西南交通大学 硕士学位论文
TDD模式的数字对讲无线语音传输系统设计与实现 姓名：沈冰 申请学位级别：硕士 专业：微电子学与固体电子学 指导教师：陈向东 20080301
西南交通大学硕士研究生学位论文第1页
摘要
随着数字集群通信在我国不断地发展，数字集群终端的需求量
将会逐步增大。目前，国外厂商生产的终端价格都比较昂贵，超出 了一般用户可以承受的范围，因此，对于一线指挥调度工作的企事
业单位，如何结合实际情况，在现有成熟的移动通信产品和技术研 究基础之上，推陈出新，优化技术体制，做出多功能、价格适中的 通信终端系统，具有很重要的意义。
本文根据TDD双工模式的原理，设计并实现了一种基于TDD模 式的无线语音传输终端系统。文中首先描述了TDD的帧结构、TDD
的帧周期以及TDD的实现方式等关键技术。接着，简要介绍了系统
的硬件电路。然后，对系统的软件实现进行了详细设计：即采用模
块化的设计思想，对各个功能模块的特点及功能进行详细叙述，并
着重说明各个功能模块软件实现的方法。最后，分别对系统的硬件
和软件部分进行了调试，指出了在调试过程中须要注意的关键点。
文中除了对语音系统做了研究外，还在现有集群通信终端所具
备的短消息数据业务功能的基础上做了改进，增加了短信自动回复 功能，为将来在本系统上实现该功能进行了前期研究。
试验结果表明，该数字对讲语音终端系统达到了预期目标，实 现了一对一单呼、一对多群组呼叫功能。
关键词：数字集群通信；数字对讲；群呼；TDD 西南交通大学硕士研究生学位论文第1f页
Abstract
With the di百tal trunking communications constant development in
our COUlIU'y,digi_tal trunking terminals will gradually increase．These terminals which made by forei盟manufacturers ale more expensive．
Therefore，it is important for the special company and department to innovate technology for wireless dispatcher's communication system base on the existing mature mobile communication products． Ac：‘；ording to the principles and characteristics of Time division
duplex O DD)mode，this thesis has introduced a scheme of wireless
voice transmit terminal system based on TDD mode．卫1e Key methods about TDD flame structure、TDD鱼dl／le cycle and realization of TDD mode ale described firstly．Based on these methods，the software
system adopted modular design concept to describe the detailed
characteristics and function of each modules，and mainly focused on
implementation of each modules．ne巩the text pointed out the key
points of system hardware and set,ware respectively in the debugging
process·
In addition,the text did a p橱inliI脚y study to add a血nc60n of
auto
response of short message based on the short message functions
owned by existing digital tmnking terminal．
The experimental results show that wireless voice transmit
terminal system which designed in this text achieved the expected goals and implemented the functions of one-to-one private calls，one-to-many
group call．
Keywords：Trunking communication system；Wireless dispatcher, Group call；TDD
西南交通大学
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等
复印手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于
1．保密口，在年解密后适用本授权书； 2．‘不保密口，使用本授权书。 (请在以上方框内打“4一)
学位论文作者签名：配_∥
日期：沙曙．芗．z，．7
指导老师签名：
M
醐一红九刁
西南交通大学学位论文创新性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下：
(1)给出了基于TDD模式数字对讲通信系统的基本原理，分析了
TDD双工模式的原理和特点，从而设计了一种多功能通信协议方案， 其中重点讨论了TDD的帧结构、TDD的帧周期以及TDD的实现方式等 关键技术。
(2)采用模块化的设计思想，对系统软件实现进行了详细设计。 (3)该终端系统不但实现了全双工一对一单呼功能，还具有一对
多的半双工群呼功能，在软件实现上特别对该功能的实现方法进行了 详细叙述。其中的群呼功能在目前少量有关用TDD方式实现全双工 语音系统的研究中所不具备的。
西南交通大学硕士研究生学位论文第1页
第1章绪论
1．1论文研究背景概述
移动通信从应用角度划分为公众移动通信网(public land
mobile network)简称(PLMN)和专用移动通信网(private mobile radio system)简称(PMRS)¨锄。
专用移动通信是无线移动通信的重要组成部分，是指专供各 部门和单位内部使用的移动通信系统，如为公安、铁路等部门生 产调度、行政管理和抢险救灾应急而建立的综合无线调度通信网， 它主要提供指挥调度通信服务，故也称无线调度通信晦，。传统的专 用无线电调度系统，整体规划性差，型号、制式混杂，网小台多， 覆盖面窄，噪音干扰严重，频率资源浪费。因此，一种新的无线
电调度技术——集群移动通信便应运而生。
集群通信是20世纪70年代发展起来的一种较经济、较灵活
的移动通信系统。国内外通信界普遍认为，20世纪80-90年代是
集群移动通信在专用无线电通信中占据比重较大的10年，是与蜂 窝移动通信齐头并进的一种先进通信系统Ⅲ。
进入21世纪，随着数字通信技术的进步，集群通信系统由模
拟专用移动通发展成为数字专用移动通信系统旧。数字集群拥有频 谱效率高、信号抗信道衰落能力强、保密性好以及业务种类丰富 (可集指挥调度、电话、数据、短信、多媒体图像及ovcr IP等功 能于一体)等优点。目前，国外在数字集群通信系统的建设和应 用方面已经相当成熟，芬兰的诺基亚、美国的摩托罗拉等公司已 经开发出了多种型号的数字集群终端，而我国在数字集群终端的 研制方面还比较落后。另外，国外生产的数字集群终端的价格都 比较昂贵，这样就无形地阻止了我国的一些企业和单位对集群终 端的大量使用。因此，研制我国具有自主知识产权的数字集群终 端具有很重要的意义。同时，数字集群终端的研制还能够为2008 年北京奥运会提供强有力的技术保障和应用支持M。
’1．2现状研究及分析
’1．2．1集群通信系统现状
为避免各种不同系统的相互干扰、提高通信质量、追求更高 系统容量和频谱利用率，1998年3月，国际电信联盟根据世界各 国提交的集群通信系统方案共制定了七种标准嘲：北美的
Project25，(APC025主要用于公众安全)；欧洲的T乱rapol(法国， 主要用于公众安全)；欧洲电信标准委员会(ETSI)的TETRAn川 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页
(综合应用)：瑞典爱立信的EDACS(综合应用)；美国Motorola 的iDEN[11．IZl(综合应用)；日本的iDRA(综合应用)；以色列的 GeoTek。在这七个标准中，Project25、Tetrapol、EDACS等三个为
采用频分复用(FDMA)技术，TETRA、iDEN、iDRA等三个为采用
时分复用(TDMA)技术，以色列的GeoTek则采用跳频(FnMA)技 术。
目前在我国已经商用的数字集群通信系统主要还是美国 MOTOROLA公司的800MHz数字集群通信系统iDEN(Integrated
Digital Enhanced
Networks)和ETSI制定的TETRA(Terrestrial
Trunked Radio)系统。在2000年12月我国信息产业部发布的《数 字集群通信系统体制》中，iDEN与TETRA均被批准在我国建网 和运营。2004年，信息产业部又颁布了两个参考性技术文件㈨， 分别将中兴通讯的GOTA和华为的GT800两种国有数字集群技术 增加为新的行业标准‘tgU8。
iDEN被称为集成数字增强型网络，是基于TDMA多址方式的调 度通信／蜂窝双工电话组合系统。它在传统大区制调度通信基础
上，大量吸收数字蜂窝通信系统的优点，如采用双模手机方式， 增强了电话互联功能；采用小区复用蜂窝结构，提高了网络覆盖 能力。iDEN系统采用高级调制技术M_16QAM，把每个25Kaz信道 分割成6个时隙，每个时隙占15ms。在每个时隙之始设置同步码 作时隙同步用，采用频分双工方式和4．2kbits的VSELP语音编码 技术，支持调度、电话互联、电路数据／传真等多业务机制。iDEN 由Motorola独家生产制造，接口完全不公开，导致iDEN网络完 全由Motorola一家供应，系统设备采购和建网成本高，终端价格 高。
TETRA基于TDMA方式，在25K带宽内时分4个信道，调制方
式孤／4DQPSK，也支持连续蜂窝的广域覆盖。TETRA系统在指挥调
度方面考虑的比较多，可完成单呼、群呼、话音、电路数据、短 数据消息、分组数据业务的通信及以上业务的直通模式，并可支 持多种附加业务。在大区制条件下最大覆盖半径56公里。目前， TETRA网络对外互联部分技术尚未完全公开，不同厂家的TETRA产 品目前还没有完全实现互联互通。另外，TETRA的系统设备采购和 建网成本高，终端价格高，这也限制了TETRA在更大范围的应用。 GoTa系统基于CDMA技术，它采用16QAM和QPSK的调制方式
和QCELP语音编码技术，上下行各1．25姗z带宽，间隔45姗z。GoTa
系统在CDMA2000 lX系统上进行改进和优化，使其能够满足集群 业务的需求，无线接入基于现有成熟的CDMA空中接口，不改变空 中接口的物理机制，核心网采用独立的分组数据。在网络结构上 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页
由终端、无线子系统BSS、调度子系统DSS等组成。
GT800系统以GSM系统为基础，采用与GSM类似的网络结构，
增加了针对行业用户的多种应用处理平台，使用GMSK调制方式和
频分双工技术：上(806姗z\姗Z)下行(851删z～866删z)。
同时GT800采用了GPRS作为数据承载平台，更好满足行业用户在 数据传输方面的需求。
需要说明的是，无论是国外的iDEN、TETRA或者是国内的GoTa、 GT800它们都需网络支持，且都是FOB双工模式，而FDD系统的实 现需要上下行信号被不同频率隔离，因此需要对称频谱，这在许多 地区，要找到符合要求的成对频率资源将越来越困难。另外，对 基于IP数据的不对称业务而言，一半频率被白白浪费了。相比之 下，TDD系统却有如下优点：适用于不对称的上下行数据传输速率， 尤其适用于IP型的数据业务；便于使用诸如智能天线等新技术； 系统设备成本较低等。这说明，移动通信一定是以FDD为主流的 传统论点已受到挑战，TDD系统在第三代移动通信中的位置已不可 动摇。
1．2．2集群通信系统终端现状
目前，已经商用化的数字集群通信标准是TETRA和iDEN。无
论引进这两种体制中的哪一种，都要进行巨额的投资。初步估计， 仅一部终端(手机)的费用都要500美元左右(iDEN手机价格稍