基于ZigBee的无线语音传输系统的设计

摘要：ZigBee这个技术的特征有以下几点，他的短距离、比较简单、能量消耗比较少、传输速度慢、价格低廉的一种无线网络的实际应用技术。包含的主要功能有：转移有更多的跳（多 – 跳中继）机制，并且使网络的性能有提高，提高了布局以及自组织，还有自愈能力。传感器的一种就是属于语言，在IEEE 802.15.4 / ZigBee这个技术的具体的使用环境，研究探讨了如何准确的实现语音通信的这个课题。

本主题的探索主要是应用CC2430硬件模块，经过查证资料，有效的传送距离大约是30米;根据56EEE802.15.4方案设计的语音通信系统，使用硬件测试平台的应用技术开发，而且可以研究题目所提及的短距离无线语音通信技术。所谓语音通信方案，可以另软件CC2430 SoC 的性能发挥所具有的优点 ,C芯片能使用，可以使APR9600语音采样和播放完美运行，没必要在使用外部语音编解码器部分，当在使用较少的外部统可以很好地完成目标所需要的功能是实时语音传输，此时系统的无线传输功率比0 dBm要低的，它的语音延时在25毫秒之内，传输距离大约15米，可以音质MOS测试点达到3点左右。由此可见该方案使用的硬件简单，花费较少，能耗比较低，可以满足在煤矿井下生产使用的要求，以及在无线传感器网络（WSN ） ，消防，安防监控领域等可以使用，扩大了IEEE 802.15.4的应用范围。,关键词： CC2430；ZigBee； APR9600； 无线语音通信; IEEE802.15.4；

第一章 绪论

1.1 选题的背景

Zigbee这个技术是一种能够满足具有传送距离比较短、较低传送速度特点的，一种新型的可以实现无线网络通信的芯片。开发这种技术的主要目的是建立一种新型的成本能耗比较低的小型区域的，较为方便的使用和传输的无线通信方式，并且此这个技术基础之上，实现基本的功能

Zigbee在诸如工业的自动操作、个人单位的新型智能、传感器的新型传输网络等领域有的实际应用前景被业界一致给位于充分肯定。数据传输速率比较低。在10kb／s～250kb/s之间，技术主要应在低传输应用方面。休眠状态下的电量消耗不足1μW，在通信距离短的工作状态下工作点亮消耗在30mW以内，在电待机低耗能的消耗模式下，两节普通5号干电池能够使用半年时间以上。对于WSN的节点，这个节点要求能量功耗的必须达到要求，被使用的传感器节点通常要在高危的地点连续工作很长的时间，且不可以替换供电的单元。ZigBee的特点是数据传输速度比较慢一些，协议很简答，所以使成本减少很多，而蓝牙系统并没有这种功能。无线传感器网络中包含有成千上万的节点，只有较好的地控制节点的成本，只有这样才不会使网络的规模被限制使用，只有这样才能发挥WSN的全部的功能。能力的强弱和节点的多少有很深的联系，是影响性能的重要因素之一，即传感器节点数目多，WSN的功能就可以发挥的更好。因此ZigBee可以实现的功能有使网络容量增加，这个优点可以完全能够使得WSN完成它的全部功能不被限制。要完成这个功能的正常使用功能边界是10-75米。但是通过技术处理，可以增加到几百米的距离，实现依据实际发射使用的功率大小和各种不同的应用模式而定，可以满足够覆盖一般的生活地点以及工作的地点。如果要减少WSN各个接入点的功率损失，同时使得每一个接入的位置能量大致相同，要采取的对应措施就是要把RF的接入位置，使得其扩大在可以到达的范围。这些频段都不需要执照，他们有16个可以使用的频段，主要的作用是扩频。与此同时，由于采用了2.4GHZ工作频段,WSN的会更加加快他的进步速度。而且ZigBee技术可以给与的功能，以及提供的技术支持，还有数据是否可以完整的进行检测，对于数据的反馈，硬件可以实现的功能，技术支持CRC和AES－128使之达到应用的标准。这种功能可以满足军事方面对于无线传感器网络的要求。,总结Zigbee有以下优点：

低功耗: 由于ZigBee工作的时候比较慢,而且正常的使用频率是为1mW,并且会自己智能启动休眠的模式,能量消耗非常低,所以ZigBee这个技术很是节约功耗。由此根据估算,只需要两节5号干电池就能够实现达到持续使用半年个24个月可以保证正常的使用,这一点是其他的无线设备达不到这项要求。　

花费很少: ZigBee模块的本钱在30元人民币左右,根据市场预期会下降到到5—10人民币, 并且ZigBee协定是不需要免专利费。价格比较低对于ZigBee也是一个重要的原因。 　　

较短的延迟: 通讯时延和从睡眠状态改变的时间延迟都很短暂,标准的搜索设备延迟在30ms左右,休眠激活的延迟是15ms, 移动设备的信道接入延迟为15ms。所以ZigBee这个体系对于时间的间隔有着细致的技术标准，这样就可以可以完美的达到实现无线控制所要求的技术指标。

网络可以包含的内容量非常大: 比如采用star结构，这种类型的网络可以能够囊括的下级亮可以达到254个。想要完成这个功能的的范围内，同时工作100个可以实现, 可以根据实际的使用状况进行调整。

保障性好: 因为可以实现防止冲撞的要求,这样就可以使的发送数据的竞争和冲突就不会发生。MAC层使用的技术标准是需要全的数据被确认的，在进行传输的形式,因此可以使得各个发送的数据包全都应该等待正确接收方的信息。一旦传输过程中有问题发生，那么就可以可以重发一次进行确认。 　　

漏洞少: ZigBee技术可以在循环冗余校验完成的数据包基础上，执行一次全面检查功能的指令,可以进行鉴权和认证, 被应用的技术主要是AES-128的加密算法,每一个应用这样就可以保障其灵活以及安全属。

ZigBee的使用的主要范畴：在距离比较紧、能量消耗少，且运输数据的速度没有太高要求的情况下正常使用。比较有特色的使用主要有：固定时间数据传输、有时间间隔的数据传送以及较少的回答反应时间。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 无线传感网络国内外应用现状

军用范畴：世界上主要的的无线传感网络技术项目主要包括遥控战场传感器系统、网络控制中心战，要求技术灵巧的传感器网络、因特尔公司的只能遥控技术等项目，对日常生活中的具体行动进行测算。这项技术寻求一种可以把WSN技术在军事方面的使用取得突破性进展，可以希望实现的功能是“超视距”对目标的监控。

民用范畴：欧美发达国家等国家利用此项技术在多个领域进行探索性的应用尝试：

英特尔美国一个分部公司与California – Berkeley协作对微尘技术进行新的技术探索研究，并于2002年将传感器网络技术成功的在大鸭岛海燕生活习性监测项目进行了应用并反馈了使用效果。,数以百万计的智能电表，运用的范围非常广，例如可编程控制器的温度调控和只能变化和以个人家庭为单位的设备中使用的技术之中都包含基于ZigBee的技术指标。虽然此现象技术现在获得了很大关注，不过技术的应用的领域还是比较狭小，消费者对此并不是很了解。但是，从Navigant的预测报告可以发现，ZigBee的无线设备接下来的时间获得长足的进步，到三四之后年，行业的总体销售额可以增长非常迅速，此后会随着行业的需求饱，增长的脚步变缓。

I-F半导体技术公司与Ember已经达成了在这个领域的合作意向，将一起寻找一个新的路径是整个行业获得更大的进步和发展

国内近况：中国无线传感网络和应用研究差不多其他先进国家同时展开。本世纪初，中科院上海微系统联合光电所、传感器所、激光电子所等其他相关的研究机构，率先在这个技术上进行了探索研究，并且取得了不错的成绩。

1.2 .2 Zigbee技术国内外发展现状

2005年4月，已有飞思卡尔,世强电子等其他的四个企业针对ZigBee联盟的其产品进行了工业化生产之前的相关测试。飞思卡尔推出全世界第一个达到ZigBee标准的使用平台，硬件设备制造厂家现在已经实现将ZigBee技术用于传感和监控应用的目标。国内方面，大唐、中兴等中国相关的企业也申请进入ZigBee联盟，有不少相关的科研机构了对ZigBee进行了探索研究。

ZigBee在中国的使用和发展取得了可喜的进步。诸如海尔的U-HomeWireless Network系统，包涵对于因特网、固定电话、移动终端或进行单位监控、无线网关的测试等。同时许多企业也在进行ZigBee相关产品的开发工作，台湾达盛集团，华丽仪表集团

1.3 生产需求状况

为了促进ZigBee技术更长足的发展，摩托罗拉、飞思卡尔、德州仪器、世强电子等公司共同成立了ZigBee联盟，至今该联盟已经包括有130多家加入企业。该联盟Robert F.Haile曾于2004年11月到中国访问，为了让更多的中国本土企业使用此项技术，许诺不需要缴纳专利费。在规则复杂的无线通信技术的范畴之内，ZigBee的取得进步令人惊叹不已，从2004年底制订了行业规则，截止2006年，芯片的销售额达到了一千五百亿美元之多，这表明此项技术要比被行业看好的蓝牙技术、Wi-Fi技术发展速度都要快许多。ZigBee技术的发展离不开ZigBee联盟的大力支持推广，和IEEE802.15.4技术标准的树立，综合了同领域的其他无线技术，完成了网络覆盖的目标。使其可以在信息和工业化传统领域范畴之内发挥有着不可代替的地位，假以时日，随着技术的发展，这项技术会渗透到我们的生活之中。在新世纪，世界科技蓬勃发展,消费者对可以实现信息服务的无线通信的技术有着急切的需要。 短距离无线通信技术是无线通信技术领域的组成部分,在无线数据传输中使用的频率不断加大。由于Zigbee技术的横空出世,使得低成本的无线网络应用成为了现实,行业的发展前景难以估量.通过研究机构的报告显示，2005年时，zigbee芯片再卖出去了不足一千万美元，根据预计到2016年会达到85000万美元，这意味着从2010年算起每年的增长会达到63%。

1.4 研究目的和意义

Zigbee这个技术是一种具有传送的长度比较短、比较缓慢传输速度特点的，一种新的研发成果。开发这种技术的主要目的是建立一种新型的成本能耗比较低的小型区域，并且此这个技术基础之上，实现的较大容量、不在一定需要现有通信网络以及现有电力网络的无线网络。

一般意义上来说此项技术的具体使用主要在自动化等方面有着不错的发展前景，有线网络传输的数据为非实时数据。不能够即时数据传输，但是无线网络了以满足这个技术要求。完成无线语音通信期初没有成为ZigBee标准初期的主要技术标准，这项功能不具备的话，会给行业的发展蒙上一层阴影；从另一方面来看，在有救援，使用情况非常危险，或者现场不允许大型设备进驻的时候，ZigBee将使自己的特点发回的淋尽致，这项技术在双向语音的传输方向上有广阔的发展前景；在同一时间，在无线传感网络具体的使用环境中，声音的大小也需要进行测量，完成传输采样中分贝大小的测算是正常使用这功能的一项基础指标。