(中國電子科技集團(tuán)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(shí)現(xiàn)與應(yīng)用*

辛利

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 石家莊 050200)

針對(duì)調(diào)度通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)在應(yīng)急通信領(lǐng)域目前的發(fā)展?fàn)顩r,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(yīng)用。重點(diǎn)講解了無線控制器的整體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),給出了各部分的實(shí)現(xiàn)原理框圖,闡述了信號(hào)在系統(tǒng)中的處理流程。無線控制器經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,證明完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),滿足了應(yīng)用需求,并將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景。

綜合通信調(diào)度;無線控制器;語音端點(diǎn)檢測(cè);DS80C411處理器

ClassNumberTP37

1 引言

當(dāng)前社會(huì)應(yīng)急突發(fā)事件增多,伴隨應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(dòng)通信網(wǎng)、專用移動(dòng)通信網(wǎng),數(shù)據(jù)通信網(wǎng)及電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)等既有的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合,為應(yīng)急指揮通信提供在常規(guī)語音調(diào)度基礎(chǔ)之上的多種通信業(yè)務(wù)互相融合的技術(shù)。

本文針對(duì)綜合通信系統(tǒng)建設(shè)的需要,提出了一種無線設(shè)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(shè)備接入綜合通信調(diào)度系統(tǒng),使指揮員無須改變?cè)械恼{(diào)度操作模式,即可完成多種通信網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上,利用數(shù)字通信技術(shù)、DSP話音處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),整合現(xiàn)有的衛(wèi)星通信、PSTN、移動(dòng)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(gè)有機(jī)的、無縫的通信網(wǎng)絡(luò)。在如此網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,各種通信終端之間實(shí)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?cè)袘?yīng)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(shí)現(xiàn)采用分體設(shè)計(jì),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(jìn)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(hù)與管理。

圖1 綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3 無線控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

無線控制器是綜合通信調(diào)度系統(tǒng)中的核心設(shè)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(duì)無線通信設(shè)備進(jìn)行定位,使在調(diào)度終端可以顯示來話屬于哪個(gè)無線通信設(shè)備。無線控制器屬于通信接口層的設(shè)備,為系統(tǒng)的高層應(yīng)用提供語音及信令的物理通道。

3.1 硬件設(shè)計(jì)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(tái)進(jìn)行互聯(lián),就必須使有線電話方可以自動(dòng)控制通話進(jìn)程,也就是可以自動(dòng)控制本地電臺(tái)的發(fā)射接收狀態(tài)。使有線電話方講話時(shí),本地?zé)o線電臺(tái)處于發(fā)射狀態(tài);反之,當(dāng)有線電話方靜默時(shí)本地?zé)o線電臺(tái)要處于待機(jī)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(shè)備通常為半雙工方式的無線電臺(tái),其通信方式的特點(diǎn)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(dòng)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(zhuǎn)換及傳輸,到達(dá)系統(tǒng)所連接的無線設(shè)備時(shí),可能已經(jīng)幾秒鐘過去了。但實(shí)際情況是,在調(diào)度員發(fā)起通話的同時(shí)就開始講話,這種情況下,就會(huì)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(dá)設(shè)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(tái)在正常通話時(shí),通過電臺(tái)本身的作用,可以將噪音消除,而在待機(jī)狀態(tài)下,會(huì)有很大的噪聲,這對(duì)于話音端點(diǎn)檢測(cè)電路來說,容易產(chǎn)生誤判,以為是有正常的話音上報(bào)。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

再者,整個(gè)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(jìn)行收發(fā),而無線通信設(shè)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(gè)部分:話音端點(diǎn)檢測(cè)部分、語音處理部分、信令處理部分。

3.2 語音端點(diǎn)檢測(cè)

語音端點(diǎn)檢測(cè)的方法很多,本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)采用了能量檢測(cè)的方式,達(dá)到了設(shè)計(jì)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(shè)過程中，西江水域資源越來越匱乏，水資源利用、交通和航運(yùn)建設(shè)、漁業(yè)養(yǎng)殖等水域功能運(yùn)用錯(cuò)綜復(fù)雜，造成可利用水域沒有統(tǒng)籌規(guī)劃、資源浪費(fèi)。

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

聲音進(jìn)入模擬積分器后,通過能量的積累,達(dá)到一定的電平,此時(shí)和數(shù)控電位器設(shè)置的基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較,并輸出語音檢測(cè)標(biāo)志[2]。

圖3 語音端點(diǎn)檢測(cè)電路功能框圖

3.3 話音處理

語音處理部分的功能是對(duì)話音進(jìn)行預(yù)放,使之達(dá)到語音編解碼器及語音檢測(cè)的電平要求,經(jīng)過解碼器后,進(jìn)入FPGA進(jìn)行緩存,再經(jīng)過編碼器后,還原為模擬信號(hào)。

圖4 語音處理的功能框圖

可調(diào)運(yùn)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(jìn)行調(diào)整,進(jìn)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(shè)置各路語音緩存區(qū)的大小,調(diào)整各路語音延遲時(shí)間。

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

地址操作時(shí),為每一路語音做一個(gè)計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)產(chǎn)生對(duì)該路數(shù)字語音外部存儲(chǔ)空間的讀寫地址,每次計(jì)數(shù)結(jié)果同高層軟件控制的時(shí)長(zhǎng)指針進(jìn)行對(duì)比,如兩者不同,繼續(xù)讀寫,如兩者相同,則該路地址計(jì)數(shù)器清零,從零開始讀寫該路數(shù)字語音。而微處理器會(huì)隨時(shí)將發(fā)現(xiàn)的讀取該路緩存語音數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)指針寫入對(duì)應(yīng)寄存器。

在操作靜態(tài)RAM時(shí),每一路語音的操作時(shí)間內(nèi),又分兩個(gè)相位,前一個(gè)相位對(duì)該路電臺(tái)語音進(jìn)行讀操作,后一個(gè)相位對(duì)該路電臺(tái)語音進(jìn)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(shè)計(jì)選用DS80C411芯片作為微處理器,管理整個(gè)無線控制器,通過控制網(wǎng)口,串口和IO端口對(duì)消息進(jìn)行上傳下達(dá),以適應(yīng)綜合通信調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

DS80C411是DALLAS公司推出的一款網(wǎng)絡(luò)微控制器,可實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。DS80C411系統(tǒng)時(shí)鐘最高可支持75MHz,對(duì)外包含三個(gè)串口、64個(gè)I/O引腳,集成了10/100M以太網(wǎng)控制器(MAC),通過一個(gè)介質(zhì)無關(guān)接口(MII)支持使用以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議的物理設(shè)備。

在軟件實(shí)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(dá)32個(gè)TCP的同時(shí)連接,提供接收、發(fā)送和流控制機(jī)制。內(nèi)部ROM固化了微型因特網(wǎng)接口平臺(tái)TINI,該平臺(tái)由一個(gè)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(jìn)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(shí),只需導(dǎo)入相應(yīng)的庫,并包含進(jìn)頭文件,就可使用任何一個(gè)ROM庫函數(shù)了[6,8]。

硬件設(shè)計(jì)上以DS80C411為核心,外圍包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘、復(fù)位電路、FLASH ROM、靜態(tài)SRAM、串口擴(kuò)展芯片SC16C554B,串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232,MII接口物理芯片RTL8201,以及連接器。

圖5 DS80C411設(shè)計(jì)框圖

SC16C554B用于擴(kuò)展對(duì)外串口數(shù)量,增加可連接電臺(tái)的數(shù)目。SC16C554B是一個(gè)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(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)。可由軟件設(shè)置串口波特率,能處理的串行速率最高可達(dá)5Mbit/s。auto-RTS和auto-CTS流控機(jī)制既可通過軟件編程實(shí)現(xiàn),也可通過硬件實(shí)現(xiàn)[9]。

介質(zhì)無關(guān)接口MII包含了一個(gè)串行管理總線,可以用來設(shè)置外部物理設(shè)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(biāo)準(zhǔn)MII,可完成標(biāo)準(zhǔn)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(dú)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)語

無線控制器的設(shè)計(jì)具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活,穩(wěn)定可靠,它的應(yīng)用滿足了在既有通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)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(shì),在電力、公安、鐵路和應(yīng)急通信指揮等眾多市場(chǎng)領(lǐng)域得到應(yīng)用并受到好評(píng)。

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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(shù)。

TP37DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.019