專利名稱：一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數字對講機，特別涉及一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機。
背景技術：
模擬對講機是將儲存的信號調制到對講機傳輸頻率上。數字對講機是采用數字技術進行設計的對講機。數字對講機是將語音信號數字化，以數字編碼形式傳播，也就是說，對講機傳輸頻率上的全部調制均為數字。數字對講機存在諸多優點，例如，可以在一條指定的信道上如25KHz裝載更多用戶，提高頻譜利用率，這是一種解決頻率擁擠的解決方案，具有長遠的意義。模擬對講機較 數字對講機出現的早，成熟的技術，加上價格上的優勢，使得數字對講機在現階段還無法完全替代模擬對講機的地位。因此，數字對講機要想完全取代模擬對講機，需要國家政策上的支持，和市場的認可。在數字對講機內，兼容模擬方式，實現數字和模擬混合接收，對于未來的對講機轉型，是很好的助推劑。在模擬語音中加入亞音頻，是區分模擬通話和數字通話的重要方法。CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System),連續語音控制靜噪系統，俗稱亞音頻，是一種將低于音頻頻率的頻率(67Hz-250. 3Hz)附加在音頻信號中一起傳輸的技術。因其頻率范圍在標準音頻以下，故稱為亞音頻。還有一種數字亞音頻，數字亞音頻的英文名稱(Coutinus Digital ControlledSquelech System)其中文含義是連續數字編碼靜噪系統，簡稱為⑶CSS。數字亞音頻和亞音頻作用相同，區別在于它是以數字編碼方式和音頻信號一起傳輸的。CTCSS和CDCSS都是屬于國際通用信令標準。CTCSS的頻率范圍從67. OHz 250. 3Hz共有38個標準碼，由01 38的每個代碼都有相對應的頻率，如代碼01對應頻率為67. OHz。而⑶CSS數字亞音頻一般都是104組碼。目前，不同的生產廠家的設計方案各自具有不同的技術特征，不同的設計方案獲得的效果也不同，目前數字對講機市場尚未有支持51個CTCSS碼，并可以單獨設置CTCSS/CDCSS頻偏的數字與模擬混合接收功能的數字對講機出現，文獻中也尚未有此類技術的報道。
發明內容本實用新型的目的就是為根據現有技術的情況，提供一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機，通過借助模擬亞音頻CTCSS和數字亞音頻CDCSS技術，實現數字呼叫和模擬呼叫的識別，從而實現數字和模擬的混合接收。本實用新型是通過這樣的技術方案實現的一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機，其主電路包括發射電路和接收電路，其特征在于所述接收電路由語音編解碼芯片、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252構成；[0010]所述接收電路的模擬接收硬件由語音編解碼芯片內部的解調增益器、語音編解碼芯片內的右路ADC、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252內的低通濾波器2、高通濾波器
2、去加重模塊、模擬解調線性增益器、語音編解碼芯片內的左路DAC和語音編解碼芯片內的左路DAC放大器依次連接構成；所述接收電路的數字接收硬件由語音編 解碼芯片內部的解調增益器、語音編解碼芯片內的右路ADC、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252內的數字解調線性增益器、4FSK解調器、解析器、信道解碼器、解密模塊、信源解碼器、語音編解碼芯片內的左路DAC和語音編解碼芯片內的左路DAC放大器依次連接構成。本實用新型有益效果通過借助模擬亞音頻CTCSS/⑶CSS技術，實現數字呼叫和模擬呼叫的識別，在解碼的階段，前20ms的時間內，對編碼進行模擬解調，從中提取CTCSS碼，如果未提取到CTCSS碼，則將該編碼進行數字解調，轉為數字接收狀態。如果提取到CTCSS碼，并與本機設定的CTCSS碼一致，那么轉為模擬接收狀態；從而實現數字和模擬的混合接收。本實用新型提高了頻譜利用率，這是一種解決頻率擁擠的解決方案，具有長遠的意義。
圖I、模擬信號發射電路框圖；圖2、模擬信號接收電路框圖；圖3、數字信號接收電路框圖；圖4、數字模擬信號混合接收流程框圖；圖5、DDS算法基本框圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細描述本實用新型實施例CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System),連續語音控制靜噪系統，俗稱亞音頻，是一種將低于音頻頻率的頻率(67Hz-250. 3Hz)附加在音頻信號中一起傳輸的技術。因其頻率范圍在標準音頻以下，故稱為亞音頻。還有一種數字亞音頻，數字亞音頻的英文名稱(Coutinus Digital ControlledSquelech System)其中文含義是連續數字編碼靜噪系統，簡稱為⑶CSS。數字亞音頻和亞音頻作用相同，區別在于它是以數字編碼方式和音頻信號一起傳輸的。CTCSS和CDCSS都是屬于國際通用信令標準。CTCSS的頻率范圍從67. OHz 250. 3Hz共有38個標準碼，由01 38的每個代碼都有相對應的頻率，如代碼01對應頻率為67. OHz0而⑶CSS數字亞音頻一般都是104組碼。如圖I所示，模擬信號發射電路框圖從MIC采集的模擬信號，經音頻編解碼芯片的調制增益器放大，以24KHz采樣率進行量化。下面介紹芯片內部框圖中各個功能部件I. HPF1，高通濾波器，濾除300Hz以下非音頻信號。2. Pre-emphasis,預加重濾波器，6dB/0ctave。[0026]3. ANA-TX GAIN，線性增益器，16bit增益設置。4. LIMITER，濾波器，限制最大頻偏，針對大信號。5. LPFl，低通濾波器，2. 55KHz 或者 3KHz。6. ANA-MOD GAIN，線性增益器，16bit增益設置。7. CTCSS GEN, CTCSS 生成器，產生 CTCSS 混頻。8. CDCSS GEN, CDCSS 生成器，產生 CDCSS 混頻。9. DIG-L GAIN，左通道線性增益器。10. DC-0FFSET-L,左通道直流偏置設置，增加直流成分。11. DIG-R GAIN，右通道線性增益器。12. DC-0FFSET-R，右通道直流偏置設置，增加直流成分。發射兩點調制，兩點的幅度可設置，通過語音編解碼器的DAC輸出給左右通道。如圖2所示，模擬信號接收電路框圖從射頻電路采集到的模擬信號，經音頻編解碼芯片解調增益器、再由語音編解碼芯片內的右路ADC進行模數轉換，模擬信號轉換為數字化音頻信號，然后送入數字對講機基帶信號處理芯片(SCT3252);下面介紹芯片內部框圖中各個功能部件I. LPF2，低通濾波器2，濾除3000Hz以上的信號。2. HPF2，高通濾波器2，通過300Hz以上的音頻信號。3. DE-EMPHASIS，去加重濾波器，6dB/0ctave。4. LPF3，CTCSS 低通濾波器 3。5. LPF4，CDCSS 低通濾波器 4。6. ANA-RX GAIN，模擬解調線性增益器。通過語音編解碼器的左通道DAC輸出給左通道。如圖3所示，數字信號接收電路框圖從射頻電路采集到的模擬信號，經音頻編解碼芯片解調增益器送入數字對講機基帶信號處理芯片(SCT3252);下面介紹芯片內部框圖中各個功能部件I. DIG-DEMOD GAIN，數字解調線性增益器。2. 4FSK解調器，解析4FSK信號。3. DEPACK，解析器，根據協議格式，移除無用的頭信息，提取協議內容。4. PROTOCOL STACK，協議棧內容。5. DFEC，信道解碼器(模塊)，移除冗余編碼信息位。6. DECRYPT，解密模塊，還原加密的數據。7. Vocoder,信源解碼器(Vocoder),還原語音數據。通過語音編解碼器的左DAC輸出給左通道音量增益器。在對講機設計中采用亞音頻技術其原始目的是避免不同用戶的相互干擾，避免收聽無關的呼叫和干擾信號。因為它可以在共同信道中制止來自其它用戶的話音和信令干擾，故也稱為音鎖(Tone Lock)。當對講機的發射機發送話音信號的同時，伴隨著發射機不斷發出亞音頻連續信號，經調制后在同一信道發射出去。當接收機收到載波信號和亞音頻信號后進行調解。亞音頻信號經過濾波器整形輸入CPU中進行解碼，與本機預置的CTCSS/CDCSS碼進行比較識別以決定是否開啟靜噪電路，只有相同的亞音頻碼時，靜噪電路音頻輸出才能打開通過揚聲器發出聲音。因此它可以在共用信道中制止來自其它用戶的無用話音和其它信令干擾。所以可以說它是通過亞音頻(數字亞音頻)信令編碼解碼來提高通信網絡抵御外界干擾能力并解決非網絡用戶入網的信令識別系統。同時CTCSS/CDCSS具有選擇呼叫功能，利用連續單音頻編碼(數字編碼)進行選擇呼叫，并始終和傳輸話音信號同時進行也是當前最有效的選呼方式。主呼叫只要按PTT就能發出群呼或全呼，當對講機通話結束后也無需按鍵掛機，較之以電話互連方式人工編碼選呼(DTMF)要簡單、方便、快捷的多。在模擬語音中加入亞音頻，是區分模擬通話和數字通話的重要方法。我們利用模擬亞音頻CTCSS/CDCSS技術，實現數字呼叫和模擬呼叫的識別。在解碼的階段，前20ms的時間內，對編碼進行模擬解調，從中提取CTCSS/CDCSS碼，如果未提取到CTCSS/CDCSS碼，則將該編碼進行數字解調，轉為數字接收狀態。如果提取到CTCSS/CDCSS碼，并與本機設定的 CTCSS/⑶CSS碼一致，那么轉為模擬接收狀態。從而實現數字和模擬的混合接收。CTCSS/⑶CSS的技術指標要求是較高的，應符合電子工業協會(EIA)的標準。一般要求亞音頻頻率穩定度誤差小于±1%，標準亞音頻單音頻偏為0. 5KHz±20%，標準話音頻偏3KHz，最大頻偏5KHz ;單音靜噪靈敏度在接收機輸出信噪比為8db時能可靠工作。CDCSS與CTCSS有些技術是相似的。數字亞音頻編碼是根據亞音頻速率進行直流變化的二進制信號，它和CTCSS最大的區別是在每次發射結束后能自動地發出一個134Hz音調作為“關閉碼”(一種抑制噪音拖尾的方式)。⑶CSS比CTCSS的編解碼速度更快，誤碼率也更低。同時其組碼達104個，使其在同一信道中可擁有更多的用戶量。我們的對講機可以設置打開或者關閉模擬亞音頻功能，只有在這項功能打開時，才能實現模擬和數字的混合接收。數字接收和模擬接收同時進行。從射頻電路采集到的模擬信號，經語音編解碼器DEMOD增益器。然后的處理過程是如何區分模擬和數字的關鍵I. 前20ms數據送到低通濾波器2 (LPF2);2. 之后進入低通濾波器3 (LPF3 )，提取CTCSS碼；3. 同時進入低通濾波器4 (LPF4 )，提取CDCSS碼；4. 根據是否解析出CTCSS/CDCSS，進入判決；5. 如果沒有解析出CTCSS/⑶CSS，那么進入數字處理環節，同時控制通道開關聯通數字通道；6. 數字通道按照數字接收流程處理，解析；通過語音編解碼器的左DAC輸出給左通道。如圖4中所示數字模擬信號混合接收流程框圖，數模混合模式下，解析出數字和模擬的速度快慢，關鍵是LPF3和LPF4算法的好壞。按照如下公式，優化計算模擬亞音頻的因子，al = round (2048 * sqrt (I.9990 * (1-cos (2*w0))))a2 = round (_2047*2~9 * cos (wO)) + 2'20wO根據用戶設定的CTCSS頻率值計算得出，fO=CTCSS亞音頻頻率值，通過公式wO = f0/1909. 9[0076]例如如果CTCSS頻率是67Hz，因子為al = round (2048*sqrt (I.9990 * (1-cos (2*67/1909.9)))) = 144a2 = round ((_2047*2~9 * cos (67/1909. 9))) + 2'20 = 1157如果接收到的CTCSS經過處理之后，因子匹配，那么MCU打開靜噪，播放聲音。否則轉到數字接收流程。亞音頻需要產生高精度的規定頻率的正弦波，同時必須具有頻率穩定和調整方便的特點，所以在設計中我們采用了 DDS算法。DDS (Direct Digital Frequency Synthesis)是一種把一系列數字信號通過 D/A轉換器轉換成模擬信號的數字合成技術。它有查表法和計算法兩種基本合成方法。由于ROM查詢法結構簡單，只需要在ROM中存放不同相位對應的幅度序列，然后通過相位累加器的輸出對其尋址，經過數/模轉換和低通濾波(LPF)輸出便可以得到所需要的模擬信號。這里，選用ROM查表法。DDS技術實質上是實現了一個數字分頻器的功能。對于一個周期的正弦波連續信號，可以沿其相位軸方向，以等量的相位間隔對其進行相位/幅度采樣，得到一個周期性的正弦信號的離散相位的幅度序列，對模擬幅度進行量化后的幅值采用二進制數據編碼，這樣就把一個周期的正弦波連續信號轉換成一系列離散的二進制數字量，然后存入存儲器RAM中，每個存儲器單元的地址即是相位取樣地址，存儲單元的內容是已經量化了的正弦波幅值。一個這樣的只讀存儲器構成了一個與2 周期相位取樣對應的正弦波函數表。DDS的基本原理如圖5所示。它主要由標準參考頻率源、相位累加器、波形存儲器和數/模轉換器構成。如圖5所示DDS算法基本框圖，在時鐘脈沖的控制下，頻率控制字K由累加器得到相應的相碼。相碼尋址波形存儲器進行相碼一幅碼變換輸出不同的幅度編碼，經過數/模變換器得到相應的階梯波，最后經過低通濾波器對階梯波進行平滑，即得到由頻率控制字K決定的連續變化的輸出波形。相位累加器是實現DDS的核心，它由一個N位字長的二進制加法器和一個由固定時鐘脈沖取樣的N位相位寄存器組成，在每個時鐘脈沖到達時，相位寄存器采用上個時鐘周期內相位寄存器的值與頻率控制字K之和，并作為相位累加器在這一時鐘周期的輸出。我們借助DDS算法在發射時添加亞音頻，并通過音頻鎖相環監測CTCSS碼，從而監測模擬語音數據，根據20ms監測結果，如果不符合，立即轉入數字接收流程，從而實現了數字模擬混合接收的功能。根據上述說明，根據上述說明，結合本領域技術可實現本實用新型的方案。
權利要求1.一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機，其主電路包括發射電路和接收電路，其特征在于所述接收電路由語音編解碼芯片、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252構成， 所述接收電路的模擬接收硬件由語音編解碼芯片內部的解調增益器、語音編解碼芯片內的右路ADC、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252內的低通濾波器2、高通濾波器2、去加重模塊、模擬解調線性增益器、語音編解碼芯片內的左路DAC和語音編解碼芯片內的左路DAC放大器依次連接構成； 所述接收電路的數字接收硬件由語音編解碼芯片內部的解調增益器、語音編解碼芯片內的右路ADC、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252內的數字解調線性增益器、4FSK解調器、解析器、信道解碼器、解密模塊、信源解碼器、語音編解碼芯片內的左路DAC和語音編解碼芯片內的左路DAC放大器依次連接構成。
專利摘要本實用新型涉及一種數字與模擬混合接收功能的數字對講機，接收電路由語音編解碼芯片、數字對講機基帶信號處理芯片SCT3252構成；通過借助模擬亞音頻CTCSS/CDCSS技術，實現數字呼叫和模擬呼叫的識別，在解碼的階段，前20ms的時間內，對編碼進行模擬解調，從中提取CTCSS碼，如果未提取到CTCSS碼，則將該編碼進行數字解調，轉為數字接收狀態，如果提取到CTCSS碼，并與本機設定的CTCSS碼一致，那么轉為模擬接收狀態；從而實現數字和模擬的混合接收，本實用新型提高了頻譜利用率，這是一種解決頻率擁擠的解決方案，具有長遠的意義。
文檔編號H04Q5/24GK202503629SQ20122010626
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者劉武超, 康保亮, 張財元, 張鍵, 李輝輝, 王偉, 黃振華 申請人:天津七一二通信廣播有限公司