無線控制器在綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中的實現(xiàn)與應用*

(中國電子科技集團公司第五十四研究所 石家莊 050200)

無線控制器在綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中的實現(xiàn)與應用*

辛利

(中國電子科技集團公司第五十四研究所 石家莊 050200)

針對調(diào)度通信系統(tǒng)業(yè)務在應急通信領域目前的發(fā)展狀況,給出了一種綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的方案,介紹了無線控制器在綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中的應用。重點講解了無線控制器的整體設計實現(xiàn),給出了各部分的實現(xiàn)原理框圖,闡述了信號在系統(tǒng)中的處理流程。無線控制器經(jīng)過實際應用,證明完全達到了設計目標,滿足了應用需求,并將會有更廣泛的應用前景。

綜合通信調(diào)度;無線控制器;語音端點檢測;DS80C411處理器

ClassNumberTP37

1 引言

當前社會應急突發(fā)事件增多,伴隨應急通信網(wǎng)絡建設的不斷深入,綜合通信調(diào)度的解決方案隨之出現(xiàn)。所謂綜合通信調(diào)度系統(tǒng)就是將數(shù)字電話網(wǎng)、公用移動通信網(wǎng)、專用移動通信網(wǎng),數(shù)據(jù)通信網(wǎng)及電臺網(wǎng)絡等既有的通信網(wǎng)絡進行整合,為應急指揮通信提供在常規(guī)語音調(diào)度基礎之上的多種通信業(yè)務互相融合的技術。

本文針對綜合通信系統(tǒng)建設的需要,提出了一種無線設備智能接入的解決方案,該方案可以方便快捷地將無線通信設備接入綜合通信調(diào)度系統(tǒng),使指揮員無須改變原有的調(diào)度操作模式,即可完成多種通信網(wǎng)絡融合模式下的通信調(diào)度。

2 綜合通信調(diào)度系統(tǒng)

綜合通信調(diào)度系統(tǒng)在現(xiàn)有的通信資源的基礎上,利用數(shù)字通信技術、DSP話音處理技術和計算機網(wǎng)絡技術,整合現(xiàn)有的衛(wèi)星通信、PSTN、移動通信,數(shù)據(jù)通信等通信資源,組成指揮調(diào)度系統(tǒng)的核心,形成一個有機的、無縫的通信網(wǎng)絡。在如此網(wǎng)絡環(huán)境下,各種通信終端之間實現(xiàn)互聯(lián)互通,并且在通信調(diào)度過程中,任何一類終端在不改變原有應用方式(雙工或半雙工等),且具有高穩(wěn)定性、高可靠性及多種通信方式通信調(diào)度的能力。

綜合通信系統(tǒng)的內(nèi)部功能實現(xiàn)采用分體設計,集中控制的模式。將接口單元、協(xié)議信令控制單元、交換單元、中心控制單元等進行模塊化,統(tǒng)一分配接口資源,所有接口利用高速總線連接,方便系統(tǒng)的維護與管理。

圖1 綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的典型應用

3 無線控制器的設計實現(xiàn)

無線控制器是綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中的核心設備,其作用是將各種無線通信方式接入到系統(tǒng)中,使之受控于系統(tǒng)高層的調(diào)度,并能對無線通信設備進行定位,使在調(diào)度終端可以顯示來話屬于哪個無線通信設備。無線控制器屬于通信接口層的設備,為系統(tǒng)的高層應用提供語音及信令的物理通道。

3.1 硬件設計分析

在綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中,為了使有線通信網(wǎng)與無線電臺進行互聯(lián),就必須使有線電話方可以自動控制通話進程,也就是可以自動控制本地電臺的發(fā)射接收狀態(tài)。使有線電話方講話時,本地無線電臺處于發(fā)射狀態(tài);反之,當有線電話方靜默時本地無線電臺要處于待機接受狀態(tài)。

另外,接入綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的無線通信設備通常為半雙工方式的無線電臺,其通信方式的特點就是PTT(PUSH TO TALK)操作方式,只有按下PTT按鍵,才能發(fā)起通話。如果按下PTT按鍵的動作由系統(tǒng)消息來模擬,從消息的產(chǎn)生,然后由高層向下發(fā)送,再經(jīng)過一系列的格式轉換及傳輸,到達系統(tǒng)所連接的無線設備時,可能已經(jīng)幾秒鐘過去了。但實際情況是,在調(diào)度員發(fā)起通話的同時就開始講話,這種情況下,就會出現(xiàn)“丟話頭現(xiàn)象”。所謂的“丟話頭”現(xiàn)象,就是由于PTT按下的消息晚于話音到達設備,由于PTT按鍵沒有被按下,而使得最起始的幾秒鐘的話音不能向外發(fā)送到受話終端的現(xiàn)象。

還有,短波電臺在正常通話時,通過電臺本身的作用,可以將噪音消除,而在待機狀態(tài)下,會有很大的噪聲,這對于話音端點檢測電路來說,容易產(chǎn)生誤判,以為是有正常的話音上報。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

再者,整個綜合通信調(diào)度系統(tǒng)工作在局域網(wǎng)環(huán)境下,所有消息均采用IP數(shù)據(jù)包的格式來進行收發(fā),而無線通信設備大多是采用串口數(shù)據(jù)格式或者直接使用電平來指示消息。

基于以上分析,將系統(tǒng)按照功能模塊可以劃分為如下幾個部分:話音端點檢測部分、語音處理部分、信令處理部分。

3.2 語音端點檢測

語音端點檢測的方法很多,本設計根據(jù)系統(tǒng)的特點采用了能量檢測的方式,達到了設計要求。通過語音能量的積累,來判斷是否有話音出現(xiàn),并給出指示。

平安西江建設過程中，西江水域資源越來越匱乏，水資源利用、交通和航運建設、漁業(yè)養(yǎng)殖等水域功能運用錯綜復雜，造成可利用水域沒有統(tǒng)籌規(guī)劃、資源浪費。

數(shù)控電位器受控于微處理器,根據(jù)所連接無線通信設備的不同及當前通信環(huán)境,來設置基準電平。話音經(jīng)過運算放大器后,由低通濾波器進行濾波,盡量將帶外的無用能量濾除,避免誤判[1～5]。

聲音進入模擬積分器后,通過能量的積累,達到一定的電平,此時和數(shù)控電位器設置的基準電平進行比較,并輸出語音檢測標志[2]。

圖3 語音端點檢測電路功能框圖

3.3 話音處理

語音處理部分的功能是對話音進行預放,使之達到語音編解碼器及語音檢測的電平要求,經(jīng)過解碼器后,進入FPGA進行緩存,再經(jīng)過編碼器后,還原為模擬信號。

圖4 語音處理的功能框圖

可調(diào)運算放大器的反饋電阻采用可控的數(shù)字電位器,由微處理器進行調(diào)整,進而調(diào)整放大器的放大倍數(shù)。

語音經(jīng)過編解碼器后,生成具有同步信息的PCM編碼格式。FPGA通過地址數(shù)據(jù)總線與微處理器相連,作為微處理器的外接RAM來操作,接受微處理器的命令,設置各路語音緩存區(qū)的大小,調(diào)整各路語音延遲時間。

CODEC設置每路語音傳輸速率為64Kbit/s,即8Kbyte的語音數(shù)據(jù),存儲4s需32Kbyte的存儲空間。每路語音在32Kbyte的存儲空間里循環(huán)緩存和讀取。

地址操作時,為每一路語音做一個計數(shù)器,計數(shù)產(chǎn)生對該路數(shù)字語音外部存儲空間的讀寫地址,每次計數(shù)結果同高層軟件控制的時長指針進行對比,如兩者不同,繼續(xù)讀寫,如兩者相同,則該路地址計數(shù)器清零,從零開始讀寫該路數(shù)字語音。而微處理器會隨時將發(fā)現(xiàn)的讀取該路緩存語音數(shù)據(jù)的時長指針寫入對應寄存器。

在操作靜態(tài)RAM時,每一路語音的操作時間內(nèi),又分兩個相位,前一個相位對該路電臺語音進行讀操作,后一個相位對該路電臺語音進行寫操作,讀寫操作的地址相同,即讀完一組數(shù)字語音數(shù)據(jù)后寫入新的數(shù)字語音數(shù)據(jù)[3～4]。

3.4 信令處理

信令處理部分是無線控制器的核心,本設計選用DS80C411芯片作為微處理器,管理整個無線控制器,通過控制網(wǎng)口,串口和IO端口對消息進行上傳下達,以適應綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡環(huán)境。

DS80C411是DALLAS公司推出的一款網(wǎng)絡微控制器,可實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)的轉換。DS80C411系統(tǒng)時鐘最高可支持75MHz,對外包含三個串口、64個I/O引腳,集成了10/100M以太網(wǎng)控制器(MAC),通過一個介質(zhì)無關接口(MII)支持使用以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議的物理設備。

在軟件實現(xiàn)上,DS80C411兼容8051指令集,并內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議棧,支持多達32個TCP的同時連接,提供接收、發(fā)送和流控制機制。內(nèi)部ROM固化了微型因特網(wǎng)接口平臺TINI,該平臺由一個基于微控制器的芯片組和支撐固件組成,固件集成了大量可被用戶程序直接調(diào)用的庫函數(shù),可支持ROM初始化、DHCP客戶端操作、進程管理、套接字函數(shù)(TCP、UDP、Multicast)、TFTP客戶端操作等。用戶在C程序中使用庫函數(shù)時,只需導入相應的庫,并包含進頭文件,就可使用任何一個ROM庫函數(shù)了[6,8]。

硬件設計上以DS80C411為核心,外圍包括實時時鐘、復位電路、FLASH ROM、靜態(tài)SRAM、串口擴展芯片SC16C554B,串口電平轉換芯片MAX3232,MII接口物理芯片RTL8201,以及連接器。

圖5 DS80C411設計框圖

SC16C554B用于擴展對外串口數(shù)量,增加可連接電臺的數(shù)目。SC16C554B是一個四通道通用異步接收發(fā)送器,與DS80C411通過地址數(shù)據(jù)線連接,它的功能是將并行數(shù)據(jù)轉化為串行數(shù)據(jù)?？捎绍浖O置串口波特率,能處理的串行速率最高可達5Mbit/s。auto-RTS和auto-CTS流控機制既可通過軟件編程實現(xiàn),也可通過硬件實現(xiàn)[9]。

介質(zhì)無關接口MII包含了一個串行管理總線,可以用來設置外部物理設備。RTL8201是遵守以太網(wǎng)協(xié)議的收發(fā)芯片,支持10/100M的MAC標準MII,可完成標準通信協(xié)議中的物理層編碼子層(PCS),物理媒體附加子層(PMA)和物理媒體獨立子層(PMD)的功能。

MII接口通過TXD[3∶0]的四條數(shù)據(jù)線并行發(fā)送數(shù)據(jù),RTL8201收到發(fā)來的數(shù)據(jù)后,通過編碼將并行數(shù)據(jù)轉化為串行,然后將數(shù)據(jù)傳到以太網(wǎng);RTL8201收到以太網(wǎng)發(fā)來的數(shù)據(jù)后,通過解碼,將串行數(shù)據(jù)轉化為并行,然后通過RXD[3∶0]的四條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)通過傳到MAC[6～7,10]。

圖6 RTL8201與DS80C411的連接

4 結語

無線控制器的設計具有實用性、經(jīng)濟性的特點,結構簡單靈活,穩(wěn)定可靠,它的應用滿足了在既有通信網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)多網(wǎng)融合的要求,符合現(xiàn)代通信調(diào)度網(wǎng)的發(fā)展趨勢,在電力、公安、鐵路和應急通信指揮等眾多市場領域得到應用并受到好評。

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DesignandApplicationofWirelessControllerintheIntegratedCommunicationDispatchSystem

XIN Li

(The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang 050200)

For current development of the dispatch communication services in the emergency response communication field, an integrated communication dispatch system solution is provided, and the application of the wireless controller in the integrated communication dispatch system is introduced. The overall design implementation of the wireless controller is emphasized;the functional block diagram for the implementation of different parts is provided;and the processing flow of signal in the system is described. Through practical application, the wireless controller has been proved to fully achieve the design object, and can satisfy the application requirements, with bright application prospect.

integrated communication dispatch system, wireless controller, VAD, DS80C411

2013年11月27日,

:2013年12月30日

辛利,男,工程師,研究方向:通信技術。

TP37DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.019