数字对讲机方案
开放性、兼容性、先进性、可发展性是迅光达数字对讲机研发的基本设计理念，优越的性价比、高水平的技术指标、先进的设计理念是迅光达数字对讲机研发的重要特征，迅光达提供的数字对讲机的全套解决方案包括：
1、数字对讲机芯片级解决方案
为厂商提供基带（含声码器）、射频等核心芯片，对讲机厂商利用芯片设计外围电路及相应的控制软硬件，就可以研制出一款先进的数字对讲机
迅光达推出的第一款数字对讲机芯片SCC1949，采用基于频分复用的标准，具有如下特点及功能：
（1）国内外第一个单芯片设计方案，完全的自主知识产权的集成芯片
（2）集成了高质量声码器、语音加密、基带调制解调、通信协议栈、中央处理
（3）可配置使用内部或外接其它声码器，可与模拟对讲机可互通
（4）集成了ARM M0内核、USB驱动器、UART驱动器
（5）软件上提供了标准的API接口及完整的AT指令集，不需了解底层软硬件结构可快速地开发出各类应用软件满足多样化需求
（6）数据、话音同传，满足了日益增长的通信需求。
主要技术指标：
声码器压缩延时10ms，解码延时4ms
数字语音质量：中文MOS>3.2，英文MOS>3.4
工作电流40mA
2、数字对讲机整机解决方案
迅光达推出基于集成芯片SCC1949的整机解决方案，为一些不具备二次开发的对讲机厂商提供整机解决方案，提供从声码器、基带到射频的全套方案，并提供核心芯片及核心元器件。按厂商提出的需求提供完整的软硬件设计。采用基于频分复用的FDMA标准，具有如下特点：
（1）完全自主设计的窄带无线射频技术解决方案，可提供400MHz-900MHz频段以内的窄带无线射频收发，在接收灵敏度、调制邻信道功率、杂散发射等各项指标性能上表现优越。
（2）相对于现有模拟设备有更清晰的话音质量、更好的抗噪声抗干扰性能、更高的频谱利用率；并具有数据、话音同传等模拟机不具备的多种功能。具有更好的安全保密性、可方便地采用各种加密技术。兼容模拟对讲机。
（3）声码器技术处于国际领先地位，话音通信质量优越。
（4）多进制的基带调制方式，提高了频谱利用率。
（5）与模拟对讲机可互通。
（6）整机解决方案符合工信部相关文件要求，且具有良好的性能价格比，降低了设备的成本。
（7）先进的软件无线电技术，并多次优化和改造，大大降低了恶劣信道下的误码率，延长了传输距离、增强了抗干扰能力。
（8）信道间隔为6.25/12.5kHz，相对于模拟系统同样的频率资源可容纳更多的用户。
（9）数据、话音同传，满足了日益增长的通信需求。
（10）具有群呼、组呼、一对一呼叫功能
（11）具有通话加密功能
（12）LCD屏幕显示
（13）具有声控、静音检测功能
（14）具有智能语音播报功能
主要技术指标：
(1)声码器压缩延时10ms，解码延时4ms
数字语音质量：中文MOS>3.2，英文MOS>3.4
待机电流35mA，接听工作电流70mA
误码率1%时接收灵敏度-114dBm
发射功率2-5W
ACP优于-60dB
频率误差±100 Hz
兼容模拟对讲机
与国内外先进技术的比较
目前，国内外的几家公司也推出了数字对讲设备。各厂商研发的数字对讲机其核心部分一般采用声码器芯片（或加载软声码器的DSP芯片）+基带调制解调及协议栈芯片+MCU等3个芯片共同完成数字对讲机的核心功能，迅光达专用芯片SCC1949能包含上述所有功能。该芯片的优越性主要表现在：
1、 自主设计的通信协议及完全自主的知识产权。同时又借鉴了国内外专网移动通信协议的长处，避免了向国外企业缴纳昂贵的专利费用。
2、 单芯片高效解决方案。将协议栈、声码器、基带调制解调集成于一个芯片上，无需通过多个芯片来实现。
1 公司简介
大唐微电子技术有限公司（下称“大唐微电子”）是大唐电信科技产业集团控股的大唐电信科技股份有限公司（上交所，600198）的下属子公司，其前身为原邮电部电信科学技术研究院集成电路设计中心。
作为集成电路设计领域的领军企业之一，大唐微电子经过十余年的积累，不仅取得了巨大的市场和产品成功，还形成了成熟的产业化经验。公司拥有一项世界知识产权组织和国家知识产权局颁发的专利金奖，两项信息产业部重大技术发明奖。在芯片安全技术方面，大唐微电子是国内最早从事芯片安全技术研究的企业之一，很早就对国际最权威最先进的芯片安全技术进行跟踪和研究，现在芯片安全技术的积累基本上与国际同步，大唐微电子安全芯片系列产品相继获得国际EMVCo芯片安全认证证书和银行卡检测中心安全芯片认证证书，这表明大唐微电子在国内芯片攻击安全防护技术方面处于领先地位。
凭借强大的研发能力，大唐微电子成功开发了中国第一枚具有自主知识产权的GSM手机专用SIM卡、CDMA手机专用UIM卡、电话IC卡、IP电话账号IC卡的芯片及模块产品，打破了当时国外企业在该领域的垄断，促进了中国移动通信产业的发展。在移动通信领域，大唐微电子是国内移动通信运营商主要SIM卡芯片供货商之一。在身份识别领域，大唐微电子成功研发自主知识产权的第二代居民身份证芯片，并因此获得了国家科学技术进步一等奖，成为国家指定的第二代居民身份证芯片设计及模块封装企业，占有25%的市场份额。在社保领域，大唐金融社保卡安全芯片的高可靠性在用户的使用过程中得到了验证，并在20XX年底获得了工业和信息化部颁发的“中国芯”最佳市场表现奖，成为社保芯片模块的主流供应商之一。
优良的品质与完善的服务使大唐微电子产品深受广大用户好评，曾获得“‘中国芯’领军设计企业”、“中国十大集成电路设计企业”、“中国十大IC设计品牌”、“中国智能卡10强企业”、“十大杰出技术支持中国IC设计公司”、“社保卡最佳供应商奖”、“中国十大集成电路设计企业”和“‘中国芯’最佳市场表现奖”等荣誉称号。
面对新的机遇和挑战，大唐微电子将在金融、移动支付、社保、电信、公共安全、教育、卫生等领域通过对技术、产品性能、质量本身的综合提高，实现从单一产品提供商向整体解决方案提供商的转型目标。展望未来，大唐微电子将不断以变革迎接挑战，以一流的产品和解决方案，竭诚为用户提供优质的服务。
2 方案背景介绍
2.1 方案背景数字对讲机参考设计方案背景有三点。
背景一：信息产业部于20XX年底发布的666号文，明确了国内数字对讲机系统将取代传统的模拟对讲机系统，在近期还将启动对讲机国标的调研及制定。这将在对讲机领域带来新的市场机遇。
背景二：中国是模拟对讲机制造和应用大国，在数字淘汰模拟的进程中，对讲机产业将会有明确的技术和产品换代需求。由此，产生了数字对讲机基带芯片设计开发需求。
背景三：专用集成电路事业部重新组建后，启动了数字对讲机基带芯片项目，将数字对讲机作为新的业务方向。相应的解决方案部适合利用原有的01B芯片以及当前的数字对讲机协议标准，实现数字对讲机的整体方案的设计，为专用集成电路事业部扩展业务方向。
2.2 业务需求
目前国内每年生产模拟对讲机的数量达500万台左右，全国使用模拟对讲机的总量达5000万台左右。预计20XX年，国内对讲机出货总量将达到720万台左右，之后每年以20%的增长率递增。国内数字对讲机现有市场份额较小，但根据工信部发布的通知，经过5年过渡期到20XX年，数字对讲机在国内的市场占有率将达到100%。
五年过渡期内，要对我国已在使用的5000万台模拟对讲机存量市场进行更新，同时每年还要满足每年20%市场销量的增长，未来五年仅在我国就有7000多万台数字对讲机的市场容量，数字对讲机产业的市场空间是巨大的，如果能把握住这个市场机遇，将为国内企业带来巨大商机。国内企业一旦完成了对讲机的数字化转型后，不仅能保持原有的市场，还能用中国的低成本优势，进入原被国外控制的高端市场。
在数转模大的环境下产生了数字对讲机基带芯片设计及配套解决方案开发的需求。
3 方案简介公司数字对讲机解决方案是基带芯片01B+射频芯片的整套dPMR/DMR/方案。方案软硬件架构如下：
硬件结构图
软件架构
基于DTT6C01B芯片开发的dPMR/DMR数字对讲机整机平均功耗低达20mA，而BOM成本可与模拟对讲机媲美。除了实现dPMR/DMR协议全部功能外，可根据客户需求增加补充业务功能，01B芯片丰富的外设接口为此提供硬件保障。整个软件系统继承了GSM/GPRS终端技术积累，稳定可靠。软件层次结构清晰，可根据客户需求开放各级软件接口。
01B芯片是款通用信息处理平台，满足dPMR、DMR、TETRA等标准的终端需求，可实现硬件平台的统一和软件的最大复用。为了满足未来专用通信领域的各种需求，01B芯片也将不断升级，为图像传输等高端需求提供保障。
4 方案优势分析
4.1硬件架构优点
01B基带芯片成熟可靠，累计出货超过四百万颗，已成功应用于GSM模块、SCDMA终端、写卡终端等系列产品；
01B基带芯片是一块ARM加DSP的芯片，并支持内置声码器和外加声码器两种形式，芯片集成度高，成本低，方案实现简单，只需要配合一个外部存储芯片、射频芯片和相应的外围应用电路就可以实现复杂的数字对讲机功能。
4.2 软件架构优点
整个软件系统继承了GSM/GPRS终端技术的积累，软件功能强大，提供语音、数据、短信息等功能，软件层次结构清晰，可根据客户需求开放各级软件接口；
用户可进行二次开发，提供丰富的AT指令接口，具有良好的可扩展性，助力客户开发更丰富的应用功能；
功耗低，采用GSM降功耗技术，平均待机功耗小于20mA,正常使用时间大于11小时（电池容量为1500mAh时）。
支持数字和模拟两种模式，能兼容现有常规模拟系统，保证模拟产品向数字产品平滑过渡。
4.3方案特色功能
兼容模拟，模数平稳过渡——实用性；
性能优越，低功耗低成本——安全性，经济性；
功能强大，外设接口丰富——适用性；
系统稳定，结构清晰开放——成熟性，可管理性；
统一平台，兼容多种制式——灵活性；
持续演进，满足市场需求——可扩展性。
引言
随着信息化时代的发展，人们日益迫切地要求对讲机具有诸如话音加密、数据传输、远程监控、联网调度等功能，而且要求进一步提高无线频谱的利用率（信道间隔由过去的25kHz到现在的12.5kHz以及6.25kHz），数字通信技术在对讲机及转信台等相关产品中的应用也就迫在眉睫了[1][2].
数字对讲机采用数字技术进行设计，将语音信号数字化，以数字编码形式传播。数字对讲机与模拟对讲机相比，语音清晰、接收通话信号稳定，数字对讲机不仅能实现模拟对讲机基本业务：单呼、组呼等功能，还具有调度台核查呼叫、区域选择、接入优先、优先呼叫、迟后进入、预占优先呼叫、侦听、动态重组、监听等补充业务[2].数字对讲机是我国的移动通信系统和设备中的最后一个由模拟转向数字的设备和系统。
本文提出了一种基于USRP的数字对讲机收发系统设计方案。该方案在Windows平台上，利用USRP作为收发前端，在PC机上通过串口RS232连接语音板，上层采用DMR数字通信协议，实现了数字对讲机系统的各项功能。
1 USRP介绍及系统开发平台选取
1.1USRP介绍
USRP（Universal Software Radio Peripheral,通用软件无线电外设）旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。USRP是一个非常灵活的USB设备，包含一个小的母板，母板包含4个12bit/64M抽样率的ADC,4个14bit/128M DAC,一个百万门的FPGA芯片和一个可编程的USB2.0控制器。每个USRP母板支持4个子板，2个接收，2个发射[3].它的结构框图如图1所示。
如图1所示，USRP通过USB2.0与处理器相连。接收器链从高度敏感、可接受微小信号的模拟前端开始，然后使用直接下变频将它们数字化为同相（I）和正交（Q）基带信号。下变频后有高速模数转换器和一个DDC,用以降低采样率并将I和Q打包传输到主机。发射器链从主机开始，生成I和Q并通过USB2.0输到USRP硬件，DUC为DAC准备信号，然后I-Q进行混合，直接上变频信号以产生一个RF频率信号，然后进行信号放大与传输。
1.2开发平台选取
目前开发USRP的工具有四种，分别是Linux品台下的GNUradio,还有Windows平台下的VC,Simulink,Labview.
GNU Radio是Linux上一个软件无线电软件，通过最小程度地结合硬件USRP,用软件来定义无线电波发射和接收的方式，搭建无线电通信系统的开源软件系统[3].Labview是由NI提出的一款开发USRP的工具，用户可以开发自定义的无线通信协议并且实现实时运行的物理层数字链路。但是目前Labview只支持USRP-292x.MATLAB和Simulink连接Ettus Reseach公司的USRP,可以提供无线电回路设计和建模环境。它是由德国KIT大学开发的，只支持USRP2,还不是很完善。各个平台之间对比：
通过表1可知，相对于Linux平台而言，Windows平台开发更方便有以下几个优点：第一，Linux的操作比较复杂，Windows的比较简单，快速开发；第二，Windows可视化的界面编辑器，方便开发对讲机的界面对话框；第三，Windows是微软的东西，VC也是，自然会比其他公司的开发工具在兼容性等各方面要好；第四，Linux速度比较快，安全性比Windows好，但是有很多软件只能在Windows里运行，与Linux兼容的软件正在开发中，不方便调用PC里面的API和外面接口。
而用VC开发通信协议程序比较方便，USRP的通用驱动UHD也是用VC开发的，相比较与Simulink和Labview,在VC上开发，更具优势，更适合本项目的开发。并且Simulink和Labview都只支持USRP2,开发还不是很成熟，工具也不方便[4][5].本次验证系统采用的是USRP1,USRP1采用的是USB2.0接口，相对于USRP2以太网接口简单方便，母版上采用的是Altera的FPGA芯片，容易开发，并且价格便宜。所以，采用USRP1在Windows上用VC进行开发。
2 USRP在Windows上开发接口
UHD是由Ettus Resarch开发的，为其产品提供宿主驱动（host driver）和API.本次设计在Windows平台下，采用UHD驱动。在安装UHD驱动时，需要安装cmake,Boost,libUSB等插件，然后解压UHD源码，通过cmake交叉编译实现，可以得到UHD下面的各个项目工程。Boost和libUSB这两个库在cmake编译中都需要进行配置，否则编译过不去。这些插件主要作用就是将UHD下面的Linux源代码通过cmake等交叉编译生成Windows下面的C代码。
安装好后可以连接上USRP,通过里面的测试实例，可以看到USRP是否正确连上。正确连上会显示如下信息：图中的参数是可配置的。
然后，我们就可以调用UHD下面的一些API函数，在本次项目中主要参考的就是底层的send和recv。里面的程序全是通过类来实现的。在Windows平台上，USRP提供的可配参数主要如表2所示。
但是send和recv收发不满足DMR规定的要求，并且在进行收发转换时，时序处理不过来。为了方便上层调用，将配置分为三部分，对UHD下面的接口函数进行了重新封装，如表3所示。
在configure里面主要是创建了一个USRP,它花时较长，需要返回一些USRP的子板和母版信息，还要导入一些映像文件，所以采用单独分开配置，在程序调用之前配置一次就可以。configure_recv和configure_send主要是配置一些收发的具体参数，就是上面介绍的主要参数。这样将配置分开，是为收发转换准备的，方便上层调用。Mod_send主要负责将上层来的数据进行调制然后调用底层send将数据发送出去，Demod_recv主要负责调用底层recv并将接收的数据解调返回给上层。
3 收发系统实现及测试
3.1系统平台搭建
系统平台基于软件无线电的架构，基带处理部分按照DMR协议由软件模块来实现，包括组帧、同步、信道接入、BPTC信道编码等，这部分主要在PC机上完成。射频部分由硬件模块USRP完成，采用400M的射频子板，与PC之间通过USB2.0进行通信。语音模块由AMBE-1000来完成，本次系统中语音板是插在一个51最小系统上，51最小系统主要负责AMBE-1000语音板的驱动和它与PC机之间的串口通信。具体系统架构如图3.
3.2DMR协议栈收发时序
在PC上主要主要完成的就是DMR通信协议，主要分为三层，物理层主要功能是：比特与符号定义、建立频率同步和符号同步、构成突发、对基带信号进行调制解调、实现收发转换等；数据链路层的主要功能是：突发和参数定义、组帧和帧同步、信道编码、确认和重传机制、与两层之间的接口等；呼叫控制层的主要功能是：BS激活与去激活、语音业务下的呼叫建立、呼叫保持、呼叫终止、单呼和群呼的发送与接收等[6].在本文中严格按照DMR协议规定的帧结构和突发时序进行了设计，突发结构如图4所示。
每个burst长30ms,包含两个108比特有效载荷和一个48比特同步或信令域，其中27.5ms承载264比特内容，在传输语音时，可以利用两个有效载荷共216比特承载60ms的压缩语音信息。另外2.5s分布在左右两边，各占1.25s,这样两个突发就间隔2.5ms.在上行信道上，2.5ms间隔是保护间隔，作传播时延和功率放大器的上升时间；在下信道上，2.5ms间隔用作CACH信道，用于传送业务信道管理信息和低速信令。TDMA frame由两个burst构成，语音采集器每60ms采集一帧数据。基带处理模块进行基带处理和中频调制，处理时间小于60ms,其中包括数据收集和写入缓存的时间。USRP每30ms时间发送一帧数据，与基带模块和中频调制并行进行，接收端作类似的处理。收发的时序转换如图5所示。
3.3系统测试
本次开发的数字对讲机收发系统经过实际测试，可以正常进行单呼，组呼语音通话，通话质量较好。测试中系统采取主要参数在表2中已经说明，收发系统实物图如图6所示。
本文中对发送端得波形进行了测试，图7是一个突发的数据波形，图8是一个TDMA帧的数据波形。可以看出，实际的测试波形比27.5ms多一点，这个是由USRP不稳定带来的，但一帧数据在上层严格控制在60ms,30ms进行一次收发转换，满足DMR协议规定的格式。
4 结论
本文通过对USRP的研究，选取在Windows平台上，利用软件无线电架构搭建数字对讲机收发系统。通过实际测试表明，USRP在Windows下开发很方便，搭建的数字对讲机收发系统能够进行清晰的单呼和组呼功能。