DMR之超外差和单芯片方案对比.docx

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1、DMR之超外差和单芯片方案对比DMR之不同射频架构对讲机行业目前有几百家企业在生产不同品质、不同价格的产品。其中高性能、高价格的产品以行业龙头摩托罗拉和海能达为代表，这两个品牌真正自己生产（非贴牌）的中高端机器基本是超外差架构。另外一部分品牌以及摩托罗拉的一些副厂产品，部分采用了高集成的零中频架构。下面我们就讨论下这两种架构对用户使用带来哪些区别，本文只讨论接收部分。先说说什么是超外差架构。先搬一张某经典机型接收机框图：Fig.2Receiversectionconfiguration接收天线下来首先是收发开关（ANTSW）,它负责打开和关闭收发信号。然后是LNA进行信号放大，LNA前后各包含

2、有一个带通滤波器（BPF）。正规机器通常是用几个变容管和线圈等器件构成电调谐带通滤波器，行业内简称电调，会跟踪有用信号的频点而调节自身谐振点。它的作用是对外部接收信号做选择，抑制干扰信号。如果缺失了电调滤波器，强干扰会直接打入LNA或混频器，导致它们饱和，机器出现接收困难（实际灵敏度瞬间恶化）。放大器后面是第一级混频器（MIXR）,混频后的信号变成第一中频信号，通常是几十兆赫兹。混频时，性能的一个关键在于本振信号（PLL）的纯度（相位噪声），这将影响接收机抗干扰性能。目前业界频谱纯度能达到专业对讲机要求的（-12OdbC/HzgHOkoffset）,一种是用分立元件做独立VC0,一种是用Tl产

3、LMX2571,国产器件还有待提高。第一级混频器后面紧跟着的是晶体滤波器（MCF）,这是一种非常特殊和精准的滤波器件，能够做到12.5KHZ这么小的带宽，带外干扰滤除效果非常明显!上图吧：a 10 8 -6 -400 -2 O 2 400 6 800 10FreqUenCy(kHz)这是日本KDS晶体滤波器的特性，能够对干扰衰减60dB,也就是1000000倍。晶体滤波器后面是中频放大器，然后是中频接收芯片。芯片里面进行第二次混频和带通滤波，解调出FM音频供后级音频电路发出声音。这里的带通滤波器再次对带外干扰信号做滤除，保证接收稳定。在一二十年前主要是用日本东芝的TA3U36,现在海能达有在用

4、日本AKM的AK2365A替代。后者有个进步是把外部的第二中频滤波器和陶瓷鉴频器集成到IC中了。综合以上分析可以看到，专业对讲机接收机信号经过了至少3次射频滤波,层层滤波净化后的信号才进行解调。用几张简图总结一下信号提纯过程吧。天线接收的信号中，S代表有用信号，il和i2是近端和远端干扰信号，蓝色曲线代表电调滤波器特性曲线：经过电调滤波器后，远端干扰被消除，但电调滤波器带宽较宽，对近端干扰衰减不够。如下信号被转成中频中频滤波器都是很精准的窄带滤波器，弥补电调的不足，滤波原理如下:MCFIVS，残留的干扰il在MCF带外，会被完美滤除:MCFIVs,这就是超外差电路对抗干扰的整个过程，其中第二中

5、频滤波器的过程与MCF类似，不再赘述。简单讲就是3次滤波来消除干扰。下面对照一款专业机主板实物看看：这是日本的一款经典产品。最右侧红色箭头是天线输入焊接口，紫色圈里3个线圈是低通滤波器，黄色圈里是LNA放大管，若干红色小圈内是构成电调滤波器的电感线圈和变容二极管，绿色圈是晶体滤波器，晶体滤波器上方格子是独立本振，蓝色圈是解调芯片TA31136及配套器件。下图是一款专业级DMR模块的实物图：每个颜色的器件都能和前面的专业机型对应，其中电调部分采用空心线圈获得更好的Q值，晶体滤波器与前款产品是同一品牌（KDS）,浅蓝色圈里的独立本振是Tl的LMX2571,深蓝色圈里是解调芯片AK2365A。这两款

6、芯片都是近年出现并被摩托和海能达专业机采用的型号。再看一看中低端机器是什么样的：川以看到，两款低端机器电路很简洁，蓝色部分用国产接收芯片代替了专业机里面的一大片电路。上面那一款最低端的版本在LNA部分的电调滤波器(BPF)也省掉了，对抗干扰就只能看国产芯片自己了。市面上的DMR机器从两百多到几千块都有，质量也是有几个档次。超外差和国产单芯片的方案目前都出货很多，前者主要是性能稳定、抗干扰性强，缺点是电路复杂、成本高，一般是大品牌专业机在用。后者简单实用，很多消费级的中小品牌产品采用，但还没有出现在摩托罗拉(非贴牌)和海能达的产品中。因为有电调滤波器在LNA前面，滤除干扰的同时也降低了接收机灵敏

7、度。有电调的产品灵敏度未必很高，但在有干扰的环境下实际灵敏度不会下降，用户体验稳定可靠。两者从外观也容易区分，线圈少于8个的很可能没有电调；有没有晶体滤波器也一看便知。在有其他频点的对讲机同时工作，或在铁路、电力等强电磁干扰环境下，都很容易出现突发的远、近端干扰信号。随着国内汽车的普及，汽车电路干扰也经常在我们测试中出现。如果接收机没有充分处理，用户就会感觉信号时好时坏，不稳定。而农村或郊外用户所面临的干扰情况比较少。大家应根据使用环境选择合适的产品方案。附参考资料：DMR简介DMR协议是欧洲电信标准协会在2005年4月发布的数字对讲机协议标准，是DigitalMObileRadi。的缩写。该

8、协议规定了数字对讲机的物理层、数据链路层以及呼叫控制层的组成以及各层之间的相互关系。DMR协议规定的工作频率为30MHZ到100OMHz,多址方式采用时分多址,信道间隔为12.5kHz,调制方式采用的是4FSK调制解调，协议规定的传输的速率为9.6kbpsoDMR协议遵循通用的协议分层架构，规定了如下图所示的三层架构模型。协议的第一层是物理层也是协议的最底层。第二层是数据链路层，是用来处理多个用户共享媒介，数据链路层可以分为两部分：用户面和控制面。用户面主要是用来无寻址功能的业务信息传输比如语音传输。控制面则主要用于有寻址功能的控制信令信息的传输。协议的第三层为呼叫控制层，主要用于呼叫建立，维

9、持和寻址等呼叫控制功能。1、DMR原理(1)话音传输协议在DMR标准协议中，语音以帧为单位传输，语音数据被分成多帧，一帧完整的语音数据为360ms,一帧数据又分割成6段(A-B-CD-E-F),每段60ms.语音通话时，语音以帧为单位循环传输，直到通话结束。通话时，发射机通过话音编码技术将60ms的数据压缩为27.5ms的数据传输,接收机再通过话音解码技术,还原成60ms.压缩后27.5ms的数据格式如图。VS(215)VS(108)VS(107)VS(O)SYNCorVoice(108)embeddedVoice(108)*ignalling(48)图1中的数据有264位，其中话音数据216

10、位，还有48位的数据用于话音同步或传输控制指令，可将一个60ms的时间分割为两个独立工作互不影响的30ms.在DMR协议中，这两个30ms被定义成时序1和时序2。上文已谈及，实质数据只有27.5ms,其余2.5ms时间可用于发射时的功率上升和停止发射时的功率下降，保证整个发射时间严格按照协议标准，不会干扰另一个时序的工作，一帧语音超帧是360ms,由A-F组成，如图。EmbeddedVoiceSYCEnIbrdEInlZdrdEoibrddrdKmbrddnlEmbeddedVairSYNCEmbeddedlH“R18R66.I17kInRllIH7.20位的SlotType数据中，4位的CC

11、用于指示当前发射方的色码，4位的DataType用于指示当前数据的数据类型，DMR的数据类型包括PIHeaderVoiceLCHeaderTerminatorwithLCCSBDataHeader等，还有12位的奇偶校验。2、DMR参数分析DMR采用4FSK调制，信号调制时使用的是滚降系数为0.2的根升余弦滤波器，信道带宽为12.5kHz,符号率为4.8ksps,数据传输速率为9.6kbps。频率在DMR系统中，需要选择合适的频段和频率范围来满足实际需求。一般来说，频段可以分为VHF(VeryHighFrequency,30MHZ300MHz)和UHF(UltraHighFrequency,3

12、00MHZ3GHz)两类，根据实际情况选择相应的频段。除了频段和频率范围，带宽也是一个重要的频率参数。DMR系统的带宽一般为12.5kHz或25kHz,带宽的选择会影响DMR系统的频谱利用率和通信质量。与模拟对讲机的传输带宽25kHz相比，数字对讲机一般采用12.5kHz的带宽进行传输，这样可以提升数字信号的传输速率和频谱利用率。(2)时隙时隙是DMR系统中的一个重要参数，它是指将一个频率资源分成若干个时段，每个时段可容纳一个用户进行通信。时隙的长度一般为30ms或60ms,不同的时隙长度会影响DMR系统的容量和通信效率。具体来说，如果时隙长度较短，比如30ms,则DMR系统可以支持更多的用户

13、同时通信，提高了系统的容量；但是由于时隙长度短，每个用户可用的时间也就更少，可能会降低通信质量。而如果时隙长度较长，比如60ms,则每个用户可用的时间更长，通信质量可能会更好，但是系统的容量会相应降低。在12.5kHz信道带宽下，数字对讲机可以使用两个时隙来进行双向通信，每个时隙可以容纳一个通信用户。因此，在相同的频段内，数字对讲机可以实现比模拟对讲机更多的通信用户数量，提高了频谱利用率。同时，12.5kHz带宽的数字信道也可以更加精细地分配给不同的应用场景，例如紧急呼叫、组呼、单呼等，以满足不同场景下的通信需求。3、调制方式(1)用2FSK调制的2FSK调制器图显示了2FSK调制器模块。如图

14、所示，位或二进制数字(0或1)用作输入，而符号生成为输出。bitsINPUT2FSK2-FSKOUTPUTbModulator图431显示了2FSK调制器模块。如图所示，位或二进制数字(0或1)用作输入，而符号生成为输出。下面表4.3.1提到了2FSK调制中使用的输入和相应输出之间的映射。如前所述，每个符号携带1位信息。2FSK与FSK调制技术相同。tt三tAY1kJ151J编码0教波偏差(一些偏移)1载波+偏差在数学上，2FSK调制可以使用以下公式表示：Sl(t)=Ac*Cos2*(Fc+f)*tS2(t)=Ac*Cos2*(Fc-f)*t这里Sl(t)表示输入为二进制1时的输出，S2(t)表示输入