本发明涉及数字与模拟混合接收功能的数字对讲机,接收电路由语音编解码芯片、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252构成,通过借助模拟亚音频CTCSS/CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别,在解码的阶段,前20ms的时间内,对编码进行模拟解调,从中提取CTCSS码,如果未提取到CTCSS码,则将该编码进行数字解调,转为数字接收状态,如果提取到CTCSS码,并与本机设定的CTCSS码一致,那么转为模拟接收状态;从而实现数字和模拟的混合接收,本发明提高了频谱利用率,这是一种解决频率拥挤的解决方案,具有长远的意义。
1.数字与模拟混合接收功能的数字对讲机,其主电路包括发射电路和接收电路,其特征在于:所述接收电路由语音编解码芯片、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252构成,通过借助亚音频CTCSS/CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别,在解码的阶段,前20ms的时间内,对编码进行模拟解调,从中提取CTCSS/CDCSS码,如果未提取到CTCSS/CDCSS码,则将该编码进行数字解调,转为数字接收状态,如果提取到CTCSS/CDCSS码,并与本机设定的CTCSS/CDCSS码一致,那么转为模拟接收状态,从而实现数字和模拟的混合接收;xa0xa0xa0xa0所述接收电路的模拟接收硬件由语音编解码芯片内部的解调增益器、语音编解码芯片内的右路ADC、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内的低通滤波器2、高通滤波器2、去加重模块、模拟解调线性增益器、语音编解码芯片内的左路DAC和语音编解码芯片内的左路DAC放大器构成;xa0xa0xa0xa0所述接收电路的数字接收硬件由语音编解码芯片内部的解调增益器、语音编解码芯片内的右路ADC、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内的数字解调线性增益器、4FSK解调器、解析器、信道解码器、解密模块、信源解码器、语音编解码芯片内的左路DAC和语音编解码芯片内的左路DAC放大器构成;xa0xa0从射频电路采集到的模拟信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器放大,再由语音编解码芯片内的右路ADC进行模数转换,模拟信号转换为数字化音频信号,然后送入数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内部的低通滤波器2滤除3000Hz以上的信号,再将300Hz以上的数字化音频信号通过高通滤波器2送入去加重滤波器,经去加重滤波器滤波后的音频信号再传送给模拟解调线性增益器进行放大,放大后的数字化音频信号通过语音编解码芯片内的左路DAC进行数模转换,最后由语音编解码芯片内的左路DAC放大器将放大的音频信号输出给左通道扬声器;从射频电路采集到的数字信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器放大,再经语音编解码芯片内的右路ADC,然后送入数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252,由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内部的数字解调线性增益器处理后送入4FSK解调器,4FSK解调器对4FSK信号进行解析,再由解析器,根据协议格式,移除无用的头信息,提取协议内容,再由信道解码器移除冗余编码信息位,由解密模块还原加密的数据,由信源解码器还原语音数据,语音数据经语音编解码芯片内的左路DAC进行数模转换,最后由语音编解码芯片内的左路DAC放大器将放大的音频信号输出给左通道扬声器;对讲机主电路设置打开或者关闭模拟亚音频功能;当设置打开亚音频功能时,模拟和数字的混合接收同时进行;从射频电路采集到的模拟或数字信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器,再由语音编解码芯片内的右路ADC进行模数转换,然后由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252进行区分模拟和数字信号的处理,处理包括如下步骤:1)xa0xa0xa0xa0前20ms接收的数据送到低通滤波器2(LPF2);2)xa0xa0xa0xa020ms之后接收的数据传入用于提取CTCSS码的低通滤波器3(LPF3),数据同时传入用于提取CDCSS码的低通滤波器4(LPF4);3)xa0xa0xa0xa0根据是否解析出CTCSS/CDCSS,进行判决;4)xa0xa0xa0xa0如果没有解析出CTCSS/CDCSS,那么进入数字处理环节,同时控制模拟和数字信号通道开关,联通数字通道;5)xa0xa0xa0xa0数字通道按照数字接收流程处理,解析;6)xa0xa0xa0xa0最后通过语音编解码芯片内的左路DAC输出给语音编解码芯片左路DAC放大器。技术领域
本发明涉及数字对讲机,特别涉及一种数字与模拟混合接收功能的数字对讲机。
背景技术
模拟对讲机是将储存的信号调制到对讲机传输频率上。数字对讲机是采用数字技术进行设计的对讲机。数字对讲机是将语音信号数字化,以数字编码形式传播,也就是说,对讲机传输频率上的全部调制均为数字。数字对讲机存在诸多优点,例如,可以在一条指定的信道上如25KHz装载更多用户,提高频谱利用率,这是一种解决频率拥挤的解决方案,具有长远的意义。模拟对讲机较数字对讲机出现的早,成熟的技术,加上价格上的优势,使得数字对讲机在现阶段还无法完全替代模拟对讲机的地位。因此,数字对讲机要想完全取代模拟对讲机,需要国家政策上的支持,和市场的认可。在数字对讲机内,兼容模拟方式,实现数字和模拟混合接收,对于未来的对讲机转型,是很好的助推剂。在模拟语音中加入亚音频,是区分模拟通话和数字通话的重要方法。CTCSSxa0(Continuousxa0Tonexa0Controlledxa0Squelchxa0System),连续语音控制静噪系统,俗称模拟亚音频,是一种将低于音频频率的频率(67Hz-250.3Hz)附加在音频信号中一起传输的技术。因其频率范围在标准音频以下,故称为模拟亚音频。还有一种数字亚音频,数字亚音频的英文名称(Coutinusxa0Digitalxa0Controlledxa0Squelechxa0System)其中文含义是连续数字编码静噪系统,简称为CDCSS。数字亚音频和模拟亚音频作用相同,区别在于它是以数字编码方式和音频信号一起传输的。CTCSS和CDCSS都是属于国际通用信令标准。CTCSS的频率范围从67.0Hz~250.3Hz共有38个标准码,由01~38的每个代码都有相对应的频率,如代码01对应频率为67.0Hz。而CDCSS数字亚音频一般都是104组码。目前,不同的生产厂家的设计方案各自具有不同的技术特征,不同的设计方案获得的效果也不同,目前数字对讲机市场尚未有支持51个CTCSS码,并可以单独设置CTCSS/xa0CDCSS频偏的数字与模拟混合接收功能的数字对讲机出现,文献中也尚未有此类技术的报道。
发明内容
本发明的目的就是为根据现有技术的情况,提供一种数字与模拟混合接收功能的数字对讲机,通过借助亚音频CTCSSxa0/xa0CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别,从而实现数字和模拟的混合接收。xa0xa0xa0本发明是通过这样的技术方案实现的:一种数字与模拟混合接收功能的数字对讲机,其主电路包括发射电路和接收电路,其特征在于:所述接收电路由语音编解码芯片、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252构成,通过借助亚音频CTCSS/CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别,在解码的阶段,前20ms的时间内,对编码进行模拟解调,从中提取CTCSS/CDCSS码,如果未提取到CTCSS/CDCSS码,则将该编码进行数字解调,转为数字接收状态,如果提取到CTCSS/CDCSS码,并与本机设定的CTCSS/CDCSS码一致,那么转为模拟接收状态;从而实现数字和模拟的混合接收;xa0xa0xa0所述接收电路的模拟接收硬件由语音编解码芯片内部的解调增益器、语音编解码芯片内的右路ADC、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内的低通滤波器2、高通滤波器2、去加重模块(DE-EMPHASIS)、模拟解调线性增益器(ANA-RXxa0GAIN)、语音编解码芯片内的左路DAC和语音编解码芯片内的左路DAC放大器构成;xa0所述接收电路的数字接收硬件由语音编解码芯片内部的解调增益器、语音编解码芯片内的右路ADC、数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内的数字解调线性增益器(DIG-DEMODxa0GAIN)、4FSK解调器、解析器(DEPACK)、信道解码器(DFEC)、解密模块(DECRYPT)、信源解码器(Vocoder)、语音编解码芯片内的左路DAC和语音编解码芯片内的左路DAC放大器构成;从射频电路采集到的模拟信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器放大,再由语音编解码芯片内的右路ADC进行模数转换,模拟信号转换为数字化音频信号,然后送入数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252,由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内部的低通滤波器2滤除3000Hz以上的信号,将300Hz以上的数字化音频信号通过高通滤波器2送入去加重滤波器(DE-EMPHASIS),经去加重滤波器(DE-EMPHASIS)滤波后的音频信号再传送给模拟解调线性增益器(ANA-RXxa0GAIN)进行放大,放大后的数字化音频信号通过语音编解码芯片内的左路DAC进行数模转换,最后由语音编解码芯片内的左路DAC放大器将放大的音频信号输出给左通道扬声器;从射频电路采集到的数字信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器放大,再经语音编解码芯片内的右路ADC,然后送入数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252,由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252内部的数字解调线性增益器(DIG-DEMODxa0GAIN)处理后送入4FSK解调器,4FSK解调器对4FSK信号进行解析,再由解析器(DEPACK),根据协议格式,移除无用的头信息,提取协议内容,再由信道解码器(DFEC)移除冗余编码信息位,由解密模块(DECRYPT)还原加密的数据,由信源解码器(Vocoder)还原语音数据,语音数据经语音编解码芯片内的左路DAC进行数模转换,最后由语音编解码芯片内的左路DAC放大器将放大的音频信号输出给左通道扬声器;对讲机主电路设置打开或者关闭亚音频功能;当设置打开亚音频功能时,模拟和数字的混合接收同时进行;从射频电路采集到的模拟或数字信号,经语音编解码芯片内部的解调增益器,再由语音编解码芯片内的右路ADC进行模数转换,然后由数字对讲机基带信号处理芯片SCT3252进行区分模拟和数字信号的处理,处理包括如下步骤:1)xa0xa0xa0xa0前20ms接收的数据送到低通滤波器2(LPF2);2)xa0xa0xa0xa020ms之后接收的数据传入用于提取CTCSS码的低通滤波器3(LPF3),数据同时传入用于提取CDCSS码的低通滤波器4(LPF4);3)xa0xa0xa0xa0根据是否解析出CTCSS/CDCSS,进行判决;4)xa0xa0xa0xa0如果没有解析出CTCSS/CDCSS,那么进入数字处理环节,同时控制模拟和数字信号xa0xa0xa0xa0xa0通道开关,联通数字通道;5)xa0xa0xa0xa0数字通道按照数字接收流程处理,解析;6)xa0xa0xa0xa0最后通过语音编解码芯片内的左路DAC输出给语音编解码芯片左路DAC放大器。本发明有益效果:通过借助亚音频CTCSS/CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别,在解码的阶段,前20ms的时间内,对编码进行模拟解调,从中提取CTCSS/CDCSS码,如果未提取到CTCSS/CDCSS码,则将该编码进行数字解调,转为数字接收状态。如果提取到CTCSS/CDCSS码,并与本机设定的CTCSS/CDCSS码一致,那么转为模拟接收状态;从而实现数字和模拟的混合接收。本发明提高了频谱利用率,这是一种解决频率拥挤的解决方案,具有长远的意义。
附图说明
图1、模拟信号发射电路框图;图2、模拟信号接收电路框图;图3、数字信号接收电路框图;图4、数字模拟信号混合接收流程框图;图5、DDS算法基本框图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明实施例:xa0CTCSSxa0(Continuousxa0Tonexa0Controlledxa0Squelchxa0System),连续语音控制静噪系统,俗称模拟亚音频,是一种将低于音频频率的频率(67Hz-250.3Hz)附加在音频信号中一起传输的技术。因其频率范围在标准音频以下,故称为模拟亚音频。还有一种数字亚音频,数字亚音频的英文名称(Coutinusxa0Digitalxa0Controlledxa0Squelechxa0System)其中文含义是连续数字编码静噪系统,简称为CDCSS。数字亚音频和模拟亚音频作用相同,区别在于它是以数字编码方式和音频信号一起传输的。CTCSS和CDCSS都是属于国际通用信令标准。CTCSS的频率范围从67.0Hz~250.3Hz共有38个标准码,由01~38的每个代码都有相对应的频率,如代码01对应频率为67.0Hz。而CDCSS数字亚音频一般都是104组码。如图1所示,模拟信号发射电路框图:从MIC采集的模拟信号,经音频编解码芯片的调制增益器放大,以24KHz采样率进行量化。下面介绍芯片内部框图中各个功能部件:1.xa0xa0xa0xa0HPF1,高通滤波器,滤除300Hz以下非音频信号。2.xa0xa0xa0xa0Pre-emphasis,预加重滤波器,6dB/Octave。3.xa0xa0xa0xa0ANA-TXxa0GAIN,线性增益器,16bit增益设置。4.xa0xa0xa0xa0LIMITER,滤波器,限制最大频偏,针对大信号。5.xa0xa0xa0xa0LPF1,低通滤波器,2.55KHz或者3KHz。6.xa0xa0xa0xa0ANA-MODxa0GAIN,线性增益器,16bit增益设置。7.xa0xa0xa0xa0CTCSSxa0GEN,CTCSS生成器,产生CTCSS混频。8.xa0xa0xa0xa0CDCSSxa0GEN,CDCSS生成器,产生CDCSS混频。9.xa0xa0xa0xa0DIG-Lxa0GAIN,左通道线性增益器。10.DC-OFFSET-L,左通道直流偏置设置,增加直流成分。11.DIG-Rxa0GAIN,右通道线性增益器。12.DC-OFFSET-R,右通道直流偏置设置,增加直流成分。发射两点调制,两点的幅度可设置,通过语音编解码器的DAC输出给左右通道。如图2所示,模拟信号接收电路框图:从射频电路采集到的模拟信号,经音频编解码芯片解调增益器、再由语音编解码芯片内的右路ADC进行模数转换,模拟信号转换为数字化音频信号,然后送入数字对讲机基带信号处理芯片(SCT3252);下面介绍芯片内部框图中各个功能部件:1.xa0xa0xa0xa0LPF2,低通滤波器2,滤除3000Hz以上的信号。2.xa0xa0xa0xa0HPF2,高通滤波器2,通过300Hz以上的音频信号。3.xa0xa0xa0xa0DE-EMPHASIS,去加重滤波器,6dB/Octave。4.xa0xa0xa0xa0LPF3,CTCSS低通滤波器3。5.xa0xa0xa0xa0LPF4,CDCSS低通滤波器4。6.xa0xa0xa0xa0ANA-RXxa0GAIN,模拟解调线性增益器。通过语音编解码器的左通道DAC输出给左通道。如图3所示,数字信号接收电路框图:从射频电路采集到的数字信号,经音频编解码芯片解调增益器送入语音编解码芯片右路ADC,再进入数字对讲机基带信号处理芯片(SCT3252);下面介绍芯片内部框图中各个功能部件:1.xa0xa0xa0xa0DIG-DEMODxa0GAIN,数字解调线性增益器。2.xa0xa0xa0xa04FSK解调器,解析4FSK信号。3.xa0xa0xa0xa0DEPACK,解析器,根据协议格式,移除无用的头信息,提取协议内容。4.xa0xa0xa0xa0PROTOCOLxa0STACK,协议栈内容。5.xa0xa0xa0xa0DFEC,信道解码器(模块),移除冗余编码信息位。6.xa0xa0xa0xa0DECRYPT,解密模块,还原加密的数据。7.xa0xa0xa0xa0Vocoder,信源解码器(Vocoder),还原语音数据。通过语音编解码器的左DAC输出给左通道音量增益器。在对讲机设计中采用亚音频技术其原始目的是避免不同用户的相互干扰,避免收听无关的呼叫和干扰信号。因为它可以在共同信道中制止来自其它用户的话音和信令干扰,故也称为音锁(Tonexa0Lock)。当对讲机的发射机发送话音信号的同时,伴随着发射机不断发出亚音频连续信号,经调制后在同一信道发射出去。当接收机收到载波信号和亚音频信号后进行调解。亚音频信号经过滤波器整形输入CPU中进行解码,与本机预置的CTCSS/CDCSS码进行比较识别以决定是否开启静噪电路,只有相同的亚音频码时,静噪电路音频输出才能打开通过扬声器发出声音。因此它可以在共用信道中制止来自其它用户的无用话音和其它信令干扰。所以可以说它是通过亚音频信令编码解码来提高通信网络抵御外界干扰能力并解决非网络用户入网的信令识别系统。同时CTCSS/CDCSS具有选择呼叫功能,利用连续单音频编码(数字编码)进行选择呼叫,并始终和传输话音信号同时进行也是当前最有效的选呼方式。主呼叫只要按PTT就能发出群呼或全呼,当对讲机通话结束后也无需按键挂机,较之以电话互连方式人工编码选呼(DTMF)要简单、方便、快捷的多。在模拟语音中加入亚音频,是区分模拟通话和数字通话的重要方法。我们利用亚音频CTCSS/CDCSS技术,实现数字呼叫和模拟呼叫的识别。在解码的阶段,前20ms的时间内,对编码进行模拟解调,从中提取CTCSS/CDCSS码,如果未提取到CTCSS/CDCSS码,则将该编码进行数字解调,转为数字接收状态。如果提取到CTCSS/CDCSS码,并与本机设定的CTCSS/CDCSS码一致,那么转为模拟接收状态。从而实现数字和模拟的混合接收。CTCSS/CDCSS的技术指标要求是较高的,应符合电子工业协会(EIA)的标准。一般要求亚音频频率稳定度误差小于±1%,标准亚音频单音频偏为:0.5KHz±20%,标准话音频偏:3KHz,最大频偏:5KHz;单音静噪灵敏度:在接收机输出信噪比为8db时能可靠工作。CDCSS与CTCSS有些技术是相似的。数字亚音频编码是根据亚音频速率进行直流变化的二进制信号,它和CTCSS最大的区别是在每次发射结束后能自动地发出一个134Hz音调作为“关闭码”(一种抑制噪音拖尾的方式)。CDCSS比CTCSS的编解码速度更快,误码率也更低。同时其组码达104个,使其在同一信道中可拥有更多的用户量。我们的对讲机可以设置打开或者关闭模拟亚音频功能,只有在这项功能打开时,才能实现模拟和数字的混合接收。数字接收和模拟接收同时进行。从射频电路采集到的模拟信号,经语音编解码器DEMOD增益器。然后的处理过程是如何区分模拟和数字的关键:1.xa0xa0xa0xa0前20ms数据送到低通滤波器2(LPF2);2.xa0xa0xa0xa0之后进入低通滤波器3(LPF3),提取CTCSS码;3.xa0xa0xa0xa0同时进入低通滤波器4(LPF4),提取CDCSS码;4.xa0xa0xa0xa0根据是否解析出CTCSS/CDCSS,进入判决;5.xa0xa0xa0xa0如果没有解析出CTCSS/CDCSS,那么进入数字处理环节,同时控制通道开关联通数字通道;6.xa0xa0xa0xa0数字通道按照数字接收流程处理,解析;通过语音编解码器的左DAC输出给左通道。如图4中所示数字模拟信号混合接收流程框图,数模混合模式下,解析出数字和模拟的速度快慢,关键是LPF3和LPF4算法的好坏。按照如下公式,优化计算模拟亚音频的因子,a1xa0=xa0roundxa0(2048xa0*xa0sqrtxa0(1.9990xa0*xa0(1-cos(2*w0))))a2xa0=xa0roundxa0(-2047*2^9xa0*xa0cosxa0(w0))xa0+xa02^20w0根据用户设定的CTCSS频率值计算得出,f0=CTCSS亚音频频率值,通过公式:w0xa0=xa0f0/1909.9例如:如果CTCSS频率是67Hz,因子为:a1xa0=xa0roundxa0(2048*sqrtxa0(1.9990xa0*xa0(1-cosxa0(2*67/1909.9))))xa0=xa0144a2xa0=xa0roundxa0((-2047*2^9xa0*xa0cosxa0(67/1909.9)))xa0+xa02^20xa0=xa01157如果接收到的CTCSS经过处理之后,因子匹配,那么MCU打开静噪,播放声音。否则转到数字接收流程。亚音频需要产生高精度的规定频率的正弦波,xa0同时必须具有频率稳定和调整方便的特点,xa0所以在设计中我们采用了DDSxa0算法。DDS(Directxa0Digitalxa0Frequencyxa0Synthesis)xa0是一种把一系列数字信号通过D/Axa0转换器转换成模拟信号的数字合成技术。它有查表法和计算法两种基本合成方法。由于ROM查询法结构简单,xa0只需要在ROM中存放不同相位对应的幅度序列,xa0然后通过相位累加器的输出对其寻址,xa0经过数/模转换和低通滤波(xa0LPF)xa0输出便可以得到所需要的模拟信号。这里,xa0选用ROM查表法。DDSxa0技术实质上是实现了一个数字分频器的功能。对于一个周期的正弦波连续信号,xa0可以沿其相位轴方向,xa0以等量的相位间隔对其进行相位/幅度采样,得到一个周期性的正弦信号的离散相位的幅度序列,对模拟幅度进行量化后的幅值采用二进制数据编码,这样就把一个周期的正弦波连续信号转换成一系列离散的二进制数字量,xa0然后存入存储器RAM中,xa0每个存储器单元的地址即是相位取样地址,xa0存储单元的内容是已经量化了的正弦波幅值。一个这样的只读存储器构成了一个与2π周期相位取样对应的正弦波函数表。DDSxa0的基本原理如图5所示。它主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器和数/模转换器构成。xa0xa0xa0xa0如图5所示DDS算法基本框图,在时钟脉冲的控制下,xa0频率控制字Kxa0由累加器得到相应的相码。相码寻址波形存储器进行相码—幅码变换输出不同的幅度编码,xa0经过数/模变换器得到相应的阶梯波,xa0最后经过低通滤波器对阶梯波进行平滑,即得到由频率控制字Kxa0决定的连续变化的输出波形。相位累加器是实现DDSxa0的核心,xa0它由一个Nxa0位字长的二进制加法器和一个由固定时钟脉冲取样的Nxa0位相位寄存器组成,xa0在每个时钟脉冲到达时,xa0相位寄存器采用上个时钟周期内相位寄存器的值与频率控制字Kxa0之和,xa0并作为相位累加器在这一时钟周期的输出。我们借助DDS算法在发射时添加亚音频,并通过音频锁相环监测CTCSS码,从而监测模拟语音数据,根据20ms监测结果,如果不符合,立即转入数字接收流程,从而实现了数字模拟混合接收的功能。根据上述说明,根据上述说明,结合本领域技术可实现本发明的方案。