有/無線轉接系統應用于綜合移動通信系統
2019-11-05 02:42:14
供稿：網友
有/無線轉接系統應用于綜合移動通信系統。該系統通過采用可靠的語音檢測技術，將短波自適應跳頻電臺、UHF超短波電臺、VHF超短波電臺和有線通信網經人工應答轉接方式可靠的連成一體，完成短波、超短波單工電臺間及短波、超短波單工電臺與有線網間的轉信功能。
有/無線轉接系統可以工作于自動或操作員干預模式下完成短波、超短波、和有線通信網等信道之間的轉接。
這里著重介紹系統實現的要害技術，對其它方面只作簡要說明。
接口功能:單工電臺接口(短波電臺、短波聲碼、超短波電臺和話務員接口)--包括音頻信號的輸入/輸出隔離放大和阻抗匹配、控制信號輸入/輸出的隔離、PTT控制信號選擇。有線信道接口--包括音頻信號二/四線變換、有線輸入音頻信號自動電平控制、講話方識別、振鈴信號檢測、摘掛機與脈沖撥號。
輸入與狀態指示功能:該功能由鍵盤、顯示單元電路和450Hz振蕩器電路實現。
音頻信號連接功能:由大于9×8的模擬交換矩陣完成。
利用可靠的語音信號檢測產生PTT控制信號。
脈沖/雙音多頻撥號功能。
系統控制單元接收鍵盤和信道接口傳來的信號，按照指定方式更改系統的工作狀態，改變各接口單元間的模擬信號連接方式及數字控制信號，完成指定的功能。各單元接口的模擬信號的連接是通過單片機控制下的8×16模擬交換矩陣來實現的。
系統中共有八個模擬輸入信號，分別為：短波信道音頻輸入信號HFR、超短波音頻輸入信號UHFR、聲碼器音頻輸入信號VCR、有線信道輸入信號TELR、話務員語音輸入信號SVRR、語音延時輸出信號VOXO、450Hz單音信號SD和DTMF輸出信號DTMFI。
系統的模擬輸出信號共有九個，分別為：短波信道音頻輸出信號HFT、超短波信道輸出信號UHFT、聲碼信道輸出信號VCT、有線信道輸出信號TELT、第一路話務員音頻輸出信號SVRT1、語音延時檢測輸入信號VOXI、第二路話務員音頻輸出信號SVRT2、有線信道DTMF信號輸入DTMFT和超短波信道DTMF信號輸入。
考慮到將來擴充功能的需要，系統的模擬輸出信號構成了交換矩陣的行信號，模擬輸入信號構成了交換矩陣的列信號。
系統中的數字信號分為控制信號和單工電臺鍵控信號兩部分?？刂菩盘柧蓡纹瑱C產生并通過I/O擴展接口輸出到相應的電路單元。單工電臺鍵控信號包括有線語音鍵控信號、語音檢測信號、超短波靜音信號和話務員PTT鍵控信號。根據工作方式的不同由這些信號經GAL芯片邏輯組合得到提供給單工短波電臺所需的PTT信號。
可靠的語音檢測技術
進行可靠的語音存在檢測是實現單工電臺入有線通信網及不同頻段單工電臺間實現轉信的基礎。早期一般采用比較簡單的能量檢測方法，對噪聲很敏感，只適用于高信噪比的條件。改進后的一些方法，如過零率和自適應門限等，雖然抗噪聲能力有了較大提高，但是對于干擾強度大、類型復雜的短波無線信道或存在強干擾噪聲條件下的戰場有線信道仍然難以適應。隨著DSP技術的快速發展，使利用語音頻譜特征進行語音存在檢測的復雜算法得以實時實現，為在強噪聲環境下進行可靠的語音存在檢測開辟了新的途徑。在本系統中，我們采用了在以TMS320C25DSP為核心實現的基于譜相關的語音存在檢測算法作為語音檢測單元。
采用該算法具有如下特點：
* 對輸入信號幅度不敏感。
*延時時間較短，可以在256ms內檢測出語音是否存在。
* 具有良好的敏感度和精度，可以在0dB以下的噪聲環境中可靠地檢測出語音信號，對大多數噪聲類型不會發生誤檢。
* 不會將正弦波誤檢為語音。
上述特點基本滿足有/無線轉接系統對語音檢測的要求，有效地改善了噪聲環境下轉信的效果。
有線信道與無線短波信道轉信
在各種轉接關系中，有線信道與無線短波信道間的音頻轉接性能是轉接控制系統性能水平的重要標志，是有/無線轉接系統設計過程中所需解決的難點問題。
該方式通過檢測有線信道有無話音確定PTT的狀態(握鍵或釋放）。這種方式在實際應用中存在如下問題：
* 側音回波問題
由于二/四線變換過程中出現的不匹配，在本地和遠地形成側音和回波，使得語音檢測裝置檢測到無線短波信道傳來的語音信號，造成短波講話過程中PTT信號振蕩，無法進行轉接。
當前，通常采用人工或自動的均衡網絡調整或自適應回波抵消技術來消除側音和回波的影響。另外，通過改造短波電臺，增加PTT狀態信令標志的方法，使語音檢測裝置在短波信道講話時停止工作，也可以克服側音和回波造成的影響。
上述方法中，人工或自動的均衡網絡調整均會給使用方造成不便。自適應回波抵消技術的均衡算法在某些噪聲環境下會不收斂，并且技術復雜功能單一，增加了設備的成本。PTT狀態信令標志法雖然原理上簡單可靠，但是面臨著對眾多短波電臺的改造，并使其通用性下降。
* 剪音問題
由于語音檢測及PTT握鍵等造成的延時，使短波用戶可能聽不到有線用戶開始講話時的幾個音節，降低了轉接的通信效果。通過調節語音檢測的靈敏度從一定程度上可以使該問題得到改善，但降低了語音檢測的抗噪聲性能，并且無法克服由PTT延時造成的剪音現象。對有線語音信號進行可靠的延時，是解決該問題的根本途徑。
* 干擾長發問題
在民用領域，通過采取消側音回波及語音延時技術就可以實現可靠的有/無線轉接。但在軍用野戰通信中，普通的能量檢測或能量過零率算法無法適應在強噪聲環境下進行可靠的話音檢測，將噪聲識別為語音信號，使PTT信號常有效，無法進行語音轉接?？煽康恼Z音檢測算法是解決該問題的根本途徑。實驗表明，語音譜分析加相關檢測方法可以在強噪聲環境下進行可靠的語音檢測。
在本方案中，采用講話方識別與譜相關語音檢測相結合的方法克服側音回聲和有線用戶方強干擾環境對轉接造成的影響。具有經濟可靠的特點。
講話方識別電路通過四點語音電平檢測和噪聲監測電路，能夠給出有線用戶是否講話的初步指示，該信號與譜相關語音檢測電路給出的信號經一定的邏輯運算形成PTT控制信號。設計的邏輯關系如下:
TXI =>
!VOX & TI & MOD0 & MOD1
# !VOX & MOD0 & BACK & MOD1
# !VOX & TI & MOD0 & !CTL1
# !VOX & MOD0 & BACK & !CTL1
# !VOX & TI & MOD1 & !CTL2
# !VOX & BACK & MOD1 & !CTL2
TXI=>BACK --------(a)
PTT =>
I2 & !S0 & S1
# TXI & S0 & !S1
# !S0 & MPTT & !S1 --------(b)
該系統控制單元使（a）式中的MOD0=1，MOD1=1；（b）式中的S0=1，S1=0進入有/無線模式。
該說明只有當受話方有話(TI=1），并且語音檢測單元也給出語音存在信號時(VOX=0），有線語音鍵控信號才有效(TXI=1）。但是只有當語音檢測單元給出語音不存在信號時(VOX=1），有線語音鍵控信號才無效(TXI=0），而不隨講話方識別的結果而變化。由此得出控制邏輯：只有譜相關語音檢測電路與講話方識別電路均給出有線用戶講話的指示時，PTT信號才有效。而只有當譜相關語音檢測電路指示有線用戶講話結束時PTT信號才釋放。同時，譜相關語音檢測電路還完成語音信號的數字延時，以克服剪音現象。講話方識別電路克服了側音與回波對語音檢測的影響，而譜相關語音檢測電路又消除了干擾噪聲的作用。兩方面結合起來形成了可靠的PTT控制信號。譜相關語音檢測電路即具有克服剪音的語音延時功能，又可以通過交換矩陣用于短波與超短波間的轉接過程，充分發揮其作用，降低了系統的成本。
有/無線轉接系統軟件是為了滿足多種通信手段之間的連接而設計的，其基本任務是識別各種輸入信號，控制有關硬件電路完成轉接關系并輸出規定的顯示信息。系統的輸入包括操作過程中的按鍵輸入和各信道遠端的呼叫請求，輸出則體現為操作目的的實現和相應的聲光信號。另外，為了保證系統在移動通信系統的電磁環境中正常運轉，軟件中必須采取抗干擾措施，提高系統的可靠性。
本軟件采用結構化程序設計方法，把按鍵處理、呼叫處理、燈光指示、自動拆線分別作成模塊，彼此通過一組系統變量建立聯系。這一組系統變量包含了接口控制、狀態序號以及顯示模式三部分。在不影響程序可讀性的前提下，還加入了系統重入、復位陷阱等安全措施。
CPU選擇89C51，其P0口完成地址譯碼并輸出控制信號，P1口采集鍵輸入和呼叫信號，計時中斷0用作指示燈多種閃爍模式的信號發生器，計時中斷1放置監控程序體。
芯片8255用于單片機接口的擴展，共提供PA,PB,PC三個八位并行口，本系統將它們全部定義為輸出方式，輸出控制信號。
芯片8816是主要的轉接執行器件。芯片DS1232用作看門狗，通過CPU控制。
系統的狀態轉換是通過查表操作完成的。軟件中最復雜的部分是按鍵處理。本設計采用在有限范圍內轉移的方法，即鍵輸入與當前系統狀態共同決定次態。
確定按鍵后，第一步算出鍵編碼作為查表變址，當前狀態序號與狀態轉移表首址相加做為基址,利用查表指令從“狀態轉移表”中讀出次態的序號；第二步以次態序號為變址，參數表首址為基址，從“參數表”中查出次態對應的系統變量；第三步修改原來的系統變量，完成狀態轉移。這樣每次轉移都以現狀態為起點，實現了在有限范圍內(幾個鍵就有幾種轉移方向)轉移的目的。
按鍵處理模塊后,接著執行自動拆線模塊和呼叫處理模塊，先判定是否已存在連接，假如有連接就停止當前的呼叫處理并禁止響應后續呼叫申請。無連接時讀入呼叫申請，判定到有呼叫而且答應響應時（該信道未被激活），置
