董彧燾，邵 瑩，黃建青

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海201109）

載人航天WiFi頭戴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董彧燾，邵 瑩，黃建青

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海201109）

空間站無(wú)線局域網(wǎng)是空間站通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。WiFi頭戴是基于空間站無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行話音通信的一個(gè)重要應(yīng)用，不僅可以為艙內(nèi)航天員提供便捷的無(wú)線話音通信服務(wù)，還可以為航天員的出艙活動(dòng)提供無(wú)線話音通信服務(wù)。研究和分析了空間站無(wú)線WiFi組網(wǎng)和應(yīng)用的技術(shù)可行性，提出了一種適合于空間站使用的WiFi頭戴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。該方案采用現(xiàn)有的專用集成芯片，技術(shù)上支持802.11n標(biāo)準(zhǔn)，性能指標(biāo)先進(jìn)，可以滿足空間站無(wú)線話音通信的使用要求。

載人航天；空間站；WiFi；話音通信；頭戴

1 引言

我國(guó)的載人航天已經(jīng)完成了“三步走”戰(zhàn)略的前兩步，即發(fā)射載人飛船、實(shí)現(xiàn)出艙活動(dòng)和空間交會(huì)對(duì)接。目前正開始轉(zhuǎn)入到戰(zhàn)略的第三步階段，即空間站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)［1］。目前在軌運(yùn)行的國(guó)際空間站是世界上投入資金最大、參與國(guó)家最多、建造周期最長(zhǎng)、技術(shù)水平最高、應(yīng)用范圍最廣的大型載人航天器。國(guó)際空間站主要由美國(guó)、俄羅斯、歐盟等多個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)艙組成，雖然它的通信系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)采用了最合適的FDDI技術(shù)，但并沒(méi)有更多考慮信息技術(shù)的飛速發(fā)展和空間站長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中應(yīng)用功能的升級(jí)和擴(kuò)展，導(dǎo)致國(guó)際空間站的局域網(wǎng)無(wú)法升級(jí)，從而也限制了空間站上應(yīng)用的不斷升級(jí)。從這個(gè)角度看，當(dāng)時(shí)國(guó)際空間站的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想顯得有些保守［2-3］。

以太網(wǎng)技術(shù)是地面最重要也是最成熟的局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，隨著技術(shù)的突飛猛進(jìn)，其應(yīng)用范圍也已經(jīng)從最早的局域網(wǎng)擴(kuò)展到更廣領(lǐng)域的城域網(wǎng)，以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)帶寬也擴(kuò)展到了萬(wàn)兆水平［4］。為了實(shí)現(xiàn)和地面互聯(lián)網(wǎng)的有效連接，以及應(yīng)用成熟的以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備，我國(guó)空間站通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開展以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的研究和論證。將來(lái)我國(guó)空間站會(huì)建立一個(gè)和地面一樣高速安全的、采用以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)，并能和地面網(wǎng)絡(luò)有效的連接在一起。這樣不僅有利于航天員在空間站開展各項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)活動(dòng)，也有利于豐富航天員的業(yè)余生活。航天員將來(lái)在空間站可以方便地接入互聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)獲取最新的各類資訊［5］。

空間站通信網(wǎng)絡(luò)主要包括空間站本地有線局域網(wǎng)、空間站本地?zé)o線局域網(wǎng)、天地鏈路網(wǎng)絡(luò)、地面局域網(wǎng)［6］。空間站無(wú)線局域網(wǎng)是空間站通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，可以提供話音、圖像、視頻、有效載荷數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸。基于空間站無(wú)線局域網(wǎng)的話音通信是一個(gè)無(wú)線通信技術(shù)的重要應(yīng)用。WiFi頭戴是無(wú)線話音通信的終端設(shè)備，可以使航天員擺脫以往固定話音通信的限制，從而享有更自由便捷的溝通方式。相比于有線局域網(wǎng)，無(wú)線局域網(wǎng)只要有無(wú)線信號(hào)覆蓋就可以接入網(wǎng)絡(luò)，可以在很多不適合布線的場(chǎng)合提供通信服務(wù)。NASA有相關(guān)無(wú)線WiFi研究的報(bào)道，但還沒(méi)有通過(guò)WiFi實(shí)現(xiàn)話音通信的相關(guān)研究報(bào)道，因此通過(guò)WiFi頭戴實(shí)現(xiàn)航天員的無(wú)線話音通信具有一定的創(chuàng)新性，WiFi頭戴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有良好的應(yīng)用前景和重要的工程意義。

2 空間站W(wǎng)iFi組網(wǎng)技術(shù)可行性分析

WiFi（Wireless Fidelity）實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，具有WiFi認(rèn)證的產(chǎn)品符合IEEE 802.11系列無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。該系列規(guī)范已被統(tǒng)稱為WiFi標(biāo)準(zhǔn)，也是目前應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，一般工作在2.4 GHz頻段或5 GHz頻段。表1介紹了WiFi標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過(guò)程和核心技術(shù)。

表1 W iFi標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)過(guò)程Table 1 W iFi standard evolution

WiFi的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［7］：

1）組網(wǎng)便捷。由于WiFi技術(shù)是一種無(wú)線技術(shù)，所以組網(wǎng)時(shí)就免去了布線工作，只需一個(gè)或多個(gè)無(wú)線AP（接入點(diǎn)），就可以滿足一定范圍的聯(lián)網(wǎng)需求。節(jié)省了組網(wǎng)成本，縮短了組網(wǎng)時(shí)間。

2）無(wú)線電波覆蓋范圍較廣。802.11n信號(hào)覆蓋半徑可達(dá)300 m左右，可以滿足較大覆蓋范圍的聯(lián)網(wǎng)需求。

3）投資經(jīng)濟(jì)。缺乏靈活性是有線網(wǎng)絡(luò)的固有缺點(diǎn)。在規(guī)劃有線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，需要提前考慮到以后的發(fā)展需求，這就會(huì)導(dǎo)致大量的超前投資，進(jìn)而出現(xiàn)線路利用率低的情況。而無(wú)線局域網(wǎng)可以隨著用戶數(shù)的增加而逐步擴(kuò)展，一旦用戶數(shù)量增加，只需增加無(wú)線AP，不需要重新布線，與有線網(wǎng)絡(luò)相比節(jié)約了很多網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

4）傳輸速度快。現(xiàn)在主流WiFi標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速度基本能夠滿足絕大多數(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。最新的802.11ac支持的傳輸速率可達(dá)1 Gbps。

5）業(yè)務(wù)可集成。WiFi技術(shù)在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層上與以太網(wǎng)完全一致，所以可以利用已有的有線接入資源，迅速部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，形成無(wú)縫覆蓋。

由于WiFi技術(shù)是無(wú)線局域網(wǎng)最主流的技術(shù)，地面應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。主流的芯片廠商如TI，Broadcom，Qualcomm Atheros，Marvell等都推出了WiFi芯片，其中既包括終端的芯片解決方案，也包括AP的解決方案。支持的標(biāo)準(zhǔn)包括802.11a/ b/g/n等系列標(biāo)準(zhǔn)。

目前市場(chǎng)上WiFi應(yīng)用的主流標(biāo)準(zhǔn)是支持MIMO和OFDM的802.11n標(biāo)準(zhǔn)，最高傳輸速率可以達(dá)到300 Mbps以上［8］?；?02.11ac的芯片也已開始出現(xiàn)，最快可以達(dá)到千兆以上的傳輸速率，為將來(lái)更多的大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了技術(shù)保障。因此，空間站無(wú)線組網(wǎng)采用WiFi技術(shù)是最佳選擇。從芯片選型上看，WiFi有充分的選擇余地。從標(biāo)準(zhǔn)上看，IEEE 802.11是公開標(biāo)準(zhǔn)，而且是不斷向前演進(jìn)的主流標(biāo)準(zhǔn)，將來(lái)也基本可以保證技術(shù)上的先進(jìn)性。

由于采用WiFi技術(shù)的無(wú)線通信主要在空間站艙內(nèi)使用，所處環(huán)境中的噪聲和電磁干擾相對(duì)艙外空間帶電粒子、原子氧、微流星體、空間碎片、紫外輻照等共同作用形成的電磁干擾相對(duì)較小。因此艙內(nèi)基于WiFi技術(shù)的應(yīng)用所受空間站環(huán)境的影響并不大，如果WiFi頭戴出現(xiàn)工作異常，可以采用復(fù)位的方法快速重新啟動(dòng)工作。

3 WiFi頭戴應(yīng)用場(chǎng)景

空間站W(wǎng)iFi頭戴主要為航天員提供話音通信服務(wù)，根據(jù)空間站W(wǎng)iFi信號(hào)覆蓋方式可以把應(yīng)用場(chǎng)景分為兩大類，即艙內(nèi)WiFi話音通信和艙外WiFi話音通信。艙內(nèi)的WiFi通信主要為艙內(nèi)的航天員提供WiFi話音通信服務(wù)，航天員可以和艙內(nèi)的其他航天員或地面人員進(jìn)行話音通信。艙外的WiFi通信主要為航天員的出艙活動(dòng)提供話音通信服務(wù)。

根據(jù)WiFi話音通信的具體應(yīng)用場(chǎng)景，WiFi頭戴可以提供以下幾種常用功能：

1）WiFi頭戴之間的話音通信：WiFi頭戴之間可以相互通信，航天員和航天員之間通過(guò)佩戴WiFi頭戴就可以進(jìn)行呼叫和接聽，而不像有線頭戴那樣，航天員要先走到固定的位置去佩戴有線頭戴。在我國(guó)空間站的規(guī)劃上，將有1個(gè)核心艙和2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，不同艙內(nèi)的航天員之間有時(shí)需要協(xié)調(diào)和交流［1］。通過(guò)佩戴WiFi頭戴，航天員在任何位置都可以與其他航天員進(jìn)行方便快捷的通信。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)艙A和實(shí)驗(yàn)艙B的兩個(gè)WiFi頭戴之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立起通信鏈路，相應(yīng)的話音信息流數(shù)據(jù)就可以在該鏈路上進(jìn)行傳輸從而達(dá)到話音通信的目的。另外還包括航天員的出艙通信，比如將來(lái)空間站的在軌維修，航天員要走出空間站，到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)，帶上WiFi頭戴就可以很便捷地和艙內(nèi)航天員進(jìn)行通信。

圖1 W iFi頭戴之間通信示意圖Fig.1 Illustration of communication between two W iFiheadsets

圖2 W iFi頭戴無(wú)縫切換示意圖Fig.2 Illustration of seam less sw itch ofW iFi headset

2）WiFi頭戴和有線頭戴之間的通信：目前神舟飛船和天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器上的航天員還是使用有線頭戴。有線頭戴技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定可靠。在將來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，無(wú)線頭戴還無(wú)法完全取代有線頭戴，有線頭戴仍然還是可靠的主要話音通信工具。因此，WiFi頭戴仍然要和有線頭戴之間進(jìn)行話音通信。

3）WiFi頭戴和地面之間的通信（任務(wù)話、專用話）：空間站上的話音通信還包括和地面之間的通信，主要有兩種業(yè)務(wù)類型：一類是任務(wù)話，一類是專用話。任務(wù)話主要是地面站指揮人員和航天員之間的通話，優(yōu)先級(jí)較高；專用話主要用于航天員和地面人員如家人或醫(yī)療保健人員的通話。

4）WiFi頭戴加入多方會(huì)議電話：多名航天員和地面人員之間或航天員之間的電話會(huì)議是一個(gè)常見的話音業(yè)務(wù)場(chǎng)景。由于航天員本身是移動(dòng)的，通過(guò)WiFi頭戴就能接入會(huì)議電話，對(duì)航天員來(lái)說(shuō)將是很方便的一個(gè)應(yīng)用。

5）WiFi頭戴話音切換（艙與艙之間、艙內(nèi)和艙外之間）：在WiFi頭戴的無(wú)線話音通信中有一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)景，即無(wú)線話音通信的無(wú)縫切換，航天員要在移動(dòng)的過(guò)程中保持話音通信的連續(xù)性。如圖2所示，在WiFi頭戴從實(shí)驗(yàn)艙A往實(shí)驗(yàn)艙B移動(dòng)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)艙A的WiFi信號(hào)會(huì)越來(lái)越弱，而實(shí)驗(yàn)艙B的信號(hào)會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)艙A的信號(hào)強(qiáng)度降低到一定的閾值時(shí)，會(huì)觸發(fā)WiFi頭戴斷開和實(shí)驗(yàn)艙A中AP的連接，并重新連接到實(shí)驗(yàn)艙B中的AP。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)前面的分析，WiFi頭戴在空間站的話音通信方面具有廣泛的應(yīng)用前景，在技術(shù)上相對(duì)傳統(tǒng)的有線頭戴有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以讓航天員暢享自由的無(wú)線話音通信服務(wù)。

圖3 話音通信系統(tǒng)示意圖Fig.3 Illustration of voice communication system

在空間站的話音通信系統(tǒng)中，話音處理器是核心，如圖3所示。話音處理器提供天地間、艙內(nèi)外雙向話音通信服務(wù)，完成天地間傳輸話音的編解碼、加解密及話音混音分配等功能，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)話音終端進(jìn)行集中管理，接收各個(gè)話音終端的狀態(tài)數(shù)據(jù)、話音數(shù)據(jù)，為每個(gè)話音終端分配混音資源，將處理后話音送給相應(yīng)終端進(jìn)行播放，實(shí)現(xiàn)話音的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

WiFi頭戴是話音通信系統(tǒng)中的話音終端設(shè)備，主要負(fù)責(zé)話音的采集和播放。從話音頭戴的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，WiFi頭戴可以繼承有線頭戴的物理結(jié)構(gòu)及其他所有的聲學(xué)特性，只是需要在頭戴上嵌入一個(gè)具有WiFi收發(fā)功能的模塊。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，整個(gè)WiFi頭戴設(shè)備主要包括以下4個(gè)模塊，即送受話器、話音編解碼模塊、WiFi收發(fā)模塊和主控模塊，如圖4所示。

圖4 W iFi頭戴模塊示意圖Fig.4 Illustration of W iFi headsetm odules

其中話音編解碼模塊主要負(fù)責(zé)16 bit/32 kHz PCM話音原碼與模擬話音信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。可以選用內(nèi)部集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的話音編解碼芯片。從受話器采樣的話音數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過(guò)數(shù)字音頻接口傳輸給主控模塊的微處理器。同時(shí)也接收從微控制器發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)并送給送話器進(jìn)行播放。

主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)對(duì)話音編解碼芯片的配置，設(shè)置話音編解碼器相關(guān)的配置參數(shù)，如話音采樣的精度和話音采樣的采樣率，還有對(duì)從話音編解碼模塊來(lái)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。另外還要負(fù)責(zé)WiFi收發(fā)模塊芯片的控制，其中有涉及WiFi通信參數(shù)的配置，以及主機(jī)接口的管理，以及對(duì)從WiFi收發(fā)模塊來(lái)的數(shù)字話音數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

WiFi收發(fā)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字話音數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)處理，以及對(duì)802.11協(xié)議的支持，主要是802.11 MAC/PHY協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，還有對(duì)安全加密等功能的支持。從微控制器接收到的數(shù)字話音數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)802.11協(xié)議處理并通過(guò)天線發(fā)送出去。同樣也要從天線接收到的數(shù)字話音數(shù)據(jù)解調(diào)出來(lái)并進(jìn)行相應(yīng)的處理并送給主控模塊的微控制器。

5 硬件設(shè)計(jì)方案

WiFi頭戴的硬件設(shè)計(jì)主要包括圖3中提到的話音編解碼模塊、主控模塊和WiFi收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)。下面就分別介紹這幾個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)。

5.1 話音編解碼模塊

話音編解碼模塊主要采用TI公司的話音編解碼芯片TLV320AIC23B-Q1，該芯片可以擴(kuò)展到工業(yè)級(jí)溫度范圍，支持多種數(shù)字音頻接口，支持多種控制接口，可以方便地與微控制器或DSP配合工作。芯片上電后由微控制器或DSP通過(guò)控制接口寫入控制字后即可工作。

該芯片是一個(gè)高性能立體聲音頻編解碼器，內(nèi)置的ADC和DAC采用過(guò)采樣數(shù)字插值濾波器的sigma-delta技術(shù)。采樣精度支持16位，20位，24位，32位。采樣速率支持的范圍是從8 kHz到 96 kHz［9］。由于話音處理器要求的話音采樣規(guī)格是16 bit/32 kHz，上述芯片可以滿足話音處理器的需求。

該芯片支持多種數(shù)字音頻接口，如Right-justified模式、Left-justified模式、I2S模式、DSP模式。本設(shè)計(jì)方案采用其中的I2S模式，其時(shí)序控制圖如圖5所示［9］。

圖5 I2S時(shí)序控制示意圖Fig.5 Illustration of I2S tim ing control

圖6 2線時(shí)序控制示意圖Fig.6 Illustration of 2-w ire tim ing control

該芯片的控制接口支持以下兩種模式：SPI模式，2線模式。本設(shè)計(jì)方案中采用2線模式，一根時(shí)鐘線，一根數(shù)據(jù)線，其時(shí)序控制圖如圖6所示［9］。

5.2 主控模塊

主控模塊主要采用Marvell公司的微處理器芯片88MC200，這是一款集成32位ARM Cortex-M3高性能處理器的微控制器。其自帶軟件可編程的時(shí)鐘，最高可達(dá)200 MHz，另外片內(nèi)還自帶512 kB內(nèi)存，1MB串行Flash，自帶片上DC-DC轉(zhuǎn)換器。該芯片也供豐富的IO接口，支持以下常用接口：I2C，SSP，SDIO，UART，SPI，GPIO等。其中同步串行協(xié)議接口SSP可以兼容I2S接口，用來(lái)在話音編解碼模塊和主控模塊之間傳輸數(shù)字話音數(shù)據(jù)［10］。

其中，安全數(shù)字輸入輸出接口SDIO（Secure Digital Input Output）是主控模塊和W iFi收發(fā)模塊的接口。它的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快、兼容性好及可擴(kuò)展性強(qiáng)，是目前應(yīng)用十分廣泛的一種外部擴(kuò)展接口［11］。如圖7所示，圖中SDIO-CLK為時(shí)鐘信號(hào)，由主機(jī)控制器提供。SDIO-CMD為1位雙向命令總線，用于命令和響應(yīng)信號(hào)的傳輸。SDIO-DATA為4位雙向數(shù)據(jù)總線，用于數(shù)據(jù)的傳輸［10］。

圖7 SDIO接口示意圖Fig.7 Illustration of SDIO inter face

5.3 WiFi收發(fā)模塊

WiFi收發(fā)模塊主要采用Marvell的WiFi芯片88W8787，該芯片是支持IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)的雙頻段片上系統(tǒng)芯片，同時(shí)支持2.4 GHz和5 GHz頻段，同時(shí)后向兼容802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸，最高可達(dá)100 Mbps以上，完全可以滿足上述話音傳輸帶寬的要求［12］。

該芯片功能強(qiáng)大，內(nèi)置一個(gè)兼容ARM V5的一個(gè)微處理器，支持的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)160 MHz，內(nèi)置用于收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖的存儲(chǔ)器，支持的主機(jī)接口包括SDIO，且SDIO接口的最高傳輸速率可達(dá)50 Mbps［12］。

綜觀整個(gè)硬件設(shè)計(jì)方案，可以看出該方案整體性能指標(biāo)突出，支持主流802.11n標(biāo)準(zhǔn)。不僅完全滿足目前無(wú)線話音通信的要求，而且可以考慮數(shù)據(jù)通信方面的應(yīng)用。缺點(diǎn)是選用的WiFi芯片目前只能達(dá)到工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)最好需要相應(yīng)的宇航級(jí)國(guó)產(chǎn)化芯片。

6 軟件設(shè)計(jì)方案

整個(gè)軟件系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Marvell提供相關(guān)的軟件開發(fā)包。整個(gè)軟件開發(fā)包主要包括以下幾個(gè)部分：

1）核心實(shí)時(shí)軟件模塊

免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，TCP/IP協(xié)議棧軟件，MarvellWLAN驅(qū)動(dòng)和固件，接口驅(qū)動(dòng)等，數(shù)字話音數(shù)據(jù)傳輸相應(yīng)的接口主要是微控制器和話音編解碼器的控制接口以及數(shù)字音頻接口，以及微控制器和WiFi芯片的SDIO接口。

2）中間件模塊

WLAN連接管理，配置數(shù)據(jù)管理，網(wǎng)絡(luò)配置管理，固件實(shí)時(shí)更新等功能。

3）傳輸層安全模塊

該模塊主要是支持一些常用的安全功能，主要包括數(shù)據(jù)的加解密，報(bào)文的鑒權(quán)等。

4）應(yīng)用程序框架

應(yīng)用程序框架主要是提供一個(gè)通用的狀態(tài)機(jī)框架，AP和WiFi站點(diǎn)連接的常用信令流程通過(guò)狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5）WiFi固件

WiFi固件由Marvell提供，固件實(shí)現(xiàn)WiFi芯片的所有功能。該固件存儲(chǔ)在主控芯片的Flash中。

整個(gè)WiFi軟件工作的流程是系統(tǒng)上電后，主控芯片會(huì)從Flash中讀出WiFi固件，然后通過(guò)SDIO接口下載到WiFi芯片中。一旦下載成功，WiFi模塊就處于工作狀態(tài)，可以通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)控制收發(fā)話音數(shù)據(jù)。整個(gè)軟件流程如圖8所示。

7 結(jié)論

通信網(wǎng)絡(luò)是空間站上一項(xiàng)重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著話音、圖像、多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)?？臻g站無(wú)線局域網(wǎng)是空間站通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，WiFi頭戴將是基于無(wú)線局域網(wǎng)的一項(xiàng)重要應(yīng)用。提出了一種WiFi頭戴的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，硬件方案主要采用現(xiàn)有的ASIC專用集成芯片，其中包括微處理器芯片、WiFi收發(fā)芯片和話音編解碼芯片，軟件方案主要基于WiFi SDK開發(fā)。可以實(shí)現(xiàn)支持802.11n標(biāo)準(zhǔn)的適合于空間站航天員使用的WiFi頭戴。

圖8 軟件流程示意圖Fig.8 Illustration of software procedure

［1］ 王永志.實(shí)施我國(guó)載人空間站推動(dòng)載人航天事業(yè)科學(xué)發(fā)展［J］.載人航天，2011，17（1）：1-4.

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Design and Imp lementation of W iFi Headset in M anned Spaceflight

DONG Yutao，SHAO Ying，HUANG Jianqing
（Shanghai Institute of Aerospace Electronic Technology，Shanghai201109，China）

Space station wireless local area network is an important part of the space station network.WiFi headset is an important application of voice communication over space station wireless local area network，which can provide convenient wireless voice communication for IVA and EVA astronauts.Technical feasibility of wireless networking and application was studied，and a design scheme ofwireless headset for space station usewas proposed.The scheme adopted the current ASIC chip complied to 802.11n specification with advanced capabilities，which can satisfy the requirements of space station wireless voice communication.

manned spaceflight；space station；WiFi；voice communication；headset

V444.3+9

A

1674-5825（2014）04-0341-07

2013-07-07；

2014-06-27

董彧燾（1977-），男，博士，工程師，研究方向?yàn)闊o(wú)線通信。E-mail：sjtudyt@163.com