CN112383317A - 基于dsp和lora无线模块的语音通信系统 - Google Patents

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张亦希
常浩宇
王业芳
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Abstract

本发明公开了一种基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，包括：多个通信终端节点，每个通信终端节点与一个或多个通信终端节点进行语音通信；每个通信终端节点包含天线、LORA无线模块和DSP芯片；每个通信终端节点的语音发出过程：原始语音信息通过麦克风口进入DSP芯片，DSP芯片对原始语音信号进行数字信号处理，得到待传输数字信号，待传输数字信号通过LORA无线模块传至天线发出。本发明采用具有较高接收灵敏度的LORA无线模块，只需要22dBm的发射功率，就可以实现3km的通信距离，减小了通信终端的体积、重量和功耗，且大大降低通信终端成本。

Description

基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统。
背景技术
现代移动通信系统由于依赖基站、核心网络等基础设施，因此只能覆盖人口稠密区域，且通信费用较贵。
与现代移动系统不同，模拟对讲机不依赖任何基础设施，是一种主要用来为3～5km区域内的人群或团体提供语音业务的通信系统，由于采用较低的工作频段(450MHz)、较大的发射功率(5W左右)、模拟FM调制方式，因此具有可快速部署、能够适应各种地理环境如：平原、山地、城市和建筑物内等、实现一对多通信、没有通信费用且通信终端价格低廉等优点，因此已被广泛应用于石油化工、建筑施工、物业管理、酒店餐厅、海洋运输、商场超市、公安消防、灾害救援、户外旅游、学校、安防等领域。
而数字对讲机则采用了GMSK(高斯最小频移键控)调制方式、低速率声码器和简单的无线媒介接入协议，克服了模拟对讲机只支持单一半双工模拟语音业务的缺点，实现了单路、全双工数字话音和短消息业务。但是现有的数字对讲机大多依赖于国外技术，使得通信终端的价格较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，采用具有较高接收灵敏度的LORA无线模块，只需要22dBm的发射功率，就可以实现3km的通信距离，减小了通信终端的体积、重量和功耗，且大大降低通信终端成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，包括：多个通信终端节点，每个通信终端节点与一个或多个通信终端节点进行语音通信；
每个通信终端节点包含天线、LORA无线模块和DSP芯片；每个通信终端节点的语音发出过程：原始语音信息通过麦克风口进入DSP芯片，DSP芯片对原始语音信号进行数字信号处理，得到待传输数字信号，待传输数字信号通过LORA无线模块传至天线发出；每个通信终端节点的语音接收过程与语音发出过程顺序相反，即由天线接收直至麦克风输出。
进一步地，所述DSP芯片内集成有音频预处理模块、噪声对消模块、语音激活检测模块、软声码器和无线媒介接入协议；所述音频预处理模块对原始语音信息进行模数转换和编码形成数字信号；所述噪声对消模块用于对环境噪声进行抑制，以消除环境噪声；所述语音激活检测模块用于检测数字信号中是否包含语音，当发现包含语音时，将语音采样送给声码器，否则，将语音采样丢弃；所述声码器用于对数字语音信息进行压缩或解压，所述无线媒介接入协议将压缩后的数字语音在指定的时隙中通过LORA无线模块发送出去。
进一步地，每个通信终端节点通过串口与上位机连接，使上位机通过串口与无线媒介接入协议进行信息互通。
进一步地，所述通信终端节点的通信距离为3-5km。
进一步地，所述LORA无线模块为SX1268芯片，其使用频段为433MHz。
进一步地，所述DSP芯片的型号为Blackfin 592。
进一步地，所述声码器采用开源声码器codec2，将语音压缩至800bps。
进一步地，所述无线媒介接入协议采用TDMA(时分多址)协议。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用了具有较高接收灵敏度的LORA无线模块，故只需要22dBm的发射功率，就可以实现3km的通信距离，从而减小了通信终端的体积、重量和功耗；
(2)本发明利用DSP运行语音激活检测模块和声码器，可以有效对语音进行压缩，从而实现了语音和数据的同时传输；
(3)本发明DSP芯片集成的各种程序均为开源程序，另外DSP和LORA无线模块的价格较低，从而有效降低了通信终端的成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统中通信终端节点的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
参考图1，本发明提出一种基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，包括：多个通信终端节点，每个通信终端节点与一个或多个通信终端节点进行语音通信；每个通信终端节点包含天线、LORA无线模块和DSP芯片；每个通信终端节点的语音发出过程：原始语音信息通过麦克风口进入DSP芯片，DSP芯片对原始语音信号进行数字信号处理，得到待传输数字信号，待传输数字信号通过LORA无线模块传至天线发出；每个通信终端节点的语音接收过程与语音发出过程顺序相反，即由天线接收直至麦克风输出。
本发明中，一个通信终端节点发出的语音可以被多个其他节点接收，实现3-5km的信息互通。每个节点连接有一个上位机，当其中一个上位机通过串口向其对应节点发送信息(位置或命令等)，该节点就可以通过LORA无线模块将该位置或命令信息发出，其他节点可接收该信息，从而实现区域内的非语音数据的共享。
本实施例中，DSP芯片内集成有音频预处理模块、噪声对消模块、语音激活检测模块、软声码器和无线媒介接入协议；所述音频预处理模块对原始语音信息进行模数转换和编码形成数字信号；所述噪声对消模块用于对环境噪声进行抑制，以消除环境噪声；所述语音激活检测模块用于检测数字信号中是否包含语音，当发现包含语音时，将语音采样送给声码器，否则，将语音采样丢弃；所述声码器用于对数字语音信息进行压缩或解压，所述无线媒介接入协议将压缩后的数字语音在指定的时隙中通过LORA无线模块发送出去。
本发明实施例的通信终端节点由LORA无线模块、DSP芯片、音频电路、电源电路和锂电池组成，如图1中所示，LORA无线模块主要负责完成物理层的功能，采用了Semtech公司的SX1268芯片，其优点为：(1)所使用的433MHz频段为免许可证频段，故不会产生任何通话费用；(2)433MHZ频段的无线信号的穿透能力较强，远好于现代移动通信系统的无线信号，故具有较强的地理环境适应能力；(3)具有较高的接收灵敏度，只需要22dBM的发射功率，就可以实现3km的通信距离，从而降低了通信的体积、重量和功耗；(4)已广泛应用于各种物联网设备，价格低廉。
DSP芯片主要负责完成语音采集、噪声对消、语音激活检测(VAD)、声码器和无线媒介接入(MAC)协议功能，采用了ADI公司Blackfin 592，其价格仅为1.99美元，可以有效降低通信终端的成本。
DSP芯片利用TI公司的codec芯片AIC23和两个麦克风对语音进行采集，所采集的语音信号包含用户的语音和环境噪声，噪声对消软件利用最小均方算法对环境噪声进行抑制，从而提高了VAD算法的抗噪声性能。
语音激活检测模块采用谷歌公司的开源算法Webrtcvad，主要用对所采集的声音信号中是否包含语音进行检测，当发现包含语音时，将语音采样送给声码器，若仅仅包含噪声，则将语音采样丢弃。
声码器采用开源声码器codec2，负责将语音压缩至800bps，以及相反的过程。
MAC协议采用TDMA协议，负责将压缩后的数字语音和来自串口的数据，在指定的时隙中通过LORA无线模块发送出去。
本发明的通信终端节点能够替代国外的数字对讲机，且性能优于国外的数字对讲机。本发明通信系统由若干个通信终端组成，每个通信终端主要由一个DSP和一个LORA无线模块组成，DSP对用户的语音进行采样，然后利用语音激活检测技术和声码器对语音进行压缩，最后利用无线媒介接入协议、通过LORA无线模块将压缩后的语音和用户的数据发送给其他节点，因此可以较小的体积、重量和成本实现单路语音和多路数据的同时传输。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，包括：多个通信终端节点，每个通信终端节点与一个或多个通信终端节点进行语音通信；
每个通信终端节点包含天线、LORA无线模块和DSP芯片；每个通信终端节点的语音发出过程：原始语音信息通过麦克风口进入DSP芯片，DSP芯片对原始语音信号进行数字信号处理，得到待传输数字信号，待传输数字信号通过LORA无线模块传至天线发出；每个通信终端节点的语音接收过程与语音发出过程顺序相反，即由天线接收直至麦克风输出。
2.根据权利要求1所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述DSP芯片内集成有音频预处理模块、噪声对消模块、语音激活检测模块、软声码器和无线媒介接入协议；所述音频预处理模块对原始语音信息进行模数转换和编码形成数字信号；所述噪声对消模块用于对环境噪声进行抑制，以消除环境噪声；所述语音激活检测模块用于检测数字信号中是否包含语音，当发现包含语音时，将语音采样送给声码器，否则，将语音采样丢弃；所述声码器用于对数字语音信息进行压缩或解压，所述无线媒介接入协议将压缩后的数字语音在指定的时隙中通过LORA无线模块发送出去。
3.根据权利要求2所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，每个通信终端节点通过串口与上位机连接，使上位机通过串口与无线媒介接入协议进行信息互通。
4.根据权利要求1所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述通信终端节点的通信距离为3-5km。
5.根据权利要求1所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述LORA无线模块为SX1268芯片，其使用频段为433MHz。
6.根据权利要求5所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述DSP芯片的型号为Blackfin 592。
7.根据权利要求6所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述声码器采用开源声码器codec2，将语音压缩至800bps。
8.根据权利要求1所述的基于DSP和LORA无线模块的语音通信系统，其特征在于，所述无线媒介接入协议采用TDMA协议。
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