在無線語音通信系統(tǒng)中，由于無線帶寬的限制，使得語音編碼及壓縮技術被廣泛關注和研究。常用的技術有脈沖編碼調制" title="編碼調制">編碼調制PCM(Pulse Code Modulation)、自適應差分脈沖編碼調制ADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation）、自適應增量調制ADM(Adaptive Delta Modulation)等編碼方式。CVSD(Continuously Variable Slope Delta)是一種抗信道誤碼非常好的語音編碼算法，在無線通信中得到了廣泛應用。CVSD 編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使誤碼率達到4%，經CVSD 編碼的語音仍可接受。
1 CVSD編碼
1.1 CVSD與其他編碼方式的比較
　　連續(xù)可變斜率增量調制CVSD是自適應增量調制ADM的一種，采用1位的差分波形編碼方式。自適應的量階隨信號統(tǒng)計特性的變化而變化，在振幅較大的動態(tài)范圍內，信號可獲得最大信噪比。它的量化步長可以動態(tài)調節(jié)，通過對輸入信號" title="輸入信號">輸入信號的振幅變化率調節(jié)量化步長的增量值。當輸入信號的振幅變化率增大時，增量值也相應增大；當輸入信號的振幅變化率減小時，增量值也相應減小。這樣，它就能對輸入的原始信號進行很好的跟蹤、量化和編碼，從而擁有很高的信號保真度。
　　PCM是根據輸入信號的采樣值，以固定的量化步長進行語音量化和編碼。在采樣頻率一定的情況下，量化步長的選取將決定著編碼的質量和最終的語音效果。由于輸入信號的隨機性與多樣性，PCM編碼的效果并不十分理想，會因為量化步長過小或過大而造成輸入信號振幅的量化噪聲和過載噪聲，當傳輸中有誤碼發(fā)生時，將產生嚴重的信號失真。
　　ADPCM綜合了自適應脈沖編碼調制APCM(Adaptive Pulse Code Modulation）的自適應特性和差分脈沖編碼調制DPCM(Differential Pulse Code Modulation)的差分特性，可達到較好的性能。32kbps的ADPCM是一種算法較簡單的波形編碼，具有良好的話音質量和抗噪性能，在衛(wèi)星通信、數字話路倍增系統(tǒng)中得到了廣泛應用。

1.2 CVSD編譯碼器
　　圖1為CVSD的編碼器結構。處于CVSD編碼方式時，輸入的語音信號和積分器的輸出信號經比較器比較后輸出一個偏差信號，該偏差信號被送到量化器Q。量化器輸出的數字信號反映了偏差信號的極性，也就是語音信號的數字編碼輸出；同時該信號作為積分器輸出斜率的極性控制信號和積分器輸出斜率大小邏輯的輸入信號。在時鐘信號的各周期內，若輸入語音信號大于積分器輸出信號，則量化器Q輸出1，控制積分器輸出上升；若輸入的語音信號小于積分器輸出信號，則量化器Q的輸出為0，控制積分器輸出下降。而反饋鏈路上設置的延遲模塊Z-1是將量化器當前的輸出值與之前的若干輸出值進行比較，當量化結果有3個連續(xù)的“1”或“0”出現時，即比較器檢測出滿足斜率過載的條件時，編碼器將通過可編程步長控制模塊調節(jié)量化步長以更好地跟蹤輸入的模擬信號。另外，反饋回路上設置有兩個積分器，它們與CVSD編碼相結合可以提供優(yōu)良的語音質量。應用中可設置為僅使用I序積分器或者共同使用I序、II序積分器。對于等級映射轉換器L，當輸入為“1”時輸出為“1”，當輸入為“0”時輸出為“-1”，它與積分器的輸出相結合形成反饋信號。

　　圖2為CVSD的譯碼器結構，與編碼器結構類似但過程相反。在時鐘的各周期內，若數字輸入為1，則控制積分器的輸出上升；若數字輸入為0，則控制積分器輸出下降。這相當于編碼過程的逆過程，等級映射轉換器L的輸出與積分器的輸出相結合，就得到譯碼結果。延遲模塊用來測試比較最近若干次的編碼量化結果，當出現3個的連續(xù)的“1”或“0”而達到斜率過載條件時，則譯碼器也通過可編程步長控制模塊調節(jié)量化步長的值。
2 通信協(xié)議方案
2.1 空中接口規(guī)范
　　空中接口標準是無線通信系統(tǒng)中最受關注的接口之一。在空中接口方案中主要為系統(tǒng)的各項指標做一個整體規(guī)劃，它將成為制定協(xié)議模型的基礎。具體的空中接口方案見表1。

2.2 TDD幀結構
　　本文討論的數字無線語音接入系統(tǒng)，參照時分雙工無線通信系統(tǒng)中的物理信道，采用多個載波上的時分多址對無線頻譜進行頻率和時間上的兩維分割，在一個載頻信道上實現時分雙工的通信。幀是傳輸信息的基本手段，一般由頭域、數據域和尾域組成。本系統(tǒng)的首要目標是實現語音通信，在系統(tǒng)采用的TDD幀格式中，將每個載頻信道分為2個時隙，即下行和上行信道，每一時隙包括前同步域、同步域、ID標識域、命令域、數據域以及幀保護域。TDD幀格式如圖3所示。

　　在圖3中，Head域為同步頭，包含前導字段和同步字段；Data域為數據域，包含標識字段、命令字段和語音數據字段；END域用以標志數據字段的結束；Guard Space為保護時段，用于防止由于多徑到達的延時所造成的時隙碰撞。下面分別對組成TDD幀的各字段定義：
　　(1)Preamble Bytes。前導字段，占8字節(jié)，每一字節(jié)均為交替的0和1，即0x55H或0xAAH，用于位同步。
　　(2)SYNC Bytes。同步字段，占2字節(jié)，為一特定的碼組，用于塊同步，標志著一幀數據的開始。
　　(3)System ID。系統(tǒng)識別碼，占2字節(jié)，用于區(qū)別同頻段的其他無線通信系統(tǒng)。
　　(4)Base ID?；咀R別碼，占2字節(jié)，用于標識移動終端所屬的基站。
　　(5)Local ID。本機標識碼，占2字節(jié)，用于標識移動終端本身的號碼。
　　(6)Destination ID。目的終端標識碼，占2字節(jié)，用于標識本機要發(fā)送到目的終端的號碼。
　　(7)Command Bytes。命令字段，占2字節(jié)，用于指示通信終端所發(fā)生的行為、過程或狀態(tài)。
　　(8)Data Bytes。數據字段，占120字節(jié)，用于存放通信過程中的語音數據。
　　(9)END Bytes。幀結束字段，占4字節(jié)，用于對之前的語音數據進行保護，同時也標志著一幀的結束。
　　由上所述，可得出一幀的長度為144字節(jié)，除去幀頭10字節(jié)與幀尾4字節(jié)，數據域共130字節(jié)。系統(tǒng)采用的射頻模塊最大傳輸速率為76.8kbps，則傳輸一位的時間約為1/76.8kbps=0.01302ms，發(fā)送一幀共144字節(jié)，約需144×8×0.01302＝15ms，接收一幀130字節(jié)的數據約需130×8×0.01302＝13.6ms。射頻模塊的發(fā)送與接收模式轉換過程至少需1.5ms。為了保證轉換的可靠性，設置模式轉換間隔為3ms，于是可得出圖2中TDD幀的時間設置。
3 通信協(xié)議在系統(tǒng)終端的實現
　　以微處理器MSP430為中心的系統(tǒng)控制模塊主要完成數據的接收控制、發(fā)送控制等工作。系統(tǒng)采用MSP430的USART模塊的SPI同步通信模式，外圍模塊采用專用的CVSD語音芯片以及射頻芯片，以降低微處理器的開銷。在接收過程中，首先接收來自射頻芯片的數據，再將接收的數據幀的同步域、尾域、ID域以及命令字節(jié)去除后送至CVSD語音芯片進行譯碼處理；在發(fā)送過程中，首先由CVSD語音芯片將模擬語音編碼，通過微處理器MSP430F149加上頭域、尾域、ID域以及命令字節(jié)形成數據幀，然后控制射頻芯片將數據發(fā)送。由于使用了專用芯片，數據的處理均在專用芯片完成，因此數據是一個串入串出的過程，微處理器對數據基本不需要進行特別的處理，只需控制數據的輸入與輸出接口以及設置定時器控制接收與發(fā)送模式的轉換。數據的收發(fā)流程如圖4、圖5所示。

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