1. 前言
近年來互聯網技術的發展日新月異，影響著人們生活的方方面面，甚至改變了人們的生活方式。相對于近些年來蓬勃發展的互聯網技術，短波通信技術是一種古老的通信技術。自1901年意大利工程師馬可尼實現了跨越大西洋的無線電通訊至今，已經經歷200多年的發展。短波通信具有短波通信設備價格低廉，便攜型強，傳輸距離遠且無需有源中繼等特點使之成為在應對突發公共事件，自然災害等重大突發事件中信息傳輸的主要保底通訊方式之一。 然而短波電臺的通信質量受所使用地域的電磁環境和天線的架設方式直接影響很大。當短波天線架設在電磁環境良好且周圍無障礙物的區域時，短波的通信質量將得到顯著的提高。正因為如此，為了獲得更好的短波通信質量，很多應急部門將電臺和天線架設在指揮所附近的山上或者高層建筑物的樓頂等空曠區域。而指揮所的位置因為交通或者其他方面的原因不能設置在短波電臺所部屬的位置，有時指揮所所在的位置與短波電臺部署的位置的距離長達20KM或更遠，這就需要在指揮所通過一些遠程控制設備遠程控制架設在附近山上或高層建筑樓頂的短波電臺。MK-302語音數據自適應透傳模塊就是針對這些需求而研發的具有音頻全雙工實時網絡傳輸和數據全雙工實時網絡透明傳輸功能的設備，從而實現指揮所遠程控制系統和無線電通信設備特別是短波電臺之間的實時語音通信和短波電臺的遠程遙控指令控制，解決地下指揮所對地面短波電臺實時語音及數據通信問題。
2.設備介紹
MK-302語音數據自適應透傳模塊是一種適應長距離語音和數據實時傳輸的設備。支持語音的長距離全雙工實時網絡傳輸，基于RS232的串口數據實時網絡傳輸和基于CAN總線的數據實時網絡傳輸及電平量實時網絡傳輸。可用于指揮所對遠程電臺的實時語音傳輸和實時電臺控制指令的遠程傳輸，也可廣泛的用于任何需要遠程音頻和數據實時傳輸的場景。
MK-302語音數據自適應透傳模塊硬件采用STM32F407芯片作為主芯片，使用WM8978音頻芯片用于音頻的A/D和D/A轉換，LAN8720A網絡芯片用于網絡傳輸，TJA1040 CAN總線芯片用于CAN總線數據的發送和接收，MAX3232芯片用于RS232端口的電平轉換。其硬件結構框圖如下圖所示：
圖 1 語音數據自適應透傳模塊框圖
MK-302語音數據自適應透傳模塊的嵌入式軟件是基于UCOSII實時操作系統并搭配LWIP網絡協議棧進行開發。MK-302語音數據自適應透傳模塊同時具備音頻，串口數據，CAN總線數據和電平量的全雙工網絡實時傳輸功能，這就要求所使用的操作系統可同時執行和調度多個任務并且各個任務之間的延時要盡可能小，以保證數據傳輸的實時性。UCOSII實時操作系統極好的滿足上述需求，UCOSII實時操作系統具有任務調度，任務管理，時間管理，內存管理等基本功能且所占用資源小和可裁剪的特點十分適合嵌入式應用的操作系統，并被廣泛的用于各類嵌入式芯片的系統開發。LWIP協議棧用于TCP/IP網絡的搭建及數據的網絡傳輸，LWIP協議棧可在UCOSII實時操作系統環境下運行，支持TCP和UDP協議的主要功能，并且所占用的單片機資源相對較小，十分適合用于搭建基于單片機的網絡傳輸設備。
MK-302語音數據自適應透傳模塊的語音和數據的全雙工實時網絡傳輸采用不同的網絡協。音頻的全雙工實時網絡傳輸采用無連接協議的UDP協議。UDP協議不是可靠的傳輸層通信協議，在網絡繁忙或者網絡條件不是很好的情況下，所傳輸的數據包可能會丟失，但UDP協議具有占用資源小和數據處理速度快的特點。音頻數據對數據的完整性要求不是很高，即使丟失一些數據包，也不會對接收的結果產生較大的影響，因此無連接協議的UDP協議十分適合音頻的網絡實時傳輸。而數據的透明傳輸，則必須保證所傳輸數據的完整性和可靠性，因而數據的透明網絡傳輸采用更安全，更可靠的TCP網絡協議。根據RFC793的定義，TCP網絡協議是一種面向連接的，可靠的，基于字節流的傳輸層通信協議。
MK-302語音數據自適應透傳模塊可支持單播（unicast）和組播（multicast）兩種不同的網絡傳輸方式，并可設置兩種不同的音頻輸入源（MIC輸入或者線輸入），音頻輸出增益可配置，音頻傳輸功能可配置等功能，使MK-302語音數據自適應透傳模塊可適應不同的應用場景。
3.應用場景
3.1點對點實時音頻和數據網絡傳輸（單播）
MK-302語音數據自適應透傳模塊如上圖所示，可進行點對點的音頻，數據傳輸，通過公網,專網或者本地局域網的IP網絡進行語音，RS232數據，CAN總線數據和電平量數據的全雙工網絡傳輸。可廣泛的用于任何需要遠距離實時傳輸音頻和數據的場景，如需要對設備進行遠程監控的應用場景，需要對音頻進行遠距離實時傳輸的應用場景或者需要實時傳輸設備控制指令已實現設備的遠程控制的應用場景等。
MK-302語音數據自適應透傳模塊采用網頁服務器對模塊的各項參數進行配置，可簡單方便對模塊的各項參數進行查看或者修改。無需安裝配套軟件，只需通過已連接到與模塊同一IP網絡的電腦自帶的網頁瀏覽器，在地址欄輸入相對應的模塊的IP地址即可進入到模塊各項參數的配置頁面。在參數配置頁面，可查看模塊當前的各項參數，并可對模塊的各項參數進行編輯和修改。
3.2短波電臺的遠程控制和實時語音傳輸（單播）
基于3.1所介紹的點對點音頻數據網絡傳輸應用場景，MK-302語音數據自適應透傳模塊可用于指揮所對短波電臺的遠程控制和語音實時傳輸。指揮所可通過電腦或者其他設備將電臺的控制指令通過近端MK-302語音數據自適應透傳模塊RS232端口發送到近端模塊，近端模塊接收到電臺的控制指令后，將所接收到的電臺控制指令根據RS232數據透明傳輸協議對數據進行拆分打包，并通過網絡將已打包好的電臺控制指令通過網絡傳輸到遠端的MK-302語音數據自適應透傳模塊，遠端模塊根據RS232透明傳輸協議將電臺控制指令從所接收到的網絡數據包中解析出來，并通過與透傳模塊的RS232端口將電臺控制指令發送到電臺，實現短波電臺的遠程控制。
語音信號同樣可通過近端MK-302語音數據自適應透傳模塊的音頻輸入端口將模擬音頻信號進行數字化處理后通過網絡傳輸到遠端MK-302語音數據自適應透傳模塊，遠端模塊對數字音頻信號進行解碼，并通過音頻輸出端口將解碼后的模擬音頻信號發送到短波電臺，實現實時語音信號的遠程傳輸。
PTT電平量可通過近端MK-302語音數據自適應透傳模塊的電平量輸入端口將電平量信號發送到近端模塊，近端模塊接收到電平量信號后，進行數字化話處理，并將數字化處理后的電平量信號通過網絡發送到遠端模塊，遠端模塊根據電平量透明傳輸協議解析出近端所輸入PTT電平量信號后，將PTT電平量通過電平量輸出端口發送到所連接的短波電臺。
短波電臺的遠程控制及實時語音傳輸的具體應用如下圖所示：
3.3 實時音頻信號的組播網絡傳輸（組播）
MK-302語音數據自適應透傳模塊可實現音頻的組播單工實時網絡傳輸。將三塊或更多MK-302語音數據自適應透傳模塊連接在同一個IP網絡環境下，設置其中一塊MK-302語音數據自適應透傳模塊的工作模式設置為服務器模式，其它的MK-302語音數據自適應透傳模塊的工作模式設置為客戶端模式，并將所有連接在同一網絡環境下的MK-302語音數據自適應透傳模塊的組播地址和組播端口設置為相同的組播地址和組播端口，即可實現音頻信號的實時組播網絡傳輸。如下圖所示，當工作模式為服務器的MK-302語音數據自適應透傳模塊接收到語音信號后，將接收的語音信號經過數字化處理后通過組播（multicast）的網絡傳輸方式將音頻信號傳輸到與服務器模塊擁有相同組播IP 地址和端口的遠端的客戶端模塊，客戶端模塊接收到音頻數據后，通過音頻芯片的解碼將聲音播放出來。該應用場景十分適合組建基于IP網絡的廣播系統，如學校或者其它公共場所。相比于傳統的廣播系統，基于IP網絡組播的廣播系統可通過調整各個模塊的組播IP地址和端口從而實現將特定信息發送到特定模塊的功能。將電腦或其他設備連接到模塊所屬的網絡中即可簡單方便的通過自帶的網頁瀏覽器對網絡中的所有模塊的組播IP地址和端口或者其它參數進行設置。
4. 主要功能與參數
MK-302語音數據自適應透傳模塊的主要功能是實現音頻的網絡實時傳輸和數據的網絡實時透明傳輸。設備的詳細功能介紹和參數說明詳見下文的設備功能表和參數說明表。
6.模塊尺寸及接口布局
