自由空间光通信中语音编码技术的研究

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1、自由空间光通信中语音编码技术的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：郭成指导教师：肖沙里教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一六年五月StudyonspeechcodingtechnologyinfreespaceopticalcommunicationAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGuoChengSupervisedbyProf.Xiao

2、ShaliSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofOpt-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2016中文摘要摘要自由空间光通信是光通信领域研究的热点，因为其具有巨大的军事和商业价值，我国从上世纪90年代起加强了在这方面的研究。自由空间光通信中的日盲紫外光非直视通信是近些年来兴起的研究热点。由于波长为200到300nm的光通过大气层时会被完全过滤，故称该波段为日盲紫外波段。使用该波段光在大气层以下进行通信具有极低的背景噪声，同时该波

3、段光独有的大气信道非直线传播特性使其可以完成非直视通信。在语音编解码算法的研究中，目前的研究方向主要是中低速率和极低速率语音编码。本文基于自由空间光通信中的日盲紫外光通信和中低速率语音编码的重大意义，对自由光通信和日盲紫外光通信进行了较深入的研究，对语音编码算法也做了深入的探索，最终选取了µ律波形编码算法和参数编码中的线性预测编码算法作为本文研究的重点。本文对系统构建和算法研究方面所做的工作将为后续的自由空间语音光通信系统实用化打下基础。本文所做的主要工作如下：①对自由光通信的基本原理和结构进行了深入的研究，从理论上分析了200到300nm波段紫外光

4、散射的基本原理，设计了单工、双工通信系统结构。另外，本文还对可重复配置和下载的FPGA技术进行了深入研究。②基于自由空间光通信系统的基本结构，本文利用Altera公司的FPGA平台和MA24126-P1语音编解码平台，结合光源及其他基本的光电器件，搭建了完整的可连续工作的MELP算法语音通信原型系统，该系统可实现全双工语音通信，近距离传输条件下，连续工作时长大于两小时，传输速率11.25kbit/s，按MOS评分标准得分大于3.0。③根据波形编码的基本原理，本文设计了µ律算法的FPGA程序，并使用波长为637nm的VA-I-DC-637分体型半导体红

5、光激光器、声光调制器等，构建了完整的单工µ律算法FPGA语音通信系统，该系统通过了相关的仿真与测试，并在短距离通信实验中验证了系统的可行性和编码算法的正确性。该系统数据传输速率为80kbit/s，通话时间可长达数小时，按MOS评分标准得分大于3.0。④根据线性预测编码的基本原理，设计了语音参数提取、编码和传输的FPGA程序，并对核心的计算模块进行了仿真验证，同时结合光电器件、266nm波长的MPL-F-266型日盲紫外光脉冲激光器和FPGA平台搭建了完整的非直视线性预测编码算法语音光通信系统，该系统利用脉冲位置调制方式对脉冲激光器进行了内调制。作为原

6、型系统，该系统能够完成语音参数的提取与非直视传输，其数据传输速率为2.5kbit/s。I重庆大学硕士学位论文关键字：自由空间光通信，紫外光通信，FPGA，µ律算法，线性预测编码II英文摘要ABSTRACTFreespaceopticalcommunicationhasbeenahotresearchareaandwidelydeveloped.Becauseofitshugemilitaryandcommercialvalue,Chinaalsostrengthenedtheresearchsince1990s.Asoneformatofthefre

7、espaceopticalcommunication,ultravioletcommunicationhasbeenanimportanthotspot,becauseultravioletlightwiththewavelengthof200to300nmwascompletelyfilteredbytheatmosphereforitsscatteringproperties,henceultravioletcommunicationwhichhaslittlebackgroundnoisecanbeusedasNLOScommunication

8、.Inthespeechcodecalgorithmresearch,themainresearchdire