基于DSP的激光无线语音通信系统设计
【摘要】无线通信有射频通信、红外通信等，但是射频通信受无线频段影响，红外光会对人眼产生影响，而且要受到功率限制。本文采用激光通信技术，利用直接调制方式，完成激光无线语音通信系统的设计，系统语音信号的差分编码通过数字信号处理芯片DSP2407实现，且可根据需要更换编码方法。此系统设计简单、功耗低、成本低廉、体积小，经过试验表明，该系统可以灵活地应用到各个场合。
【关键词】直接调制；语音通信；差分编码；DSP2407
引言
激光通信因其安全保密性好、造价低、架设迅速及信息容量大等优点应用广泛，除可应用于普通场合还可以用于一些不利于红外、有线以及普通无线电波通信的特殊场合，特别是可以用于光纤通信的故障临时替代方式及快速搭建高性能的信息传输通路，如在战场、灾区迅速搭建通信平台，发挥远距离通信作用等等[1]。在激光通信过程中，常常需要与其他通信设备进行通信，但是为实现激光无线通信，要考虑到大气损耗、发射源移动、空气散射、环境干扰等不利因素，为了尽量消除这些不利因素，本文设计出一种基于DSP的基于激光无线语音通信系统，该系统采用调制和解调过程直接调制方式，利用1550nm半导体激光器实现激光无线语音通信系统，并通过数字信号处理芯片DSP2407实现了语音信号的差分编码。该设备发出的调制激光信号可在自由空间传输，克服了在天气恶劣情况下无法通信的缺陷，而且该设备信号传输容量大，能灵活地适应各种场合。
1.系统方案设计
激光通信系统主要由激光发射机、激光接收机和光学望远镜三部分组成。将欲发送的语音信号调制到激光光束上，之后通过光学发射机将载有语音信号的光束发出去，通过光学接收机接收并检测出该信号。因此，激光无线语音通信系统主要由话筒、音箱、信道（差错控制）编解码、电光调制、光电解调、光学天线和大气信道组成。
发射端信道编码器对话筒送来到的语音信号进行采样、量化、差分编码，语音编码信号经过D/A转换后，利用半导体激光器实现电光调制，将电信号变换为光信号，携带语音信息的光信号通过光束扩展器从发射机发出。接收端光电探测器接收发射机发出的载波激光束，解调器将此光信号解调为电信号，解码器对电信号进行解码和D/A转换后，通过音箱播放语音信号。
2.硬件电路设计
2.1 激光发射机设计
激光发射机实现将语音信号通过处理加载到光信号上以光形式发送。该部分主要由半导体激光器、调制器、编码器、话筒和光束扩展器组成，如图2所示。编码器用于在待发送信息中添加冗余度，从而具有检查错误码元或纠正错误码元的能力，降低信道传输的误码率[2]。调制器是使经信道编码后的数据加载到激光上，便于在信道中传输，调制方式选取直接调制法，采用电光调制。
话筒的模拟语音信号以电压形式输出，通过此电路变成电流形式，用电流来控制半导体激光器的光强。系统中发射端电压-电流（V-I）转换电路如图3所示。
2.2 接收机设计
接收机的功能是在失真及噪声最小的情况下恢复光载波携带的信息，由聚焦透镜、光电探测器、解调器、解码器和音箱组成，如图4所示。聚焦透镜装在光强与其反相电流成正比的光敏电阻前，有利于接收窄细的激光束，然后采用I-V转换电路进一步把电流信号转换成电压信号，电路如图5所示。解码器对电信号进行解码和D/A转换后，通过音箱播放语音信号。
2.3 DSP系统设计
DSP采用DSP2407，它的工作主频为40MHz，芯片内置2.5k字SRAM，32k字FLASH，可以进行电平转换、隔离和总线仲裁等先进技术，所以使用极为方便灵活、简洁、并且运行极其稳定。信号抗混叠滤波后经A/D采集后送入DSP2407中处理，处理后经D/A变换后经平滑滤波输出。
信道编码是按照约定的规则在待传输信息码中添加额外的码元，以降低传输中的误码率。对于不同的信道，设计不同类型的信道编码，可以提高编码效率或已编码信号的检错或纠错能力，从而改善通信系统的传输质量。
3.软件设计
4.试验结果及结论
采用计算机一台、DSP实验板及仿真器一套、示波器一台、麦克一个、音箱一组，对系统做实验结果测试。用数字示波器观测到的调制试验结果如图8所示。实验表明，该系统设计完成正确。
本文基于直接调制方式，实现了激光无线语音通信系统。激光通信方式以高度的保密性、抗干扰性及灵活的接入方式受到关注。直接调制费用低，实现相对简单，以激光束的亮暗变化观察调制结果，通俗直观；本系统还能根据需要更换其他编码方法与通信协议，适合场合灵活，有很好的应用价值。
参考文献
[1]孔令斌，杨勇，高明甫.基于直接调制的激光无线通信演示实验[J].电子技术，2010，3.
[2]霍畅.基于声光调制的无线通讯应用技术研究[D].重庆大学，2012.
[3]毕博瑞，陈胜石，侯风乾，等.一种数话同传的激光通信系统的实现[J].应用光学，2011，32（6）：1291-1294.
[4]Ning-Qin D，Bao-Sheng Z，Li-Zhi S，et al.A space audio cummunication system based on X-ray[J].2013.
作者简介：张慧颖（1982—），女，吉林四平人，博士研究生，讲师，研究方向：空间光通信。
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