基于M-Power500的無線語音傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：無線通信技術(shù)發(fā)展到今天，通信產(chǎn)品已經(jīng)可以承栽包括語音在內(nèi)如數(shù)據(jù)、圖像、動畫以及多媒體等的其他業(yè)務(wù)，但語音通信仍然是最基本、最主要的通信方式。本文以MSP430F149單片機為控制核心，射頻模塊選用工作在2.4GHz頻段的M-Power500，語音編解碼芯片則選用CM-X639來搭建一針對短距離通信的、全雙工、低功耗的無線語音傳輸系統(tǒng)。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)在空曠的環(huán)境下，通信距離約200 m，該設(shè)計實現(xiàn)了點對點無線對講功能的預(yù)期目標。
關(guān)鍵詞：無線語音傳輸系統(tǒng)；M-Power500；MSP430F149；ZigBee

隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信方式越來越多，且整體朝著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增大的方向發(fā)展。但在日常生活中，語音通信仍占據(jù)重要地位。在短距離通信中，通信設(shè)備的價格、音質(zhì)、功耗一直是消費者關(guān)注的焦點。手機雖然是很好的選擇，但是對于要求隨時隨地的地區(qū)性短距離通信來說，其耗價很不合算。而目前市場上的對講機在體積、價位和功耗上都不能滿足特定場合下用戶的需求。本文介紹了一種針對
短距離通信的、全雙工、低功耗的無線語音傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)方案。該設(shè)計體積小、音質(zhì)好、價廉，有一定的實際需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
無線語音系統(tǒng)按功能劃分可由以下幾部分組成：語音信號采集模塊、語音信號編解碼模塊、控制模塊、射頻模塊及語音信號輸出模塊。
語音信號采集模塊主要負責(zé)對原始的模擬語音信號的檢測與采集，通常的設(shè)備是麥克風(fēng)。
語音信號編解碼模塊負責(zé)對話筒輸入的語音信號進行語音編碼以及對通過控制模塊傳過來的語音編碼數(shù)據(jù)進行語音解碼還原。可以用軟件實現(xiàn)以上功能，但非常繁瑣，且開發(fā)代價很高，一般用專用的語音編解碼芯片進行硬件實現(xiàn)。專用語音編解碼芯片將所需的語音編碼與解碼功能都集成在一塊芯片當(dāng)中，不僅便于開發(fā)，也降低了系統(tǒng)開發(fā)的難度。
控制模塊主要負責(zé)射頻模塊通訊的控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤④浖鞒痰目刂?，由擁有中央處理器功能的微處理器來?dān)任，一般可選用DSP或者單片機來實現(xiàn)。
射頻模塊主要負責(zé)信號的調(diào)制／解調(diào)、發(fā)送及接收功能，由專用的無線信號射頻芯片來實現(xiàn)。

2 M-Power500介紹
M-Power500是一款低功耗長距離的無線收發(fā)模塊(10 dBm,500m)。它由UBEC的24GHz收發(fā)芯片UM2455以及UBEC的UP2268組成。UP2268是由PA+LNA+RF SWITCH射頻前端芯片組成，UP2268作用是增加芯片發(fā)射功率以及接收靈敏度。優(yōu)異的射頻性能使其能滿足電池供電時距離和功耗要求。
UM2455是符合IEEE802．15.4及ZigBee標準的射頻芯片，采用直接序列擴頻技術(shù)(DSSS)來避免2．4 GHz ISM頻帶上日益嚴重的電波與噪聲干擾，采用載波監(jiān)聽多路訪問／沖突避免(CSMA／CA)防碰撞機制進一步提高通訊穩(wěn)定性，UM2455采用AES-128加密算法?？筛鶕?jù)實際需求，通過SPI口靈活編程，設(shè)置UM2455芯片。
M-Power500模塊工作在全球通用的ISM 2．4～2.5GHz頻段。可通過最高速率為5 M的SPI串口控制UM2455收發(fā)數(shù)據(jù)。SPI口工作模式為從機模式，4線接口(SCLK、SI、SO和SEN)，可讀取UM2455中功能模塊(MAC／BB／RF)的控制寄存器和狀態(tài)寄存器、TXFIFOs、RXFIFOs和密鑰表。M-Power500模塊的性能特點如下：
IMS工作頻段為2．405～2．480 GHz；睡眠電流為3μA；通訊速率為625／250 kbps；接收靈敏度為-101 dBm；接收電流為26 mA：尺寸為38．35 mmx14．00 mm；工作電壓為3．O～3．6 V；傳輸距離為大于500 m(空曠)；發(fā)射功率為10 dBm；發(fā)射電流為54 mA；天線為ACX陶瓷天線；調(diào)制方式為DSSS。

3 硬件設(shè)計
本文介紹了一種針對短距離通信的、全雙工、低功耗無線語音傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。本系統(tǒng)由單片機控制模塊、射頻模塊、語音編解碼模塊構(gòu)成。無線語音傳輸系統(tǒng)終端結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，下面分別對系統(tǒng)內(nèi)部的各個模塊給予詳細說明。