专利名称：一种手提无线对讲机的信号处理方法
技术领域：
本发明提供一种手提无线对讲机(walki-talki)的信号处理方法，尤指一种使用数字信号处理来进行滤波处理的信号处理方法。
背景技术：
连续音频编码静音系统(continuous tone-coded squelch system，CTCSS)已经被广泛地应用于无线通信的领域中，用于在通信区域中使多多个使用者进行通话，该连续音频编码静音系统是使用低频的音频信号(CTCSS tone)来区别于信道(channel)上所传输的信号，例如已知的已知的手提无线对讲机(walki-talki)便是应用该连续音频编码静音系统来达到团体通话(groupcommunication)的功能。请参阅图1，图1为已知的连续音频编码静音系统所使用频率范围的示意图。如图1所示，频率62.5Hz与250Hz之间的频率范围是用来传输上述低频的音频信号，而频率300Hz与3.4KHz之间的频率范围则用来传输使用者的语音信号(speech signal)，其操作原理简述如下，对于已知的手提无线对讲机而言，一般是使用14个信道(channel)P1……P14来进行信号发射与接收，该14个信道是物理信道(physical channel)，此外，每一信道又可依据38个不同频率的音频信号T1……T38来产生总共532(14*38)个逻辑信道(logical channel)，当发话者设定该手提无线对讲机所使用的物理信道为P1以及所使用的音频信号为T1，亦即该发话者设定其逻辑信道为P1(T1)，当该发话者经按压该手提无线对讲机的通话键(push-to-talk，PTT)后，该发话者便可经该物理信道P1输出其语音信号至该手提无线对讲机所对应的预定通信范围中，若该预定通信范围中有其他3位使用者，且分别设定其所使用的逻辑信道为P1(T1)、P1(T38)、P2(T1)，对于第一位使用者而言，由于其手提无线对讲机是在物理信道P1上进行信号发射与接收，因此第一位使用者的手提无线对讲机会开始接收该发话者所输出的语音信号，且该手提无线对讲机判断该发话者所使用的音频信号亦为T1，亦即该发话者与该第一位使用者均设定相同的逻辑信道P1(T1)，因此该第一位使用者的手提无线对讲机便会将接收至该发话者的语音信号经喇叭输出，因此该第一位使用者便可听到该发话者的语音信号，对于第二位使用者而言，由于其手提无线对讲机是在物理信道P1上进行信号发射与接收，因此第二位使用者的手提无线对讲机亦会开始接收该发话者所输出的语音信号，然而该手提无线对讲机判断该发话者所使用的音频信号为T1而非T38，亦即该发话者与该第二位使用者分别设定不同的逻辑信道P1(T1)与P1(T38)，因此该第二位使用者的手提无线对讲机并不会将接收至该发话者的语音信号经喇叭输出，所以该第二位使用者并无法听到该发话者的语音信号，对于第三位使用者而言，由于其手提无线对讲机是于物理信道P2进行信号发射与接收，因此第三位使用者的手提无线对讲机与该发话者是分别使用不同的信道，因此第三位使用者的手提无线对讲机无法依据收信强度指示(received signal strengthindicator，RSSI)所检测到的信号强度来开始接收该发话者所发射的信号，因此该第三位使用者的手提无线对讲机并不会接收该发话者的语音信号，也就不会经喇叭输出该发话者的语音信号，所以该第二、三位使用者并无法听到该发话者的语音信号亦即说该第二、三位使用者的手提无线对讲机经判断该音频信号而启动静音(squelch)功能，换句话说，设定相同逻辑信道的使用者才可彼此间进行通话来达到上述团体通话的目的。
请参阅图1与图2，图2为已知的手提无线对讲机10的功能方块示意图。手提无线对讲机10包含有天线(antenna)11，收发器(transceiver)12，选择器(selector)14，解码器(CTCSS decoder)16，编码器(CTCSSencoder)18，语音信号处理单元20，喇叭(speaker)22，麦克风(microphone)24，以及控制单元26。手提无线对讲机10可经天线11来接收与发射射频信号RF，对于接收射频信号RF而言，收发器12将高频的射频信号RF转换为低频的基频信号Rx，并发送至选择器14，然后选择器14会经输出端A输出该基频信号Rx，解码器16则依据基频信号Rx来判断其音频信号的频率，一般而言，解码器16包含有模拟模拟低通滤波电路(LowPass filter)用来过滤基频信号Rx中介于频率62.5Hz与频率250Hz之间的信号，并判断对应基频信号Rx的音频信号以决定是否使用相同的逻辑信道，同时解码器16会将其判断结果传输至控制单元26，若基频信号Rx所对应的逻辑信道与手提无线对讲机10所设定的逻辑信道相同，则控制单元26便会启动喇叭22来进行后续信号输出处理，语音信号处理单元20亦包含有两个模拟模拟滤波电路，用来提取频率300Hz的低通滤波至频率3.4KHz的高通滤波之间的信号，最后再经喇叭22输出。相反地，若基频信号Rx所对应的逻辑信道与手提无线对讲机10所设定的逻辑信道不同，则控制单元26便不会启动语音信号处理单元20与喇叭22，因此手提无线对讲机10便不会输出经不同逻辑信道所发射的任何信号。对于发射射频信号RF而言，当使用者按压该通话键时，选择器14会选取输入端B，同时控制单元26会启动麦克风24，因此该使用者的语音信号便可输入至语音信号处理单元20，如前所述，语音信号处理单元20经其滤波电路来提取频率300Hz至频率3.4KHz之间的信号，然后再输出至编码器18，编码器18会依据手提无线对讲机10所设定的逻辑信道(CTCSS code)而加入相对应音频信号至语音信号处理单元20的输出信号而产生基频信号Tx，最后经收发器12转换为高频的射频信号RF而经天线11输出。
已知的手提无线对讲机10是执行模拟信号处理，亦即对于接收模拟射频信号RF至经喇叭22输出模拟基频信号Rx之间均以模拟方式来进行音频信号等处理，同样地，对于接收模拟语音信号至经天线11输出基频信号Tx之间亦以模拟方式来进行音频信号等处理。如上所述，解码器16与语音信号处理单元20均需使用模拟滤波电路来提取所需的频率范围，然而已知的滤波电路由于本身特性而无法得到精准的(sharp)的过滤特性来获得所需频率范围的信号，例如当38个音频信号平均分布于频率62.5Hz至频率250KHz之间时，相邻音频信号的频率差仅大约5Hz，亦即解码器16极可能会产生误判的情形而影响实际信号接收，或者语音信号处理单元20由于无法准确地提取频率300Hz至频率3.4KHz之间的信号，因此当进行输出基频信号Tx时，编码器18所产生的音频信号可能受到该使用者输入的语音信号干扰，或者高于频率3.4KHz的信号可能干扰其他物理信道所传输的信号而影响其他使用者的收讯品质。此外，当手提无线对讲机10欲提供额外功能时，例如增加通讯保密(scramble)功能，必须添加相对应的硬件电路至手提无线对讲机10上，所以容易增加电路复杂度以及产品成本，甚至可能造成产品尺寸与重量增加而影响其市场竞争力。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种手提无线对讲机的信号处理方法，其是以数字信号处理的方式来对传输信号与接收信号进行滤波处理，以解决上述问题。
本发明提供一种无线通信装置的信号处理方法，该无线通信装置是使用连续音频编码静音系统(continuous tone-coded squelch system，CTCSS)以控制信号传输，该无线通信装置包含有模拟/数字转换器(analog-todigital converter，ADC)，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，电连接于该模拟/数字转换器，以及数字/模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)，电连接于该数字信号处理器。该信号处理方法包含有使用该模拟/数字转换器将第一模拟通信信号转换为第一数字通信信号，该第一数字通信信号在频域(frequency domain)中包含有多多个处理信号，每一处理信号对应一预定频率；使用该数字信号处理器来处理对应该第一数字通信信号的静音音频信号(CTCSS tone)以产生第二数字通信信号；以及使用该数字/模拟转换器将该第二数字通信信号转换为第二模拟通信信号并输出该第二模拟通信信号。其中该无线通信装置是依据该静音音频信号来区别在信道(channel)上所传输的信号。
图1为已知的连续音频编码静音系统所使用频率范围的示意图。
图2为已知的手提无线对讲机的功能方块示意图。
图3为本发明手提无线对讲机的功能方块示意图。
图4为图3所示的数字信号处理器的第一种信号处理流程图。
图5为图3所示的数字信号处理器的第二种信号处理流程图。
图示的符号说明10、30手提无线对讲机11、32天线12、34收发器14、36a、36ba选择器 16解码器18编码器20语音信号处理单元 22、44喇叭24、46麦克风26控制单元38模拟/数字转换器
40数字信号处理器42数字/模拟转换器48随机访问存储器50只读存储器 52控制电路具体实施方式
请参阅图3，图3为本发明手提无线对讲机30的功能方块示意图。手提无线对讲机30包含有天线32，收发器34，二个选择器36a、36b，模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)38，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)40，数字/模拟转换器(digital-to-analogconverter，DAC)42，喇叭(speaker)44，麦克风(microphone)46，随机访问存储器(random access memory，RAM)48，只读存储器(read-only memory，ROM)50，以及控制电路52。天线32是用来接收物理信道上所发射的射频信号RF，以及经该物理信道发射射频信号RF，而收发器34则可将接收至天线32的射频信号RF转换为低频的基频信号Rx，以及收发器34亦可将低频的基频信号Tx转换为高频的射频信号RF，并经天线32输出，选择器36a、36b是用来依据手提无线对讲机30目前的操作状态(接收或输出信号)来控制信号传输路径，此外，模拟/数字转换器38是用来将模拟信号转换为相对应数字信号，相反地，数字/模拟转换器42则用来将数字信号转换为相对应模拟信号，数字信号处理器40则用来处理已知的音频信号以确认接收的基频信号Rx所使用的逻辑信道，以及使输出的基频信号Tx对应于手提无线对讲机30所设定的逻辑信道，而只读存储器50则储存数字信号处理器40用来执行上述操作所需的运算程序，并经随机访问存储器48来暂存数字信号处理器40执行该运算程序所产生的暂存资料，亦即随机访问存储器48是缓冲器(buffer)，控制电路52(例如微处理器)是用来控制手提无线对讲机30的整体运作，并提供人机介面(man machine interface，MMI)以使使用者经该人机介面得知该手提无线对讲机30的状态与经该人机介面操作该手提无线对讲机30，本发明手提无线对讲机30的操作叙述如下。
若该使用者设定手提无线对讲机30使用物理信道P1以及音频信号T1，亦即设定逻辑信道P1(T1)，对于接收信号而言，天线32接收射频信号RF并发射至收发器34，然后收发器34经物理信道P1过滤该射频信号RF，并转换产生低频的基频信号Rx，且经选择器36a发射至模拟/数字转换器38以将模拟的基频信号Rx转换为数字信号Rx’，然后该数字信号Rx’便经数字信号处理器40进行音频信号T1的检测，亦即数字信号处理器40会进行图2所示的解码器16的工作，若基频信号Rx包含有音频信号T1，则数字信号处理器40会告知控制电路52以进行基频信号Rx的输出，同时经数字/模拟转换器42转换为相对应的模拟信号Rout，并经选择器36b控制而自喇叭44输出，相反地，若基频信号Rx不包含音频信号T1，则数字信号处理器40亦会告知控制电路52停止输出基频信号Rx。对于输出信号而言，该使用者经麦克风46输出模拟信号Tin，并经选择器36a控制而输入模拟/数字转换器38，该模拟/数字转换器38进一步将模拟信号Tin转换为相对应数字信号Tx’，并经数字信号处理器40将手提无线对讲机30所使用的音频信号T1与数字信号Tx’合成，亦即数字信号处理器40会进行图2所示的编码器18的操作，并经数字/模拟转换器42将该数字信号处理器40的输出转换为模拟的基频信号Tx，同时经选择器36b控制而发射至收发器34以转换为经物理信道P1传输的射频信号RF，并通过天线32输出。
请参阅图4以及图5，图4为图3所示的数字信号处理器40的第一种信号处理流程图，而图5为图3所示的数字信号处理器40的第二种信号处理流程图。如前所述，数字信号处理器40是读取只读存储器50中所储存的程序来对数字信号Rx’、Tx’执行相关音频信号的处理，对于数字信号Tx’来说，数字信号处理器40包含有下列步骤步骤100接收数字信号Tx’；步骤102对数字信号Tx’执行数字低通滤波(low-pass filtering)处理；步骤104对数字信号Tx’执行数字高通滤波(high-pass filtering)处理；步骤106对数字信号Tx’执行编码处理以在数字信号Tx’中加入音频信号；步骤108输出运算结果至数字/模拟转换器42。
上述操作原理叙述如下，如图1所示，使用者仅使用频率300Hz至3.4KHz之间的频率范围来传输语音信号Tin，而频率62.5Hz至250Hz之间的频率范围则被音频信号所使用，当数字信号处理器40接收对应语音信号Tin的数字信号Tx’后(步骤100)，由于数字信号Tx’在频域(frequency domain)中包含有多多个处理信号，每一处理信号对应预定频率，因此必须过滤数字信号Tx’以提取位于频率300Hz至3.4KHz之间处理信号以避免数字信号Tx’干扰相对应音频信号(位于频率62.5Hz至250Hz之间)而影响其本身信号发送，以及避免数字信号Tx’干扰其他信道的信号(高于频率3.4KHz)而影响其他使用者的信号接收品质，因此，数字信号Tx’先经数字低通滤波处理(步骤102)，其截止频率(cut-off frequency)为3.4Khz，因此可过滤消除数字信号Tx’中高于频率3.4KHz的处理信号而提取出频率3.4KHz以下的所有处理信号，然后再经数字高通滤波处理(步骤104)来分离出介于频率300Hz至3.4KHz之间的处理信号，亦即该数字高通滤波处理使用的截止频率为300Hz，所以经步骤102、104可确保使用者的语音信号Tin仅于发射于频率300Hz至3.4KHz之间的频率范围中，最后执行编码处理(步骤106)，其是依据该使用者所设定的逻辑信道来加入相对应音频信号于数字信号Tx’中，利用该音频信号来区别同一物理信道所发射的数字信号Tx’，而数字信号处理器40将处理后的数字信号Tx输出至数字/模拟转换器42以产生模拟信号Tx。
对于数字信号Rx′来说，数字信号处理器40包含有下列步骤步骤200接收数字信号Rx′；步骤202对数字信号Rx′执行解码处理以于检测数字信号Rx′所对应的音频信号；步骤204对数字信号Rx′执行数字低通滤波处理；步骤206对数字信号Rx′执行数字高通滤波处理；步骤208输出运算结果至数字/模拟转换器42。
上述操作原理叙述如下，如图1所示，频率62.5Hz至250Hz之间的频率范围是被音频信号所使用，所以当数字信号处理器40接收到对应射频信号RF的数字信号Rx′后(步骤200)，必须于经频率62.5Hz至250Hz之间的信号来判断数字信号Rx′是否使用手提无线对讲机30所设定的逻辑信道，因此会执行解码处理以检测其音频信号(步骤202)，如前所述，数字信号Tx′在频域中包含有多个处理信号，每一处理信号对应预定频率，因此该解码处理亦必须先过滤该数字信号Rx′以提取频率250Hz以下的信号，例如执行截止频率为250Hz的低通滤波处理，然后再检测频率62.5Hz至250Hz之间所存在的音频信号以判断数字信号Rx′是否对应于手提无线对讲机30所设定的逻辑信道，若是则可进一步输出该数字信号Rx′，否则忽略该数字信号Rx′，如前所述，必须再过滤数字信号Rx′以提取位于频率300Hz至3.4KHz之间的处理信号以避免其音频信号(位于频率62.5Hz至250Hz之间)以及其他信道的信号(高于频率3.4KHz)的干扰而影响输出品质，因此，数字信号Rx′先经数字低通滤波处理(步骤204)，其截止频率(cut-off frequency)为3.4Khz，因此可过滤消除数字信号Rx′中高于频率3.4KHz的处理信号而提取出频率3.4KHz以下的所有处理信号，然后再经数字高通滤波处理(步骤206)来分离出介于频率300Hz至3.4KHz之间的处理信号，亦即该数字高通滤波处理使用的截止频率为300Hz，所以经步骤204、206可确保天线32接收的射频信号RF仅于频率300Hz至3.4KHz之间的频率范围中输出，最后数字信号处理器40将处理后的数字信号Rx′输出至数字/模拟转换器42以产生模拟信号Rout。
如上所述，本发明手提无线对讲机30是以数字信号处理方式来对自麦克风46接收的模拟信号Tin以及自天线32所接收的模拟信号Rx进行已知的连续音频编码静音系统的相关处理，例如执行数字滤波处理以提取所需频率范围的处理信号，同时以数字方式来处理音频信号，亦即本发明手提无线对讲机30是使用数字信号处理器40执行只读存储器50所储存的预定程序来完成上述操作，因此，当手提无线对讲机30需增加其额外功能时，便可轻易地在只读存储器50中设置适当的程序来实施该功能，例如可设定程序来执行已知的通讯保密(scramble)功能，本实施例中，手提无线对讲机30的种种功能(function)是经数字信号处理器40执行相关程序来实施，然而亦可使用实际硬件电路来分别处理数字信号以达到手提无线对讲机30的相关功能，均属本发明的范畴。
相对于已知的技术，本发明手提无线对讲机30使用模拟/数字转换器将模拟信号转换为数字信号，使用数字信号处理器来完成手提无线对讲机30的信号接收、信号传输与通讯保密等功能，以及使用数字/模拟转换器将处理后的数字信号转换回模拟信号而输出，相对于已知的模拟式滤波器，数字滤波处理可以拥有较佳的过滤特性，因此，可较准确地提取频率62.5Hz至250Hz的频率范围以及频率300Hz至3.4KHz的频率范围的信号，使得音频信号的检测更准确，语音信号的接收更清晰，同时语音信号的输出不易干扰其音频信号与其他通讯信号。此外，本发明手提无线对讲机30是使用数字信号处理器，因此当手提无线对讲机30欲增加其功能时，可不更改任何实际电路元件下，仅经相对应只读存储器中所储存程序的更改即可达成所要的功能，不但实作简易，且成本低廉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种无线通信装置的信号处理方法，该无线通信装置是使用连续音频编码静音系统以控制信号传输，该无线通信装置包含有模拟/数字转换器，数字信号处理器，电连接于该模拟/数字转换器，以及数字/模拟转换器，电连接于该数字信号处理器；该信号处理方法包含有使用该模拟/数字转换器将第一模拟通信信号转换为第一数字通信信号，该第一数字通信信号在频域包含有多个处理信号，每一处理信号对应预定频率；使用该数字信号处理器来处理对应该第一数字通信信号的静音音频信号以产生第二数字通信信号；以及使用该数字/模拟转换器将该第二数字通信信号转换为第二模拟通信信号并输出该第二模拟通信信号；其中该无线通信装置是依据该静音音频信号来区别于信道上所传送的信号。
2.如权利要求1所述的信号处理方法，其中该无线通信装置另包含有程序存储单元，电连接于该数字信号处理器，用来储存至少一个预定程序；以及资料存储单元，电连接于该数字信号处理器，用来暂存对应该预定程序的运算资料；其中该数字信号处理器是经该程序存储单元以读取该预定程序，并于执行该预定程序时存取该资料存储单元。
3.如权利要求2所述的信号处理方法，其中该程序存储单元是只读存储器。
4.如权利要求2所述的信号处理方法，其中该资料存储单元是随机访问存储器。
5.如权利要求1所述的信号处理方法，其另包含有使用该数字信号处理器提取该第一数字通信信号在频域中对应预定频率范围的处理信号。
6.如权利要求5所述的信号处理方法，其中提取处理信号的步骤包含有保留该第一数字通信信号在频域中低于第一截止频率的处理信号；以及保留该第一数字通信信号在频域中高于第二截止频率的处理信号；其中该第一截止频率是高于该第二截止频率。
7.如权利要求6所述的信号处理方法，其中该静音音频信号的频率是低于该第二截止频率。
8.如权利要求5所述的信号处理方法，其另包含有使用该数字信号处理器产生该静音音频信号，并与对应该预定频率范围的处理信号合成以产生该第二数字通信信号。
9.如权利要求5所述的信号处理方法，其另包含有使用该数字信号处理器检测对应该第一数字通信信号的静音音频信号是否符合预定的静音音频信号；其中若对应该第一数字通信信号的静音音频信号符合该预定的静音音频信号，则该数字信号处理器依据该预定频率范围的处理信号以产生该第二数字通信信号，否则忽略该第一数字通信信号。
10.如权利要求1所述的信号处理方法，其中该无线通信装置是手提无线对讲机。
全文摘要
本发明是提供一种手提无线对讲机的信号处理方法，该手提无线对讲机是使用连续音频编码静音系统以控制信号传输，该手提无线对讲机包含有模拟/数字转换器，数字信号处理器，以及数字/模拟转换器。该信号处理方法包含有使用该模拟/数字转换器将第一模拟通信信号转换为第一数字通信信号，使用该数字信号处理器来处理对应该第一数字通信信号的静音音频信号以产生第二数字通信信号，以及使用该数字/模拟转换器将该第二数字通信信号转换为第二模拟通信信号并输出该第二模拟通信信号，其中该手提无线对讲机是依据该静音音频信号来区别于信道上所传送的信号。
文档编号H04Q5/00GK1501719SQ02151360
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月18日 优先权日2002年11月18日
发明者徐赞翼, 谢朝凯 申请人:康奈科技股份有限公司