一种具有CSBK传输功能的数字信道机的制作方法

本发明涉及数字信道机领域，具体地说，涉及一种具有csbk传输功能的数字信道机。

背景技术：

目前货车列尾信息无线传输普遍采用的450mhz频段模拟制式，但国家已停止150mhz400mhz频段内模拟对讲机设备的型号核准，全面推广数字对讲机。货车列尾信息无线传输应从模拟制式逐步升级为400mhz数字制式。因此采用400mhz数字方式来进行货车列尾通信已是大势所趋，为提高数据传输的可靠性和提高通信效率，提出了csbk数字信道机技术方案，并兼容既有的450mhz模拟列尾通信，以保障货车列尾的正常运用。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有csbk传输功能的数字信道机，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有csbk传输功能的数字信道机，所述数字信道机包括用户接口单元、信令控制单元、基带调制解调单元、ffsk调制解调单元、射频收发单元和电源单元；其中，电源单元与用户接口单元电连接，用户接口单元与信令控制单元电连接和通信连接；用户接口单元用于在列尾设备主控单元与信令控制单元之间双向传输列尾数据和列尾信令；信令控制单元与基带调制解调单元电连接和通信连接，基带调制解调单元与射频收发单元电连接和通信连接；信令控制单元用于对列尾数据的csbk调制解调并将csbk数据发送至基带调制解调单元，信令控制单元采用stm32芯片微处理器，所述stm32芯片微处理器用于根据csbk通信协议将信道控制和双时隙定时控制信息与csbk数据一起发送至交织器进行数据处理后，发送至基带调制解调单元进行基带调制，以实现在发送csbk数据时的信道控制和双时隙定时控制；基带调制解调单元用于对csbk数据的4fsk信号调制和解调，并将调制后的4fsk信号调制到载频信号上或者将解调后的csbk数据发送至信令控制单元，基带调制解调单元采用omapl138微处理器，基带调制解调单元用于控制压控振荡器回来的电流来调制载波频率，以实现信道控制功能，基带调制解调单元还用于检测用户接口单元的ptt电平，以实现启动信道机发射功能；并用于检测载波监测端的电平改变，以实现告知列尾设备主控单元接收到有效的载波信号功能；射频收发单元用于发射或接收载频信号，以实现数字工作模式下的列尾数据传输；信令控制单元与ffsk调制解调单元电连接和通信连接，ffsk调制解调单元与基带调制解调单元电连接和通信连接，基带调制解调单元与射频收发单元电连接和通信连接；信令控制单元用于将ffsk数据发送至ffsk调制解调单元，ffsk调制解调单元用于对ffsk数据的ffsk信号调制和解调，并将调制后的ffsk信号发送至基带调制解调单元或者将解调后的ffsk数据发送至信令控制单元，ffsk调制解调单元采用cmx469芯片；基带调制解调单元用于将调制后的ffsk信号调制到载频信号上或将解调后的ffsk信号发送至ffsk调制解调单元，射频收发单元用于发射或接收载频信号，以实现模拟工作模式下的列尾数据传输。

通过上述技术方案，在数字工作模式下，基于高速的csbk通信,采用信令控制电路与基带调制解调电路的方式，实现csbk数据的调制解调和4fsk信号调制解调功能，实现列尾数据的数字传输。在模拟工作模式下，基于ffsk调制解调技术，实现列尾数据的模拟通信，实现列尾数据通信由模拟向数字的平滑过渡。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，用户接口单元包括复位信号控制端，列尾设备主控单元通过复位信号控制端与基带调制解调单元电连接和通信连接，以控制数字信道机进行重启工作。

通过上述技术方案，通过复位信号控制端可以控制基带调制解调单元以实现控制数字信道机进行重启工作。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，用户接口单元包括ptt信号控制端，列尾设备主控单元通过ptt信号控制端与基带调制解调单元电连接和通信连接，以控制数字信道机是否进行发射。

通过上述技术方案，通过ptt信号控制端可以控制基带调制解调单元与射频收发单元之间的信号传输，进而控制数字信道机是否进行发射。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，用户接口单元包括载波监测端，列尾设备主控单元通过载波监测端与基带调制解调单元电连接和通信连接，以告知列尾设备主控单元有否收到有效的载波信号。

通过上述技术方案，通过载波监测端检测基带调制解调单元接收的信号是否是有效的载波信号，进而列尾设备主控单元可知是否接收到有效的载波信号。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，用户接口单元包括uart接口和usb接口；列尾设备主控单元通过uart接口与信令控制单元电连接和通信连接，以实现列尾数据和列尾信令的传输；计算机与usb接口电连接和通信连接，usb接口与基带调制解调单元电连接和通信连接，以实现计算机对数字信道机的写频、工作模式调整和软件升级。

通过上述技术方案，通过usb接口可以实现计算机与基带调制解调单元的通信。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，用户接口单元包括供电电源接口，列尾设备主机通过供电电源接口与电源单元电连接，以提供直流dc7.2v工作电压给数字信道机；电源单元包括dc7.2v转dc3.3v直流稳压电源模块，以使dc7.2v电压转换为稳定可靠的dc3.3v电压。

通过上述技术方案，实现为各单元提供稳定可靠的dc3.3v工作电压。

作为对本发明所述的数字信道机的进一步说明，优选地，射频收发单元包括发射电路和接收电路；所述发射电路包括射频功率放大电路、低通滤波电路和自动功率控制电路，其中，混频器、射频功率放大电路和低通滤波电路依次串联连接，自动功率控制电路与射频功率放大电路并联连接，混频器用于产生载波信号，射频功率放大电路用于对载波信号进行多级放大器放大，同时自动功率控制电路对载波信号发射功率进行自动调节，载波信号通过低通滤波电路后进行发送；所述接收电路包括射频带通滤波器、低噪声放大器、中频滤波器、中频放大器和中频处理器，其中，射频带通滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器和中频处理器依次串联连接。

通过上述技术方案，实现了对4fsk信号和ffsk信号的调制和解调，并提高对带外谐波及杂散信号的抑制功能。

本发明的有益效果在于：本发明的数字信道机采用数模兼容的工作方式，满足了模拟向数字化通信平滑过渡的需求；数字模式下采用csbk调制解调技术和4fsk信号调制解调技术，实现高速的列尾数字通信，提高了通信效率，采用鉴权加密技术，提高通信安全性；模拟模式下，采用ffsk调制解调技术，实现模拟列尾数据通信，满足兼容模拟与数字通信的需求；实现高速的列尾数据的数字化传输，提高了数据的通信效率，提高了通信的安全性，提高了数据传输的抗干扰能力。本发明还基于用户二次开发接口，实现列尾设备主控单元与csbk数字信道机的通信，实现信道控制、csbk数据收发、ffsk数据收发、状态参数查询、参数设置、功率控制等功能，实现计算机与csbk数字信道机的通信，实现写频、模式调整和软件升级等功能。

附图说明

图1为本发明的数字信道机的电路原理框图；

图2为本发明的用户接口单元的电路原理框图；

图3为本发明的信令控制单元的电路原理示意图；

图4为本发明的信令控制单元的上行和下行tdma时序图；

图5为本发明的基带调制解调单元的电路原理示意图；

图6为本发明的ffsk调制解调单元的电路原理示意图；

图7为本发明的射频收发单元的发射电路的电路原理框图；

图8为本发明的射频收发单元的接收电路的电路原理框图；

图9为本发明的csbk列尾信息单帧结构；

图10为本发明的bptc编码帧格式示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

如图1所示，图1为本发明的数字信道机的电路原理框图；所述数字信道机包括用户接口单元1、信令控制单元2、基带调制解调单元3、ffsk调制解调单元4、射频收发单元5和电源单元6；其中，电源单元6与用户接口单元1电连接，电源单元6包括dc7.2v转dc3.3v直流稳压电源模块。用户接口单元1与信令控制单元2电连接和通信连接；用户接口单元1用于在列尾设备主控单元与信令控制单元2之间双向传输列尾数据和列尾信令；基于uart串口，信令控制单元2与基带调制解调单元3电连接和通信连接，基于音频输入输出接口，基带调制解调单元3与射频收发单元5电连接和通信连接；信令控制单元2用于对列尾数据的csbk调制解调并将csbk数据发送至基带调制解调单元3，基带调制解调单元3用于对csbk数据的4fsk信号调制和解调，并将调制后的4fsk信号调制到载频信号上或者将解调后的csbk数据发送至信令控制单元2，射频收发单元5用于发射或接收载频信号，以实现数字工作模式下的列尾数据传输；基于同步时钟数据传输接口，信令控制单元2与ffsk调制解调单元4电连接和通信连接，基于音频输入输出接口，ffsk调制解调单元4与基带调制解调单元3电连接和通信连接，基于音频输入输出接口，基带调制解调单元3与射频收发单元5电连接和通信连接；信令控制单元2用于将ffsk数据发送至ffsk调制解调单元4，ffsk调制解调单元4用于对ffsk数据的ffsk信号调制和解调，并将调制后的ffsk信号发送至基带调制解调单元3或者将解调后的ffsk数据发送至信令控制单元2，基带调制解调单元3用于将调制后的ffsk信号调制到载频信号上或将解调后的ffsk信号发送至ffsk调制解调单元4，射频收发单元5用于发射或接收载频信号，以实现模拟工作模式下的列尾数据传输。

请参看图2，图2为本发明的用户接口单元的电路原理框图；用户接口单元1包括供电电源接口11、uart接口12、usb接口13、复位信号控制端14、ptt信号控制端15和载波监测端16；其中，列尾设备主机通过供电电源接口11与电源单元6电连接，以提供直流dc7.2v工作电压给数字信道机；列尾设备主控单元通过uart接口12与信令控制单元2电连接和通信连接，以实现列尾数据和列尾信令的传输；计算机与usb接口13电连接和通信连接，usb接口13与基带调制解调单元3电连接和通信连接，以实现计算机对数字信道机的写频、工作模式调整和软件升级；列尾设备主控单元通过复位信号控制端14与基带调制解调单元3电连接和通信连接，以控制数字信道机进行重启工作；列尾设备主控单元通过ptt信号控制端15与基带调制解调单元3电连接和通信连接，以控制数字信道机是否进行发射；列尾设备主控单元通过载波监测端16与基带调制解调单元3电连接和通信连接，以告知列尾设备主控单元有否收到有效的载波信号。

请参看图3，图3为本发明的信令控制单元的电路原理示意图；信令控制单元2采用stm32芯片微处理器，信令控制单元2通过uart接口与用户接口单元1连接，信令控制单元2通过uart串口与基带调制解调单元3连接，信令控制单元2通过i/o接口和外部中断接口与ffsk调制解调单元4连接。csbk调制解调由stm32芯片微处理器依据csbk通信协议进行数据处理实现；同样由stm32芯片微处理器依据tdma协议在发送csbk数据时，将信道控制和双时隙定时控制信息与csbk数据一起发送至交织器进行数据处理后，发送至基带调制解调单元3进行基带调制。根据tdma通信协议，一个射频载波(即一个物理信道)，被分为两个逻辑信道，上下行各采用一个射频信道，故上下行分别有两个逻辑信道，即时隙1和时隙2，由信令控制单元stm32芯片微处理器，依据tdma协议规定的间隔时间进行信道定时分配，将csbk数据分配至时隙1或时隙2，上下行tdma时序如附图4所示。

信令控制单元2基于arm高速数据处理能力，信令控制单元采用具有高性能、低功耗、低成本的armcortex-m3内核的stm32系列芯片处理器，在stm32芯片上加载linux操作系统，实现数字信道机的信道控制和通信数据处理，基于linux操作系统的数据处理程序，实现csbk数据处理；tdma数据处理；交织器数据处理；串口及外部中断等接口数据处理。

基于uart串行数据接口，实现列尾通信设备主控单元与数字信道机的数据、信令通信，实现csbk数据收发、ffsk数据收发、信道控制、参数查询、参数设置等功能。uart串口通信采用标准的异步串行通信协议，数据格式为每字节数据10位比特构成，即1位起始位、8位数据位和1位停止位构成，通信速率为38400bit/s。

采用at指令集，实现列尾设备主控单元与数字信道机的数据、信令交互通信功能。at指令由“at”+功能名称+数据或命令内容+结束字符组成。基于at指令的功能名称，实现区分列尾数据采用数字模式传输或者模拟模式传输。例如：采用数字模式传输列尾数据，通信数据帧格式为at+csbk+数据+结束字符，采用模拟模式传输列尾数据，通信数据帧格式为at+ffsk+数据+结束字符。

基于高速可靠的csbk数据通信，实现列尾通信数据的数字模式传输。信令控制单元对列尾数据进行csbk调制和解调，csbk列尾信息单帧结构如图9所示，单帧csbk消息长度为96比特。csbk单帧消息结构由一个数据块(lb)、保护标志(pf)、控制信令块操作码(csbko)、功能集标识符(fid)、8个字节的数据和csbkcrc校验码组成，保证了数据的有效收发和收发数据的正确性。

csbk数据发送时，需进行bptc编码，增加fec纠错校验、数据加密等信息，实现数据保护和加密功能，如图10所示，图10为bptc编码帧格式示意图，经过交织器后增加帧同步、时隙类型等控制信息，实现控制逻辑信道发送功能。csbk数据接收时，需进行解密和fec纠错校验才能解调出csbk数据。

tdma时分多址通信技术的采用为信道资源的管理和分配带来了极大的灵活性，提高了信道容量，提高设备的抗干扰能力，提高了通信质量。高速的csbk编解码结合快速的4fsk调制解调技术，实现高速的列尾数据的数字化传输，提高了数据的通信效率，提高了通信的安全性，提高了数据传输的抗干扰能力。

请参看图5，图5为本发明的基带调制解调单元的电路原理示意图；基带调制解调单元3采用omapl138微处理器，内置数模和模数转换子单元和载波信号调制解调子单元，基带调制解调单元3通过音频输入输出接口与ffsk调制解调单元4和射频收发单元5连接，基带调制解调单元3通过串行数据接口与信令控制单元2连接，基带调制解调单元3通过usb接口、ptt、载波检测与用户接口单元1连接，omapl138是一款功耗极低的dsp+arm9双核微处理器，主频456mhz，包含256mbyte工业级ddr2和512mhznandflash，dsp支持高速音频信号模数、数模转化，l138微处理器支持高效的linux操作系统,主要应用于数据采集处理系统，通信设备，音视频数据处理等，可实现以下功能：将csbk数据调制为4fsk信号；将4fsk信号解调为csbk数据；调整400m载波信号频率，实现信道控制；实现信道切换、载波检测、ptt控发等功能。

发送数据时，将4fsk信号或ffsk信号调制到载波信号上并发送至射频收发单元，接收数据时，将载波信号中的4fsk信号或ffsk信号解调出来，将4fsk信号进行解调，并将数据发送至信令控制单元，将ffsk信号发送至ffsk调制解调单元进行解调；具体地，信令控制单元2发送csbk数字帧信号时，csbk信号发送至基带调制解调单元3，经过基带调制解调单元3数据处理后，将csbk数据调制为4fsk信号，基带调制解调单元3再将4fsk信号进行数模转换，并将转换后的4fsk信号调制至载波信号上，而后发送至射频收发单元5进行发射；反之，射频收发单元5接收的载波信号，经过基带调制解调单元3的载波信号解调后，得到4fsk信号，经过基带调制解调单元3模数转化后，再进行数字处理后，解调出csbk数据，而后发送至信令控制单元2进行解析。ffsk调制解调单元4发送ffsk信号至基带调制解调单元3，基带调制解调单元3将ffsk信号调制到载波信号上，发送至射频收发单元5进行发射，反之，射频收发单元5接收的载波信号，经过基带调制解调单元3解调后得到ffsk信号，ffsk信号发送至ffsk调制解调单元4进行模拟列尾数据解调。基带调制解调单元3还通过控制压控振荡器回来的电流实现对载波频率的调制，实现信道控制功能。通过检测用户接口的ptt电平，实现启动信道机发射功能。载波信号解调成功将改变载波检测端的电平，实现告知列尾设备主控单元接收到有效的载波信号功能。

请参看图6，图6为本发明的ffsk调制解调单元的电路原理示意图；ffsk调制解调单元4采用cmx469芯片，cmx469芯片是全双工ffsk(快速移频键控)调制解调芯片，数据传输速率采用1200b/s，逻辑高低电平频率分别为1200hz/1800hz,在现有模拟数据通信芯片中，是一款频谱利用率较高、传输速度较快、抗干扰能力较强的调制解调芯片。发送ffsk数据时，信令控制单元2通过串行方式发送列尾数据至cmx469芯片，芯片将每个比特进行ffsk信号转换，该比特为“1”将转换为一个周期的1200hz正弦波，该比特为“0”将转换为一个周期的1800hz正弦波，并将转换后的正弦波信号发送至基带调制解调单元3，反之，载波信号中解调出的ffsk信号，经过cmx469芯片将正弦波信号转换为高低电平数据信号后，根据芯片协议发送至信令控制单元2。

基于ffsk调制解调技术，采用cmx469芯片实现ffsk调制解调功能；基于音频输入输出接口，实现与基带调制解调单元的ffsk信号通信；基于同步时钟串行数据通信接口，实现信令控制单元对cmx469芯片的控制和数据通信。

请参看图7和图8，图7为本发明的射频收发单元的发射电路的电路原理框图；图8为本发明的射频收发单元的接收电路的电路原理框图射频收发单元5包括发射电路和接收电路；所述发射电路包括射频功率放大电路51、低通滤波电路52和自动功率控制电路53，其中，混频器54、射频功率放大电路51和低通滤波电路52依次串联连接，自动功率控制电路53与射频功率放大电路51并联连接，混频器用于产生载波信号，射频功率放大电路51用于对载波信号进行多级放大器放大，具有足够大的信号功率，同时自动功率控制电路53对载波信号发射功率进行自动调节，载波信号通过低通滤波电路52后进行发送，低通滤波器满足一定的带内波动性能条件下，提高对带外谐波及杂散信号的抑制功能。

所述接收电路包括射频带通滤波器55、低噪声放大器56、中频滤波器57、中频放大器58和中频处理器59，其中，射频带通滤波器55、低噪声放大器56、混频器54、中频滤波器57、中频放大器58和中频处理器59依次串联连接。射频带通滤波器将有效带通信号进行放大，滤除带外干扰信号，经过低噪声放大电路后的到有效信号，与第一本振信号在混频器中进行差频处理，得到第一中频信号，经过中频滤波器对杂波信号进行进一步的抑制，而后进行中频信号放大，并进行第二次混频，得到第二中频，而后信号送至基带调制解调单元进行adc采样，并解调出4fsk信号和ffsk信号。

本发明的数字信道机在数字模式列尾数据收发为列尾数据通过uart接口发送至信令控制单元。基于csbk调制解调，信令控制单元将数据打包后发送至基带芯片；基带芯片将数据调制为4fsk信号，4fsk信号调制到载频信号上后，通过信道机的射频收发单元进行发送。同时，信道机发送信号期间，列尾通信设备主控单元控制ptt控制信号端，使数字信道机一直处于发射状态。反之csbk数字信道机射频收发单元接收载频信号，并解调出二次中频信号，二次中频信号经adc电路后发送至基带调制解调电路，解调出4fsk信号，并从4fsk信号中解调出csbk数据，解调后的csbk数据发送至信令控制单元，信令控制单元将数据进行重新打包后，通过uart接口发送至列尾设备主控单元。

本发明的数字信道机在模拟模式列尾数据收发为ffsk数据通过uart接口发送至信令控制单元，信令控制单元将ffsk数据发送至ffsk调制解调单元进行调制，调制后的ffsk信号发送至基带芯片；基带芯片将信号调制到载波信号上，发送至射频收发单元，通过射频收发单元进行发送。信道机发送信号期间，列尾设备主控单元控制ptt控制信号端一直保持低电平，使数字信道机一直处于发射状态。信道机射频模块解调出二次中频信号，二次中频信号经adc电路后发送至基带调制解调电路，基带芯片解调出ffsk信号，ffsk信号发送至ffsk调制解调单元进行解调，ffsk调制解调单元将解调后的ffsk数据发送至信令控制单元，信令控制单元将ffsk数据通过uart接口发送至列尾设备主控单元。

本发明信令控制单元采用可编程软件控制芯片，支持通过uart串口进行程序升级，支持用户开发更丰富的应用软件来扩展信道机的功能，并支持基于ip的远程监控和远程软件升级等功能。通过uart接口发送信道设置命令，设置信道机处于数字工作方式信道，或者模拟工作方式信道。当两台信道机同时处在同一频率的同一工作方式的信道下，两台信道机即可进行一对一的通信。csbk数字信道机专用输频软件通过usb接口使信道机进入写频、模式调整、固件软件升级等工作模式。csbk数字信道机进入读写频工作模式后，可对信道机的id、信道参数等进行写入和读出操作。数字信道机进入模式调整后，可对信道机进行模拟或数字工作方式设置。csbk数字信道机进入软件升级工作模式后，可对信道机的固件进行升级。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。