Sip压缩无线通信论文

摘要：随着网络的普及，基于分组交换的VoIP技术得到迅猛发展。如何将VoIP技术与无线通信技术相结合，实现无线VoIP话机是当前嵌入式VoIP话机设计的一个新方向。本文提出了一种适用于家庭办公室小范围内的无线VoIP话机系统设计方案，并且将该方案在具体的硬件平台上付诸实现。下面是小编为大家整理的《Sip压缩无线通信论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

Sip压缩无线通信论文 篇1：

ＲＦ　ＳｉＰ　技术正转向无线设计主流

第1部分

射频系统级封装（RF SiP，RF System-in-Package）技术是一种对无线通信非常有用的封装平台，无线通信被如下事实所困，但由于目前SiP设计仍属于“专家工程”的工艺，不能像通用的设计解决方案那样分级。

为推动向主流SiP实现靠近，必须开发出集成、可分级的SiP设计方案，并提供参考流程。新解决方案将涉及对SiP产品设计方法学的更改。

该方法学得到新技术的支持，使工程师们能够从概念到成品对IC、IC封装和目标PCB进行协同设计。本文将描述SiP方法学的基本设计挑战，并提出一个易管理、节省成本的解决方案。

SiP：更多功能，更快速度

无线通信设备制造商越来越多地转向SiP设计，使他们在竞争性的时间期限内将更多功能压缩在更小的面积上。

其中一个原因是，SiP实现在封装架构方面允许高度的灵活性，尤其是对RF应用。它还允许更低的功耗和更低的噪音，在混合与匹配IC 工艺方面具有灵活性，而且它能更快生成相关的系统级芯片(SoC，System on a Chip)和SiP模块。

然而，正是SiP设计的优势——合并数字IC、逻辑IC、RF IC、无源元件和机械部件会产生最大的挑战。

这些挑战包括：在顶层进行多技术仿真的需要、集成无源元件的专用成型工艺，及复杂信号完整性和电源传输验证性能。下一代无线系统肯定将更复杂，因为系统必须是多标准和可重新配置的。

RF SiP 设计是基于单封装衬底的集成与实现平台，该衬底允许对数字IC、逻辑IC、RF IC及无源元件、SAW 滤波器和机械部件进行集成。已有集成了DSP、 CPU、和RF IC的SiP的实例。

在RF SiP设计实现中，封装已不仅仅是IC和电路板间的连接性内插件，而是变为系统集成的工具，并可以包含许多无源元件，其自身使RF SiP和典型的数字IC封装或SiP有很大差异。

例如，衬底互连/金属结构可看作有源器件，在功能性电路仿真中需要细致的建模、提取和包容，以便理解和管理耗散与辐射等高阶效应。

如前所述，RF SiP是由多个不同技术的设计元件集成在一个普通封装中而组成的。

为成功实现这些模块，需要一个全面的仿真解决方案以进行模拟、混合信号、RF、及全芯片设计验证，同时有多技术支持，以便不同工艺技术的裸片在顶层系统中能同时进行仿真，此处的顶层系统即为RF SiP模块。由于RF SiP模块衬底是基于另外的、完全不同的工艺技术，这使得对两个技术迥异的裸片进行的并行仿真更加难以控制。

由于设计的高频率，RF增加了复杂性。RF设计要求专门和特别的分析方法。时域和频域理论上有二元性，但在实际中需要归并这些域。

选用哪种方法，取决于电路类型、电路大小，或者是设计师偏好。最终这要求有一个无缝环境，以便选择模拟方法。

与模拟和定制数字仿真器不同的是，FastSPICE仿真器通过电路板模拟RF效应时并非特别实用。为加速仿真，设计师可能使用基于包迹的分析，以加速包含了非常高与非常低频率信号电路的仿真。

RF系统高度依赖无源元件来进行匹配、调谐、滤波和偏置。高Q值和低容差电感与电容在无线系统中非常普遍。

无源集成对于系统小型化和成本降低非常关键。对RF SiP应用有两种集成技术：集成式无源器件（或网络）与嵌入式无源技术。

集成式无源器件通常为接口至SiP的玻璃、GaAs或硅薄膜，类似于通过金属线键合和/或倒扣芯片技术的其他芯片器件。嵌入式无源技术将无源器件集成至RF SiP衬底的方式，和螺旋电感与交叉指型电容相集成方式相同。

与集成电阻和电容不同的是，螺旋电感除参数化的版图单元外，还需要有专用的综合与分析性能。设计师需要使用域解算器来捕获单电感器间的耦合效应，和/或在版图后提取过程中隔离互连。

实体设计的其他效应比在模拟设计中发现的对RF电路有更大影响。这使RF设计师有必要在仿真过程涵盖系统互连的精确模型。

对于关键部件或3D结构，如键合线，可能需要电磁仿真来捕获S参数以得到精确模拟。另外，高速要求使RF电路对信号和电源完整性问题极度敏感。

尽管基于连通性、约束驱动的版图和器件生成能增加生产率，但由于器件数量较少，版图自动化在RF设计中被考虑到的更少。RF域对物理拓扑高度敏感，以致在版图、提取和电路设计间产生了大量的迭代，并且对RF电路的优化也很冗长。约束驱动的流程能确保获取设计者的意图并缩短周期。

因此，RF SiP流程的精髓即处理、复制并控制版图的后仿真和效应，并以及时的方式在设计过程中适当的位置有效利用该信息。

不同部分的集成通常在设计周期的后期阶段完成。曲解说明书（通常是因为模糊的语言）导致的设计失误、非法的接口连接等如在后期阶段才找到，代价将非常高昂。

总之，需要以下述完整方案来解决RF SiP的挑战：

● 提供一个无缝流程，要始自完全的SiP 电气仿真，经单原理图驱动的版图实现，结束于全面的信号完整性检查。

● 跨多技术和包括系统级、数字、混合信号和模拟/RF在内的设计域，完成功能性、性能和闭环验证。

● 通过有效整合SiP级信号完整性分析和IC级寄生参数提取，提高仿真的精确性和完备性。

● 通过控制电感器综合与无源元件建模，优化片内和片外配置。

必须通过一个普通环境满足以上所有要求，该环境自身不仅要为SiP设计师的工作提供便利，还要使IC与物理封装实现相结合。

必须在多重提取级别同时包含SiP和芯片级视角，来回传递同一设计附件，以便于从任一环境角度进行验证/实现。

第2部分

RF SiP流程必须处理、复制并控制版图的后仿真和效应，并在设计过程中的适当位置利用该信息。

理想的RF SiP流程

该方案以对SiP产品设计方法学改进的形式而来，适应RF IC流程并将该基于原理图的流程与封装实现相联系的协同设计环境，是解决RF SiP设计挑战的核心要求。

协同设计将全部设计域（IC、封装和电路板）的模式带入普通的设计环境，以整个系统或子系统的顶层电气仿真作为起点，实现开发中设计的全局优化和个性化。这是一个跨所有相关设计域管理设计各组件间物理、电气和制造接口的设计过程。

这是能在紧逼的上市时间要求、复杂的成本结构和系统架构折衷间作协调的唯一方法。必须便利整个设计链的协作，因为，要高效地设计出SiP，将设计一个包括系统、SoC、电路、封装和电路板设计的复杂设计链。

传统上，这些设计师都是独立地工作，而设计都是使用不同工具、方法和流程分别进行生成、模拟、实现和验证，而没有对整个设计有一个单独的“系统”级电路仿真视角。

为RF SiP预备一个全新、单一的“大环境”并非答案——RF SiP设计方案需要将前端设计的IC领域与受IC领域的驱动的封装领域绑定，便于封装设计师实现SiP。为使一个RF SiP方案得到有效利用，它必须是某个工程师正在使用环境的一个天然部分。

在RF SiP设计中，RF IC 设计师会扩展他的顶层原理图和测试台，以便同样覆盖从前端布局或集成在封装衬底中的片外部件，封装设计师使用与前端的紧密互连，和对寄生效应和信号及电源完整性分析的专门注意，以物理实现SiP。

集成时，需特别注意谁来执行顶层仿真并完成顶层实体设计，以及设计附件（网表、模型、数据库等）得自哪里。设计附件是跨各设计域高效集成的重要部分。

在SiP设计中，设计师不仅要考虑时钟是否符合规格，还要考虑使用何种与怎样使用设计附件对集成和快速设计过程进行支持，尤其是在顶层。该附件需要在各设计域中自然地从设计过程分离。

定义RF SiP设计流程的最佳位置是从全局方法学视角和环境开始。工程师需要使他们能集中于他们专业知识领域的包容性方法学，在系统级环境中验证他们的设计，在顶层集成他们的IP。.

在IC 领域有两个依赖于应用的不同流程——用于RF/模拟/混合信号前端到后端IC实现的基于原理图的“定制”（或全定制）IC流程，一个数字实现流程。

所以对于RF SiP设计，目标途径需要来自定制的角度，其潜在的方法学建立于高级定制设计（ACD）方法学2。ACD方法学主要用于IC设计，但也可用于多种集成策略。

ACD方法学定义了适合于混合技术设计的工艺，它接受设计任务并使它们并行，同时考虑到顶层视角、寄生参数与初期和经常执行的分析功能。它最终使设计能在任何位置获得尽可能多的信息以进行下去。可预测性是ACD方法学的推动力。

可预测性的需要受两个主要因素的驱动：进度表，它必须从设计的开始就得到满足，同时必需快速地达到制造；性能要求，它必须得到满足，以便获得一次通过的成功，同时需要一个系统互连精确方法学。

为解决前述RF SiP设计的挑战，仅仅增加封装工具的部件和性能是不够的。正如前面提到的，SiP解决方案需将前端设计的IC领域和受IC领域驱动的封装领域绑定，以便封装工程师实现SiP。

以下对RF SiP任务流程的描述会集中于流程的SiP部分，而IC部分只做参考，描述它在何处和怎样与SiP流程连接。 RF IC 流程的细节详见RF Design Methodology Kit 白皮书3。

初级原理图和测试台的建立自顶向下的工艺始自初级电路设计，此时配备一个高级原理图，以研究设计的可行性并验证整体系统性能。在该阶段，晶体管级或所有子部件的具体模型可能还不存在。

因此，设计师将不得不采用行为或其他高级建模方法来表示缺失的部分。这就要开发各种其他实现选项和较短验证周期。

通常，会使用理想元件表示现成的SMD元件和嵌入了无源元件的衬底。同样，会使用自顶向下Verilog-A、Verilog-AMS、或VHDL模型代表大型混合信号和数字IC的功能。RF和高速电路可能也包含对互连寄生效应和传输线效应的估计。

仿真配置生成并保持于设计环境，便于大量仿真和对各模块的视图进行有效管理。

这些可能包括一个行为视图、一个版图前视图、几个寄生信息视图（其中一个视图可能有集总元件（RLC）分支电路，一个视图有由域解算器生成的S参量表示等），或许还有后面附注的行为视图。

该完整SiP配置作为可执行的规格，可将持续验证作为模块到期，在整个电气和实体设计过程中生成持续的进展路径。

因为问题能在尽可能早的阶段发现从而有时间去解决，而且模块可依照单个进度表并行地设计，所以这是非常重要的。这些规格后来会用于控制各部件的实现并将其集成至SiP设计。

该系列第3部分将探索一个分步实现的过程。

第3部分

通过协同设计方法学和相关技术平台的结合，企业可削减数周或数月的设计时间。

本三部曲系列的第1、2部分回顾了基本原理和SiP封装技术，并详述了针对RF SiP的设计挑战。在最后部分，作者描述了实现设计所需的步骤。

（1）详细的原理图

研究了初期设计后，下个步骤是理想元件到物理实现选项（如嵌入式对 SMD）的映射。这需要无源元件如螺旋电感、传输线单元和交叉指型电容进行符合规格的综合。

这带来两个关键性后果：可在模块级版图完成前用于仿真的无源元件早期模型的生成，和在目标工艺中用于物理实现的参数化版图表示（p cell）。螺线间相互耦合的初始分析也同样被激活。

值得注意的是，包括不同裸片片内电路图的完整SiP设计将被捕获，进入一个存入单独数据库的单独原理图。该环境也支持原理图驱动的版图实现，后者在连通性上正确，并将约束从原理图传送至版图实现。版图对电路原理图检查(LVS，Layout Versus Schematic test)、版图原理图间元件交叉探查、版图到原理图或相反过程的参数变化附注是整个流程中需要实现的更关键要求。

（2）初级SiP布局和规划

在某处，设计足够成熟，可以开始物理版图实现。这应该在设计早期完成，作为一种途径，以决定最佳封装规划来降低尺寸和成本，并决定最佳技术分割和I/O布局。包括IC裸片管脚符号、嵌入式p cell元件在内的所有 元件都被布局在设计中。在该位置，对倒扣芯片和金属键合线粘接的支持是进一步的要求。

应明智地利用版图自动化（自动化布线、连通性驱动的版图、约束驱动的版图和布局）。使用版图自动化的优势是，它紧扣原理图并提高生产率。在正向上，原理图信息被直接传送给版图编辑器。

然而，版图设计阶段的任何改变均可附注在原理图中。这样，原理图和版图都可以保持同步。这使得实体设计过程变得同前端过程一样可以重复。配置初始工具的时间总花销同整个设计过程的迭代相抵消。

如有可重复的版图工艺，工程更改单（ECOs）就能更高效地完成。要权衡自动化版图工艺的可重复性和高灵敏电路图的要求，后者需要人工的方法。

（3）生成SiP版图

经过初始SiP布局和规划，衬底可行性规划加上互连布线完成了实体设计流程的电气部分。可能用飞线标示未布线网络，以指导通常用于关键RF 信号网的人工详细布线过程。

通常这些网络有阻抗和布线约束的结合，不能使用自动布线器。因此这些网络会被给以优先待遇首先布线，接着是关键电源和接地。最后，再添加剩余的信号和电源网络。最后在该处需进行完整设计规则检查(DRC)、版图对原理图检查 (LVS)、版图对版图(LVL，Layout Versus Layout Test) 检查。对于复杂SiP设计，3D可视化检查也是必要的。

（4）版图后提取和再仿真

RF SiP设计对寄生效应高度敏感。在实现物理RF SiP衬底版图时，最可能要用到EM仿真，为无源元件提供高度精确的模型，并为关键信号提供互连路径。

例如，一些螺旋电感加之周围互连可能非常关键和作为EM仿真的目标，这些EM仿真模型可能被换进来以替代设计早期生成的模型，并与现有模型进行混合和比较。

管理不同级别的寄生信息的能力是极为重要的，因为设计师能描述包括各区域、线路或模块的寄生信息，并再次恢复运行时对精确性的交换能力。

通过寄生提取工艺管理绘制的电感是整个设计流程的一个重要方面，并保证给以特别考虑。事实上，可以考虑采纳中途相遇的方法生成电感。在设计过程早期，这些电感是利用一个自顶向下模型绘制（或综合）的。

随着设计的进行和版图的成熟，自底向上的工艺实现了更多改进。在该自底向上阶段，为电感包括了完全寄生效应，还有同其余电路一样的使用同一寄生方法学的周边电路。这实现了这些关键部件的更精确表达。

电路设计师需要选择最适合前端工艺方法的能力：快速准静态3D EM解算器或减速器、更精确的2.5-3D EM全波段数字解算器。全波段EM解决方案对复杂形态和更高频率谐波更佳，但是准静态在大型耦合设计领域更具优越性。但并非所有电路都有这些需求。

最终的完全寄生检查可作为签收、基于互连的提取，并且源自上述各种解算器的模型能与提取过的数据共存。差异可能会出现，但是对差异的理解本身就是重要的一步，因为取决于工艺信息和设置的各种情况会影响模型和仿真效果。就此而言，从不同阶段进行多种仿真运行，并为确保准确性而使用各种技术具有重要的价值。

结论

RF SiP实现方法学提供了一个新的封装平台，较SoC实现具有更高灵活性、更低成本、和更快周期的优势。SiP技术在节约成本的工艺里使数字和逻辑IC、RF IC和无源元件集成在独立的封装内。

带设计域间设计工具交互和基本方法学的设计流程的缺乏，被认为是充分利用SiP提供的优势的关键。

通过推荐的协同设计方法学的最佳实行和开展，和相关技术平台都应用于RF SiP Methodology Kit内分段代表设计，许多企业将能削减数周或数月的设计时间。

作者简介

Juergen Hartung已在Cadence设计系统公司工作了8年。开始时他是各 RF/模拟/混合信号研究的项目经理，现在则是负责无线应用设计流程的技术营销经理。在来Cadence前，他是德国汉诺威SICAN GmbH公司RF部门的设计工程师。

参考文献

The RF SiP Methodology Kit

www.cadence.com/products/

kits/rf_sip_methodology/ index.aspx

White paper: The Advanced

Custom Design Methodology

www.cadence.com/whitepapers/

Virtuoso_methodology WP.pdf

White paper: The RF Design Methodology Kit

www.cadence.com/whitepapers/rfic_flow_wp.pdf pdf

作者：Ｊｕｅｒｇｅｎ　Ｈａｒｔｕｎｇ

Sip压缩无线通信论文 篇2：

基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４的无线ＶｏＩＰ话机系统

摘要：随着网络的普及，基于分组交换的VoIP技术得到迅猛发展。如何将VoIP技术与无线通信技术相结合，实现无线VoIP话机是当前嵌入式VoIP话机设计的一个新方向。本文提出了一种适用于家庭办公室小范围内的无线VoIP话机系统设计方案，并且将该方案在具体的硬件平台上付诸实现。本文重点介绍了该系统的设计特点，无线MAC层的设计，以及手持设备端的硬件结构和软件结构。

关键词：IEEE802.15.4；μC／OS-II；SIP；g.726

当前VoIP技术和无线通信技术的迅速发展为无线VoIP话机的实现创造了条件，也形成了一个研究热点。当前提出的设计方案有采用802.11协议6VLAr0实现VoIP无线化，虽然覆盖范围可达上百米，充足的带宽对语音压缩也没有过高要求，但作为移动便携设备，其成本和功耗成为了设计瓶颈。本设计主要从性能，成本，功耗等方面出发，提出了一种利用低速低功耗的无线个域网技术IEEE802.15.4来实现无线VoIP话机系统的方案，并在基于Freescale射频芯片MCl3192的硬件平台上成功实现了该方案。

无线VoIP话机系统方案

作为无线便携设备，功耗是首要考虑的一个因素，如果把网络协议栈，各个语音处理模块，无线通信都放在手持设备上，必然造成手持设备功能复杂，功耗过大。本设计考虑将嵌入式VoiP话机划分为两部分：无线语音网关和手持设备端。无线语音网关作为该系统的非移动端，以有线方式连接到互联网，主要处理网络及会话协议，各种语音压缩标准与g.726压缩标准之间的转换以及无线收发工作，而作为真正移动部分的手持设备端仅作简单的会话信令处理，g.726语音编解码和无线收发工作。在这种结构下，还可以增加手持设备的数量，实现多路无线通话，本设计成功实现了两个手持设备的无线语音通话。即两个手持设备可同时与互联网上其它用户建立语音通话。

无线语音网关同手持设备端之间的无线通信采用了低速低功耗的IEEES02.15.4协议，采用该协议虽然能极大地降低系统特别是手持设备的功耗，但仅仅250Kb／s的无线带宽对语音的传输却提出了挑战。为适应250Kb／s的无线传输速率同时保证语音质量，本设计采用了g.726压缩编解码将语音速率从64Kb／s降低到16Kb／s。另外根据该应用的特点：手持设备与语音网关间仅构成星型拓扑结构，删减了IEEE802.15.4协议部分功能，对其帧结构也作了一定修改以增加负载数据在帧中所占的比例。

SIP协议与无线网内部会话信令

VoIP目前有两大独立的信令标准：H.323协议和SIP协议。H.323主要参考了传统PSTN的呼叫控制和信令架构，便于与传统电话网相连。SIP协议是由IETF在1999年提出来的一个应用控制协议，它可用来创建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进程。SIP协议借鉴了Internet协议设计思想，具有简单，开放，可扩展等特点。本设计采用了SIP协议，并在实现时采用了源代码开放的SIP协议栈osip2／eXosip库。

无线网内部会话信令是本设计中无线语音网关与手持设备间进行通话所交互的信令。该信令集可以看成SIP信令在本无线网络中的扩展。由于SIP协议是放在无线语音网关上实现，而在会话过程中，部分SIP事件例如发起呼叫，需要由手持设备来响应或送出，所以需要无线语音网关将这部分消息发送给手持设备，同时需要将从手持设备接收到的消息转换成相应的SIP信息发送到互联网。无线网内部会话信令便在无线语音网关和手持设备间充当了信息传递的桥梁。

这里以无线手持设备发起呼叫为例介绍无线手持设备如何通过内部会话信令与其他VOIP电话建立会话。

当用户通过无线手持设备拨打一个号码时，无线手持设备将发送一个HtoG CALL_NEW的内部会话信令连同呼叫的号码给无线语音网关，无线语音网关收到该信令后，将根据该信令构造相应的SIP消息并发送到外部网络。当无线语音网关收到来自被叫方表示振铃信息的暂时应答RING-ING时，将发送一个GtoH_CALL_RINGING的内部会话信令给手持设备。当无线语音网关收到来自被叫方表示应答的信息ANSWERED时，语音网关将启动RTP线程并发送一个GtoH_CALL_ANSWERED的内部会话信令给手持设备以通知被叫方已应答。此时手持设备开启语音进程，与被叫方实现通话。

无线MAC设计和同步的实现

根据设计的特点，无线语音网关同手持设备间的无线网络采用星型拓扑结构，无线语音网关作为无线个域网的协调器同手持设备进行信息交互。IEEE802.15.4MAC层分为使用信标帧和不使用信标帧两种工作模式，本设计采用使用信标帧同步的超帧结构，由无线语音网关发送信标帧同步无线手持设备的数据传输。本设计中超帧长30ms，等分为16个时隙，每个时隙为1.875ms。信标帧在时隙1发送，时隙2到时隙8为竞争时隙，使用时隙CSMA-CA算法传输命令帧和应答帧。时隙9到时隙16固定分配给两个手持设备作为上下行语音数据通道。上下行各两个时隙的分配可以满足经g.726压缩后16Kb／s的语音数据传输带宽要求。

对于命令帧，采用应答和超时重发机制保证其可靠传输。对于语音数据，采用5／6分组FEC纠错算法改善语音质量。该纠错算法可以恢复五个连续语音数据包中任意丢失的一个，且实现简单，延迟较小。

由于所有信息传输都是在双方约定的时隙内进行，时隙的错位，抖动都将造成丢帧，而丢帧对语音质量的影响非常大，所以本设计的一个关键点是实现语音网关与手持设备间的精确同步，即手持设备在收到信标帧后保证随后15个时隙与语音网关的对应时隙对齐。本设计利用了射频芯片MCl3192的接收时间戳功能来实现精确同步。

时隙1开始后，语音网关需要TSTgs的时间将射频芯片从空闲状态转换为发送状态，当转换为发送状态后，预先存储在射频芯片发送RAM中的信标帧立即开始发送，手持设备上的射频芯片在收到六个字节TSPμs后自动锁存一个当前时间timestamp(时间戳)，这个值由手持设备在正确接收完信标帧后读取。根据这个值，手持设备可以设定MC13192定时器在(timestamp＋1875-TST-TSP)μs时刻产生中断，进入该中断服务程序的时刻即时隙2的起始时刻。在时隙2中使用MCU定时器设置随后14个时隙的定时中断产生时间，定时时间为18751μs。

无线手持设备端的硬件框架

手持设备端的硬件结构需要支持以下功能：

能接收并处理用户按键信息

能在LCD屏上显示系统信息

无线数据传输

语音数据的采样、恢复以及PCM编解码

外扩存储设备以存放大量的代码和数据

按照以上对硬件功能的要求，本设计采用了Freescale公司32位微处理器MCF5249作为主控芯片。该处理器工作主频为140MHz，实际工作频率可通过片内PLL设定，片内带有8K的指令高速缓存和96K的SRAM。该处理器还提供丰富的外设供用户使用。

无线收发模块采用Freescale公司符合IEEE802.15.4规范的射频芯片MCl3192，该芯片工作在2.4GHz频段，提供16个无线通道，数据速率为250Kb／st41，通过QSPI与主控芯片进行数据交换。语音采样模块采用Motorola公司13位线形PCM编解码芯片MCl45483SDtSj，该芯片对语音进行AD采样并形成线形PCM流，通过音频接口与主控芯片交换数据。时钟模块的设计充分考虑手持设备的低功耗要求，提供高低两种时钟输入。当系统处于未通话状态，可向系统提供低频率时钟。时钟输入可通过软件配置GPIO进行选择。因为要处理大量音频数据和固化代码，扩展了片外SDRAM和FLASH。其他模块还包括键盘，LCD，串口和BDM调试接口。

无线手持设备端的软件设计

无线手持设备端的软件框架

无线手持设备在软件设计上需充分考虑系统的实时性和功耗。其一，手持设备需要处理语音，会话控制信令，键盘输入信息等多种数据，并需要进行通话过程控制，无线收发控制，单任务环境显然不能胜任。其二语音数据是实时数据，必须得到及时有效的处理，且系统不能过于复杂，以减少不必要的开销，降低功耗。综合以上两点，本设计采用了一个轻巧的多任务实时嵌入式操作系统μC／OS-Ⅱ，其内核可剥夺性保证了实时任务的运行。而且其内核代码量小，能充分节省系统资源。该嵌入式操作系统提供除空闲，统计和保留任务以外的56个实时任务供用户使用，提供信号量，消息队列等机制实现任务间的同步和信息传递。其实时性强，代码量小，内核简单的特点使其非常适用于本手持设备。

使用该操作系统之前需将其移植到MCF5249上，根据处理器的具体信息，编写OS_CPU.H.OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C三个文件。

除内核外，完整的操作系统还需要编写键盘，LCD，音频驱动和射频芯片驱动。音频驱动采用Phlips HS数据格式，设定采样率为8KHz。射频芯片驱动采用FreescaIe公司为MCl3192提供的配套软件模块。

操作系统之上是无线MAC层，该模块针对语音无线传输的特点简化实现了IEEE802.15.4协议MAC层功能。第三层为语音压缩编解码g.726模块和无线网内部会话信令处理模块。会话信令处理模块负责处理来自无线语音网关的会话信令。最上层为应用层，实现用户界面和通话过程控制。

无线手持设备端的软件流程

当手持设备上电启动后。首先进行的是系统的初始化，包括处理器初始化，操作系统p,c／os-Ⅱ初始化，LCD，键盘，射频模块等的初始化。之后建立起始任务并通过OSStart()函数进入多任务环境。此时起始任务占用CPU资源，在起始任务中，建立按键信息处理任务并通过信号量机制挂起。然后判断是否收到来自无线语音网关的帧，如果有，调用frame_deal()函数处理帧信息， 在该函数中调用call_command_deal()完成无线网内部会话信令的处理。接着判断通话是否建立，如果建立则创建语音任务，在语音进程中使能PCM编解码芯片，并进行g.726压缩编码。最后判断是否有帧需要发送给无线语音网关，如果有则把帧添加到发送缓存，等待发送时隙到来。这一过程完成以后重新跳到判断是否收到来自无线语音网关的帧，重复以上过程。如果有键盘中断，将会释放一个信号量，该信号量将解挂按键信息处理任务。该任务对键盘输入信息进行处理。

结语

本设计已经在基于MCF5234微处理器(无线语音网关)和MCF5249微处理器(无线手持设备)的硬件平台上实现。

本设计实现了包括呼叫转移，三方通话等在内的7项通话功能。在40米范围内，具有良好的话音效果。该系统为家庭、办公环境实现无线VoIP通信提供了一种参考设计，且具有结构简单，功耗小，软件层次清晰等特点。

作者：王　晗　李广军　郭志勇

Sip压缩无线通信论文 篇3：

井下安全语音广播系统在矿井生产中的应用研究

摘要：井下通信属于煤矿生产过程中非常重要的环节，同时也是应急救援工作开展的基础。语音广播系统在井下发生水、火、瓦斯相关灾害时人工求救的重要技术，属于提高井下工作安全性的关键。本文基于井下语音广播系统模型，分析其功能，并探讨其中的关键技术，希望可以为相关工作者提供帮助。

关键词：井下通信;安全语音广播系统;井下生产;应用效果

0.    引言

伴随着国家对于煤矿生产中安全环境的重视度不断提升，建设完善的矿井通信联络系统显得非常重要。煤矿企业需要基于煤矿安全规程的相关要求，及时构建井下通信系统，并基于灾变发生时及时通知人员快速撤离，并和避险人员进行沟通交流，进一步的完善通信联络系统，积极推广应用井下无线通信系统与井下广播系统。在险情发生的同时，需要及时通知井下人员进行撤离，安全预警和安全通知的语音广播系统可以在最短时间内通知系统辐射范围内的工作人员，在相互转告的同时可以更快的完成人员的撤离，保障工作人员的生命安全。

1.    井下语音广播通信技术

井下安全语音广播系统主要是基于以太环网、千兆工业网络，借助IP软件交换技术和传统的调度语音通信技术结合起来构建的一种全新通信系统。伴随着近些年互联网技术的持续性发展以及以太网传输速率的提升、以太网交换数据的水平不断提高，关于以太网技术在工业控制领域方面的应用优势显得越发突出。当前工业以太网已经涉及到百兆与千兆两种不同类型的工业以太网，其中百兆工业以太网的主要作用在于系统联网与控制，而千兆工业以太网的应用领域则更加广阔，其中也涉及到了井下安全语音广播系统[1]。工业以太网在的组网方式主要是以树型、星型、环型为主，因为煤矿井下生产的不同子系统分布均匀扩散在工业矿场的地面以及井下，不同系统之间的设备相对分散，如果采用星型与树型的组网模式路由设计过于复杂，同时在维护线路以及铺设线路方面也存在比较高的繁琐性，此时环型网络结构便成为了可靠度最高的一种，环型组网结构属于首选模式。应用环型网络结构可以快速对结构故障点进行定位判断，可以显著提升整个网络的维护便捷性。在煤矿生产过程中信息沟通需要借助调度室交换机介入监控数据网络，并实现生产信息与管理信息的融合体现，实现两级信息的共享，整个网络可以更好的保持高度冗余度，可以提高整个网络的运行可靠性。基于软交换的网络体系结构可以划分为媒体介入、数据传输、控制层与业务层，软交换的核心在于控制，媒介介入则涉及到不同的网关，可以实现异构网络到核心网络之间的数据传输。按照软交换的技术混合网络可以应用开放与分层两种不同的体系结构，促使上层业务和地层的异构网络之间保持低关联，更好的实现业务驱动的理念展现，并为后续的多网融合以及灵活性业务提供可靠支持。

SIP属于井下安全语音广播中的应用层信号控制协议，其主要是在于创建、修改以及释放多个或单独的会话支持，这一会话与因特网中的多媒体会议、IP电话以及多媒体分发方式基本相同，会话的参与者可以制剂额借助组播、网状单播或者是结合的方式完成通信，通信效率与可靠度比较高。

2.    井下安全语音广播系统的建设方案

2.1  模块建设与功能总结

在井下安全语音广播建设期间，需要基于以太网的建设作为基础，按照语音广播系统的实际目标以及相关要求，提出基于IP软交换技术支持下的井下语音广播系统模型。按照IP软交换技术的井下语音廣播系统的具体状况，可以采用软交换技术实现IP电话的系统控制，也就是采用IPPBX为主[2]。借助井下工业以太网将语音电话以IP方式进行承载，并将上行数据传输到井下，实现井下的语音广播。借助软件的编程支持可以实现对IP电话的调度支持，这一调度的功能模块可以直接体现在IPPBX系统当中，也可以以独立方式展现出来。

目前来看，关于井下安全语音广播的系统模块主要在于三个方面：1、数据源。井下安全语音广播的数据源主要是以IP电话、其他生产调度指挥的多媒体终端以及核心广播调度台。这里所谓的数据源主要是将语音等信息数据借助数字化的压缩并打包的方式通过IP网络进行传输。对于IPPBX广播控制系统而言，其主要是通过VoIP处理器为主，通过对数据信号的编码、分组打包的处理方式，模块转换和电源控制集成电路后对信号进行模数、数模转换，同时提供系统电源的控制需求。通过MAC方式接入网关，并以井下扩播话站、井下扩播话机、井下广播音箱等设备完成语音广播，该设备在井下应用时也拥有MA认证作为基础，从而实现数据源的构建[3];2、承载传输层。主要是以井下工业以太网和不同的数据协议接口，井下工业以太网属于语音广播井下的一种应用方式，其属于井下数据IP化的一种基础前提，承载的传输层需要负责承载语音的IP包，并借助其传输到目的地网络。井下IP以太网属于整个语音广播的基础与核心，其属于广播通信系统的网络基础架构。井下语音广播系统的井下系统涉及到了井下IP和以太网设计、部署，同时还涉及到网段的划分等方面，涉及到的传输层还需要包含IP和传统电话网等不同接口;3、处理层。处理层主要涉及到了IPPBX、调度台、调度主机、媒体服务器等。处理层的主要职责在于对呼叫进行连续性的控制，并实现群体呼叫、墙插强拆、录音等调度需求的功能。IPPBX属于一种高性能服务器，其应用软件技术采用SIP等协议方式可以划分为硬件、软件模块、维护管理以及控制接口等不同层。软件模块还可以细化成为语音信号处理、IP呼叫管理与控制、IP数据的传输等。语音信号的处理过程是涉及到了语音编码、回波抵消、DTMF检测等不同环节。按照分层结构特征，网关具备相应的基础性功能，如号码查询、通信连接、信号调制、信号压缩、信号解压以及路由寻址等。借助对模型的分析可以基本明确，按照IP软交换技术作为支持，可以在井下广播通信系统的设计中展现承载传输层的井下IP以太网系统和应用处理层的IPPBX的调度指挥系统。

2.2  井下语音广播系统设计

按照IP软交换系统的支持，可以以矿井工业以太环网为基础构建井下语音广播系统的主要传输平台，借助工业以太网可以将数字语音通信信号传输到IP话机或者是矿用的IP扩播电话语音网关，此时语音网关可以借助矿用扩播电话设备将音频信号放大，同时在地面和调度通信系统、程控交换系统进行对接，应用部分电话线路资源进行组网，这一项技术也可以借助扩博电话自动摘机的功能，实现传输信息的广播以及音乐等媒体播放。

首先，在地面通信机房可以配备带有IP比较缓功能的广播主机，主机可以借助E1接口和调度通讯系统进行对接，此时可以直接挂接在以太网上，并实现井下IP电话网关的管理与通信。在地面调度室部署相应的控制台，同时分别部署在矿调度室与生产控制室，调度室与皮带系统集控室等子系统当中并赋予相应的权限等级，从而实现分区域、分等级的广播控制与相关管理工作。

3.    总结

综上所述，保障井下安全语音广播的安全稳定运行非常重要，在工作中需要结合行业特色展现专业性、全局性的服务特征，并充分遵循国家的相关硬性要求，借助通信保障工作这一高专业性技术支持，可以进一步提高关于井下安全语音广播的系统建设，并借助专业优势融入全局，发挥全局服务优势。在工作中需要高度重视井下突发事件的认知与判断，基于保障企业生产通信稳定性的基础上，做好关于井下通信工作经验的总结，进一步完善相应的通信支持方案，改进系统细节，真正做到责任到位、措施到位，强化井下通信质量水平，为煤矿生产提供支持。

参考文献：

[1]   万海川.语音智能技术在轨道交通广播系统中的应用[J].铁路通信信号工程技术，2018，11（14）：51-52.

[2]   李悦，张泽沣.AI系统在广播语音生成文本中的应用探索——以江苏广播应用实践为例[J].传媒评论，2018，14（21）：144-145.

[3]   王光辉，陈辉，李晓晖，等.无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用研究[J].机电信息，2019，584（14）：1-5.

作者：王占强