基于无线局域网的多方语音通信系统的实现

四川大学电子信息学院 任灵飞 刘志鑫 王洪彬

1.引言

随着无线技术的不断发展，尤其是IEEE提出8022.11系列的无线局域网技术标准后，无线局域网通信技术得到了巨大的发展，各种基于无线局域网技术的产品层出不穷。但对市场深入分析之后，我们发现能实现小区或者是楼宇内的局域网语音通信技术极少，而真正保证语音高清晰度，系统多功能的技术更是凤毛菱角。本文介绍的这种系统，利用飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为核心处理器，以CMX639P6芯片作为语音处理芯片，以STLC4560无线传输芯片实现语音数据的无线传输和具体接受方的选择，以无线路由器为信息的传输总站，遵守802.11g无线传输协议。

2.结构系统图与原理

此系统包括四大组成部分：语音实时处理单元、短信编写单元、无线收发单元以及控制单元。如图1所示。语音处理模块有麦克风，语音滤波放大电路，CMX639P6语音实时处理芯片，语音功率放大电路以及耳麦组成；短信单元由矩阵键盘，液晶显示模块组成；无线收发模块由802.11无线收发模块和无线路由器组成以及外部时电路和核心控制芯片MC9S12XS128处理器。系统工作可以分为两大独立过程：语音通信和短信收。以MCU微控器和STLC4560无线模块以及无线路由器为核心，辅助语音处理单元，液晶显示，震铃来实现。

图1 系统图

3.系统设计与实现

3.1 硬件设计要点

3.1.1 CMX639P特点及工作原理

图2 电压放大电路

图3 STLC4560与MC9SXS128接口

图4 用户端流程图

图5 路由终端流程图

CMX639包括输入滤波，编码调制，输出滤波，解码调制，时钟发生器，时钟模式逻辑控制器等。根据需要CMX639既可单独作为编码电路使用，也可作为单独的解码电路使用，或作为全双工增量调制解调器使用。这要由编、解码使能端状态来确定。注意：编码时的工作模式和解码时的工作模式必需一致。数据时钟信号是控制外部电路以实现同步工作的，若没有外部电路需要同步工作，此信号端可以不用。调制器以增量调制为工作原理，采用三位或四位压扩算法进行编码。CMX639P6增量调制器是用一位编码进行调制的，但这一位码不是用来表示信号抽样值大小的，而是表示抽样时刻波形的变化趋向。

3.1.2 语音放大与滤波设计

本系统采用的是高输入阻抗的反向放大器将从麦克风获得的微弱语音信号放大.两级的增益分别是A1=-R1/R2=-22，A2=-50/10=-5，总的电压增益为A=A1*A2=110，电路如图2。

3.1.3 音频滤波电路

采用2阶高、低通滤波器构成300Hz-3.4kHz带通滤波器，其中高通滤波器采用2阶压控电压源高通滤波，其传递函数为：

幅频响应表达式为：

低通滤波器采用2阶压控电压源低通滤波，其传递函数为：

幅频响应表达式为：

3.1.4 STLC4560芯片

该芯片符合IEEE 802.11b和802.11g协议。工作在2.45GHz的ISM频率频带支持OFDM数据传输速率54，48，36，24，18，12，9，和6Mbps以及对CCK和11的数据传输速率和传统5.5Mbps对2和1Mbps.的数据传输速率该STLC4550是一个完全集成的无线电台包括ZIF收发器，RDocRev1F合成器/VCO，高速数据转换器，OFDM/CCK数字基带处理器，ARM9-based MAC和一个完整的电源管理组集成功率放大器偏置控制.此外，一些被动元件进一步降低了整体的综合参考设计成本和尺寸.外部FEM完成高度集成的芯片组解决方案.主机控制提供了一个灵活的SPI或SDIO串行接口.该SPI接口支持最大时钟速率48MHz而SDIO最大时钟速率.对于最大的灵活性，STLC4560接受系统参考时钟频率的19.2，26，38.4和40MHz.的参考设计评估硬件和软件平台是提供给系统集成商能够迅速启用无线。与MC9SXS128处理器的接口电路如图3。

3.2 软件设计与实现

3.2.1 STLC4560芯片与无线路由器间通信

一般来说，IEEE地址是固定的，而网络地址则是在组网时随机分配的。因此要对特定设备通信，必须用IEEE地址，但是在进行语音通信时，为了简化传输数据，一般采用16位网络地址寻址。这就需要在第一次通信时知道IEEE地址的前提下，获取设备的网络地址；以后采用网络地址通信。接收数据时，首先STLC4560射频发射芯片监听信道中的数据，通过判断数据是否发送给该设备。如果是，则读取该数据到接收FIFO，然后触发，通过SPI总线将数据发送到MCU；通过MCU处理，去掉各层的帧头，最后将数据存放到指定语音传输系统硬件电路的缓存区中。

3.2.2 系统的网络拓扑

本系统采用的是星状拓扑结构，在星状拓扑结构中，所有终端设备都与唯一的无线路由器通信，数字终端设备之间的通信通过无线路由器的转发来完成。终端设备可以是通信的起点或者是通信的终点，矩阵键盘在拨号长生的号码对应局域网中唯一的终端设备地址，通过STCL560无线芯片发送给无线路由器，无线路由器通过查找地址栏找到相应的终端，然后建立连接。

3.2.3 程序流程图（如图4-5所示）

4.结束语

本设计是基于802.11g无线通信协议构建的，充分发挥了通信协议的各种优点。设计出便携式数字通信终端，能很好的运用于小区，楼宇等场所的语音和短信传输，有设计结构简单、抗干扰能力强、通信质量好，功能全面，保密性好、功耗低、成本较低等优点.因此本设计有着良好的市场前景和发展前景。

本设计的创新之处在于：运用无线模块实现了500米范围内的无线通信；通过时分复用技术，实现了电话会议；利用跳频技术，增强了系统的抗干扰性能，提高语音通信质量。

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