方案一 以單片機為核心處理器的DMR對講機方案(MSP430F149+AMBE1000)

1.工作原理

發射時,由麥克送來的模擬語音經CSP1027進行A/D轉換,由聲碼器AMBE1000進行語音壓縮,交單片機MSP430F149進行協議填充組幀, 送到CC1101進行調制后發射。接收時,由CC1101解調出來的碼流經MSP430F149進行幀恢復,交由聲碼器進行解壓,數據經CSP1027進 行D/A轉換為模擬語音信號。

2.關鍵器件

微控制器采用TI公司的MSP430F149,它是16位超低功耗、混合信號微控制器,采用“馮?諾依曼”結構,可用JTAG(一種標準測試接口)進行仿真調試。

芯片的電源電壓為(1.8～3.6)V,在RAM數據保持方式下耗電僅0.1uA,活動模式耗電250 uA/MIPS(每秒百萬條指令數)。運算時由于本單片機采用16位RISC(精簡指令集計算機),一個時鐘周期可以執行一條指令,而傳統的單片機要12 個時鐘周期才執行一條指令。工作在8MHz的晶振頻率時,指令速度可達8MIPS,而同樣這個指令速度,16位處理器比8位處理器高遠不止兩倍。

概述

聲碼器AMBE1000在國內已有產品,價格比較合理。CC1101的靈敏度為-116dBm(1.2kbps,1%數據包誤碼率,工作在433MHz 時),與國內的對講機可用靈敏度-120dBm相比偏低,但符合歐盟的CE標準規定小于-107dBm.另外,射頻模塊的功率輸出僅 12dBm(16mW),所以本方案僅適用短距離范圍的通信。提高靈敏度可考慮用器件ADF7021作為射頻模塊。

方案二 以DSP+MCU為核心處理器的對講機方案

1.工作原理 方案以MSP430為中心系統來完成數據的收、發控制等工作,系統采用MSP430中 USART模塊的SPI同步通信模式。在接收過程中,首先接收來自射頻芯片的FSK數據,解調后由MSP430將數據幀的同步域、尾域、ID域以及命令字 節去除后,數據發至C5402進行去壓縮處理,數據交AIC23進行D/A轉換為語音信號。在發送過程中,首先由AIC23進行A/D轉換,數據交 C5402將語音壓縮,再由微控制器MSP430進行協議填充,加上頭域、尾域、ID域以及命令字節形成數據幀,然后控制射頻模塊將數據發送。

2.關鍵器件

TMS320C5402是TI公司于1996年推出的一種定點DSP芯片,采用先進的修正哈佛結構和8總線結構,使處理器的性能大大提高。其獨立的程序和 數據總線允許同時訪問程序存儲器和數據存儲器,實現高速并行操作。如,可以在一條指令中同時執行3次讀操作和1次寫操作。TMS320C5402的運行速 度為40MIPS,指令周期為25ns.此外,還可以在數據總線與程序總線之間相互傳送數據。從而使處理器具有單個周期內同時執行算術運算、邏輯運算、位 移操作、乘法累加運算以及訪問程序、數據存儲等強大功能。

概述

采用DSP方案時,免去選用語音芯片聲碼器的煩惱,提高了數字對講機對語音處理的能力,可讓語音編碼的算法盡量優化,從而使對講機語音信號的處理更具通用 性和擴展性。本方案是以DSP為開發平臺,經過連續可變斜率增量(CVSD)調制編解碼得到語音信號的清晰度和自然度好,但軟件開發工作量大。 CC1000不支持4FSK調制與解調,本方案不適用于DMR與dPMR協議。另外CC1000的接收可用靈敏度為-110dBm,國內對講機廠家可能嫌 低。

以單片機為核心處理器的dPMR對講機方案(CMX618+CMX7141

1.工作原理

發射時,麥克送來的模擬語音經CMX618內部進行增益調節,A/D轉換和壓縮處理,然后通過SPI(串行外圍設備接口)進入CMX7141基帶處理器, 在微控制器LPC2138的控制和管理下經CMX7141芯片內部進行信道編碼,dPMR協議棧打包,數字濾波以及4FSK調制,調制編碼后的語音數據經 CMX7141芯片的MOD1/2管腳分別輸出給外部的發射VCO和壓控溫補參考時鐘,經兩點調制輸出射頻載波給發射功放,并到天線輸出。 接收時,CMX7141對基于超外差射頻接收模塊送來的4FSK解調信號在微控制器LPC2138的控制和管理下進行4FSK解調,dPMR拆包,信道解碼,最終得到語音編碼數據,經SPI串口送給CMX618進行語音解壓縮并恢復語音信號。

2.關鍵器件

語音編解碼片CMX618是CML微電子(新加坡)私人有限公司的產品,芯片由音頻壓縮/解壓器、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。

RALCWI是一種魯棒的先進的復雜性波形插入技術,與其他語音編解碼技術不同,它使用獨有的信號分解和參數編碼方法,可確保在較高的壓縮率下有較好的語音質量。 在聲碼器中,采用RALCWI技術實現的語音質量與編碼速率在4kbps以上的標準聲碼器話音質量相當。

概述

本方案優點是開發時的靈活性高,模擬與數字可雙模設計,且同一個硬件開發平臺能滿足不同的數字對講機標準,支持多種語音聲碼器,射頻的接收靈敏度可做得較高達到-118dBm(誤碼率為1%時)。發射功率0.5W,功率容易提升。

缺點是前期的軟件開發成本高并有一定難度,射頻模塊ATB010只支持dPMR的EN301,166標準,不支持DMR.

方案四 以MCU+DSP的DMR對講機方案(MSP430FG4619+VC5510)

1.工作原理

發射時，由麥克送來的模擬語音經模數轉換器AD73311采樣成數字信號，AMBE2000對語音數字信號進行壓縮編碼，數字信號由VC5510進行 DMR通信協議填充組成幀信號和4FSK的調頻波成形，最后由微控制器MCU進行D/A轉換，送往射頻模塊進行發射調制，實現發射。 接收時，MCU將射頻模塊送來已解調數據進行A/D轉換，經VC5510進行拆幀，交AMBE2000進行解壓，數據由AD73311數模轉換為語音信號。

微控制器MSP430FG4619是整個系統的控制中心，人機接口如鍵盤、顯示器與MCU直接連接。微控制器實現對射頻模塊的控制，包括基帶信號的發送與接收、射頻頻率點的控制、信道檢測等，MCU還負責DMR協議的高層信令控制、人機接口的互通等。

另外，請注意微控制器還要完成基帶信號的AD/DA轉換功能。

2.關鍵器件

AMBE2000TM聲碼器是美國語音公司DVSI推出的一款適應性強、高性能、單芯片的語音壓縮編解碼器。它能在低速率下提供優良的語音質量，并實現了實時的、全雙工的標準設定的AMBE語音壓縮軟件算法。

大量的評估顯示，這款聲碼器具有在一般數據速率下提供同數字蜂窩系統一樣性能的能力。AMBE在2.4kbps速率下保持自然語音質量和清晰度，由于AMBE算法復雜性低，所以它能夠完全集成在成本低、功耗低的芯片上。

概述

方案簡單，實用。

軟件開發中，微控制器和數字處理器的程序對DMR協議的分層必須有清晰的概念，正確的程序設計是硬件實現的保證。聲碼器的選用有較大的余地。

1.工作原理

發射時,由麥克送來的話音信號由數模轉換器AD73311進行采樣,數據由聲碼器進行壓縮,OMAP5910內的DSP與ARM對壓縮的數據進行協議添加與控制,形成4FSK波形,數模轉換器AIC23將4FSK數字波形模擬化后進行射頻調制,調頻載波由天線發射。 接收時,射頻模塊對接收的模擬信號進行解調,模擬信號交AIC23進行數字化處理,OMAP5910對接收到的數據進行信道解碼和拆幀,幀信號交聲碼器進行解壓,數據由AD73311還原為模擬語音信號。

2.關鍵器件

OMAP5910是一款嵌入式雙核處理器,它集成了高性能的ARM925、TMS320C55x DSP核和已經得到的廣泛應用的各種接口與外設,具有較強的處理能力、較低的功耗和較高的信價比。ARM處理器內核用于DMR協議的處理與系統控 制,DSP內核用于完成數字信號的實時處理。 OMAP5910及其設計套件具有多個目標應用市場,提供多媒體功能、改善人機界面并延長電池壽命。

概述

從技術上講,雙核處理器方案與前面介紹的DSP+MCU相比,可以降低系統體積,減少電路的復雜性,對通信協議能作較好的兼容,升級空間大。聲碼器的應用有可選國產芯片的余地。

缺點是前期的軟件開發工作量大,ARM與DSP間的協調工作要深入研究,以免浪費處理器的資源。此外,由于OMAP的功能十分強大,該平臺還可以有更多的應用,如加入視頻、娛樂等功能。

1.工作原理

發射時,麥克送來的模擬語音經WM8758B進行A/D轉換,送到SCT3252進行壓縮處理,經SCT3252進行dPMR協議處理后送到WM8758B的D/A轉換單元調制成4FSK信號,經兩點調制輸出射頻載波給發射功放,送天線輸出。

接收時,WM8758B對射頻模擬信號進行A/D轉換,送到SCT3252進行4FSK解調,dPMR拆包,信道解碼,最終得到語音編碼數據,經解碼處理后把語音數據送到WM8758B進行D/A轉換,經由外部放大電路送入喇叭還原成話音。

2.關鍵器件

SCT3252是上海士康公司生產的語音編解碼及dPMR協議棧處理芯片。具有較好的語音質量及較高的接收靈敏度(可達-126dBm)。

概述

本方案的特點是語音編解碼及dPMR協議棧都集成在SCT3252中,大大減少了控制單元MCU的工作量,另外SCT3252為LQFP100封裝,焊接方便。整個方案簡單,軟件升級的空間大。本方案可以實現數模兼容,通過開關可方便進行數字與模擬通信之間的切換。

WM8758B只起模數轉換作用,廠家認為,把它集成進SCT3252是指日可待的事。