一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统，包括硬件和软件两部分，硬件部分包括依次连接的语音采集和播放模块、MCU控制模块、本振及同步模块、LoRa射频传输模块、射频功率放大模块、低噪声放大器模块；软件部分包括采集芯片和LoRa射频传输芯片的驱动程序、编码压缩/解码解压缩算法、加密算法、信令产生、时钟同步、实时操作系统RTOS和扩展设备的API接口。语音信号通过语音采集芯片采集转换成数字信号，MCU经过RTOS的控制将数字信号进行编码、压缩、加密后通过LoRa射频基带芯片发送出去，经射频功率放大电路放大后由天线传输出去。本发明专利技术传输距离远、安全保密性高、可广泛应用于远距离无线语音对讲和集群通信中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统
本专利技术属于无线传输
，特别涉及一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统。
技术介绍
无线对讲机是移动通信中的一个重要分支，其应用十分广泛。无线对讲机和其他无线通信工具的市场定位各不相同，难以相互取代，还将长期使用下去。随着数字通信的快速发展，数字对讲机的发展步伐也在不断加快，但是昂贵的价格限制了其广泛的使用，所以低成本、高性能的数字对讲机的研发很有市场需求。对讲机最早使用模拟技术的传输方式，模拟对讲机虽然结构简单，但是对频段利用率低、语音信号无法处理，语音质量不高，同时其保密性还存在隐患。2009年12月12日工信部发布666号文件，规定了我们对讲机模拟技术体质转为数字技术体质的时间表，从2011年1月开始进行“模拟转数字”。数字对讲机的出现，使得我国的移动通信系统和设备可以完全实现数字化。其频带利用率高，而且在临界距离内接收语音的因子很好，数字化信号便于进行无差错中继，也便于和其他数据合用一套数字中继系统，利用带宽链接实现更大的覆盖。虽然数字对讲机有上述优势，但是现在主流的DMR/DOMR标准的对讲机价格较昂贵，研发低成本、高性能的对讲机很有市场需求。LoRa技术主要用于无线传感数据采集应用，其优势是扩频通信技术和前向纠错编码技术，通过将数据码元扩频成扩频数据段，保证了信号的远距离、稳定传输。前向纠错编码技术更能将传输错误的数据位通过纠错算法将数据更正，保证了数据的可靠传输。语音传输相对于无线数据采集，数据传输量较大，通过在LoRa基带芯片后端添加功率放大网络，可以使用功放补偿来弥补扩频通信时对通信信道要求过宽的要求，从而使得上述语音对讲方案既能保证语音信号的传输，同时能利用LoRa技术扩频通信的优势。本专利技术设计出一款低成本、远距离、安全传输的语音对讲方案。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种远距离无线语音传输系统，该无线语音传输终端具有传输距离远、安全可靠等优势。一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统，包括硬件和软件两部分，其硬件部分包括依次连接的语音采集和播放模块、MCU控制模块、本振和同步模块、LoRa射频传输模块和射频功率放大模块；其软件部分包括采集芯片和LoRa射频传输芯片的驱动程序、编码压缩/解码解压缩算法、加密算法、信令产生、时钟同步、实时操作系统RTOS和扩展设备的API接口。本专利技术研发的LoRa数字对讲模块首先实现对语音信号的采集，然后将采集到的原始语音信号通过ADC转换成数字信号。接着，使用运行在MCU内部的编解码算法将转换成的数字信号进行编码压缩，降低信号容量，以便减轻射频通路的传输负担，加密数据以使得数据的安全传输。将编码压缩加密后的语音信号通过LoRa基带芯片传输出去，转换成射频信号。最后将射频信号通过射频功率放大电路进行放大，以实现远距离传输。接收端所实现的过程与上述相反。本专利技术可以使用多个对讲模块形成语音集群通信系统，为保持系统内的时钟同步，语音对讲模块上带有本振和同步模块。系统中一个模块提供信令，其余模块根据信令完成系统时钟同步。方案主要功能模块如下：硬件部分：Ⅰ采集播放模块语音信号通过MIC电路采集，使用采集播放芯片对采集语音信号进行放大和ADC变换，然后通过I2S通信接口与MCU连接，并将转换后原始数字信号通过外部中断传输给MCU，以进行后续的处理。ⅡMCU单片机电路及LoRa基带芯片电路MCU电路是整个系统的控制端，其运行采集播放芯片、LoRa芯片的驱动程序、编解码算法和加密算法，控制整个系统的数据流，并可通过USART串口与外界联系。LoRa基带芯片电路主要是将系统编码后语音码片数字信号转换成射频信号，其可以工作在137~525MHz频段，工作信道可通过按键调节。Ⅲ本振和同步电路TCXO（温补晶振）给LoRa射频芯片和MCU提供精确的时钟信号。电路上的功率放大器模块对晶振的信号输出有一定的影响，为保证信号的精确性，电路上采用TCXO同时给LoRa芯片和MCU提供信号。Ⅳ射频功率放大部分发射端可使用单路或者多路合成，以实现高功率输出；接收端使用低噪声放大器，射频开关的转换由MCU控制。这部分电路主要是对射频信号进行双向放大。Ⅴ电源模块由一个DCDC电源和三个LDO低压差稳压器组成，为模组中所有有源器件提供工作电压和控制电压，并起到稳定工作电压的作用。软件部分：Ⅰ语音采集播放芯片和LoRa芯片驱动程序通过对语音采集播放芯片和LoRa芯片的寄存器的合理配置，使其工作在合适的工作状态。ⅡRTOS程序、编解码算法和加密算法为了保证系统的各部分能及时处理，本专利技术加入了实时操作系统（RTOS）对软件系统中各部分进行合理调度。为降低射频通路负担，使用编码压缩算法降低数字语音信号的冗余度。在语音传输应用中，如果对语音信号的安全性和保密性要求较高，可启动内部的加密算法，对采集后的数字语音信号进行加密处理，在接收端可以对加密的数据进行解密处理。Ⅲ信令产生、时钟同步多个语音对讲模块组成集群通信系统时，系统中一个模块可以负责产生信令，系统中其他模块通过接收到的信令信号，保持系统的同步。同时本专利技术的远距离语音传输模块不仅能实现对语音信号的传输，同时可以传输文字信息和低码率的图片。使用外接按键可实现对通信信道的改变，外界的屏幕可实时显示对讲状态。本专利技术的优点是：本专利技术利用LoRa扩频通信传输语音信号加强了信号的隐蔽性，使用前向纠错编码技术提高了信号传输的可靠性。使用功率放大模块对射频发射接收通路进行功率放大不仅结构简单，同时提高了传输距离。使用RTOS保证了系统的及时性和可靠性，使用加密算法保证了信号传输的安全性。同时在硬件和软件上提供扩展接口，为未来扩展其他模块提供了便利性。本专利技术较为满足无线语音对远距离和安全隐蔽的传输需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统的硬件结构图；图2为LoRa语音传输软件流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。本专利技术的目的在于提供一种远距离无线语音传输系统，该系统具有通信安全保密、传输距离远、稳定可靠等优势。本专利技术包括硬件和软件两部分。下面结合图对本专利技术公开的LoRa无线语音对讲终端进行说明。图1描述了本专利技术的硬件结构，包括依次连接的语音采集和播放模块、MCU控制模块、本振和同步模块、LoRa射频传输模块和射频功率放大模块，MCU控制模块还连接有外接设备。图2描述了本专利技术软件部分的结构，主要实现对语音信号的采集、编码、压缩、加密和传输处理。语音采集部分实现对语音信号的采集和转换。由于语音属于模拟信号，需要使用ADC模块将模拟信号转换成数字信号，采集模块可以通过麦克风或者耳机孔的麦克风实现对语音信号的采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统，其特征在于：包括硬件和软件两部分，其硬件部分包括依次连接的语音采集和播放模块、MCU控制模块、本振及同步模块、LoRa射频传输模块和射频功率放大模块；其软件部分包括采集芯片和LoRa射频传输芯片的驱动程序、编码压缩/解码解压缩算法、加密算法、信令产生、时钟同步、实时操作系统RTOS和扩展设备的API接口。

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa技术的远距离无线语音传输系统，其特征在于：包括硬件和软件两部分，其硬件部分包括依次连接的语音采集和播放模块、MCU控制模块、本振及同步模块、LoRa射频传输模块和射频功率放大模块；其软件部分包括采集芯片和LoRa射频传输芯片的驱动程序、编码压缩/解码解压缩算法、加密算法、信令产生、时钟同步、实时操作系统RTOS和扩展设备的API接口。2.根据权利要求1所述的远距离无线语音传输系统，其特征在于：所述语音采集和播放模块实现对语音信号的采集、AD/DA转化、滤波、放大和播放。3.根据权利要求1所述的远距离无线语音传输系统，其特征在于：所述MCU控制模块作为整个系统的控制单元，运行RTOS对各种任务进行控制调度，响应外界中断，运行编解码算法和加密算法。4.根据权利要求3所述的远距离无线语音传输系统，其特征在于：所述LoRa射频传输模块将数字语音信号转换成射频信号，利用LoRa技术的扩频通信和前向纠错编码技术实现对语音信号的远距离传输。5.根据权利要求4所述的远距离无线语音传输系统，其特征在于：所述射频功率放大模块对发射接收通路的LoRa射频信号放大，满足对通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：高怀，张文伟，蔡士琦，马举，方文奇，
申请(专利权)人：苏州英诺迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32