紫外光通信系统中低速率语音编码技术研究

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1、紫外光通信系统中低速率语音编码技术研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：刘锋指导教师：施军副教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一六年四月TheTechnologyResearchofanUltravioletLaserCommunicationSystemBasedonLowBitRateSpeechCodingAlgorithmAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDe

2、greeofEngineeringByLiuFengSupervisedbyAssociateProf.ShiJunSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofOpt-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要以紫外光作为通信载体的紫外光语音通信系统，以其对噪声极强抗干扰能力、保密性能好、非视距通信(NonLineofSight，NLOS)和全天候通信等优点逐渐成为军事通信领域的研究焦点。但是，光通信领

3、域又面临着信道资源有限和系统误码率高的问题，如何解决光通信中的问题，研究者主要从改进调制方式和进行信源编码两个方向进行攻关，其中以信源编码方式较为有效，研究高语音质量和低编码速率的编码方式成为光通信领域信源编码的重点。论文研究的目的是在参数编码的理论基础上，对特征参数进行提取，并在现场可编程逻辑阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)上实现，从而达到低速率语音编码的目的，编码后的数据加载到输出光波长为266nm的紫外激光器上并调制输出，紫外光在大气中传播由光电倍增管接收并转换输出电流信号，电流信号被信号

4、处理电路进行电流电压转换和放大处理，在FPGA开发板上对放大后的电压信号进行处理，完成解码工作，最终还原语音信号，从而实现高质量低速率紫外光语音通信。首先阐述了大气吸收效应和散射效应，进一步以瑞利散射和米氏散射为理论基础，建立了紫外光通信的单散射椭球模型。另外提出了参数编码中LPC-10编码算法，该算法能够在8kHz的音频采集频率下，以180个样点为一帧，从而实现语音的编码速率为2.4kb/s。在对语音进行线性预测分析时，重点研究了提取滤波器参数的理论推导，为参数编码奠定了理论模型。在对参数编码研究的同时，本文也给出了波形编码中较为典

5、型的A律语音压缩编码的基本原理方法。针对系统的发射光源和光电探测器工作原理进行了简要介绍，同时对不同类型的光源和光电探测器进行了对比分析，最终确定发射光源选择紫外激光，光电探测器选择光电倍增管(PhotomultiplierTube,PMT)。使用FPGA开发板对数据流进行处理，根据FPGA的设计流程和编程原则，设计了串并转换、并串转换、RAM调用、参数计算、编码输出等底层模块，并对每个底层模块的功能进行相应的时序仿真和验证。搭建了两个通信系统，一个是验证A律编码的红光激光通信，另一个就是以LPC-10参数编码为核心的紫外光语音通信。

6、并对以上两个语音通信系统在实验室进行了多次测试。测试结果表明，设计的A律编码的红光激光通信的语音编码速率为64kb/s，客观平均意见得分(MeanOpinionScore,MOS)≥3.0，设计的LPC-10编码的紫外光语音通信的语音编码速率为2.4kb/s,实现了中低速率语音编码通信。关键词：紫外光通信，紫外固体激光器，A律压缩编码，线性预测分析，LPC-10英文摘要ABSTRACTUltravioletspeechcommunicationsystemhasgraduallybecamethefocusofresearchinth

7、efieldofmilitarycommunicationbecauseofitsstronganti-interferenceabilitytonoiseperformance,goodsecrecy,nonlineofsight(NLOS),andallweathercommunication.Howevertheopticalcommunicationmeetsthedifficultsofthelimitedchannelresourceandthehighbiterrorrate.Twoaspectsareemphasedb

8、yresearchers:themethodofmodulationandthesourcecodingwhichisthemosteffectivewaytosolvethoseproblems.Soitisimpor