基于無線局域網(wǎng)的多方語音通信系統(tǒng)的實現(xiàn)

四川大學電子信息學院 任靈飛 劉志鑫 王洪彬

1.引言

隨著無線技術的不斷發(fā)展，尤其是IEEE提出8022.11系列的無線局域網(wǎng)技術標準后，無線局域網(wǎng)通信技術得到了巨大的發(fā)展，各種基于無線局域網(wǎng)技術的產(chǎn)品層出不窮。但對市場深入分析之后，我們發(fā)現(xiàn)能實現(xiàn)小區(qū)或者是樓宇內(nèi)的局域網(wǎng)語音通信技術極少，而真正保證語音高清晰度，系統(tǒng)多功能的技術更是鳳毛菱角。本文介紹的這種系統(tǒng)，利用飛思卡爾MC9S12XS128單片機作為核心處理器，以CMX639P6芯片作為語音處理芯片，以STLC4560無線傳輸芯片實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的無線傳輸和具體接受方的選擇，以無線路由器為信息的傳輸總站，遵守802.11g無線傳輸協(xié)議。

2.結構系統(tǒng)圖與原理

此系統(tǒng)包括四大組成部分：語音實時處理單元、短信編寫單元、無線收發(fā)單元以及控制單元。如圖1所示。語音處理模塊有麥克風，語音濾波放大電路，CMX639P6語音實時處理芯片，語音功率放大電路以及耳麥組成；短信單元由矩陣鍵盤，液晶顯示模塊組成；無線收發(fā)模塊由802.11無線收發(fā)模塊和無線路由器組成以及外部時電路和核心控制芯片MC9S12XS128處理器。系統(tǒng)工作可以分為兩大獨立過程：語音通信和短信收。以MCU微控器和STLC4560無線模塊以及無線路由器為核心，輔助語音處理單元，液晶顯示，震鈴來實現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)圖

3.系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 硬件設計要點

3.1.1 CMX639P特點及工作原理

圖2 電壓放大電路

圖3 STLC4560與MC9SXS128接口

圖4 用戶端流程圖

圖5 路由終端流程圖

CMX639包括輸入濾波，編碼調(diào)制，輸出濾波，解碼調(diào)制，時鐘發(fā)生器，時鐘模式邏輯控制器等。根據(jù)需要CMX639既可單獨作為編碼電路使用，也可作為單獨的解碼電路使用，或作為全雙工增量調(diào)制解調(diào)器使用。這要由編、解碼使能端狀態(tài)來確定。注意：編碼時的工作模式和解碼時的工作模式必需一致。數(shù)據(jù)時鐘信號是控制外部電路以實現(xiàn)同步工作的，若沒有外部電路需要同步工作，此信號端可以不用。調(diào)制器以增量調(diào)制為工作原理，采用三位或四位壓擴算法進行編碼。CMX639P6增量調(diào)制器是用一位編碼進行調(diào)制的，但這一位碼不是用來表示信號抽樣值大小的，而是表示抽樣時刻波形的變化趨向。

3.1.2 語音放大與濾波設計

本系統(tǒng)采用的是高輸入阻抗的反向放大器將從麥克風獲得的微弱語音信號放大.兩級的增益分別是A1=-R1/R2=-22，A2=-50/10=-5，總的電壓增益為A=A1*A2=110，電路如圖2。

3.1.3 音頻濾波電路

采用2階高、低通濾波器構成300Hz-3.4kHz帶通濾波器，其中高通濾波器采用2階壓控電壓源高通濾波，其傳遞函數(shù)為：

幅頻響應表達式為：

低通濾波器采用2階壓控電壓源低通濾波，其傳遞函數(shù)為：

幅頻響應表達式為：

3.1.4 STLC4560芯片

該芯片符合IEEE 802.11b和802.11g協(xié)議。工作在2.45GHz的ISM頻率頻帶支持OFDM數(shù)據(jù)傳輸速率54，48，36，24，18，12，9，和6Mbps以及對CCK和11的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳統(tǒng)5.5Mbps對2和1Mbps.的數(shù)據(jù)傳輸速率該STLC4550是一個完全集成的無線電臺包括ZIF收發(fā)器，RDocRev1F合成器/VCO，高速數(shù)據(jù)轉換器，OFDM/CCK數(shù)字基帶處理器，ARM9-based MAC和一個完整的電源管理組集成功率放大器偏置控制.此外，一些被動元件進一步降低了整體的綜合參考設計成本和尺寸.外部FEM完成高度集成的芯片組解決方案.主機控制提供了一個靈活的SPI或SDIO串行接口.該SPI接口支持最大時鐘速率48MHz而SDIO最大時鐘速率.對于最大的靈活性，STLC4560接受系統(tǒng)參考時鐘頻率的19.2，26，38.4和40MHz.的參考設計評估硬件和軟件平臺是提供給系統(tǒng)集成商能夠迅速啟用無線。與MC9SXS128處理器的接口電路如圖3。

3.2 軟件設計與實現(xiàn)

3.2.1 STLC4560芯片與無線路由器間通信

一般來說，IEEE地址是固定的，而網(wǎng)絡地址則是在組網(wǎng)時隨機分配的。因此要對特定設備通信，必須用IEEE地址，但是在進行語音通信時，為了簡化傳輸數(shù)據(jù)，一般采用16位網(wǎng)絡地址尋址。這就需要在第一次通信時知道IEEE地址的前提下，獲取設備的網(wǎng)絡地址；以后采用網(wǎng)絡地址通信。接收數(shù)據(jù)時，首先STLC4560射頻發(fā)射芯片監(jiān)聽信道中的數(shù)據(jù)，通過判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送給該設備。如果是，則讀取該數(shù)據(jù)到接收FIFO，然后觸發(fā)，通過SPI總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU；通過MCU處理，去掉各層的幀頭，最后將數(shù)據(jù)存放到指定語音傳輸系統(tǒng)硬件電路的緩存區(qū)中。

3.2.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲

本系統(tǒng)采用的是星狀拓撲結構，在星狀拓撲結構中，所有終端設備都與唯一的無線路由器通信，數(shù)字終端設備之間的通信通過無線路由器的轉發(fā)來完成。終端設備可以是通信的起點或者是通信的終點，矩陣鍵盤在撥號長生的號碼對應局域網(wǎng)中唯一的終端設備地址，通過STCL560無線芯片發(fā)送給無線路由器，無線路由器通過查找地址欄找到相應的終端，然后建立連接。

3.2.3 程序流程圖（如圖4-5所示）

4.結束語

本設計是基于802.11g無線通信協(xié)議構建的，充分發(fā)揮了通信協(xié)議的各種優(yōu)點。設計出便攜式數(shù)字通信終端，能很好的運用于小區(qū)，樓宇等場所的語音和短信傳輸，有設計結構簡單、抗干擾能力強、通信質(zhì)量好，功能全面，保密性好、功耗低、成本較低等優(yōu)點.因此本設計有著良好的市場前景和發(fā)展前景。

本設計的創(chuàng)新之處在于：運用無線模塊實現(xiàn)了500米范圍內(nèi)的無線通信；通過時分復用技術，實現(xiàn)了電話會議；利用跳頻技術，增強了系統(tǒng)的抗干擾性能，提高語音通信質(zhì)量。

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