利用软件进行无线电语音通讯系统的设计实现研究

郑海 倪翔

摘 要：随着我国软件无线电技术的快速发展，人们对于其运用领域也给予了越来越多的关注，在此主要基于软件无线电的思想指导，采用ARM、FPGA以及AD/DA硬件系统架构，来开发设计无线电语音通讯系统。该协调的整体造型较小，便于携带，而且功耗相对较低，因此具有非常广泛的运用空间，诸如在航空航天、航海船舶通信等方面都具有非常大的运用价值。

关键词：软件无线电；语音通信系统；设计；研究

由于无线电语音通信技术具有灵活、便捷、快速等优点，因此在军事通信、船舶通信以及民用通信等领域都具有非常广泛的运用。传统的无线电通信系统的设计相对比较复杂，而且对于设计所需器件具有较多要求，离散器件的功耗非常大，因此对于设计人员来说必须具有非常丰富的信号处理经验和硬件设计经验，这些都极大的增加了无线语言通信系统开发设计的成本和开发周期。为了能够有效的解决上述问题，在此提出基于软件开发无线电语音通讯系统，这样可以实现更加可靠、稳定的通信功能，大大降低了开发复杂度，缩短了开发周期。

一、总体方案的设计

该系统主要包括以下5个主要部分：

主处理器：采用ZYNQ 7000系列作为控制中心，用于信号的分析处理，完成语言信号的调制和解调。

射频模块：采用高集成射频捷变收发器，然后附加带通滤波器等辅助器具。

语言模块：主要用来采集语言信号，并对其进行处理。

电源模块：为系统提供对应的电源。

通信接口、存储器模块等：为系统提供可靠、稳定时钟，实现各种信息存储功能[1]。

二、系统硬件设计部分概述

2.1 主处理器模块选择

主处理器采用的是Xilinx退出的Zynq-7000系列可编程芯片，其最大的特点就是具有FPGA+ARM的系统结构，在两者之间可以实现数据信息的通信功能。传统的设计往往系统的开发比较复杂，难度非常大，而采用FPGA相对具有较高的灵活性，可以轻松的实现一些复杂度较高的数字电路，而且还可以定制电路，在开发过程中具有非常高的适用性，可以根据实际的需求实时的进行修改，这在普通的硬件设计中是无法做到的[2]。另外，ARM处理器内部还有两个告诉的处理器核，每个处理器的速度可以达到2.5DMIPS/MHz，最大的运行频率可以达到800MHz，内部还有两路CAN2.0通讯接口以及两个USB2.0接口，高速的以太网接口等。该结构可以借助FPGA快速、强大的处理功能，让整体的运算变得更加灵活、稳定，因此该处理器的性能非常优越。

2.2 射频模块

射频模块主要是完成射频信号的发送和接收，采用的是LC带通滤波器、AD9364外加射频单端砖茶分巴伦变压器、天線等辅助器件。AD9364具有两个独立的信号接收器和发送器，而且可以相互独立进行，具有稳定、灵活的信号处理器，可以为主处理器提供更加可靠的数字接口，而且其工作范围跨度非常大，几乎可以满足各种通信系统的频点要求[3]。AD9364接收器具有优异的线性度和超低的噪声系数，简化了主处理器算法的相关数字设计，极大的提高了语音通信质量，极大的降低了射频模块研发成本，降低了人力的投入。发射通路，主处理器模块将信号进行调制后转变为12路的差分信号，然后将该信号进行传送给AD9364模块，在此进行插值、滤波等信号的处理，然后转换为差分调制RF信号，在将给TCM1-63AX+，然后通过天线将其发送出去。接收通路主要是在天线接收到信号后，然后经过Limiter、LNA、一路混频以及带通滤波器，最终将信号传送给AD9364，并完成信号的滤波、差值等处理，最终将其转换为12路差分信号，最终完成信号的解调功能。

2.3 语音模块

语音模块主要包括语音采集和放大电路两个主要部分，在此选用的是SGTL5000+NE5532来实现信号的采集和放大功能。其可以提供多种语音输入输出接口，内部具有增益控制模块，可以把控功耗问题。主处理器利用SPI实现对SGTL5000的初始化配置，然后将采集的信号进行处理，主要包括信号的调制，再通过射频电路实现信号的发送[4]。接收过程中主要信号经过主处理器完成解调，然后将信号传输给语音芯片，完成DA转换后将信号传送给放大电路，通过诸如音响或者耳机等进行播放，实现语音的接收功能。其主要的控制框图如图1所示：

图1 语音控制框图

2.4 电源模块

为了给系统提供稳定、可靠的电源，必须选取对应的电源模块来提供稳定的电压。在该系统中采用的最大输出电流为4A，具有快速、稳定的瞬态响应，可以提高多种输出电压选项，满足各种需求。在电路的硬件设计过程中，我们为了能够更好的降低输入、输出电源噪声，因此，一般需要在输入输出端添加1μF、47μF以及0.1μF不同量级的滤波电容，通过阻值来进行电源输出的把控[5]。一般情况下，DCDC开关频率和储能电感大小存在非常大的关联，为能够更好的米凯系统电源的干扰，我们在此选用600kHz的开关频率，在储能电感方面选择1.5μH。

三、系统软件设计概述

该系统的工作流程如图2所示，首先要进行AD9364的初始化处理，然后进行主处理器内部参数的加载赋值过程，通过RS422通讯协议将系统内部参数进行实时的刷新，进行上传和自检功能。

图2 系统工作流程框图

综上所述，本文提出的利用软件进行无线电语音通讯系统的设计实现了远距离、多频段、高速度语音通讯功能，让音频调制的失真度低于3%，整个系统具有体积小、易于携带、研发周期短，功耗较低等方面的优点，可以广泛的运用于飞机通信、船舶通信以及军用通信等相关方面。

参考文献：

[1]王哲，阴亚芳.基于软件无线电语音通信系统设计[J].电子设计工程，2018，6（19）：128-133.

[2]李娥.浅谈现代通信系统[J].信息技术与信息化，2018（09）：90-94.

[3]张磊磊，韩冰.基于软件无线电的超短波通信模块设计[J].科技创新导报，2018，15（19）：144-145.

[4]李元帅.基于SoC技术的嵌入式软件无线电平台设计[J].无线互联科技，2018，15（11）：45-47.

[5]周一青，李国杰.未来移动通信系统中的通信与计算融合[J].电信科学，2018，34（03）：1-7.