VHF无线电话VoIP网关关键技术的研究

摘要

船舶交通管理信息系统(VTS)作为海上交通指挥控制的中心，旨在提高海上交通运输效率，减少水上交通事故等。VHF通信子系统作为其重要组成，在VTS中心和船舶之间建立了有效的信息联系。传统VTS中的VHF通信子系统采用专用岸基VHF通信设备，其缺点是工程造价高，可扩展性相对较差。目前，VoIP技术正逐步运用在VTS的VHF通信系统中，其采用商业的话音网关处理技术，未针对VHF通信特点做出调整和改进。因此，VHF通信系统存在话音与控制信号传输不同步的问题，同时话音传输不完整且质量较差。本文主要研究一套基于船用VHF设备和VoIP技术的VHF通信子系统。
　　本文首先针对船用VHF设备，提出了基于VoIP技术的VHF通信子系统的整体设计方案，对VHF-VoIP网关各部分关键模块进行了设计和分析。其次，针对VHF通信子系统中话音和控制信号不同步的缺点，提出了两种VTS中VHF通信系统专用的网络封包模型。将控制和话音信号通过网络协议封装打包，有效解决了话音传输不完整和质量差等问题。然后对LPC、DPCM、ADPCM和CS-ACELP压缩编解码算法进行对比分析，采用了CS-ACELP编解码算法，并提出改进的结构简单的多特征值VAD预编码算法。在高压缩比的情况下，降低了算法的复杂度，提高了VHF通信的实时性和灵活性。最后，通过本文设计的神经网络话音评价系统验证了该编解码算法的有效性。结果表明，VHF-VoIP网关不仅实现了VHF终端与VHF收发信机之间的实时通话，而且实现了VTS中VHF终端对基站VHF收发信机的远程控制和状态回执，同时优化了VHF系统信息的数字化传输和话音通信的数字化控制管理，有效解决了VTS系统中利用VoIP所实现的VHF通信子系统所存在的问题，利用本课题提出的VHF-VoIP网关，可实现船用VHF设备在VTS系统中的应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题主要研究内容

1．4 论文的组织结构

第2章 VoIP语音网关原理与技术

2．1 VHF通信和VoIP技术

2．2 VoIP系统的结构特点

2．3 VoIP电话的结构与网关相关协议分析

2．3．1 VoIP电话的基本结构和工作过程分析

2．3．2 H．323和SIP协议

2．3．3 TCP和UDP协议

2．3．4 RTP和RTCP协议

2．4 数字话音技术

2．4．1 话音的数字化

2．4．2 话音的编解码压缩技术

2．5 分组话音技术

2．5．1 抖动处理技术

2．5．2 丢包补偿技术

2．5．3 回声消除技术

第3章 基于VoIP和船台VHF设备的VHF通信子系统方案设计

3．1 现有VTS系统的VHF通信系统

3．1．1 现有VTS的VHF通信子系统结构分析

3．1．2 现有VHF系统存在问题

3．2 系统设计目标和功能分析

3．3 基于船台VHF设备和VoIP技术的VHF通信子系统总体方案设计

3．3．1 系统总体方案设计

3．3．2 VHF网关的技术实现方案

第4章 VTS中VHF网关关键技术环节的设计

4．1 VHF网关中控制指令和话音的同步传输

4．1．1 控制信号与话音的同步传输

4．1．1 状态信号与话音的同步传输

4．2 网络传输协议选择

4．3 VHF通信站台的分组选择

4．4 VTS中话音信号的记录

4．5 VHF通信系统话音编解码算法的设计

4．5．1 CS-ACELP算法基本原理

4．5．2 预处理和感知加权处理

4．5．3 开环基音分析和自适应码本搜索

4．5．4 固定码本搜索和增益量化

4．5．5 存储器更新

4．5．6 解码器原理说明

4．5．7 改进的静音处理算法

第5章 基于VoIP的VHF系统软件设计

5．1 话音编解码算法的实现和比较

5．2 话音评价系统设计和实现

5．3 VHF通信软件模块成果展示

结束语

参考文献

致谢

作者简介