發(fā)布時間：2016-10-18 17:21

  本文關(guān)鍵詞：短距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及其應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學(xué)》 2008年

基于IEEE802.15.4/ZigBee的語音通信技術(shù)研究與實現(xiàn)

敬朝暉  

【摘要】： ZigBee技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要特性包括:具有多跳傳送(multi-hop relay)機制、網(wǎng)絡(luò)擴展性能好、布設(shè)容易以及具有自組織與自修復(fù)能力。傳統(tǒng)上ZigBee主要應(yīng)用于家庭自動化、工業(yè)自動化、庫存管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制、無線傳感監(jiān)測、定位及消防安全等領(lǐng)域,其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為非即時數(shù)據(jù)。無線語音通信則屬于即時數(shù)據(jù)傳輸,雖然實現(xiàn)無線語音通信不是ZigBee標(biāo)準(zhǔn)最初的目標(biāo),但在許多領(lǐng)域中如果沒有語音通信功能,將使其應(yīng)用受到很大的局限;另一方面,在有緊急需求和布置不易環(huán)境下(如礦井井下救援、消防搶救),ZigBee具有其他通信技術(shù)難以替代的優(yōu)勢,如能利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向語音傳輸則具有非常大的實用價值;同時,在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中,聲音也是一種傳感量,傳輸采樣的聲音數(shù)據(jù)正是聲音傳感應(yīng)用的基本要求,所以本論文針對IEEE802.15.4/ZigBee的應(yīng)用環(huán)境,提出實現(xiàn)語音通信的研究課題。 本課題設(shè)計了基于CC2430芯片的Zigbee硬件模塊,經(jīng)過測試,在空曠環(huán)境下的視距傳輸距離達(dá)到30米;在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于IEEE802.15.4的語音通信系統(tǒng)方案,開發(fā)了硬件試驗平臺,用以研究短距離的無線語音通信技術(shù)。語音通信方案充分利用CC2430 SoC的性能特點,使用芯片內(nèi)部的ADC和PWM完成語音采樣及回放,無需外部的語音編解碼器件且使用的外圍器件很少。為適應(yīng)250Kb/s的無線傳輸速率同時保證語音質(zhì)量,使用CC2430片內(nèi)的8051內(nèi)核單片機實現(xiàn)了ADPCM壓縮算法,優(yōu)化后的ADPCM算法編、解碼時間分別為20us和18us,語音速率降低到32Kb/s。減少了帶寬占用,并可提高抗干擾能力。經(jīng)過測試驗證,在室內(nèi)無遮蔽條件下,系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)實時語音無線傳輸,發(fā)射功率小于0 dBm,語音延時小于25ms,傳輸距離達(dá)到15米,音質(zhì)MOS測試分達(dá)到3分以上。該方案硬件簡單,成本低廉,功耗很低,可應(yīng)用于礦井井下生產(chǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、消防、安全監(jiān)控領(lǐng)域,拓展了IEEE802.15.4應(yīng)用范圍。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TN912.3
【目錄】：

摘要4-6

ABSTRACT6-17

1 緒論17-24

1.1 課題背景17-21

1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀21-22

1.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀21-22

1.2.2 ZigBee 技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀22

1.3 研究目的與意義22-23

1.4 主要研究內(nèi)容23

1.5 論文章節(jié)的安排23-24

2 IEEE802.15.4/ ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)介紹24-38

2.1 IEEE802.15.4/ ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)概述24-29

2.1.1 IEEE802.15.4 簡介24-26

2.1.2 ZigBee 規(guī)范簡介26-27

2.1.3 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)27-29

2.2 PHY 層29-30

2.3 MAC 層30-34

2.4 網(wǎng)絡(luò)層34-38

3 語音編碼介紹38-53

3.1 語音編碼概述38-40

3.2 語音編碼器的基本屬性40-42

3.3 常用的語音編碼器42-46

3.4 使用 HawkVoiceDI 語音算法軟件進(jìn)行語音編碼研究46-52

3.5 小結(jié)52-53

4 CC2430 模塊的硬件設(shè)計及性能測試53-67

4.1 Zigbee 芯片介紹53-54

4.2 CC2430 無線單片機介紹54-59

4.2.1 CC2430 芯片的主要特點55-57

4.2.2 CC2430 芯片的引腳功能57-58

4.2.3 電路典型應(yīng)用58-59

4.3 CC2430 模塊硬件設(shè)計與實現(xiàn)59-63

4.3.1 CC2430 模塊的電路圖60

4.3.2 器件選擇60

4.3.3 PCB 布線的考慮60-63

4.4 模塊的性能測試63-66

4.5 小結(jié)66-67

5 基于 802.15.4/Zigbee 實現(xiàn)語音通信的系統(tǒng)方案67-83

5.1 硬件設(shè)計方案67-74

5.1.1 方案總體架構(gòu)67-68

5.1.2 硬件電路設(shè)計68-74

5.2 軟件設(shè)計74-83

5.2.1 IAR 開發(fā)環(huán)境簡介74-75

5.2.2 ADC 參數(shù)配置75-76

5.2.3 PWM 原理與實現(xiàn)76-79

5.2.4 語音壓縮算法設(shè)計79-81

5.2.5 使用TI-MAC 協(xié)議棧進(jìn)行語音傳輸81-83

6 系統(tǒng)性能測試與分析83-102

6.1 測試環(huán)境與條件83-84

6.2 功能測試84-100

6.2.1 ADC 測試84-90

6.2.2 PWM 構(gòu)成的DAC 測試90-91

6.2.3 閉環(huán)測試91-92

6.2.4 網(wǎng)絡(luò)建立及數(shù)據(jù)發(fā)送測試92-100

6.3 語音傳輸性能測試100

6.4 小結(jié)100-102

7 論文總結(jié)及展望102-105

7.1 論文總結(jié)102-103

7.2 下一步工作內(nèi)容103-105

參考文獻(xiàn)105-107

致謝107-108

攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文108-109

上海交通大學(xué)學(xué)位論文答辯決議書109

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本文編號：145014