基于TDM的数字对讲系统设计文献综述

 2023-03-21 05:03


一、文献综述

(一)国内外研究现状

移动通信技术不断更迭,每每都有不同的进步。目前第五代移动通信技术已经推广了一段时间,但是还没有完全普及,目前是其与第四代移动通信技术共同存在的一种形式。甚至第二代与第三代移动通信技术也是在逐步退出市场。但由于一些原因,例如军工方面,一些较为机密的通讯方式也是有需求的。众所周知,华为的5G技术领先,但是在外国反而并不一定能得到推广。[2]甚至于华为还没有支持5G的芯片,最新的几款华为手机仅能支持4G,这便是一个比较棘手的问题。自然,政治问题我关心不了,只能着眼于技术问题。目前中国已经在研制第六代移动通信技术的开发,主要促进的是物联网的发展。通过卫星的通信,将实现全球的无缝覆盖。如此便可将信号送达较为偏远的乡村,方便实现远程医疗;亦可以实现远程教育。此外,在预防灾害以及预测天气等方面也会有更高的准确度。如此一来,这将不是网络速率以及容量的突破,而是一个缩小数字鸿沟的机会,最终实现“万物互联”。我个人之所以拟制作基于时分复用的简单对讲系统,是因为对这一块知识较为感兴趣,希望能在这个过程中得到提升。也希望能为国家建设添砖加瓦,尽一份自己的力量。

(二)研究主要成果

其实2G时期就已经综合运用了TDMA与FDMA技术。3G又运用到了CDMA。4G则是OFDMA。5G技术,各家公司均有自己的技术来支持。总体来说,是需要使得多用户使用时,也要有良好的使用感,不能有致命的谬误。倘若时常串扰,必然是相对不太成功的技术。FDMA的基本想法是将一定长度的时间片分为时隙,再由一定的分配竞争算法调度,去分配或竞争时隙。FDMA则是通过将信号加载到不同频率的载波,来完成多用户的通信。我拟制作的对讲系统,是基于TDMA的简易对讲系统。目前拟打算制作两份装置,作为功能性的演示,后续若有能力、精力以及条件,可以增加装置,进一步形成组网等后续工作。单个装置由STM32主控、TDA2822运放、CMX639语音编解码模块、G01-DP6天线模块、OLED液晶显示模块、DS1302时钟模块、麦克风以及扬声器组成。

之所以选择STM32作为主控,是因为平时学习这款芯片较多,手头上也有多余的芯片可以使用,节约成本。其次,STM32作为32位的处理器,性能强大,可以胜任较为繁琐的运算且不失去良好的运算速度。个人也相对较为熟悉这款芯片,可以使用寄存器与库函数混合编写代码,既兼顾开发效率,又考量运行效率。

TDA2822是采用8引脚封装的单片集成电路。其旨在用作便携式磁带播放机、收音机和CD播放器中的双音频功率放大器。其具有一下特性:电源电压降至1.8V;低交叉失真;低静态电流;桥或立体声配置。

CMX639是一种连续可变斜率增量调制(CVSD)全双工编解码器,用于消费和商业数字语音通信系统。凭借其强大且可选择的编码算法、低成本、极低功耗和小尺寸,其非常适合应用于各种消费和商业数字应用。其完全集成的编解码器简化了设计并消除了外部滤波器和软件算法的成本、复杂性和风险。8Kbps至128Kbps数据/采样时钟速率通过外部时钟信号或内部生成的可编程时钟支持。内部数据/采样时钟来自使用外部时钟晶体的片上参考振荡器。如果需要,提供内部数据/采样时钟输出信号以同步外部电路。编码器输出的三态/高阻抗使能特性也很好地支持多路复用器应用。CMX639由2.7V至5.5V电源供电。

还需要简单介绍一下Si24R1这款超低功耗高性能2.4GHz GFSK无线收发芯片。其工作在ISM频段,集成嵌入式ARQ基带协议引擎。工作频率范围为2400MHz-2525MHz,共有126个1MHz带宽的信道。其采用GFSK/FSK数字调制于解调技术。数据传输速率与PA输出功率都可以调节,支持2Mbps,1Mbps,250Kbps三种数据速率。搞得数据速率可以在更短的时间完成同样的数据收发,因此可以具有更低的功耗。Si25R1针对低功耗应用场合进行了特别优化,在关断模式下,所有寄存器值与FIFO值保持不变,关断电流为0.7uA;在待机模式下,始终保持工作,电流为15uA,并且可以在最长130uS时间内开始数据的收发。其操作方式也非常方便,只需要微处理器通过SPI接口对芯片少数几个寄存器配置即可实现数据的收发通信。支持多种通信模式,可以手动或全自动ARQ协议操作。内部集成收发FIFO,可以保证芯片与MCU数据连续传输,增强型ARQ基带协议引擎能处理所有高速操作,因此大大降低了MCU的系统消耗。此外,其也具备非常低的系统应用成本,只需要一个MCU和少量外围无源器件即可以组成一个无线数据收发系统。内部集成高PSRR的LDO电源,保证1.9-3.6V宽电源范围内稳定工作;数字I/O兼容2.5V/3.3V/5V等多种标准I/O电压,可以与各种MCU端口直接连接。

本系统打算采用的是G01-DP6模块,其正是基于Si24R1带PA、LNA和屏蔽盖的2.4G,100mW,集成PCB天线射频收发模块。因为时间较为紧凑,并且硬件调试也相对较难,此次就直接选用了性能稳定的芯片,可以将精力更加集中于软件的完善上,旨在体会整个完整的流程。接收灵敏度提高了12dB,该模块满功率输出,谐波小,频体积小,部分器件达到了军品级标准。其自带高性能PCB天线,传输距离可达1.5km。

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