阅读说明：本技术 一种具有同频中继功能的车载对讲机 (Vehicle-mounted interphone with same-frequency relay function ) 是由 林志忠 黄印杰 徐庆林 魏新波 魏理俊 董清华 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有同频中继功能的车载对讲机,其包括天线端口、收发开关电路、接收选频电路、功率放大电路、发射射频单元、接收射频单元、数字基带单元、编解码单元、外部时钟电路、微处理器和电源单元。本车载对讲机解决了以往需要两台机器分别用于接收和发射、一个双工器和至少一根天线,并且需要申请两个频率的传统的中继台架设方案的限制,实现了同频中继功能。本车载电台简化至只需要一台车载对讲机配上一根天线就可实现同频中继功能,相对于传统的异频中继台即节省频率资源、节约购买资金,同时频点选择不需要受到双工器频率带宽的限制,操作简便、通信高效有保障。(The invention discloses a vehicle-mounted interphone with a same-frequency relay function, which comprises an antenna port, a transceiving switch circuit, a receiving frequency selection circuit, a power amplification circuit, a transmitting radio frequency unit, a receiving radio frequency unit, a digital baseband unit, a coding and decoding unit, an external clock circuit, a microprocessor and a power supply unit. The vehicle-mounted interphone solves the problem that two sets of interphone are required to be used for receiving and transmitting respectively, a duplexer and at least one antenna are required in the past, and the limitation of a traditional relay station erection scheme of two frequencies is required to be applied, so that the same-frequency relay function is realized. The vehicle-mounted radio station is simplified to the condition that the same-frequency relay function can be realized only by matching one vehicle-mounted interphone with one antenna, so that compared with the traditional pilot frequency relay station, frequency resources and purchase funds are saved, meanwhile, the frequency point selection is not limited by the frequency bandwidth of a duplexer, the operation is simple and convenient, and the high-efficiency communication is guaranteed.)

一种具有同频中继功能的车载对讲机

技术领域

本发明涉及车载对讲机技术领域，具体涉及一种具有同频中继功能的车载对讲机。

背景技术

在无线对讲系统中，中继台对于增大通讯距离，扩展覆盖范围扮演着及其重要的角色，是无线通讯系统中不可缺少的重要设备。

现有的中继台通常工作于收发异频的状态，系统组成需要两台机器分别用于接收和发射、一个双工器和至少一根天线，并且需要申请两个频率。这种方案存在一些不足的地方：

(1)使用双工器实现的中继功能，由于双工器的带宽很窄，所使用的频率有所限制，必须限定在双工器的频率带宽范围内；

(2)使用双天线的中继功能，所架设的天线必须要有严格的要求，要达到一定程度的收发隔离，实际使用中往往不易满足，从而导致收发之间的干扰，影响通讯距离；

(3)使用双频点实现的异频中继功能，架设时需要申请2个频率，增加用户的使用费，同时也造成了频率资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有同频中继功能的车载对讲机，其可在一台车载对讲机上实现同频中继功能，有效克服了现有技术中通过两台车载对讲机进行中继所带来的种种问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有同频中继功能的车载对讲机，其主机电路包括天线端口、收发开关电路、接收选频电路、功率放大电路、发射射频单元、接收射频单元、数字基带单元、编解码单元、外部时钟电路、微处理器、电源单元和按键单元；

由电源单元为整个车载对讲机提供工作电源；

按键单元连接于微处理器的相应输入端；

微处理器分别与发射射频单元、接收射频单元以及数字基带单元进行通信连接；且微处理器内编程有同频中继软件模块,数字基带单元内设置有同频中继功能固件，同频中继软件模块和同频中继功能固件两者互相交互实现同频中继的软件部分；

天线端口依次连接收发开关电路、接收选频电路、接收射频单元和编解码单元，数字基带单元与编解码单元双向连接；由天线端口、收发开关电路、接收选频电路、接收射频单元、编解码单元、数字基带单元构成接收通道；

编解码单元的数字信号输出端依次连接外部时钟电路、发射射频单元、功率放大电路、收发开关电路和天线端口；由编解码单元、数字基带单元、外部时钟电路、发射射频单元、功率放大电路、收发开关电路和天线端口构成发射通道；

以所述车载对讲机作为中继方，中继方通过如下方式实现其中继功能：

S1：中继方通过操作其按键单元进入菜单，在菜单中设置好中继方的收发通道状态，即编辑作为中继收发的两个射频通道的工作频率和工作类型，使两个射频通道工作在同一频率并且同为数字模式；

S2：在中继方的菜单中的对应选项中开启同频中继功能，之后中继方将根据之前设置好的收发通道状态工作在同频中继模式：

两个射频通道一个工作在接收状态，一个工作在发射状态，此时只做初始化，不接通发射供电电源开启发射，也没有功率输出，必须得收到信号才有实际功率输出；由微处理器发送CALL_OPTION指令(呼叫设置指令)到数字基带单元设置数字基带单元工作于同频中继模式，不处理常规信号，在任意时隙下识别并在另外一个时隙下转发数字通话中的前导帧、语音帧、超帧和尾帧；

S3：给作为发送方和接收方的车载对讲机分别通过它们自身的按键单元开启直通双时隙功能；同时分别通过各自的按键单元将发射方的发射频点和接收方的接收频点均设置成与中继方的收发频点一样的，并且通过各自的按键单元分别进入菜单将发射和接收分别固定选择两种不同的时隙；

发送方执行数字发射操作，将进入其麦克风的音频信号经过一系列的压缩、加密、编码、调制后转换成数字信号，数字信号经由外部时钟电路进入模拟基带单元产生数字射频信号，经由功率放大电路放大后进入收发开关电路，并通过其天线端口发射出去；

S4：中继方从天线端口接收到由发送方发出的与中继方的接收时隙相同的信号通过收发开关电路进入接收选频电路进行选频放大，然后由接收射频单元进行解调成4FSK信号，数字基带单元解析当前4FSK信号上报数据到微处理器以识别当前工作时隙，之后微处理器送DMR_CALL_SLOT指令(呼叫时隙设置指令)给数字基带单元控制数字基带单元工作从任意时隙接收切换到当前时隙接收，并将接收到的当前时隙数据存储到数字基带单元的数据缓冲区，然后在下个时隙(另外一个时隙)通过编解码单元、数字基带单元、外部时钟电路、发射射频单元、功率放大电路和收发开关电路，从天线端口转发出去；

S5：转发过程中，中继方的数字基带单元会依据DMR协议要求产生30MS跳变一次的电平信号给中继方的微处理器以处理DMR数据的收发：电平信号下降沿时开启接收、关闭发射将接收到的信号数据储存到缓冲区，电平信号上升沿时关闭接收、开启发射将缓冲区的信号发射出去，电平信号跳变沿的处理时间不得超过协议要求的1.25ms时长，直到接收信号消失，微处理器才发送载波消失指令及呼叫时隙设置指令给数字基带单元，以此结束中继状态，返回待机状态；

S6：接收方设置相同的中继频点和与中继方的发射时隙相同的接收时隙就能收到经由中继方中继转发出来的发送方的数字信号，接收方从其天线端口收到的数字信号通过收发开关电路进入接收电路，然后经由模拟基带解调，产生解调信号并进入音频编解码单元转换成数字形式，之后经过数字基带单元进行一系列的解调、提取、解密后重建语音信号，重建后的语音信号进入语音编解码单元转换成模拟信号后经过其扬声器播放出来。

所述功率放大电路包括推动级自动功率控制单元和末级功率控制单元，所述推动级自动功率控制单元包括驻波检测电路、检波电路、放大器、比较器和推动级功率放大器；所述末级功率控制单元包括末级功率放大器和缓冲放大器；在推动级自动功率控制单元中，所述驻波检测电路依次连接所述检波电路、所述放大器、所述比较器和所述推动级功率放大器，所述微处理器的控制端口与所述比较器的输入端相连接；在末级功率控制单元中，所述微处理器的控制端口与所述缓冲放大器的输入端相连接，所述缓冲放大器的输出端与所述末级功率放大器的输入端相连接。

所述发射射频单元和所述接收射频单元均为集成射频收发芯片，且均内置有锁相环电路供发射和接收独立使用。

由所述微处理器对所述推动级自动功率控制单元和所述末级功率控制单元同步进行设置，且由所述微处理器分别对所述推动级自动功率控制单元和所述末级功率控制单元进行独立控制。

所述推动级自动功率控制单元中的放大器和比较器均采用圣邦微电子高性能、低功耗的运算放大器，型号为SGM8272YMS8G，该运算放大器具有7V/us的高转换率。

所述末级自动功率控制单元中的缓冲放大器采用圣邦微电子高性能的运算放大器，型号为SGM8535BYN5G，该运算放大器具有宽输入共模电压和优异的输出电压摆幅。

所述微处理器使用M4内核及以上的微型控制器。

所述数字基带单元采用的是型号为SCT3258的数字基带处理芯片。

所述电源单元中，所述发射射频单元的电源控制电路输出端使用性能优异的钽电容。

所述电源单元中，所述接收射频单元的电源控制电路采用Diodes高性能的预置偏压晶体管，型号为UMC5N。

采用本发明的技术方案后，本发明的车载对讲机解决了以往需要两台机器分别用于接收和发射、一个双工器和至少一根天线，并且需要申请两个频率的传统的中继台架设方案的限制，实现了同频中继功能。本车载电台通过相应的软件设置，简化至只需要一台车载对讲机配上一根天线就可实现同频中继功能，相对于传统的异频中继台即节省频率资源、节约购买资金，同时频点选择不需要受到双工器频率带宽的限制，操作简便、通信高效有保障。

进一步的，本发明中，推动级自动功率控制单元和末级功率控制单元同步设置、独立控制，可有效的控制好30ms时序，保证信号的可靠性，防止自身的干扰。

进一步的，本发明中，推动级自动功率控制单元中的放大器和比较器均采用圣邦微电子高性能、低功耗的运算放大器，型号为SGM8272YMS8G，该运算放大器具有7V/us的高转换率；从而可以实现27.5ms的收发调制信号的准确度，严格确保在2.5ms以内完成发射与接收之间的切换。

进一步地，本发明中，末级自动功率控制单元中的缓冲放大器采用圣邦微电子高性能的运算放大器，型号为SGM8535BYN5G，该运算放大器具有宽输入共模电压和优异的输出电压摆幅，能够快速稳定的输出所需的电压。

进一步地，本发明中，发射射频单元电源控制电路输出端使用性能优异的钽电容(C1)，钽电容具有良好的滤波和抑制杂散的能力，还具有低频特性线性好，不会对高频产生谐振，使射频信号转换平滑，不会产生射频振荡或过冲的优点。

进一步地，本发明中，接收射频单元电源控制电路采用Diodes高性能的预置偏压晶体管(Q4)，型号为UMC5N。电源单元通过高性能的开关电路提供给各个单元、模块独立供电，既节能又高效，保证了各单元、模块之间工作可靠稳定、互不干扰。进一步地，还在预置偏压晶体管的控制脚上增加带阻三极管(Q3)，提高关断速度。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明中功率放大电路的电路原理框图；

图3为本发明中电源单元中的接收射频单元和发射射频单元的电源控制电路；

图4为本发明中同频中继功能的工作流程图。

具体实施方式

本发明的一种具有同频中继功能的车载对讲机，如图1所示，其主机电路包括天线端口1、收发开关电路2、功率放大电路3、发射射频单元4、接收选频电路5、接收射频单元6、微处理器7、外部时钟电路8、编解码单元9、数字基带单元10、电源单元11和按键单元12；

由电源单元11为整个车载对讲机提供工作电源；

按键单元12连接于微处理器7的相应输入端；

微处理器7分别与发射射频单元4、接收射频单元6以及数字基带单元10进行通信连接；且微处理器7内编程有同频中继软件模块,数字基带单元10内设置有同频中继功能固件，同频中继软件模块和同频中继功能固件两者互相交互实现同频中继的软件部分；

天线端口1依次连接收发开关电路2、接收选频电路5、接收射频单元6和编解码单元9，数字基带单元10与编解码单元9双向连接；由天线端口1、收发开关电路2、接收选频电路5、接收射频单元6、编解码单元9、数字基带单元10构成接收通道；

编解码单元9的数字信号输出端依次连接外部时钟电路8、发射射频单元4、功率放大电路3、收发开关电路2和天线端口1；由编解码单元9、数字基带单元10、外部时钟电路8、发射射频单元4、功率放大电路3、收发开关电路2和天线端口1构成发射通道；

如图4所示，以所述车载对讲机作为中继方，中继方通过如下方式实现其中继功能：

S1：中继方通过操作其按键单元进入菜单，在菜单中设置好中继方的收发通道状态，即编辑作为中继收发的两个射频通道的工作频率和工作类型，使两个射频通道工作在同一频率并且同为数字模式；

S2：在中继方的菜单中的对应选项中开启同频中继功能，之后中继方将根据之前设置好的收发通道状态工作在同频中继模式：

两个射频通道一个工作在接收状态，一个工作在发射状态，此时只做初始化，不接通发射供电电源开启发射，也没有功率输出，必须得收到信号才有实际功率输出；由微处理器发送CALL_OPTION指令(呼叫设置指令)到数字基带单元设置数字基带单元工作于同频中继模式，不处理常规信号，在任意时隙下识别并在另外一个时隙下转发数字通话中的前导帧、语音帧、超帧和尾帧；

S3：给作为发送方和接收方的车载对讲机分别开启直通双时隙功能，具体地，发送方和接收方分别通过它们自身的按键单元进入信道菜单中，选择DMR模式菜单，将其设置为直通双时隙模式；同时分别通过各自的按键单元将发射方的发射频点和接收方的接收频点均设置成与中继方的收发频点一样的，并且通过各自的按键单元进入菜单将发射和接收分别固定选择两种不同的时隙(此时发送方和接收方在时隙下才不会互相识别，只处理单时隙，而忽略对方时隙的内容，这样即可使发送方和接收方在同一频点下两两独立通讯，互不干扰)；

发送方执行数字发射操作，将进入其麦克风的音频信号经过一系列的压缩、加密、编码、调制后转换成数字信号，数字信号经由外部时钟电路进入模拟基带单元产生数字射频信号，经由功率放大电路放大后进入收发开关电路，并通过其天线端口发射出去；(此处数字发射的工作原理参照中国专利申请号为201711160890.2的发明专利申请“一种双频DMR手持对讲机”中说明书第【0041】-【0042】段的相关内容)。

S4：中继方从天线端口接收到由发送方发出的与中继方的接收时隙相同的信号通过收发开关电路进入接收选频电路进行选频放大，然后由接收射频单元进行解调成4FSK信号，数字基带单元解析当前4FSK信号上报数据到微处理器以识别当前工作时隙，之后微处理器送DMR_CALL_SLOT指令(呼叫时隙设置指令)给数字基带单元控制数字基带单元工作从任意时隙接收切换到当前时隙接收，并将接收到的当前时隙数据存储到数字基带单元的数据缓冲区，然后在下个时隙(另外一个时隙)通过编解码单元、数字基带单元、外部时钟电路、发射射频单元、功率放大电路和收发开关电路，从天线端口转发出去；

S5：转发过程中，中继方的数字基带单元会依据DMR协议要求产生30ms跳变一次的电平信号给中继方的微处理器以处理DMR数据的收发：电平信号下降沿时开启接收、关闭发射将接收到的信号数据储存到缓冲区，电平信号上升沿时关闭接收、开启发射将缓冲区的信号发射出去，电平信号跳变沿的处理时间不得超过协议要求的1.25ms时长，直到接收信号消失，微处理器才发送CARRR_LOST指令(载波消失指令)及DMR_CALL_SLOT指令(呼叫时隙设置指令)给数字基带单元，以此结束中继状态，返回待机状态；

S6：接收方设置相同的中继频点和与中继方的发射时隙相同的接收时隙就能收到经由中继方中继转发出来的发送方的数字信号，接收方从其天线端口收到的数字信号通过收发开关电路进入接收电路，然后经由模拟基带解调，产生解调信号并进入音频编解码单元转换成数字形式，之后经过数字基带单元进行一系列的解调、提取、解密后重建语音信号，重建后的语音信号进入语音编解码单元转换成模拟信号后经过其扬声器播放出来(此处数字接收的工作原理参照中国专利申请号为201711160890.2的发明专利申请“一种双频DMR手持对讲机”中说明书第【0037】-【0038】段的相关内容)。

采用本发明的技术方案后，本发明的车载对讲机解决了以往需要两台机器分别用于接收和发射、一个双工器和至少一根天线，并且需要申请两个频率的传统的中继台架设方案的限制，实现了同频中继功能。本车载电台通过相应的软件设置，简化至只需要一台车载对讲机配上一根天线就可实现同频中继功能，相对于传统的异频中继台即节省频率资源、节约购买资金，同时频点选择不需要受到双工器频率带宽的限制，操作简便、通信高效有保障。

本发明中，所述发射射频单元4和所述接收射频单元6均为集成射频收发芯片，且均内置有数字集成化的锁相环电路供发射和接收独立使用。传统锁相环电路的性能差，频率锁定慢，传统锁相环电路采用分立的压控振荡电路和锁相IC的大环路反馈模拟比较锁相方式，锁相速度由环路模拟参数及分频锁相参数决定不能快速锁定设定的频率，需经锁相IC逐次逼近比较锁定电压，且受调制信号频率影响，不能快速锁定频率，这是由这种模拟锁相电路特性决定；而本发明使用的数字集成化的锁相环电路采用直接小数分频频率合成方式，具有快速频率设定，分频精度高，不受调制信号频率等影响。

如图2所示，功率放大电路3包括推动级自动功率控制单元和末级功率控制单元，推动级自动功率控制单元包括驻波检测电路13、检波电路31、放大器32、比较器33和推动级功率放大器36；末级功率控制单元包括末级功率放大器35和缓冲放大器34；在推动级自动功率控制单元中，驻波检测电路13依次连接检波电路31、放大器32、比较器33和推动级功率放大器36，微处理器7的控制端口与比较器33的输入端相连接；在末级功率控制单元中，微处理器7的控制端口与缓冲放大器34的输入端相连接，缓冲放大器34的输出端与末级功率放大器35的输入端相连接。

本发明中，由微处理器7的两个控制端对所述推动级自动功率控制单元和所述末级功率控制单元同步进行设置，需要同步设置时微处理器同步发送指令给所述推动级自动功率控制单元和所述末级功率控制单元。而且，由微处理器7分别对所述推动级自动功率控制单元和所述末级功率控制单元进行独立控制,可有效的控制好30ms时序，保证信号的可靠性，防止自身的干扰。

所述推动级自动功率控制单元中的放大器和比较器均采用圣邦微电子高性能、低功耗的运算放大器，型号为SGM8272YMS8G，该运算放大器具有7V/us的高转换率。从而可以实现27.5ms的收发调制信号的准确度，严格确保在2.5ms以内完成发射与接收之间的切换。

所述末级自动功率控制单元中的缓冲放大器采用圣邦微电子高性能的运算放大器，型号为SGM8535BYN5G，该运算放大器具有宽输入共模电压和优异的输出电压摆幅,能够快速稳定的输出所需的电压。

本发明中，微处理器7使用M4内核及以上的微型控制器。M4以上的内核的运算速度才能满足本发明中继收发快速切换的要求。

本发明中，数字基带单元10采用的是型号为SCT3258的数字基带处理芯片。

如图3所示，所述发射射频单元的电源控制电路的输出端使用性能优异的钽电容C1。钽电容具有良好的滤波和抑制杂散的能力，还具有低频特性线性好，不会对高频产生谐振，使射频信号转换平滑，不会产生射频振荡或过冲的优点。

所述接收射频单元的电源控制电路采用Diodes高性能的预置偏压晶体管Q4，型号为UMC5N，这样电源单元11通过此高性能的预置偏压晶体管Q4提供给各个单元、模块独立供电，既节能又高效，保证了各单元、模块之间工作可靠稳定、互不干扰。进一步地，还在预置偏压晶体管Q4的控制脚上增加带阻三极管Q3，提高关断速度。