利用軟件進行無線電語音通訊系統的設計實現研究

鄭海 倪翔

摘 要：隨著我國軟件無線電技術的快速發展，人們對于其運用領域也給予了越來越多的關注，在此主要基于軟件無線電的思想指導，采用ARM、FPGA以及AD/DA硬件系統架構，來開發設計無線電語音通訊系統。該協調的整體造型較小，便于攜帶，而且功耗相對較低，因此具有非常廣泛的運用空間，諸如在航空航天、航海船舶通信等方面都具有非常大的運用價值。

關鍵詞：軟件無線電；語音通信系統；設計；研究

由于無線電語音通信技術具有靈活、便捷、快速等優點，因此在軍事通信、船舶通信以及民用通信等領域都具有非常廣泛的運用。傳統的無線電通信系統的設計相對比較復雜，而且對于設計所需器件具有較多要求，離散器件的功耗非常大，因此對于設計人員來說必須具有非常豐富的信號處理經驗和硬件設計經驗，這些都極大的增加了無線語言通信系統開發設計的成本和開發周期。為了能夠有效的解決上述問題，在此提出基于軟件開發無線電語音通訊系統，這樣可以實現更加可靠、穩定的通信功能，大大降低了開發復雜度，縮短了開發周期。

一、總體方案的設計

該系統主要包括以下5個主要部分：

主處理器：采用ZYNQ 7000系列作為控制中心，用于信號的分析處理，完成語言信號的調制和解調。

射頻模塊：采用高集成射頻捷變收發器，然后附加帶通濾波器等輔助器具。

語言模塊：主要用來采集語言信號，并對其進行處理。

電源模塊：為系統提供對應的電源。

通信接口、存儲器模塊等：為系統提供可靠、穩定時鐘，實現各種信息存儲功能[1]。

二、系統硬件設計部分概述

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，其最大的特點就是具有FPGA+ARM的系統結構，在兩者之間可以實現數據信息的通信功能。傳統的設計往往系統的開發比較復雜，難度非常大，而采用FPGA相對具有較高的靈活性，可以輕松的實現一些復雜度較高的數字電路，而且還可以定制電路，在開發過程中具有非常高的適用性，可以根據實際的需求實時的進行修改，這在普通的硬件設計中是無法做到的[2]。另外，ARM處理器內部還有兩個告訴的處理器核，每個處理器的速度可以達到2.5DMIPS/MHz，最大的運行頻率可以達到800MHz，內部還有兩路CAN2.0通訊接口以及兩個USB2.0接口，高速的以太網接口等。該結構可以借助FPGA快速、強大的處理功能，讓整體的運算變得更加靈活、穩定，因此該處理器的性能非常優越。

2.2 射頻模塊

射頻模塊主要是完成射頻信號的發送和接收，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具有兩個獨立的信號接收器和發送器，而且可以相互獨立進行，具有穩定、靈活的信號處理器，可以為主處理器提供更加可靠的數字接口，而且其工作范圍跨度非常大，幾乎可以滿足各種通信系統的頻點要求[3]。AD9364接收器具有優異的線性度和超低的噪聲系數，簡化了主處理器算法的相關數字設計，極大的提高了語音通信質量，極大的降低了射頻模塊研發成本，降低了人力的投入。發射通路，主處理器模塊將信號進行調制后轉變為12路的差分信號，然后將該信號進行傳送給AD9364模塊，在此進行插值、濾波等信號的處理，然后轉換為差分調制RF信號，在將給TCM1-63AX+，然后通過天線將其發送出去。接收通路主要是在天線接收到信號后，然后經過Limiter、LNA、一路混頻以及帶通濾波器，最終將信號傳送給AD9364，并完成信號的濾波、差值等處理，最終將其轉換為12路差分信號，最終完成信號的解調功能。

2.3 語音模塊

語音模塊主要包括語音采集和放大電路兩個主要部分，在此選用的是SGTL5000+NE5532來實現信號的采集和放大功能。其可以提供多種語音輸入輸出接口，內部具有增益控制模塊，可以把控功耗問題。主處理器利用SPI實現對SGTL5000的初始化配置，然后將采集的信號進行處理，主要包括信號的調制，再通過射頻電路實現信號的發送[4]。接收過程中主要信號經過主處理器完成解調，然后將信號傳輸給語音芯片，完成DA轉換后將信號傳送給放大電路，通過諸如音響或者耳機等進行播放，實現語音的接收功能。其主要的控制框圖如圖1所示：

圖1 語音控制框圖

2.4 電源模塊

為了給系統提供穩定、可靠的電源，必須選取對應的電源模塊來提供穩定的電壓。在該系統中采用的最大輸出電流為4A，具有快速、穩定的瞬態響應，可以提高多種輸出電壓選項，滿足各種需求。在電路的硬件設計過程中，我們為了能夠更好的降低輸入、輸出電源噪聲，因此，一般需要在輸入輸出端添加1μF、47μF以及0.1μF不同量級的濾波電容，通過阻值來進行電源輸出的把控[5]。一般情況下，DCDC開關頻率和儲能電感大小存在非常大的關聯，為能夠更好的米凱系統電源的干擾，我們在此選用600kHz的開關頻率，在儲能電感方面選擇1.5μH。

三、系統軟件設計概述

該系統的工作流程如圖2所示，首先要進行AD9364的初始化處理，然后進行主處理器內部參數的加載賦值過程，通過RS422通訊協議將系統內部參數進行實時的刷新，進行上傳和自檢功能。

圖2 系統工作流程框圖

綜上所述，本文提出的利用軟件進行無線電語音通訊系統的設計實現了遠距離、多頻段、高速度語音通訊功能，讓音頻調制的失真度低于3%，整個系統具有體積小、易于攜帶、研發周期短，功耗較低等方面的優點，可以廣泛的運用于飛機通信、船舶通信以及軍用通信等相關方面。

參考文獻：

[1]王哲，陰亞芳.基于軟件無線電語音通信系統設計[J].電子設計工程，2018，6（19）：128-133.

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

[3]張磊磊，韓冰.基于軟件無線電的超短波通信模塊設計[J].科技創新導報，2018，15（19）：144-145.

[4]李元帥.基于SoC技術的嵌入式軟件無線電平臺設計[J].無線互聯科技，2018，15（11）：45-47.

[5]周一青，李國杰.未來移動通信系統中的通信與計算融合[J].電信科學，2018，34（03）：1-7.