北方大学出版社，2002.

[7] 程世海，杨立民.数字双向对讲机的发展前景[J].信息技术，2001（2）：44-45.