利用軟件進(jìn)行無(wú)線電語(yǔ)音通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)研究

鄭海 倪翔

摘 要：隨著我國(guó)軟件無(wú)線電技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于其運(yùn)用領(lǐng)域也給予了越來(lái)越多的關(guān)注，在此主要基于軟件無(wú)線電的思想指導(dǎo)，采用ARM、FPGA以及AD/DA硬件系統(tǒng)架構(gòu)，來(lái)開發(fā)設(shè)計(jì)無(wú)線電語(yǔ)音通訊系統(tǒng)。該協(xié)調(diào)的整體造型較小，便于攜帶，而且功耗相對(duì)較低，因此具有非常廣泛的運(yùn)用空間，諸如在航空航天、航海船舶通信等方面都具有非常大的運(yùn)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電；語(yǔ)音通信系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；研究

由于無(wú)線電語(yǔ)音通信技術(shù)具有靈活、便捷、快速等優(yōu)點(diǎn)，因此在軍事通信、船舶通信以及民用通信等領(lǐng)域都具有非常廣泛的運(yùn)用。傳統(tǒng)的無(wú)線電通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，而且對(duì)于設(shè)計(jì)所需器件具有較多要求，離散器件的功耗非常大，因此對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)必須具有非常豐富的信號(hào)處理經(jīng)驗(yàn)和硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這些都極大的增加了無(wú)線語(yǔ)言通信系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的成本和開發(fā)周期。為了能夠有效的解決上述問(wèn)題，在此提出基于軟件開發(fā)無(wú)線電語(yǔ)音通訊系統(tǒng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加可靠、穩(wěn)定的通信功能，大大降低了開發(fā)復(fù)雜度，縮短了開發(fā)周期。

一、總體方案的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括以下5個(gè)主要部分：

主處理器：采用ZYNQ 7000系列作為控制中心，用于信號(hào)的分析處理，完成語(yǔ)言信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。

射頻模塊：采用高集成射頻捷變收發(fā)器，然后附加帶通濾波器等輔助器具。

語(yǔ)言模塊：主要用來(lái)采集語(yǔ)言信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理。

電源模塊：為系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的電源。

通信接口、存儲(chǔ)器模塊等：為系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)各種信息存儲(chǔ)功能[1]。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分概述

2.1 主處理器模塊選擇

主處理器采用的是Xilinx退出的Zynq-7000系列可編程芯片，其最大的特點(diǎn)就是具有FPGA+ARM的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在兩者之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的通信功能。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往系統(tǒng)的開發(fā)比較復(fù)雜，難度非常大，而采用FPGA相對(duì)具有較高的靈活性，可以輕松的實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜度較高的數(shù)字電路，而且還可以定制電路，在開發(fā)過(guò)程中具有非常高的適用性，可以根據(jù)實(shí)際的需求實(shí)時(shí)的進(jìn)行修改，這在普通的硬件設(shè)計(jì)中是無(wú)法做到的[2]。另外，ARM處理器內(nèi)部還有兩個(gè)告訴的處理器核，每個(gè)處理器的速度可以達(dá)到2.5DMIPS/MHz，最大的運(yùn)行頻率可以達(dá)到800MHz，內(nèi)部還有兩路CAN2.0通訊接口以及兩個(gè)USB2.0接口，高速的以太網(wǎng)接口等。該結(jié)構(gòu)可以借助FPGA快速、強(qiáng)大的處理功能，讓整體的運(yùn)算變得更加靈活、穩(wěn)定，因此該處理器的性能非常優(yōu)越。

2.2 射頻模塊

射頻模塊主要是完成射頻信號(hào)的發(fā)送和接收，采用的是LC帶通濾波器、AD9364外加射頻單端磚茶分巴倫變壓器、天線等輔助器件。AD9364具有兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)接收器和發(fā)送器，而且可以相互獨(dú)立進(jìn)行，具有穩(wěn)定、靈活的信號(hào)處理器，可以為主處理器提供更加可靠的數(shù)字接口，而且其工作范圍跨度非常大，幾乎可以滿足各種通信系統(tǒng)的頻點(diǎn)要求[3]。AD9364接收器具有優(yōu)異的線性度和超低的噪聲系數(shù)，簡(jiǎn)化了主處理器算法的相關(guān)數(shù)字設(shè)計(jì)，極大的提高了語(yǔ)音通信質(zhì)量，極大的降低了射頻模塊研發(fā)成本，降低了人力的投入。發(fā)射通路，主處理器模塊將信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后轉(zhuǎn)變?yōu)?2路的差分信號(hào)，然后將該信號(hào)進(jìn)行傳送給AD9364模塊，在此進(jìn)行插值、濾波等信號(hào)的處理，然后轉(zhuǎn)換為差分調(diào)制RF信號(hào)，在將給TCM1-63AX+，然后通過(guò)天線將其發(fā)送出去。接收通路主要是在天線接收到信號(hào)后，然后經(jīng)過(guò)Limiter、LNA、一路混頻以及帶通濾波器，最終將信號(hào)傳送給AD9364，并完成信號(hào)的濾波、差值等處理，最終將其轉(zhuǎn)換為12路差分信號(hào)，最終完成信號(hào)的解調(diào)功能。

2.3 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊主要包括語(yǔ)音采集和放大電路兩個(gè)主要部分，在此選用的是SGTL5000+NE5532來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和放大功能。其可以提供多種語(yǔ)音輸入輸出接口，內(nèi)部具有增益控制模塊，可以把控功耗問(wèn)題。主處理器利用SPI實(shí)現(xiàn)對(duì)SGTL5000的初始化配置，然后將采集的信號(hào)進(jìn)行處理，主要包括信號(hào)的調(diào)制，再通過(guò)射頻電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送[4]。接收過(guò)程中主要信號(hào)經(jīng)過(guò)主處理器完成解調(diào)，然后將信號(hào)傳輸給語(yǔ)音芯片，完成DA轉(zhuǎn)換后將信號(hào)傳送給放大電路，通過(guò)諸如音響或者耳機(jī)等進(jìn)行播放，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的接收功能。其主要的控制框圖如圖1所示：

圖1 語(yǔ)音控制框圖

2.4 電源模塊

為了給系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的電源，必須選取對(duì)應(yīng)的電源模塊來(lái)提供穩(wěn)定的電壓。在該系統(tǒng)中采用的最大輸出電流為4A，具有快速、穩(wěn)定的瞬態(tài)響應(yīng)，可以提高多種輸出電壓選項(xiàng)，滿足各種需求。在電路的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們?yōu)榱四軌蚋玫慕档洼斎?、輸出電源噪聲，因此，一般需要在輸入輸出端添?μF、47μF以及0.1μF不同量級(jí)的濾波電容，通過(guò)阻值來(lái)進(jìn)行電源輸出的把控[5]。一般情況下，DCDC開關(guān)頻率和儲(chǔ)能電感大小存在非常大的關(guān)聯(lián)，為能夠更好的米凱系統(tǒng)電源的干擾，我們?cè)诖诉x用600kHz的開關(guān)頻率，在儲(chǔ)能電感方面選擇1.5μH。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述

該系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，首先要進(jìn)行AD9364的初始化處理，然后進(jìn)行主處理器內(nèi)部參數(shù)的加載賦值過(guò)程，通過(guò)RS422通訊協(xié)議將系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的刷新，進(jìn)行上傳和自檢功能。

圖2 系統(tǒng)工作流程框圖

綜上所述，本文提出的利用軟件進(jìn)行無(wú)線電語(yǔ)音通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、多頻段、高速度語(yǔ)音通訊功能，讓音頻調(diào)制的失真度低于3%，整個(gè)系統(tǒng)具有體積小、易于攜帶、研發(fā)周期短，功耗較低等方面的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛的運(yùn)用于飛機(jī)通信、船舶通信以及軍用通信等相關(guān)方面。

參考文獻(xiàn)：

[1]王哲，陰亞芳.基于軟件無(wú)線電語(yǔ)音通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018，6（19）：128-133.

[2]李娥.淺談現(xiàn)代通信系統(tǒng)[J].信息技術(shù)與信息化，2018（09）：90-94.

[3]張磊磊，韓冰.基于軟件無(wú)線電的超短波通信模塊設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（19）：144-145.

[4]李元帥.基于SoC技術(shù)的嵌入式軟件無(wú)線電平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2018，15（11）：45-47.

[5]周一青，李國(guó)杰.未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的通信與計(jì)算融合[J].電信科學(xué)，2018，34（03）：1-7.