CN102664012B - 卫星移动通信终端及终端中xc5vlx50t与ambe2000信息交互的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于“北斗”卫星移动通信终端，包括FPGA芯片XC5VLX50T、语音编解码芯片AMBE2000及其前端元件PCM3500，XC5VLX50T分别通过可编程接口与AMBE2000和PCM3500相连，XC5VLX50T通过复位控制信号控制AMBE2000，以使正常工作时，XC5VLX50T先启动，再控制AMBE2000按指定方式启动，然后XC5VLX50T通过可编程接口向AMBE2000发送信息内容，同时控制PCM3500的信息内容。另外，本发明还提出了卫星移动通信终端中XC5VLX50T与AMBE2000信息交互的方法，使北斗移动通信终端具有通话语音质量好，实时性高的有点。

Description

卫星移动通信终端及终端中XC5VLX50T与AMBE2000信息交互的方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信领域，尤其涉及一种基于“北斗”的卫星移动通信终端及终端中XC5VLX50T与AMBE2000进行信息交互的方法。

背景技术

数字无线电系统的低频部分采用数字电路，与传统无线电系统相比，软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频，并尽可能靠近射频端。软件无线电以可编程力强的FPGA、DSP器件代替专用数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。现场可编程阵列FPGA技术先进之处在于紧凑的占位空间能够高速处理，同时也保持软件无线电技术的灵活性和可编程性。FPGA在高速、计算密集、可重新配置应用(FFT、FIR和其他乘法-累加运算)中是具有优势的。从FPGA可实现可重新配置核，在FPGA中能够实现调制器、解调器和CODEC功能。FPGA已从灵活的逻辑设计平台发展到信号处理引擎。FPGA因有效的适合于高速并行乘法累加函数(现代FPGA可执行18×18乘法运算，速度超过200MHz)，这使得FPGA成为FET、FIR、数字下复频器DDC、数字上变频器DUC、相关器和脉冲压缩(用于雷达处理)运算的理想平台。

DVSI公司语音编解码芯片AMBE2000实现了低带宽、双工的数据与语音同传，语音通信自然可懂。AMBE2000的语音编码技术是一种具有高语音质量和强鲁棒性的低速率语音编解码技术。这种方法在频域中按基音各谐波频率，将一帧语音的频谱划分为多个频带，对每个频带作清、浊音判决。对浊音带，以基音为周期的脉冲序列作为激励信号；对清音带，则以白噪声作为激励信号。总的激励信号由各带激励信号相加构成。用该激励信号激励声道滤波器，最终合成出具有较高自然度的语音。因此在低比特率的情况下，其合成语音的音质依然能保持较高的自然度。其改进的AMBE算法成为国际移动卫星组织和移动卫星通信的语音编码标准。AMBE2000采用AMBE编解码技术，是一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片，其压缩率可在2kbit/s～9.6kbit/s范围内由硬件、软件调节，且具有FEC(前向纠错)、VAD(语音激活检测)功能和DTMF信号检测功能，当速率在4.0kbit/s以上时，可得到接近长途电话的话音质量，当速率为2.0kbit/s时，仍然具有较高的可懂度和自然度。

现有基于“北斗”的卫星移动通信终端语音质量普遍不是非常好，实时性也不高，若能将FPGA的优势和AMBE2000的优势结合起来运用于卫星移动通信终端中，将为移动通信会带来优质的语音质量和良好的实时性，但是由于两者结合设计非常困难，现有技术没有有效解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于“北斗”的卫星移动通信终端及卫星移动通信终端中XC5VLX50T与AMBE2000进行信息交互的方法，解决现有北斗移动通话语音质量不好，实时性不高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于“北斗”的卫星移动通信终端，包括FPGA芯片XC5VLX50T、语音编解码芯片AMBE2000和AMBE2000前端元件PCM3500，其中：XC5VLX50T通过第一可编程接口与AMBE2000的控制接口相连，所述第一可编程接口通过程序设置为与所述控制接口对应的接口；XC5VLX50T通过第二可编程接口与PCM3500相连；XC5VLX50T通过复位控制信号控制AMBE2000，以使在正常工作时，XC5VLX50T先启动，再控制AMBE2000按指定方式启动，然后XC5VLX50T通过第一可编程接口向AMBE2000发送信息内容，同时通过第二可编程接口控制PCM3500的信息内容。

其中，所述XC5VLX50T、AMBE2000和PCM3500三元器件之间引脚连接关系为：

所述FPGA芯片XC5VLX50T控制AMBE2000和PCM3500的控制引脚。

相应的，本发明还提出了一种卫星移动通信终端中FPGA芯片XC5VLX50T与AMBE2000芯片进行信息交互的方法，所述方法为：

AMBE2000对话音进行编码时，将话音按2.4k进行编码后抽去系统头信息，把话音编码数据送到FPGA进行物理信道传输；当连续检测到2帧是静音帧时，FPGA将接下来的静音数据填成固定比特按0.4k发送出去，并开始计时；当计数器到时间并且此时一直未检测到2.4k的话音编码数据，FPGA再次发送2帧2.4k的静音数据，然后继续发送固定比特的0.4k数据且计时器重新开始计时，直到检测到2.4k的话音编码数据为止；

AMBE2000对话音进行译码时，FPGA将待译码的话音数据以及头信息、控制信息进行组合后，发送给AMBE2000译码器；当业务数据物理层CRC校验通过时，FPGA将话音数据打包以后直接送给AMBE2000译码器进行话音译码，并将AMBE2000坏帧指示比特以及背景噪声插入指示都置‘0’；当业务数据物理层CRC校验未通过时，则FPGA需要将AMBE2000的坏帧指示比特以及背景噪声插入指示都置为‘1’。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)可编程性方面，由于采用了XC5VLX50T，对于所有的目标空间接口标准，器件均能重新配置以执行所期望的功能，极大地保证了系统的可配置性；

2)集成度：在XC5VLX50T上集成系统控制和语音包组包解包功能，减小数字无线子系统的规格并降低硬件复杂度的能力。

3)开发周期缩小：由于XC5VLX50T实现控制和语音包组包解包、AMBE2000实现语音压缩和解压缩，PCM3500实现A/D、D/A转换，三者之间数据流清晰，将FGGA的通用性和AMBE2000与PCM3500的专用性巧妙结合，保证开发顺利无误；

4)性能上完美地实现了系统的模块化和可配置，AMBE2000的语音压缩和解压缩可以动态调节，语音数据延迟小，在数据传递过程中误码率很小；

5)功率，由于采用AMBE2000实现语音压缩和解压缩，不再使用DSP编码解码，此部分的语音压缩和解压缩的功率极小，功耗小于10mW。

6)使用FPGA全部控制AMBE2000和PCM3500的控制引脚，保证语音处理部分的完全的可配置性和灵活性，能适应各种语音通信的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例卫星移动通信终端中XC5VLX50T与AMBE2000连接结构图；

图2为本发明实施例中FPGA芯片XC5VLX50T的引脚示意图；

图3为本发明实施例中FPGA芯片AMBE200的引脚示意图；

图4为本发明实施例中FPGA芯片PCM3500的引脚示意图；

图5为本发明实施例中卫星移动通信终端中XC5VLX50T与AMBE2000进行信息交互时的话音数据流示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于“北斗”的卫星移动通信终端有两部分重要的功能需要实现：1)卫星移动通信的通话数据的接收、压缩、打包、传送、解析、解压缩功能；2)卫星移动通信终端的通话的信令控制和故障处理功能，这部分功能的特点是对接口的要求多样，对软件设计的要求是能实现复杂可变的人机交互接口。本发明的基于“北斗”的卫星移动通信终端，就是根据“北斗”的卫星移动通信终端的要求设计的。

本发明实施例在基于“北斗”的卫星移动通信终端中使用AMBE2000的难点和重点在于如何按照基于“北斗”的卫星移动通信终端的特点，把FPGA的优势和AMBE2000的优势结合起来，完成AMBE2000的配置特点，实现基于“北斗”的卫星移动通信终端的语音信令控制流程，保证优质的通话质量。

参见图1，为本发明移动终端中XC5VLX50T与AMBE2000连接结构图；本发明基于“北斗”的卫星移动通信终端支是持话音和低速数据的系统结构，包括FPGA芯片XC5VLX50T、语音编解码芯片AMBE2000和AMBE2000前端元件PCM3500，其中：XC5VLX50T通过第一可编程接口与AMBE2000的控制接口相连，二者通过控制接口相互通信，所述第一可编程接口通过程序设置为与所述控制接口对应的接口；XC5VLX50T通过第二可编程接口与PCM3500相连；XC5VLX50T通过复位控制信号控制AMBE2000的复位状态，以使在正常工作时保证只有在FPGAXC5VLX50T状态正确以后才启动或者及时复位AMBE2000，保证两者之间通讯时序的正确。在正常工作时，XC5VLX50T、AMBE2000和PCM3500三个器件之间的工作顺序为：XC5VLX50T先启动，再控制AMBE2000按指定方式启动，然后XC5VLX50T通过第一可编程接口向AMBE2000发送信息内容，同时通过第二可编程接口控制PCM3500的信息内容。

当选择FPGA配置接口时，应当考虑以下5个重要的选择准则：1.可编程性：对于所有的目标空间接口标准，器件均能重新配置以执行所期望的功能。2.集成度：在单个器件上集成多项功能，由此减小数字无线子系统的规格并降低硬件复杂度的能力。3.开发周期：开发、实现及测试指定器件的数字无线功能的时间。4.性能：器件在要求的时间内完成指定功能的能力。5.功率：器件完成指定功能的功率利用率。

本发明的的特点是XC5VLX50T与AMBE2000之间通过设计优化的接口相连接，这些相连的接口是专门设计的，具有符合基于“北斗”的卫星移动通信终端的数据流和控制要求的特点。用Xilinx的FPGA XC5VLX50T实现数字语音通信的卫星移动通信终端的通话的信令控制和故障处理功能；用AMBE2000实现卫星移动通信的卫星移动通信的通话数据的接收、压缩、打包、传送、解析、解压缩功能。

参见图2～图4，分别为本发明FPGA芯片XC5VLX50T、AMBE200、PCM3500的引脚示意图。在本发明实施例中所述XC5VLX50T、AMBE2000和PCM3500三元器件之间引脚连接关系如下表所示：

XC5VLX50T、AMBE2000和PCM3500三元器件之间引脚连接关系的按照上表连接的效果如下：

1)使用FPGA全部控制AMBE2000和PCM3500的控制引脚，保证语音处理部分的完全的可配置性和灵活性，能适应各种语音通信的要求；

2)FPGA使用的引脚是基于“北斗”卫星移动通信终端的特点的使用，最适合内部的软件开发，软件工作量小，变更引脚会引起使用多的硬件模块，需要对多的硬件模块进行实例化，也就是编程使用的模块会多，带来大的工作量；

3)FPGA使用的引脚是基于“北斗”卫星移动通信终端的特点的使用，在数据交换速率上最适合，变更引脚会引起系统性能的下降和使不相关的模块使用更多，不利于保证低功耗的要求。

本发明实施例通过这样的引脚连接，在“北斗”卫星移动通信中完全达到了设计要求的性能和可靠性。硬件语言编程的工作集中在主要模块，可靠性高。

相应的，本发明实施例还提出了一种卫星移动通信终端中FPGA芯片XC5VLX50T与AMBE2000芯片进行信息交互的方法，参见图5，该方法信令流程如下：

AMBE对话音进行编码时，它将话音按2.4k进行编码，然后抽去系统头信息，把真正的话音编码数据送到FPGA进行物理信道传输；当连续检测到2帧是静音帧时，FPGA将接下来的静音数据填成固定比特按0.4k发送出去，并开始计时。当计数器到时间并且此时一直未检测到2.4k的话音编码数据，FPGA再次发送2帧2.4k的静音数据，然后继续发送固定比特的0.4k数据(数值固定为“0x69”)，计时器重新开始计时。FPGA一直重复进行上述操作，直到检测到2.4k的话音编码数据为止。

AMBE对话音进行译码时，FPGA将待译码的话音数据以及头信息、控制信息进行重新组合，使格式符合AMBE声码器的输入要求，然后再送给AMBE译码器。当业务数据物理层CRC校验通过时(即2.4k数据)，FPGA将话音数据打包以后直接送给AMBE译码器进行话音译码，并将AMBE控制字1的坏帧指示比特(Lost Frame Indicator)以及背景噪声插入指示(CNI)置为‘0’；当业务数据物理层CRC校验未通过时，则FPGA需要将AMBE的坏帧指示比特以及背景噪声插入指示都置为‘1’。

经FPGA发往AMBE的参数有：

本发明实施例，将XC5VLX50T与AMBE2000按照特殊的接口设计连接在一起运用于基于“北斗”的卫星移动通信终端中，可实现卫星移动通信的通话数据的接收、压缩、打包、传送、解析、解压缩功能；同时还可实现卫星移动通信终端的通话的信令控制和故障处理功能，是一种支持话音和低速数据的系统结构，具有通话语音质量好，实时性高的特点，能解决现有北斗移动通话语音质量不好，实时性不高的问题。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种基于“北斗”的卫星移动通信终端，其特征在于，包括FPGA芯片XC5VLX50T、语音编解码芯片AMBE2000和AMBE2000前端元件PCM3500，其中：

XC5VLX50T通过第一可编程接口与AMBE2000的控制接口相连，所述第一可编程接口通过程序设置为与所述控制接口对应的接口；XC5VLX50T通过第二可编程接口与PCM3500相连；

XC5VLX50T通过复位控制信号控制AMBE2000，以使在正常工作时，XC5VLX50T先启动，再控制AMBE2000启动，然后XC5VLX50T通过第一可编程接口向AMBE2000发送信息内容，同时通过第二可编程接口控制PCM3500的信息内容；

所述XC5VLX50T、AMBE2000和PCM3500三元器件之间引脚连接关系为：

所述FPGA芯片XC5VLX50T控制AMBE2000和PCM3500的控制引脚。

2.权利要求1中的卫星移动通信终端中FPGA芯片XC5VLX50T与AMBE2000芯片进行信息交互的方法，其特征在于：

AMBE2000对话音进行编码时，将话音按2.4k进行编码后抽去系统头信息，把话音编码数据送到FPGA进行物理信道传输；当连续检测到2帧是静音帧时，FPGA将接下来的静音数据填成固定比特按0.4k发送出去，并开始计时；当计数器到时间并且此时一直未检测到2.4k的话音编码数据，FPGA再次发送2帧2.4k的静音数据，然后继续发送固定比特的0.4k数据且计时器重新开始计时，直到检测到2.4k的话音编码数据为止；

AMBE2000对话音进行译码时，FPGA将待译码的话音数据以及头信息、控制信息进行组合后，发送给AMBE2000译码器；当业务数据物理层CRC校验通过时，FPGA将话音数据打包以后直接送给AMBE2000译码器进行话音译码，并将AMBE2000坏帧指示比特以及背景噪声插入指示都置‘0’；当业务数据物理层CRC校验未通过时，则FPGA需要将AMBE2000的坏帧指示比特以及背景噪声插入指示都置为‘1’。

Images