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对讲机广泛应用于多种应急通信场合,当两台对讲机的距离超出通信范围后,对讲机将无法收到有效信号,这时通常的对策是使用对讲机中继台增大通信距离。然而,当中继台被破坏或者使用者在野外作业,则无法使用对讲机中继台。本方案提出了一种支持中继功能的语音对讲模块,不依赖任何基础设施即可实现互联互通,并可支持中继模式,相对于对讲机,通信距离得到了延伸,可应用于抢险救灾、户外旅游等场景。

原理说明

上图是支持中继功能的语音对讲模块硬件原理框图,CPU选用了Qualcomm公司的QCA9531 WLAN SoC,配合DDR、Flash组成了最小系统,本方案利用QCA9531内置的IEEE 802.11 MAC/基带/射频建立无线网络。QCA9531支持5/10/20/40MHz信道带宽,物理层速率最高可达300Mbps,主频可达650MHz,并支持128MB DDR2 SDRAM,完全可以支撑语音对讲业务。射频前端用于提升射频性能。

BATMAN-ADV是一种新型的无线路由协议,协议以Linux内核模块的方式在OSI模型的数据链路层运行,通过以太网帧的方式传递路由信息,每个节点用过MAC地址进行标识,不再使用IP地址进行通信,网络层则可以自由地运行多种协议,拥有更好的灵活度和可扩展性。BATMAN-ADV协议在吞吐量、时延、CPU负载和路由开销等方面有很好的性能表现,对硬件要求低,特别适合嵌入式应用。

本方案中,QCA9531工作在Adhoc模式下,即对等网络,同时运行BATMAN-ADV协议,所有模块只要具有相同的信道,信道带宽,SSID,则任意模块都可以实现网络互通、中继。

语音采集、回放芯片选用了Cmedia公司的CM108B USB接口CODEC芯片,其音频输出接口连接至音频功率放大器,推动扬声器发出声音;麦克风直接连接至CM108B的MIC接口;PTT按键与CM108B的GPIO相连。CM108B通过USB接口与QCA9531连接。

网络拓补

以4个模块组网为例,当4个节点的信号两两可达时,网络拓补如下图所示。此时各模块之间的通信与常规的对讲机一致。

随着模块的移动,模块之间的距离将大于正常的通信范围,例如网络拓补成为如下图所示的链状网,常规对讲机无法实现模块1与模块4的互通,而本方案则可以利用BATMAN-ADV的中继功能通过模块2与模块3的中继,最终实现模块1与模块4的互通。

工作过程

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