基于無(wú)線數(shù)傳技術(shù)的話音擾頻模塊設(shè)計(jì)

　　由于擾頻信令的信息非常重要，而且要求有實(shí)時(shí)性，只有檢錯(cuò)重發(fā)并不能滿足要求。針對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)和編解碼的復(fù)雜度，糾錯(cuò)編碼采用Golay碼。 Golay碼是一種特殊的非本原BCH碼，屬于前向糾錯(cuò)編碼FEC(Forward Error Correction)，也是目前為止發(fā)現(xiàn)的惟一能糾正多個(gè)錯(cuò)誤的完備碼，因其在噪聲環(huán)境下具有良好的糾錯(cuò)性能而獲得了廣泛應(yīng)用，尤其適合短碼字長(zhǎng)和短處理時(shí)延的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　本方案選用的Golay(24,12)碼最小距離為8，能糾正3個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤同時(shí)檢測(cè)4個(gè)錯(cuò)誤。針對(duì)8位單片機(jī)的特點(diǎn)，將信息位縮短為8bit，并在最后添加0101進(jìn)行幀同步碼的提取，最終構(gòu)成3個(gè)字節(jié)的完整結(jié)構(gòu)，提高了單片機(jī)編碼的效率。編解碼的程序全部用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，程序復(fù)雜度適中，Atmega8單片機(jī)的運(yùn)算能力完全可以勝任。Golay碼結(jié)構(gòu)如表2所示。

　　2.2.3 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　MSM6882接收的數(shù)據(jù)是與時(shí)鐘同步的比特流，為了從所接收的數(shù)據(jù)中提取時(shí)鐘信號(hào)，首先發(fā)送6字節(jié)即48bit“1”和“0”交替出現(xiàn)的位同步碼。為了按字節(jié)接收數(shù)據(jù)，確定每一幀的起始位，需要在比特流中添加幀同步信息，以避免幀同步圖案與數(shù)據(jù)中內(nèi)容相同而導(dǎo)致的誤判。根據(jù)所選用的糾錯(cuò)編碼特點(diǎn)，每組Golay碼三個(gè)字節(jié)的最后4個(gè) bit為0101，即不會(huì)出現(xiàn)三個(gè)字節(jié)以上的連續(xù)0或者連續(xù)1，所以幀起始碼選用31bit1和1bit0，幀結(jié)束碼采用32bit連0。在接收中斷處理程序中，檢測(cè)到31bit1和1bit0就開始按字節(jié)接收數(shù)據(jù)，此后每3個(gè)字節(jié)一組進(jìn)行糾錯(cuò)解碼，同時(shí)開始對(duì)接收到的連續(xù)0進(jìn)行計(jì)數(shù)，超過(guò)32個(gè)就認(rèn)為一幀接收完畢。幀結(jié)構(gòu)如表3所示。

　　2.2.4 數(shù)傳模塊程序的設(shè)計(jì)

　　數(shù)傳程序主要實(shí)現(xiàn)編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和解碼的功能。發(fā)送時(shí)，Golay編碼由一個(gè)字節(jié)變?yōu)槿齻€(gè)字節(jié)，把待發(fā)送數(shù)組先全部編碼再進(jìn)行發(fā)送；接收時(shí)，先將三個(gè)字節(jié)一組的字節(jié)流存儲(chǔ)為數(shù)組，再進(jìn)行Golay解碼，這樣，將占用大量RAM空間和時(shí)間。為了節(jié)省單片機(jī)資源，提高程序執(zhí)行效率，把編碼與發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)與解碼結(jié)合起來(lái)同時(shí)進(jìn)行。

　　首先，定義全局變量作為接收發(fā)送的計(jì)數(shù)器和狀態(tài)標(biāo)志位，主函數(shù)中循環(huán)查詢系統(tǒng)工作狀態(tài)確定是否進(jìn)行編碼或者解碼和啟動(dòng)發(fā)送字節(jié)的子函數(shù)；在中斷處理函數(shù)中每接收和發(fā)送完一個(gè)字節(jié)，就改變相應(yīng)的計(jì)數(shù)器和狀態(tài)標(biāo)志位，供主函數(shù)查詢。這樣把編解碼與收發(fā)結(jié)合起來(lái)，提高了程序的執(zhí)行效率，縮短了程序運(yùn)行的時(shí)間。

　　其次，接收和發(fā)送都設(shè)置雙緩沖區(qū)，結(jié)構(gòu)定義代碼如下：

typedef struct

{

unsigned char rc; /*信息字節(jié)*/

unsigned int r1; /*校驗(yàn)字*/

}Golay;

　　Golay RecvBuffer[2];

　　Golay SendBuffer[2];

　　在中斷處理函數(shù)中發(fā)送一個(gè)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的同時(shí)，在主函數(shù)里編碼填充另一緩沖區(qū)；在中斷處理函數(shù)中接收數(shù)據(jù)、填充一個(gè)緩沖區(qū)時(shí)，在主函數(shù)里對(duì)另一個(gè)緩沖區(qū)中接收的上一組數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。在中斷處理函數(shù)中改變?nèi)值臓顟B(tài)標(biāo)志位，在主函數(shù)里進(jìn)行緩沖區(qū)間的切換。通過(guò)設(shè)置雙緩沖區(qū)，收發(fā)分別只需占用兩組編碼空間，節(jié)省了單片機(jī)的RAM資源。

　　2.3 擾頻信令的設(shè)計(jì)

　　每次通話之前，即按下PTT之后，首先延時(shí)一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間由中繼臺(tái)的最大延時(shí)決定；再發(fā)送擾頻信令，確定此次通話是否擾頻以及擾頻的次序和時(shí)間間隔，為了與未加擾頻模塊的手持臺(tái)通信，需要保留不擾頻的功能，即CMX264在Clear模式下工作；同時(shí)增加地址選項(xiàng)，通過(guò)地址進(jìn)行分組，可以實(shí)現(xiàn)組呼和單呼；通話完畢時(shí)發(fā)送結(jié)束幀，使手持臺(tái)恢復(fù)到Clear 模式。根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)擾頻信令格式如表4所示。

　　結(jié)構(gòu)定義代碼如下：

typedef struct

{

unsigned char ScrambleFrameType; /*幀類型*/

unsigned char RecvAddress[2]; /*接收地址*/

unsigned char ScrambleSeq[4]; /*擾頻次序*/

unsigned char HopCyc; /*時(shí)間間隔*/

}Scramble;

　　本文介紹的方案主要針對(duì)使用模擬集群的專用網(wǎng)絡(luò)，調(diào)度通話內(nèi)容需要保密以避免竊聽和干擾。本方案通過(guò)電臺(tái)的話音信道進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)傳統(tǒng)擾頻方式進(jìn)行了改進(jìn)，提高了系統(tǒng)的安全性和應(yīng)用范圍。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 MORELOS-ZARAGOZA R.H. The art of error correcting coding. Wiley, 2002

　　2 OKI Semiconductor. MSM6882 MSK Modem User's Manual.

　　3 CML Microcircuits.Wireless Modem Troubleshooting Guide

　　4 CML Microcircuits.CMX264 Frequency Domain Split Band Scrambler datasheet.

　　5 Atmel Corporation. ATmega8 AVR 8-bit microcontroller datasheet.

　　6 張宗橙.糾錯(cuò)編碼原理和應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2003