数话同传控制器的设计与实现

文章摘要： 摘要：介绍了一种数话同传控制器的实现方法。该控制器以单片机AT89S52和EPLD芯片EPM7128为核心，采用GMSK调制解调器和AMBE话音Codec以及新的数话同传方案，在一个普通的模拟调频话音信道上（带宽25kHz）实现了数字化语音和数据的同时传输。实验证明，这种数话同传方案有效地减小了话音信号的延迟，保持了较高的数据传输率。无话音信号时，数据传输率为9600bps；数话同传时，数据传输率约为4800bps。 关键词：数话同传 EPLD AMBE话音 Codec GMSK Modem话音和数据同传有多种方案，这些方案大都先将话音信号数字化，经过压缩后与外部数据一起打包传输

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摘要：介绍了一种数话同传控制器的实现方法。该控制器以单片机AT89S52和EPLD芯片EPM7128为核心，采用GMSK调制解调器和AMBE话音Codec以及新的数话同传方案，在一个普通的模拟调频话音信道上（带宽25kHz）实现了数字化语音和数据的同时传输。实验证明，这种数话同传方案有效地减小了话音信号的延迟，保持了较高的数据传输率。无话音信号时，数据传输率为9600bps；数话同传时，数据传输率约为4800bps。

关键词：数话同传 EPLD AMBE话音 Codec GMSK Modem

话音和数据同传有多种方案，这些方案大都先将话音信号数字化，经过压缩后与外部数据一起打包传输。主要区别在于发送一包话音数据与外部数据的占用时间，以及话音数据与外部数据在包内的分割时长。常见的有两种方案。一旦日本救护车所用的数话同传方案，可将病人的身体状况的检测数据与话音同传。在这一方案中，以625ms为一个话音压缩周期，其中187.5ms用于传送数据，437.5ms用于传送话音，外部数据时隙占整个信道时间的30%，数话同传时话音延迟约为200ms。另一种是UIC建议的数话同传方案。这个方案以1040ms为一个周期，其中260ms用于传输数据，780ms用于传输压缩话音，数据时隙占整个信道的时间为25%。这一方案由于数据占用的时间较短，因此可以提供较好的通话质量，但话音延迟260ms，在双工通话时会使人感到不适，数据传输量也不高。

图1

上述两种方案的话音延迟都较长，同时外部数据时隙占信道的时间比较短，发送数据量受到一定的限制，主要用于传送话音信号。本文在保证传送话音质量的基础上，尽量减小话音延迟，提高外部数据分割时长，同时根据AMBE话音Codec和GMSK Modem的特点，提出了如图1所示的数据话同传方案。

AMBE话音Codec采用基于MBE（多带话音激励）模型的压缩技术，已被证明优于CPLE、MP-MLQ、LPC10以及其它的压缩技术，MOS分达到3.5分，能够在低至2.0kbps的压缩速率下保证高质量的话音。所以本系统采用2.4kbps的话音压缩速率时仍然有很好的自然度和可懂性。当单片机查询到有话音数据时，不中断数据的传输，而是延迟60ms，单片机再将AMBE话音Codec传过来的话音数据处理后与外部数据一起打包发给Modem，实现数话同传。从上述方案中可以看出，话音信号的延迟不会超过120ms，优于前两种方案，能够很好地满足实时性的要求；外部数据时隙占整个信道时间约为46%，分割时长也比前两种方案高，此时外部数据传输率约为4800bps。没有话音数据传输时，单片机直接对外部数据进行打包传送，数据传输率为GMSK Modem的传输率，即为9600bps。

1 系统的硬件组成及工作原理

1．1 系统的硬件结构

整个系统的硬件结构框如图2所示。

图2

系统以Atmel公司的单片机AT89C52和Altera公司的EPLD芯片EPM7128为主控芯片。AT89C52是一款低功耗、高性能的8位微处理器，负责整个系统的绝大多数工作，内部带有8KB可编程的FLASH存储器，无需扩展ROM，自带ISP口，可灵活地进行在系统可编程，可以通过全双工的标准串口与外部计算机或PLC交换数据。EPM7128是Altera公司的MAX7000系列中的一款，具有高阻抗、电可擦写等特点，可用门单元为2500个，管脚间最大延时为5ns，主要用来实现话音压缩和解压缩所需的时序及逻辑控制。话音预处理和ADC-DAC单元采用MC145480，其内集成了300Hz～3400Hz的带通滤波器、AD和DA转换器，采样频率为8kHz，每个采样值采用8比特（256个量化级）编码，可输出A律和μ律可选的64kbps的PCM信号。话音压缩和解压缩通过AMBE1000完成，压缩速率从2.4kbps～9.6kbps,A/μ律可选，具有语音检测、回声抑制和休眠等功能。数据调制解调部分的核心器件是无线单片收发芯片FX909。此芯片采用GMSK调制解调方式，频带利用率非常高，特别适合在窄带的数传系统中，内部硬件实现FEC和CRC算法，同时兼容Mobitex无线广域网空中接口标准。模拟调频电台将从Modem输出的GMSK信号经过二次调制到数据传信道上传输，带宽一般为25kHz，新西兰大吉公司、美国的MDS公司、日本的建武的模拟台都可实现此功能。

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