运用数传模块实现无线语音通信的方案设计

在各种通信系统中，无线语音通信系统应用广泛。但由于其传输信道的特殊性而对语音信息传输的安全性、语音质量、传输延时、系统工作的可靠性等有着更高的要求。本文提出一种基于DSP平台构建的一种无线语音保密
通信系统，采用无线数传模块实现无线保密语音的传输。文中着重讨论了其数据传输交换部分的软硬件设计。

l 无线数传模块

无线数传模块是由射频模块及外围控制电路组成的在无线信道上进行数据传输的电路，结构如图1所示。在短距离无线数据传输应用方面具有接口方便、通信速率较快、成本低廉等优点。
图1 无线数传模块内部结构

数传模块的串口在接收到串行数据信息后自动形成一帧数据消息帧，并对该数据消息帧进行奇偶校验，将校验结果加本文于2O04一O6—25收到，2O04一O9一o3收到修改稿。

*本文的研究项目得到2002年度江苏省高新技术研究基金的支持。到尾部，并进行前向纠错编码(FEC)重传，然后再加上比特同步、帧同步，送调制解调后在无线信道上传送。接收方在收到无线数据后，通过比特同步，帧同步后，进行大数判决，纠错译码和奇偶校验以证实是否为正确的数据消息帧，确认为正确数据后再以串行数据的形式发送出去。为了方便各种用户的应用，串行数据的收发不加任何协议，对用户进行透明传输。

本系统选用PTR4500型数传模块，该模块射频部分以nRF24E1芯片为核心，工作在2．4G开放频段，最大发射功率
0dBm，在视距情况下可靠传输距离超过1000m。在复杂环境中，传输距离及质量均会有所下降，对于数据需要在软件上作进一步处理。该模块具有125个频道，满足多频、跳频及点对点、点对多点无线通信的需求，无线速率最高1Mbps，内置硬件CRC纠错编码，具有可靠的无线通信性能。提供RS232标准串口，串口最高速率115200bit／s，使用方便。模块收发延时10ms，状态转换时间小于1ms。

2 无线数传模块的通信特点

利用无线数传模块构建无线信道实现语音通信，在硬件连接上可视为一个两端口的传输设备，分别对应于TX和
维普资讯 http://www.cqvip.com692 微计算机应用 2005钲RX。但与有线连接方式不同，无线信道通信方式有几个特点：

(1)通信中串口数据的帧格式、串口速率为一固定值，程序在这两个参数上应与模块一致。且所选模块传输速率要能满足实时语音通信码率要求。

(2)有线通信为全双工方式，通信的双方分别在两个信道中完成各自的数据收与发。而无线通信为半双工方式，为实现在一个无线信道中收发数据，在数据收发时要进行收发状态的转换及时钟同步。同时，无线通信时设备A发出数据的时刻与设备B收到数据的时刻有一定延时T。

(3)数传模块在发送和接收两状态之间进行转换时需要有数毫秒的转换时间。

3 系统硬件方案及接口电路设计

我们选用TI公司的TMS320VC5409芯片构建硬件平台，系统的结构如图2所示。正常工作时，通信双方的A／D
转换芯片(TI 口2OAD5Oc)分别同时对放大和滤波后的语音信号进行采集，经数字化成为每秒8kX16bit的数据流存入DSP芯片的缓冲区。A／D芯片每30ms发出一次中断要求DSP对该数据进行处理，包括对语音信号的压缩、解压缩和加解密，并最终经由标准异步串行接口通过无线数传模块实现数据收发。DSP与数传模块之间以标准异步串口方式通信，UART硬件接口设计如图3所示。通信过程中，DSP只需对串口控制芯片进行初始化，即可通过标准串口收发数据。对UART的初始化设置见下面程序。
STI M B。AR0
P0RTW AR0．UART_ RBR_ REG
S LM A。AR0
P0RTW AR0．UART_ MSB_ REG
(LS=2 MS=0，即波特率因子为0002h)
STM #03，AR0
DO．D7 DO．D7 OUT1＼ T1 N T1OUT DCD， 、
AO．A2 A ．A2 DTr＼ T2 N T2OUT DSR 1
6
地址 CSO SOUT TxD 3
A3．A22 译码 CS1 RTS＼ T41N T4OUT CTS 8
墨r_L一 CS2＼OUT2＼ T5IN T5OUT R1 ： 9
R／#W 、 [] RDI＼ FTS - 5
#IS LDI WR1＼ CST1NS＼ R12OUT R211N ’RxD 7 撑10STRB ’DTR 42
DSR＼ R3OUT R31N
撑INT2 NTRPT
BAUDOUT＼
[ WR2＼ RCLK __J
1-- ARD2S＼
图3 硬件接口原理图
PORTW AR0，UART_ I CR_ REG
(DI AB=0，正常工作状态)
STM #01，AR0
P0RTW AR0，UART_ IER_ REG
(IER—O1，只允许接收缓冲器满中断)
STM #OBh，AR0
PORTW AR0，UART_
MCR_ REG
RET
3 系统串口通信软件设计
3．1 通信协议

接口数据包通信格式：

(1)数据帧头数据包帧头固定标志0xFF。
(2)数据长度表示数据内容的长度(包括本字节)，该字节数值不大于25，即每个数据包有效数据长度不超过24字
节。发送及接收到的数据均遵循这一格式。
(3)PTR4500每次成功接收DSP系统的数据包后进行数据打包和纠错编码，并通过无线模块发送出去，然后回送
0x5A，表示发送正确，准备下一个数据包的发送。该DSP无线语音保密通信系统中，采样后的语音信号经
G．723．1语音压缩编码和混沌数字加密后，每30ms数据量为24字节，恰好组成一帧。发送完毕后需额外读取接收端，收到0x5A表示成功发送。
4 半双工通信的处理半双工的通信过程中只能实现A到B或B到A一条信道的数据传输，绝对不能出现两个设备同时发送接收的情况。

为此，在通信过程中使接收机和发射机在同一信道上分时交替工作，而音频部分则是同时工作的。系统中对语音模拟信号采用8K采样，每30ms产生240words数据，经过G．723．1语音压缩编码得到5．3Kit／s或6期 马赞等：运用数传模块实现无线语音通信的方案设计 6936．3Kbit／s两种速率码流(可任选一种)。语音的混沌加密并不改变其数据量。也就是说，数传模块要实现30ms之内双方各24 bytes的数据交换。这样，对通话双方来说，其语音通信是实时的。通信过程如图4。

中断
一一．． ．． ． ．笙堕 竺
2 3ms 10ms
塑塑L壁 ．
2 3 ms 1 ms

图4 半双工通信信道占用时间分配
4．3 握手通信同步方法

该方案中A、B两端的发和收是同步交替工作的。因此系统开始通信时，必须首先实现收发端的同步。即先开机者
A发出同步字符1，并随后进入循环等待。B启动后亦发出同步字符1，此时，A收到B发出的同步字符1，启动DSP系统中的30ms处理流程，发送同步字符2。B收到同步字符2后，随即启动30ms流程。这样，A和B的信道占用时间刚好错开，实现了同步，时序如图5，流程如图6所示。

AD使能进入： ：
B开机 I30ms流程j 30ms中断；
圆委翌 蔓 巫圈i i
图5 同步时序图
图6 同步流程图

采用发送两次同步字的方法，对先后开机的顺序没有要求。在同步字长度的选择上，我们让其恰为24 bytes，这样可以准确控制两边的时序间隔，并实现系统运行过程中失步后的再同步。在同步字中如果加入身份认证信息，还可实现多机通信的身份识别。

5．4 数据的乒乓方式存储

在系统运行过程中，通话双方的数据交换非常频繁，每30ms一次定时更新数据，由于串行通信中的数据接收采用中断方式，中断响应程序需要对数据进行解密解压操作，可能出现一帧数据还未处理好就被下一帧所更新。为避免冲突，程序中采用了乒乓存储方式，即将长度为N的数据缓冲区扩展为长度为2N的数据缓冲区，中断进来的数据根据数据存储地址指针分别填人两个数据缓冲区，数据处理时亦根据数据存储地址指针选择一个半区进行。

5 结束语

实时DSP无线语音保密通信系统采用了以上介绍的几种串口通信处理方法，在实际的运行过程中证明：这种数据通信的结构是合理的，系统总体方案是可行的，它数据获取准确，通信过程控制方便。同时本通信程序可移植性好，对同类系统的数传模块串行通信设计和实现有一定的启发。