曾春（重慶工商職業(yè)學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，重慶 401520）

基于多頻互控分析的記發(fā)器信令生成器的工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

曾春
（重慶工商職業(yè)學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，重慶 401520）

1號(hào)信令是電話接續(xù)的重要信令，作為1號(hào)信令重要組成部分的記發(fā)器信令的生成與檢測(cè)一般都是由專用芯片實(shí)現(xiàn)。由于硬件接口和功能固定，在實(shí)際使用中往往受到很大限制，因此用通用芯片來實(shí)現(xiàn)這一功能可以大大增加靈活性，兼容性。但在軟硬件設(shè)計(jì)之前，準(zhǔn)確分析記發(fā)器信令的信號(hào)波形特性十分重要，往往會(huì)決定最終的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。首先分析記發(fā)器信令的具體物理特性，其具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自于滿足1號(hào)信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)設(shè)備，然后分析記發(fā)器信號(hào)的多頻互控流程，包括編碼序號(hào)和頻率成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系、信號(hào)的具體分類、信號(hào)的發(fā)送流程等，這對(duì)于建立從協(xié)議層到物理層的相關(guān)機(jī)制都是十分有意義的。最后給出工程設(shè)計(jì)的基本思路，包括從ARM+DSP的架構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯層次設(shè)計(jì)、相互之間的接口關(guān)系、配合機(jī)制等。

記發(fā)器信令；DSP；arm；雙音多頻

1　記發(fā)器信令數(shù)字采樣特征

1號(hào)信令包括線路信令和記發(fā)器信令，主要完成主、被叫號(hào)碼的發(fā)送和請(qǐng)求，主叫用戶類別，被叫用戶狀態(tài)及呼叫業(yè)務(wù)類別的傳送。

圖1所示的記發(fā)器 （前向）信號(hào)波形和圖2所示的記發(fā)器（后向）信號(hào)波形，橫坐標(biāo)有8k個(gè)采樣點(diǎn)，時(shí)間跨度為1s，從圖中可見記發(fā)器信令是典型的雙音多頻信號(hào)，即兩個(gè)不同頻率的余弦信號(hào)的疊加。

圖1　記發(fā)器信號(hào)（前向）

圖2　記發(fā)器信號(hào)（后向）

2　記發(fā)器信令信號(hào)波形生成及互控流程

在接續(xù)過程中，局間需要傳送電話號(hào)碼以及與接續(xù)有關(guān)的其他信號(hào)，稱為記發(fā)器信號(hào)；記發(fā)器信號(hào)相當(dāng)于地址信號(hào)，其傳送方式有兩種：轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)接。轉(zhuǎn)發(fā)方式是指在接續(xù)過程中，完成選擇功能的記發(fā)器信號(hào)由發(fā)端局開始，由轉(zhuǎn)接局逐段轉(zhuǎn)發(fā)，直到接通終端局用戶為止，每次轉(zhuǎn)發(fā)須先接收上一局送來的數(shù)碼，而后轉(zhuǎn)發(fā)給下一局所必要的全部數(shù)碼。轉(zhuǎn)接方式是指在接續(xù)過程中每一轉(zhuǎn)接記發(fā)器只接收為完成轉(zhuǎn)接所需要的號(hào)碼，被叫用戶號(hào)碼是由發(fā)端局直接向終端局發(fā)送。

記發(fā)器雙音多頻信號(hào)生成采樣如下規(guī)則：

采用120Hz等差級(jí)頻。前向信號(hào)從1380Hz至1140Hz，按六中取二編碼，最多15種信號(hào)，后向信號(hào)采用780Hz至1140Hz頻段，按四中取二，最多6種信號(hào)。

利用完整的余弦波曲線構(gòu)成查找表，圖3所示的余弦波查表圖，橫坐標(biāo)是采樣點(diǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)是幅度值。

圖3　余弦波查表圖

將這個(gè)波形的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來便可以據(jù)此構(gòu)造雙音多頻信號(hào)；前向信號(hào)頻率為：1380Hz、1500Hz、1620Hz、1740Hz、1860Hz、1980Hz；后向信號(hào)頻率為：1140Hz、1020Hz、900Hz、780Hz。其編碼序號(hào)和頻率成分如表1所示。

表1　編碼序號(hào)和頻率成分

我國記發(fā)器信號(hào)一般采用多頻互控方式，即MFC方式，在發(fā)送每位信號(hào)時(shí)，前向與后向配合，每位信號(hào)按四拍工作。

第一拍……去話記發(fā)器發(fā)送前向信號(hào)；第二拍……來話記發(fā)器接收識(shí)別前向信號(hào)后，發(fā)送后向信號(hào)；第三拍……去話記發(fā)器接收識(shí)別后向信號(hào)后，停發(fā)前向信號(hào)；第四拍……來話記發(fā)器接收識(shí)別前向信號(hào)后，停發(fā)后向信號(hào)?；タ亓鞒虉D如圖4所示。

圖4　互控流程圖

記發(fā)器信號(hào)是一種雙頻信號(hào)，每位信號(hào)包括兩個(gè)頻率成分：前向信號(hào)采用6“互控”是指信號(hào)發(fā)送過程中必須在收到對(duì)端來的證實(shí)信號(hào)以后才停發(fā)信號(hào)。也就是說，每一個(gè)信號(hào)的發(fā)送和接收都有一個(gè)互控過程。每個(gè)互控過程分為四個(gè)節(jié)拍：a-b-c-d。

3　記發(fā)器信號(hào)分類

記發(fā)器信號(hào)的用法因工作區(qū)段和工作階段而異，即不同工作區(qū)段和階段對(duì)前向和后向信號(hào)給于不同的含義。我國把前向信號(hào)分為I組和II組，后向信號(hào)分為A組和B組，用以改變它的含義，因而擴(kuò)大其功能。前向I組與后向A組構(gòu)成互控信號(hào)；前向II組與后向B組構(gòu)成互控信號(hào)。

3.1前向I組信號(hào)

前向I組信號(hào)由接續(xù)控制信號(hào)和數(shù)字信號(hào)組成，包括KA、KC、KE和數(shù)字信號(hào)；KA信號(hào)在長途全自動(dòng)接續(xù)時(shí)使用，是發(fā)端市話局向發(fā)端長話局所發(fā)的前向信號(hào)，用以提供主叫用戶類別，它能提供本次接續(xù)的計(jì)費(fèi)種類（定期收費(fèi)、立即收費(fèi)、免費(fèi)、營業(yè)處等）、用戶等級(jí)（普通、優(yōu)一、優(yōu)二）等原始信息。其中用戶等級(jí)的信息將由發(fā)端長話局的全自動(dòng)記發(fā)器議成相應(yīng)的KC信號(hào)。KC信號(hào)是指長話局與長話局之間前向傳送的接續(xù)控制信號(hào)。它具有保證優(yōu)先用戶的通信質(zhì)量、完成指定呼叫和其它特定接續(xù)的功能。KE信號(hào)是指終端長話局向市話局前向傳送的接續(xù)控制信號(hào)，目前只設(shè)置13作為測(cè)試呼叫，它還可用作發(fā)端市話分局向市話匯接局前向傳送的接續(xù)控制信號(hào)，如KE=11匯接信號(hào)，經(jīng)市話匯接到終端市話分局。數(shù)字信號(hào)是指采用多頻編碼方式的1～0數(shù)字信號(hào)，適用于表示主叫局號(hào)、主叫用戶號(hào)碼、被叫長途區(qū)號(hào)、被叫局號(hào)以及被叫用戶號(hào)碼。

3.2后向A組信號(hào)

后向A組信號(hào)是前向I組信號(hào)的互控信號(hào)，具有證實(shí)和控制前向I組信號(hào)的作用。其中A1、A2、A6信號(hào)統(tǒng)稱發(fā)碼位次控制信號(hào)，起控制前向數(shù)字信號(hào)的發(fā)碼位次。

A1：要求發(fā)下一位號(hào)；

A2：要求從第一位發(fā)起；

A3：它是轉(zhuǎn)至后向B組信號(hào)的控制信號(hào)；

A4：接續(xù)未到達(dá)被叫用戶的原因分析信號(hào)、表示遇忙；

A5：接續(xù)未到達(dá)被叫用戶的原因分析信號(hào)、表示連至空號(hào)；

A6：要求發(fā)KA和主叫號(hào)碼。

在終端長話局向市話局接續(xù)，或市內(nèi)分局接續(xù)，當(dāng)收號(hào)局收到被叫用戶末位號(hào)碼而回送A3信號(hào)，這樣的A3信號(hào)是互控信號(hào)；但在長話局之間，或發(fā)端市-長之間自動(dòng)接續(xù)時(shí)，當(dāng)收號(hào)局收到被叫用戶末位號(hào)碼而回送A1信號(hào)，而對(duì)方已無號(hào)碼可發(fā)，于是收號(hào)局主動(dòng)回送A3，這時(shí)A3屬于脈沖信號(hào)而非互控信號(hào)。

3.3前向II組信號(hào)（KD）

前向II組信號(hào)是發(fā)端市話局進(jìn)行長途全自動(dòng)接續(xù)或市內(nèi)接續(xù)，或發(fā)端長話局進(jìn)行長途半自動(dòng)接續(xù)所用的前向信號(hào)。它表明該次發(fā)端呼叫的業(yè)務(wù)性質(zhì)。

當(dāng)全自動(dòng)接續(xù)的發(fā)端市話局，或半自動(dòng)接續(xù)的發(fā)端長話局收到A3信號(hào)后，發(fā)端記發(fā)器信號(hào)便從I組前向信號(hào)轉(zhuǎn)換成II組前向信號(hào)（KD）。II組前向信號(hào)與B組后向信號(hào)進(jìn)行多頻互控。

3.4后向B組信號(hào)（KB）

KB信號(hào)是被叫用戶的狀態(tài)信號(hào)，其中，B1表示被叫空閑，交換機(jī)已經(jīng)接到被叫，一旦被叫用戶摘機(jī)，雙方即可通話。

4　信號(hào)的發(fā)送

KA（KOA）：后向發(fā)A6時(shí)前向發(fā)KA（KOA）+主叫用戶號(hào)碼。

KC：長途呼叫時(shí)，遇上優(yōu)先、測(cè)試、衛(wèi)星等呼叫時(shí)前向I組使用。

KD：后向A3后，前向需發(fā)送KD。

KE：長市、市市呼叫時(shí)，對(duì)話音郵箱留言的控制或測(cè)試呼叫時(shí)前向I組使用。

A信號(hào)：互控前向I組的后向信號(hào)，對(duì)于A3，當(dāng)為長市、市市呼叫或市長半自動(dòng)呼叫時(shí)為互控信號(hào)，其他情形下為多頻脈沖信號(hào)。

B信號(hào)：后向發(fā)A3，前向發(fā)II組的KD信號(hào)后，后向需發(fā)送B組信號(hào)以控制接續(xù)。

5　DSP實(shí)現(xiàn)思路

記發(fā)器信令從波形分析而言，基本上與雙音多頻信號(hào)保持一致，可以用DSP構(gòu)造采樣頻率與能量與之保持一致的數(shù)字信號(hào)，然后通過DAC轉(zhuǎn)換形成模擬波形信號(hào)。從接口上講可以采用高速串口McBSP發(fā)送數(shù)字信號(hào)，用EDMA實(shí)現(xiàn)軟件上的中斷收發(fā)。記發(fā)器信令的互控實(shí)現(xiàn)通常是通過軟件與硬件相互結(jié)合控制的方式來實(shí)現(xiàn)的，如圖5。簡單的說可以采用CPU+DSP+E1的方式來實(shí)現(xiàn)，從網(wǎng)絡(luò)分層的結(jié)構(gòu)來講，這個(gè)架構(gòu)也體現(xiàn)了記發(fā)器信令的三層結(jié)構(gòu)：CPU實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層功能，DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層，而E1實(shí)現(xiàn)物理層的電氣信號(hào)。

圖5　互控實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)

觀測(cè)1號(hào)信令互控過程中的信令信號(hào)遷移狀況，圖6所示為前向信令信號(hào)遷移圖，上半部分為協(xié)議層信號(hào)遷移，下半部分為與之對(duì)應(yīng)的記發(fā)器信號(hào)遷移，協(xié)議層信號(hào)對(duì)記發(fā)器信號(hào)具有主導(dǎo)作用。

圖6　前向信令信號(hào)遷移圖

圖7所示為后向信令信號(hào)遷移圖，上半部分為協(xié)議層信號(hào)遷移，下半部分為與之對(duì)應(yīng)的記發(fā)器信號(hào)遷移，與前向信令信號(hào)遷移原理一樣，協(xié)議層信號(hào)對(duì)記發(fā)器信號(hào)具有主導(dǎo)作用，只是控制方式機(jī)制發(fā)生了變化而已。

圖7　后向信令信號(hào)遷移圖

由此可以給出一個(gè)模擬設(shè)計(jì)：如發(fā)送方在CPU層發(fā)送前向信號(hào)數(shù)字‘1’，對(duì)應(yīng)雙音多頻信號(hào)“1380+1500”，在DSP層構(gòu)造相應(yīng)的雙音多頻數(shù)字信號(hào)，生成數(shù)字比特流送到E1接口芯片，最終生成模擬信號(hào)發(fā)送到線路上，從而完成了互控流程a；接收方收到信號(hào)，通過E1→DSP→CPU的譯碼過程，識(shí)別前向編碼‘1’，然后回應(yīng)答，發(fā)送后向信號(hào) ‘1’，類似地，構(gòu)造相對(duì)應(yīng)的 “1140+ 1020”雙音多頻信號(hào)，最終通過E1接口芯片發(fā)送，從而完成了互控流程b；當(dāng)發(fā)送方收到后向信號(hào)，通過E1→DSP→CPU的譯碼過程識(shí)別到后向信號(hào)‘1’，然后可以發(fā)送靜音信號(hào)作為停止信號(hào)，從而完成了互控流程c，當(dāng)接收方收到靜音信號(hào)，通過E1→DSP→CPU的譯碼過程識(shí)別到停止信號(hào)，然后也可以發(fā)送靜音信號(hào)作為停止信號(hào)，從而完成了互控流程d。在實(shí)際工程實(shí)踐中，要特別注意停止發(fā)送信號(hào)時(shí)對(duì)信號(hào)帶來的實(shí)際影響，軟件上的停發(fā)信號(hào)往往會(huì)導(dǎo)致一些問題，一般而言通過發(fā)送靜音信號(hào)或者其他0hz信號(hào)比較穩(wěn)妥。

6　結(jié)語

記發(fā)器信令波形具有雙音多頻信號(hào)波形特性，在其數(shù)據(jù)鏈路層可以基于DSP實(shí)現(xiàn)采用查表法實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)層上可以通過構(gòu)造MFC相關(guān)信號(hào)機(jī)制建立協(xié)議，其關(guān)鍵技術(shù)是解決雙音多頻信號(hào)的合理構(gòu)造以及軟件層與信號(hào)層之間的互控機(jī)制，其多頻互控方式可以通過軟硬件配合實(shí)現(xiàn)。如本文中列舉的CPU+DSP+E1方式，CPU完成軟件協(xié)議層，DSP完成數(shù)字信號(hào)的構(gòu)造與接收，E1完成物理信號(hào)的收發(fā)，這種機(jī)制相當(dāng)靈活且性能強(qiáng)大，不但可以完成上百路MFC信號(hào)的收發(fā)，還能與電路系統(tǒng)的其他功能相互融合。

［1］杜海源，張碧玲.信令系統(tǒng)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008.

［2］杜海源，駱亞國.No.7信令系統(tǒng)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

［3］黃勇編.中國一號(hào)信令專題［M］.華為出版社，2005.

［4］韓少云.ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［5］劉艷萍，李志軍.DSP技術(shù)原理及應(yīng)用教程 ［M］.北京：北京航空航天大學(xué)大學(xué)出版社，2008.

［6］張?jiān)器?通信網(wǎng)的信令系統(tǒng)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

［7］蔣曉.TMS320F2833x？DSP應(yīng)用開發(fā)與實(shí)踐 ［M］.北京：北京航空航天大學(xué)大學(xué)出版社，2013.

［8］吳冬梅.DSP技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：北京大學(xué)出版，2006.

［9］劉杰.基于模型的設(shè)計(jì)——MSP430/F28027/F28335 DSP篇.北京：國防工業(yè)出版社，2011.

［10］李利.DSP原理及應(yīng)用［M］.北京：水利水電出版社，2013.

［11］周立功.arm嵌入式基礎(chǔ)教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)大學(xué)出版社，2009.

［12］廖義奎.ARM Cortex-M4嵌入式實(shí)戰(zhàn)開發(fā)精解—基于STM32F4［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［13］王嵩.ARM Cortex-M4自學(xué)筆記—基于Kinetis K60 ［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

［14］朱華生.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用基于ARM微處理器和Linux操作系統(tǒng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［15］斯洛斯.ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［16］彭剛.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［17］杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［18］韓少云.ARM嵌入式系統(tǒng)移植實(shí)戰(zhàn)開發(fā) ［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［19］黃兵.ARM Cortex-M3權(quán)威指南［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［20］黃志偉.STM32f32位ARM微控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

責(zé)任編輯 王榮輝

The Design Implementation of the Register Signal Generator Based on the Analysis of Multi Frequency and Multi Control

ZENG Chun
（College of Electronic and Information Engineering，Chongqing Technology and Business Institute，Chongqing 401520，China）

No.1 sig is the important telephone connection sig.Generally，the generation and detecting of the signal，especially the MFC was implemented based on ASIC.But the flexibility is limited for the unchangeable hardware interface and function，so the universal DSP is needed.The analysis of the waveform characteristics is more important before software and hardware design for it will decide the final performance index.In this paper，the specific physical characteristics and the multi frequency process，including the signal class and sending flow，are analyzed.It is important to establish the related mechanism from the protocol layer to physical layer.In the end the engineering designing such as the ARM+DSP architecture，logic design，interface and so on will be discussed.

MFC；DSP；ARM；dual-tone multi-frequency.

TN911.72

A

1674-5787（2015）01-0147-05

10.13887/j.cnki.jccee.2015（1）.43

2015-01-02

曾春（1974—），男，工學(xué)學(xué)士，重慶工商職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向：電子信息。