商业数字对讲机资料.docx
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商业数字对讲机资料.docx
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商业数字对讲机资料
1.1项目意义
对讲机通信隶属专业无线通信行业,最早起源于军队,后逐渐被应用于政府与公共安全部门、公用事业部门,随着经济和社会的发展以及通信技术的进步,专业无线通信产品在工商业用户中也得到越来越普及的应用。
对讲机通信,在集群调度、应急通信、即时通信等方面有着独特优势,广泛应用于公安、消防、救护、石油化工和民用的建筑施工、物业管理、酒店餐厅、商场、学校等领域,在国民经济和人们生活中具有重要作用。
专业无线通信技术经历了从常规到集群、从模拟向数字的发展历程。
大致可分解为三个阶段:
(1)模拟常规通信
模拟常规通信方式简单,终端与终端之间可以直接对讲,无需基站设备,但通信覆盖范围有限,用户通话容易相互干扰且私密性差。
随着模拟技术的发展,控制信令逐步出现,能够为用户提供更加灵活、高级的应用及功能。
因此在酒店、运输、商场、超市、物管、生产制造等领域得到广泛应用。
模拟常规通信具有技术成熟稳定、性价比高的优势,在相当长一段时间还将继续存在。
(2)模拟集群通信
为了解决常规通信距离短、频率利用率低的问题,集群通信系统应运而生,其特点是系统联网、共享信道,从而有效地扩大了覆盖范围和用户容量,增强了指挥调度功能。
其需要基站等控制设施支持才能正常使用,费率高。
(3)数字专业无线通信
随着专业无线通信用户数量的增加,频谱资源日益紧张,同时用户需求也不断多样化。
上述变化推动专业无线通信技术开始向数字技术发展。
数字对讲机是模拟对讲机的换代产品,是在其内部将语音信号进行数字化处理,并可以扩展其他数据应用功能的对讲机。
数字对讲机拥有全新的技术,是一个新时代的产物。
与传统的模拟对讲机相比,融入了数字调频等现代通信技术的数字对讲机在以下四个方面有着模拟对讲机无法比拟的优势:
Ø频率利用率高。
一路语音信号占用一个信道,信道带宽是12.5kHz或者6.25kHz,而传统模拟对讲机信道带宽是25kHz,从而能很好地解决当今频谱资源日益缺乏的难题。
Ø
数字对讲机的话音质量相比模拟对讲机有很大的改善。
数字技术抗干扰能力强,可过滤噪音并重新构造信号,因此用户的通话将更加清晰。
数字对讲机使无线通讯的有效覆盖范围提高,拥有比模拟技术更优良的语音质量,用户可由此轻松应对现场不断变化的工作环境。
这些优点均得益于窄带编解码器的应用以及数字纠错技术。
见图1。
图1:
模拟与数字对讲机的信号模式
Ø能提供数据应用功能等附加业务。
由于数字对讲机内部设有数字信号处理机制,因此可以增加若干有关数据应用的扩展功能,例如文本信息、视频信息、遥测数据等无线传输等。
Ø易于加密。
在模拟信道上,语音信号很容易被监听。
数字产品能够应用高等级的加密技术,相对模拟语音的扰频技术,语音加密等级更高,且还具备系统鉴权、空口加密等安全手段,因此通信安全水平更高,从而最大限度地确保用户通讯的私密性。
这几大特点,使得数字对讲机相比传统模拟对讲机优势明显,成为未来对讲机发展的必然趋势。
为此,国内外众多机构和企业投入了大量的人力、物力进行研究和开发。
2009年12月12日,国家工信部发布666号文件,规定从2011年1月1日开始,停止对模拟对讲机的型号核准。
这表明对讲机从模拟转向数字已是必然趋势,各对讲机企业的研发重点由模拟转向数字已到了刻不容缓的地步。
但是国内数字对讲机的研发和推广还处于一个缓慢发展的起始阶段,主要制约因素表现在:
(1)成本较高。
目前,国内外都还没有成熟的数字对讲机专用芯片平台,无一例外地,大家的数字对讲机产品解决方案都是基于通用芯片平台,然后进行协议栈、算法、驱动的开发。
由于使用通用芯片作为核心器件,芯片的功能模块设置没有针对性,资源浪费严重。
虽然研发出的产品性能优越,功能齐全,但是其研发及生产成本花费巨大,产品价格昂贵,目前只能定位在高端专业市场,非一般用户所能承受,故并不受大众用户的欢迎,无法形成规模化销售,没法普及整个对讲机市场。
其中,美国MOTOROLA的XIRP8200系列数字对讲机销售价格约为人民币7500元左右,日本健伍公司NX系列数字对讲机的销售价约为人民币3500元左右,国内企业生产的数字对讲机售价也在2500-3000元左右,然而目前大量使用的中、低端模拟对讲机的价格仅约人民币400元。
(2)未能形成产业规模。
由于目前数字对讲机的平均价格远远高于中、低端模拟对讲机的价格,导致现在数字对讲机只能被少数高端的专业用户所接受,在高端专用对讲机市场形成部分产业回报。
因此,即便数字对讲机有许多技术优势和功能优势,但对价格较为敏感的中、低端市场还没法形成数字对讲机的产业规模。
而国际金融危机对企业的冲击使得产业规模更加难以形成突破。
突破数字对讲机产业规模的关键在于能否降低数字对讲机的销售价格。
(3)尚未形成统一的国家标准。
目前欧洲的DMR/dPMR标准已成为国际数字对讲机主流标准。
ETSI发布DMR、dPMR、DSRR数字对讲标准后,美国的主流对讲机公司摩托罗拉已于2007年推出了基于DMR的数字对讲机产品,并开始向世界各国销售;日本的健伍、ICOM公司也于2008年推出了基于dPMR的数字对讲机产品,并开始在全球广泛销售,其主要市场在北美地区,终端产品的市场年销售量大约为几十万部。
但目前在中国尚没有统一的国家标准,国内部分研发、制造数字对讲机的企业也只是开发具备各企业协议标准的数字对讲机,无法互联互通,亦无法带动整个数字对讲机行业。
如果我国不能推出自己的标准,那么数字对讲机发展很有可能会落入国外专利的泥沼里,需要不断支付高昂的专利费用,更不利于数字对讲机的行业发展和模转数的推动。
666号文为对讲机模转数定了时间表,中国的数字对讲机各相关企业应共同努力推动并参与中国数字对讲机标准的制定。
由于目前国外标准已经形成了事实上的国际标准,为了能使我们的产品顺利走向国际市场,在我国的技术标准和技术规范中,必须要兼容DMR/dPMR等国际标准。
(4)部分国家在标准制定过程中形成专利优势,国外品牌垄断高端产品程度高,市场缺乏竞争。
除了欧洲的DMR/dPMR标准外,日本和美国也已经形成了本国内的相关标准,在标准的制定过程中,这些国家借助技术优势,形成了大量的技术专利,这些专利对其他试图进入数字对讲机标准制定领域的国家形成了非常高的技术门槛和技术壁垒。
当前有能力推出数字对讲机产品的主要为摩托罗拉、建伍、ICOM等国外品牌公司,国内鲜有能够推出商用化数字对讲机的厂商。
国外企业的垄断程度非常高,市场上缺乏有效竞争。
(5)数字对讲机产业在国内外均处于起步阶段。
从2010年开始,DMR作为专业数字对讲机的标准在全球范围内迅速增长,主要应用于交通运输和公共事业部门。
dPMR的主要目标客户是工业部门,包括商场、仓库、建筑公司、酒店、娱乐场所、物流和制造业等。
而这些领域内的客户更多关注性价比,而较少关注于产品的数字特性。
因此,在短期内,说服这些客户放弃低成本的模拟产品而选择目前价格较贵的数字对讲机是非常困难的。
综上分析,推出一个高性价比的、能满足市场要求、满足国内国际标准要求的对讲机方案,将会有利于数字机市场的培育和推广应用,并加快实现模拟对讲机向数字对讲机的过渡。
而因为国内公司进入数字对讲机领域相对比较晚,如我们要突破技术和市场的障碍,与国外巨头竞争,则必须从源头做起,从数字对讲机标准和芯片技术入手,才能突破国外公司对这一领域的垄断,真正实现对讲机的“模拟转数字”。
2.1国内外技术发展趋势
由于对讲机独特的性能和功能,其已得到各行各业的广泛认同,市场规模在日益扩大。
但由于模拟对讲机比较浪费无线电频率资源,或者说在规定的频段范围内,在同一时间同一地域内最大能容纳的模拟对讲机的个数相对较低,这个较低的数量极限,限制了模拟对讲机数量的增长,也就限制了模拟对讲机产业的发展。
世界各国,特别是在发达国家,相继决定采取技术体制转型的方式,将对讲机的技术体制从模拟技术转换为数字技术,转换为数字技术体制以后的对讲机为数字对讲机。
数字对讲机的频率利用率将大为提高,在同样的频段范围内,同一时间同一地域内最大能容纳的数字对讲机个数是模拟对讲机个数的四倍,而且还有更好的抗干扰性能和更丰富的功能。
也就是说,采用数字技术后,对讲机产业将迎来更大的发展空间。
目前国内外为配合数字对讲机行业的发展,主要推出的的数字技术标准有:
(1)TETRA欧洲通信标准协会制订的开放性数字集群标准。
优势:
数据传输速率高;支持更高的用户密度;推广时间早,产品成熟稳定,已在世界范围内80多个国家和地区得到广泛应用;支持全双工通话及复杂调度管理功能。
劣势:
系统建网、维护成本高,终端价格高;高等级加密协议不开放给欧洲以外国家;技术与专利门槛高,难以国产化,目前主要依赖进口;没有确定统一的系统互联互通标准政府与公共安全、公用事业除北美外80多个国家和地区,以欧洲为主。
(2)DMR欧洲通信标准协会制订的开放性数字标准。
优势:
产品可以兼容模拟常规;终端价格较低;技术门槛较低;除北美外80多个国家和地区,以欧洲为主。
劣势:
集群功能没有另外两种标准完善,一般用于常规通信;通信安全业务能力弱;不能支持较高速率的数据业务及全双工通信。
(3)dPMR欧洲通信标准协会制定的低成本数字对讲机标准。
优势:
技术门槛低;终端成本低;
劣势:
业务功能较简单;只支持常规通信;数据速率低。
(4)P25美国国际公共安全通信官员协会(APCO),国家电信管理者协会(NASTD)和联邦政府用户与电信工业协会(TIA)合作制定的数字集群标准。
优势:
产品可以兼容模拟;大区制,覆盖范围大;推广时间早,产品成熟稳定,已在北美广泛大量应用;针对北美公共安全用户需求设计。
劣势:
系统、终端价格非常高;技术门槛高,主要专利技术集中掌握在少数北美厂商手中;不能支持较高速率的数据业务。
(5)NXDNNXDN组织制定的数字集群标准。
优势:
产品可以兼容模拟;支持集群通信。
目前主要在美国推广。
劣势:
系统、终端价格高;制造商参与不多,并缺少ETSI等标准组织及的推广,市场推广处于导入期;不能支持全双工通信,数据速率低。
目前国内外数字对讲机主要的技术方案有:
(1)通用芯片技术方案
该方案主要采用TI公司的OMAP芯片进行数字对讲机的协议和基带处理,一般结构为图表2:
图2:
通用芯片技术方案框图
主要采用的架构:
TIOMAP+AMBE3000+RF电路
该方案主要特点是音质很好,其它功能也可以在此平台上做得很好,但是由于OMAP并非专用芯片设计,因此资源浪费严重、集成度低、功耗高、价格昂贵;同时由于采用多个分立芯片,PCB布局困难,射频、数字模块之间干扰大,开发难度也非常大,能有技术实力开发的企业不多。
(2)CML(英国)公司的技术方案
国外主流的技术方案为CML公司相关套片解决方案,主要结构如下图表3所示:
图3:
CML芯片技术方案框图
该方案采用CMX7141+CMX618+MCU的技术方案,开发门槛较低。
但是由于芯片价格昂贵,同时声码器中文音质不佳,并不适合在国内市场大规模推广应用。
该方案由于采用套片结构,同样导致集成度较低、外围器件多,功耗较高,成本昂贵,并且调试复杂,导致生产成本居高不下,不利于产业化。
同时由于该方案专门为dPMR标准而设计,因此难以做到标准的兼容性,特别是兼容后难以维护国内自主知识产权标准。
(3)DSP数字芯片或模块技术方案
该方案主要由DSP芯片或模块+MCU+RF电路构成,该方案的处理核心单元为单核DSP封装芯片或者是基于通用DSP形成的数字模块单元,在该数字芯片或模块外围需要连接主控制器芯片进行控制和设置。
图4:
DSP芯片或模块技术方案框图
该方案中的数字芯片或模块一定程度的集成了数字对讲机的部分功能,比如在DSP或模块中可以进行部分协议处理、基带处理、声码器处理,该方案有利于改善数字对讲机的设计,但仍然需要外接许多处理器件,比如MCU、AD/DA芯片等,并没有从根本上解决数字对讲机的集成度、稳定性和降低功耗的问题,同时由于基带处理全部在数字芯片或模块中,处理能力受限,导致很难实现多模协议兼容扩展,由于数字芯片和模块只实现了Modem功能,在应用处理的开发上不能形成整体解决方案,需要企业进行大量的应用开发和驱动开发,对企业的研发要求仍然很高,不能从根本上降低数字对讲机的生产、设计成本,导致产品成本居高不下,同时芯片供应受制于国外大公司,不利于大力推广实现产业化规模。
从以上资料来看,在数字对讲机领域内,由于国外的相关企业的垄断性,他们缺乏降低数字对讲机成本的压力和动力,因此都没有研制数字对讲机专用芯片。
同时其它业内企业相对比较分散,在市场上没有足够的销售量来支撑芯片的设计和研发,因此在世界范围内尚未有能够成熟的可产业化数字对讲机的专用芯片和方案。
2.2对讲机行业市场发展趋势
随着我国对讲机模拟转数字的启动,为数字对讲机产业的发展带来了巨大商机,在五年过渡期的时间内,要对我国现在已在使用的5000万台模拟对讲机存量市场进行更新,同时每年还要满足500万部增量市场的需求,未来五年仅在我国就有7500万台数字对讲机的市场容量,以平均每台数字对讲机600元/台人民币计价,就是四百五十亿元的市场,再加上数字对讲机的配件、后台系统及海外的市场,数字对讲机产业的市场空间是很大的,如果企业能把握住这个市场机遇,将会获得巨大的商机。
国内企业一旦完成了对讲机的数字化转型后,不仅能保持原有的市场,还能用中国的低成本优势,进入原被国外企业控制的高端市场。
在模转数的市场发展机遇之中,我们要关注几点:
(1)模拟产品在很长一段时间内与数字产品并存:
一方面,专业无线通信技术从模拟向数字升级是行业技术发展的主要趋势。
随着专业无线通信设备应用的普及,频率资源紧张的问题将更加突出,同时用户的需求也不断提升,行业的中高端客户将越来越倾向于使用数字产品。
另一方面,专业无线通信技术的数字化整体上又是一个渐进和相对漫长的过程,主要是由于模拟产品技术成熟,价格便宜,对发展中国家的工商业用户和公共事业用户仍有明显的吸引力。
2009年全球数字产品的销售规模占整个专业无线通信市场规模的45%左右,主要原因为占全球专业无线通信市场主要份额的发达国家政府与公共安全及公用事业部门数字化进程较快,其新增市场已大多转为数字产品。
我国数字产品的销售规模占整个专业无线通信市场规模的比例远低于全球平均水平,约为29%,主要原因是数字集群产品价格昂贵,而数字常规产品刚开始在市场上推广,模拟产品则由于技术成熟、价格较低,在我国仍有大量的需求。
(2)数字机市场前景广阔。
随着社会经济发展和专业无线通信设备应用的日益普及,频率资源越来越紧张。
为了改善行业发展条件,推动行业技术升级,个别国家发布了新的频率规划政策。
美国联邦通信委员会(FCC)在“专业无线通信窄带化白皮书”中规定,从2013年1月1日起,将不再受理不能工作在6.25kHz通信带宽工作模式或等效模式的专业无线通信设备的型号核准申请,即停止模拟对讲机型号核准。
日本总务省在“关于数字简易无线导入的频点再分配”公告中规定,简易无线电通信设备于2012年11月30日起向窄带数字方式过渡,并在2022年11月30日完成模拟产品向数字产品的过渡。
中国工信部在666号文件《关于150MHz/400MHz频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜》中规定,从2011年1月1日起停止核准新的150MHz和400MHz(专业对讲机的使用频段)模拟对讲机型号,不对原有模拟设备进行型号延期,并于2016年1月1日完成模拟产品向数字产品的转换。
所以“数字转模拟”势在必行。
而且我国专业无线通信市场近年来一直保持较快增长,2009年市场规模达到37亿元人民币,但与发达国家相比市场规模还整体偏小,不足美国市场规模的十分之一。
随着中国经济的高速发展,专业无线通信市场未来几年将持续高速增长,到2016年市场规模预计达到95.3亿元人民币,年复合增长率为14.5%,市场发展前景非常广阔。
而从国际市场来看,随着经济和社会的发展,以及公共安全事件在全球范围内受到广泛关注,专业无线通信设备应用日益普及,全球专业无线通信市场将持续稳步发展。
2009年市场规模达到624亿元人民币,预计到2013年将增长到830亿元人民币,年复合增长率7.4%。
(3)行业竞争激烈。
摩托罗拉、欧宇航是专业无线通信行业领导厂商,占据了全球专业无线通信行业的大部分市场份额,它们在主导行业标准制定、专利、核心技术方面拥有明显的优势,并依靠强大的综合实力和品牌形象在全球范围内进行市场推广,占领了行业的高端市场。
建伍、艾可慕、赛普乐等企业是专业无线通信行业的主要挑战者,它们在某些细分市场与行业领导厂商展开竞争,并在这些市场取得了良好的市场业绩和品牌形象。
这些企业也不断加大资源对中国市场进行占领。
而中国本土市场企业相对来讲规模普遍偏小,市场大多集中在本土的价格敏感度高的低端商业客户,产品主要跟随行业领先企业的模拟产品或进行外观的简单创新,依靠产品低价参加市场竞争。
故我们应发挥人力优势及区位优势,加大资源投入,积极研发及创新,推动产业升级。
同时,本项目研的高性能数字对讲机在满足以上基本技术指标外,着重作了如下突破:
本数字对讲机项目以联拓SOC芯片为核心,通过语音信号数字化处理模块、信道编解码功能模块、射频电路单元、接口设计,可实现数字语音通信、编辑、收发短消息等功能,其技术创新性如下:
(1)采用不同的软件处理子模块设计,可兼容多种标准的数字对讲机标准(如dPMR、NXDN、ARC等),并兼容原有的模拟对讲机系统;
(2)具备完善的呼叫功能:
如个呼、组户、全呼和广播呼叫功能;具备编辑以及状态信息和短数据信息收发业务;
(3)采用大容量存储器,可保存大量的短信息,如100条已发信息,100条已读信息等;
(4)语音加密功能。
采用先进的数字技术,如果信令或ID(总数达16776415个)不匹配,语音信号是无法被监听的,从而最大限度地确保用户通讯的私密性。
(5)超长待机时间。
由于采用SOC芯片设计,电路简洁,通过软件省电设计,使整机功耗极低,待机电流可控制在40MA以下。
相比同类产品有更长的待机时间。
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