某高炮武器系統數話同傳通信設計

摘 要：該設計在保證傳送話音質量的基礎上，采用AMBE_2000TM芯片對語音信號進行數字化壓縮，應用動態時分復用等技術實現了裝備間的數話同傳。并給出了A/D，D/A轉換電路、語音編解碼芯片及單片機的電路設計。其基本保證了數話同傳、語音信息和數據信息流暢；語音通話質量高，縮短了武器系統的作戰反應時間，提高了武器裝備作戰性能。

關鍵詞：數話同傳；時分復用；AMBE_2000TM；語音編解碼

中圖分類號：TN912文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)24-166-03

Design of Data-speech-transmission for Antiaircraft Gun System

LI Shengjun1，2，GENG Xiangming1，DUAN Xiusheng2，ZHENG Weiping3

(1.Shanghai Jiaotong University，Shanghai，200240，China;2.Ordance College，Shijiazhuang，050003，China;

3.497 in Chongqing Military Ropresentative Office，Chongqing，400000，China)

Abstract：In this design，to ensure the quality of speech transmission，digital compression for speech signal by using AMBE-2000TM，data-speech transmission between equipments is realized by dynamic time division multiplex teihnology.The circuit design of A/D，D/A conversion，speech compression chip and single chip computer are given.It ensures smoothless of data-speech transmission，speech information and data information，a high quality reduces the response time and improves the performance of combat weapons and equipment.

Keywords：data-speech-transmission;TDMA;AMBE_2000TM;speech codec

1 引 言

某高炮武器系統由指揮中心配屬若干炮車、彈藥車及其他配套車輛組成，指揮中心與所屬車輛之間通過無線電臺和雙絞線傳輸作戰信息及語音通信，如圖1所示。數據和語音傳輸通過硬件開關控制，這種方式雖簡單、易于實現、但是需要人工干預，數話不能同時傳輸，導致作戰信息傳輸實時性差，影響作戰效能的發揮。本設計在保證傳送話音質量的基礎上，采用AMBE_2000TM芯片對語音信號進行數字化壓縮，應用動態時分復用等技術實現了裝備間的數話同傳。

2 系統的工作原理及硬件組成

系統模型如圖2所示，語音信號經過數字化壓縮，與輸入的數據信號同時送的處理器，經過軟件處理，采用時分復用的方式送給發送端數傳設備；再經過有線或無線信道送到接收端數傳設備，進行數話分離，語音信號經過解碼后送到話音輸出設備，數據信號經過格式匹配后送給數據終端。

數話同傳模塊主要由數據采集單元、語音編解碼單元、主處理單元、數據存儲傳輸單元和電源單元等組成，如圖3所示。由話筒送來的模擬語音信號由電壓變換電路將其電壓范圍轉換為適合模/數轉換的電壓輸入范圍。為了防止因為頻譜混疊而在接收端恢復時引起語音失真，對話筒來的語音信號在采樣前進行了低通濾波，濾波時采用四階低通濾波器，由2個二階Butterworth低通濾波器串聯而成。

2.1 A/D，D/A轉換電路

模/數轉換電路選用AD73311，該芯片用起來非常靈活，內部共有5個控制寄存器組(CRA，CRB，CRC，CRD，CRE)，其中CRA用以設置AD73311的上作模式(5種)、芯片級連個數(1~8個)和軟件重置RESET；CRB用以設置主時鐘分頻因子和串行時鐘分頻因子；CRC用以設置內部參考電壓的電源管理；CRD用以設置輸入/輸出可編程放大器的增益；CRE用以設置D/A轉換通道的群延時。AD73311具有諸多優良性能，如內含16 b信噪比為75 dB的A/D轉換器和信噪比為70 dB的D/A轉換器，采樣頻率和輸入/輸出增益均可程控，自帶參考電壓和低功耗以及串行輸入/輸出接口等。A/D轉換編碼通道包括可編程增益放大器、模擬Σ-Δ調制器、反混疊數字濾波抽取器。輸入放大器提供0~38 dB的增益，這樣在小信號輸入時，就可省去外部的放大器，簡化了電路設計。Σ-Δ調制器采用了過采樣和噪聲形成技術。采用過采樣技術降低了輸入反混迭濾波器的要求，使量化噪聲分布在更寬的范圍內(0~1/2過采樣率)，這樣語音通帶內的噪聲分量就相對減少。反混疊數字濾波抽取器實際上包括反混疊數字濾波器和(32∶1)抽取器，反混疊數字濾波器用以消除高頻噪聲，濾波抽取器的作用是提高A/D轉換的分頻率和降低采樣率。D/A轉換解碼通道的構成和工作原理與A/D轉換編碼通道相似，它包括反鏡像數字濾波內插器、數字Σ-Δ調制器，1 b D/A轉換器、低通濾波器和帶差分輸出端的可編程增益放大器。數字Σ-Δ調制器的作用是將語音通帶內的噪聲轉移到語音通帶之外。輸出可編程放大器是將數模轉換后的模擬信號放大輸出，它的增益在＋6~－15 dB之間可調，由內部控制寄存器D中的3位(CRD:4~6 )控制。

2.2 語音編解碼電路

人類語音頻帶基本上在10~10 000 Hz之間，其中80％的能量集中在300~3 400 Hz之間。直接傳送語音信號會占用較多的帶寬，因此，采用DVSI(Digital Voice Systems Ins)公司推出的AMBE_2000單片聲碼器芯片對語音進行壓縮和解壓。該芯片是一款適應性強、高性能、低功耗的單片實時全雙工語音壓縮解壓芯片，采用改進的多帶激勵( MBE )算法，能實現可變速率低比特率、高語音音質的語音壓縮編碼。MBE編碼方式在頻域中按基音各諧波頻率，將1幀語音的頻譜劃分為多個頻帶，對每個頻帶做清、濁音(U/V)判決。對濁音帶，以基音為周期的脈沖序列作為激勵信號；對清音帶，則以白噪聲作為激勵信號?？偟募钚盘栍筛鲙Ъ钚盘栂嗉訕嫵?。用該激勵信號激勵聲道濾波器，最終合成出具有較高自然度的語音。MBE模型使合成語音譜與原語音譜在細致結構上能擬合得很好，因此在低比特率的情況下，其合成語音的音質依然能保持較高的自然度。最低編碼速率可到2.0 kb/s?？偟脕碚fAMBE_2000具備功能特點為：

速率多，語音音質高:具有2.0 kb/s，2.4 kb/s，3.6 kb/s，4.0 kb/s，4.8 kb/s，6.4 kb/s，8.0 kb/s和 9.6 kb/s八種壓縮速率當速率在4.0 kb/s以上時，可得到接近長途電話的話音質量;當速率為2.0 kb/s時，仍然具有較高的可懂度和自然度；可變速的FEC功能：可根據信道情況，靈活地選擇FEC的速率。語音和FEC的速率選擇既可以通過硬件管腳設置，也可通過軟件方式設置；芯片內集成卷積編碼器和Viterbi譯碼器； 低功耗、低復雜度；能產生和識別雙音多頻( DTMF)信號；具有語音激活檢測(Voice Activity Detection)功能、回波抵消(Echo Cancelling)功能和舒適噪聲(Comfortable Noise)產生功能等；串行信道接口可設置為主動和被動方式，傳輸數據可設置成幀結構或非幀結構。

在本系統中，AMBE_2000和AD73311的工作頻率都使用16.384 MHz，晶振采用有源晶振，壓縮速率選用4.8 kHz。與主處理單元的接口采用主動模式，數據格式采用有幀格式。

2.3 主處理單元

主處理單元采用Atmel公司的單片機AT89C52。AT89C52單片機具有以下標準功能:8 kB FLASH閃速存儲器，256 B內部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數器，1個6向量兩級中斷結構，1個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。采用12 MHz的晶體振蕩器，Timer0工作于模式1，每隔50 ms產生中斷調用看門狗子程序，防止程序跑飛；Timer2工作于自動重裝載方式，它控制著整個系統有序、協調地進行工作，實現語音數據判斷，數據語音傳輸時序控制等。

傳輸信道，有線信道采用485串行通信，無線信道采用DSSS直接序列擴頻。有效通信距離≥5 km。

主要芯片連接關系如圖4所示。

3 軟件設計與實現

AD73311、AMBE_2000通電后先后復位，AMBE_2000對AD73311自動進行初始化。AMBE_2000依次發送0x8113， Ox82f9， 0x8300及0x8001。前面3個控制字設置AD73311進入以下工作狀態：DMCLK（設備內部主時鐘)＝MCLK（外部主時鐘)/2=8.046 MHz，SCLK(串口時鐘)＝MCLK/116＝1.024 MHz；Sample rats（采樣頻率)＝MCLK/512=32 kHz。這些數值都可在AD73311的相應管腳測得。最后1個控制字標志著控制字設置的結束，令AD73311進入收發數據狀態。

在無話音數據傳輸時，AT89C52將從串口接收的數據打包處理后發送給數傳設備，數傳設備對傳過來的數據增加前向糾錯(FEC)、循環兀余校驗(CRC)位后，按Mobitex標準的數據格式進行交織和擾碼處理，再附上比特同步和幀同步字節后，把數據包送到有線或無線，送到接收端。當有話音數據傳輸時，經過AMBE_2000壓縮后，輸出4.8 kb/s的壓縮話音數據，這些話音數據經單片機AT89C52除包延時處理后與串口接收的外部數據一起打包送到數傳設備，在經有線或無線信道采用9.6 kb/s傳送到接收端，從而實現數據和話音的同時傳輸。

在數據接收時，數傳設備經檢錯和撤包處理后，將數據傳送給主處理單元進行判斷處理，如果是數據信號則通過格式匹配后直接送到輸出端，如果是語音信號則送到AMBE_2000進行解壓處理，再經AD73311輸出給喇叭。軟件流程如圖5所示。

4 結 語

該數話同傳系統已在某武器系統中得到應用，在使用過程中操作方便，基本保證了數話同傳，語音信息和數據信息流暢，語音通話質量高，縮短了武器系統的作戰反應時間，提高了武器裝備作戰性能。

參考文獻

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［6］劉斌，張欣.高效語音壓縮芯片AMBE-2000~(TM)及其在語音壓縮中的應用.2002，25:383-85 .

作者簡介 李勝軍 男，1976年出生，男，河北冀州人，講師，碩士研究生。主要從事電氣工程方面的教學及研究工作。

耿相銘 男，1965年出生，高級工程師，碩士生導師。主要從事數字信號處理系統設計與應用、嵌入式系統設計、系統設計可靠性等方面的研究工作。

段修生 男，1960年出生，河北石家莊人，副教授。主要從事武器系統電子測量、自動測試等方面的教學及研究工作。