有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)應(yīng)用于綜合移動(dòng)通信系統(tǒng)
2019-11-05 02:42:14
供稿：網(wǎng)友
有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)應(yīng)用于綜合移動(dòng)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用可靠的語音檢測技術(shù)，將短波自適應(yīng)跳頻電臺(tái)、UHF超短波電臺(tái)、VHF超短波電臺(tái)和有線通信網(wǎng)經(jīng)人工應(yīng)答轉(zhuǎn)接方式可靠的連成一體，完成短波、超短波單工電臺(tái)間及短波、超短波單工電臺(tái)與有線網(wǎng)間的轉(zhuǎn)信功能。
有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)可以工作于自動(dòng)或操作員干預(yù)模式下完成短波、超短波、和有線通信網(wǎng)等信道之間的轉(zhuǎn)接。
這里著重介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的要害技術(shù)，對其它方面只作簡要說明。
接口功能:單工電臺(tái)接口(短波電臺(tái)、短波聲碼、超短波電臺(tái)和話務(wù)員接口)--包括音頻信號(hào)的輸入/輸出隔離放大和阻抗匹配、控制信號(hào)輸入/輸出的隔離、PTT控制信號(hào)選擇。有線信道接口--包括音頻信號(hào)二/四線變換、有線輸入音頻信號(hào)自動(dòng)電平控制、講話方識(shí)別、振鈴信號(hào)檢測、摘掛機(jī)與脈沖撥號(hào)。
輸入與狀態(tài)指示功能:該功能由鍵盤、顯示單元電路和450Hz振蕩器電路實(shí)現(xiàn)。
音頻信號(hào)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(hào)檢測產(chǎn)生PTT控制信號(hào)。
脈沖/雙音多頻撥號(hào)功能。
系統(tǒng)控制單元接收鍵盤和信道接口傳來的信號(hào)，按照指定方式更改系統(tǒng)的工作狀態(tài)，改變各接口單元間的模擬信號(hào)連接方式及數(shù)字控制信號(hào)，完成指定的功能。各單元接口的模擬信號(hào)的連接是通過單片機(jī)控制下的8×16模擬交換矩陣來實(shí)現(xiàn)的。
系統(tǒng)中共有八個(gè)模擬輸入信號(hào)，分別為：短波信道音頻輸入信號(hào)HFR、超短波音頻輸入信號(hào)UHFR、聲碼器音頻輸入信號(hào)VCR、有線信道輸入信號(hào)TELR、話務(wù)員語音輸入信號(hào)SVRR、語音延時(shí)輸出信號(hào)VOXO、450Hz單音信號(hào)SD和DTMF輸出信號(hào)DTMFI。
系統(tǒng)的模擬輸出信號(hào)共有九個(gè)，分別為：短波信道音頻輸出信號(hào)HFT、超短波信道輸出信號(hào)UHFT、聲碼信道輸出信號(hào)VCT、有線信道輸出信號(hào)TELT、第一路話務(wù)員音頻輸出信號(hào)SVRT1、語音延時(shí)檢測輸入信號(hào)VOXI、第二路話務(wù)員音頻輸出信號(hào)SVRT2、有線信道DTMF信號(hào)輸入DTMFT和超短波信道DTMF信號(hào)輸入。
考慮到將來擴(kuò)充功能的需要，系統(tǒng)的模擬輸出信號(hào)構(gòu)成了交換矩陣的行信號(hào)，模擬輸入信號(hào)構(gòu)成了交換矩陣的列信號(hào)。
系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)分為控制信號(hào)和單工電臺(tái)鍵控信號(hào)兩部分。控制信號(hào)均由單片機(jī)產(chǎn)生并通過I/O擴(kuò)展接口輸出到相應(yīng)的電路單元。單工電臺(tái)鍵控信號(hào)包括有線語音鍵控信號(hào)、語音檢測信號(hào)、超短波靜音信號(hào)和話務(wù)員PTT鍵控信號(hào)。根據(jù)工作方式的不同由這些信號(hào)經(jīng)GAL芯片邏輯組合得到提供給單工短波電臺(tái)所需的PTT信號(hào)。
可靠的語音檢測技術(shù)
進(jìn)行可靠的語音存在檢測是實(shí)現(xiàn)單工電臺(tái)入有線通信網(wǎng)及不同頻段單工電臺(tái)間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)信的基礎(chǔ)。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(jìn)后的一些方法，如過零率和自適應(yīng)門限等，雖然抗噪聲能力有了較大提高，但是對于干擾強(qiáng)度大、類型復(fù)雜的短波無線信道或存在強(qiáng)干擾噪聲條件下的戰(zhàn)場有線信道仍然難以適應(yīng)。隨著DSP技術(shù)的快速發(fā)展，使利用語音頻譜特征進(jìn)行語音存在檢測的復(fù)雜算法得以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，為在強(qiáng)噪聲環(huán)境下進(jìn)行可靠的語音存在檢測開辟了新的途徑。在本系統(tǒng)中，我們采用了在以TMS320C25DSP為核心實(shí)現(xiàn)的基于譜相關(guān)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(diǎn)：
* 對輸入信號(hào)幅度不敏感。
*延時(shí)時(shí)間較短，可以在256ms內(nèi)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(huán)境中可靠地檢測出語音信號(hào)，對大多數(shù)噪聲類型不會(huì)發(fā)生誤檢。
* 不會(huì)將正弦波誤檢為語音。
上述特點(diǎn)基本滿足有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)對語音檢測的要求，有效地改善了噪聲環(huán)境下轉(zhuǎn)信的效果。
有線信道與無線短波信道轉(zhuǎn)信
在各種轉(zhuǎn)接關(guān)系中，有線信道與無線短波信道間的音頻轉(zhuǎn)接性能是轉(zhuǎn)接控制系統(tǒng)性能水平的重要標(biāo)志，是有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所需解決的難點(diǎn)問題。
該方式通過檢測有線信道有無話音確定PTT的狀態(tài)(握鍵或釋放）。這種方式在實(shí)際應(yīng)用中存在如下問題：
* 側(cè)音回波問題
由于二/四線變換過程中出現(xiàn)的不匹配，在本地和遠(yuǎn)地形成側(cè)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(hào)，造成短波講話過程中PTT信號(hào)振蕩，無法進(jìn)行轉(zhuǎn)接。
當(dāng)前，通常采用人工或自動(dòng)的均衡網(wǎng)絡(luò)調(diào)整或自適應(yīng)回波抵消技術(shù)來消除側(cè)音和回波的影響。另外，通過改造短波電臺(tái)，增加PTT狀態(tài)信令標(biāo)志的方法，使語音檢測裝置在短波信道講話時(shí)停止工作，也可以克服側(cè)音和回波造成的影響。
上述方法中，人工或自動(dòng)的均衡網(wǎng)絡(luò)調(diào)整均會(huì)給使用方造成不便。自適應(yīng)回波抵消技術(shù)的均衡算法在某些噪聲環(huán)境下會(huì)不收斂，并且技術(shù)復(fù)雜功能單一，增加了設(shè)備的成本。PTT狀態(tài)信令標(biāo)志法雖然原理上簡單可靠，但是面臨著對眾多短波電臺(tái)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(shí)，使短波用戶可能聽不到有線用戶開始講話時(shí)的幾個(gè)音節(jié)，降低了轉(zhuǎn)接的通信效果。通過調(diào)節(jié)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(shí)造成的剪音現(xiàn)象。對有線語音信號(hào)進(jìn)行可靠的延時(shí)，是解決該問題的根本途徑。
* 干擾長發(fā)問題
在民用領(lǐng)域，通過采取消側(cè)音回波及語音延時(shí)技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)可靠的有/無線轉(zhuǎn)接。但在軍用野戰(zhàn)通信中，普通的能量檢測或能量過零率算法無法適應(yīng)在強(qiáng)噪聲環(huán)境下進(jìn)行可靠的話音檢測，將噪聲識(shí)別為語音信號(hào)，使PTT信號(hào)常有效，無法進(jìn)行語音轉(zhuǎn)接?？煽康恼Z音檢測算法是解決該問題的根本途徑。實(shí)驗(yàn)表明，語音譜分析加相關(guān)檢測方法可以在強(qiáng)噪聲環(huán)境下進(jìn)行可靠的語音檢測。
在本方案中，采用講話方識(shí)別與譜相關(guān)語音檢測相結(jié)合的方法克服側(cè)音回聲和有線用戶方強(qiáng)干擾環(huán)境對轉(zhuǎn)接造成的影響。具有經(jīng)濟(jì)可靠的特點(diǎn)。
講話方識(shí)別電路通過四點(diǎn)語音電平檢測和噪聲監(jiān)測電路，能夠給出有線用戶是否講話的初步指示，該信號(hào)與譜相關(guān)語音檢測電路給出的信號(hào)經(jīng)一定的邏輯運(yùn)算形成PTT控制信號(hào)。設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)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(tǒng)控制單元使（a）式中的MOD0=1，MOD1=1；（b）式中的S0=1，S1=0進(jìn)入有/無線模式。
該說明只有當(dāng)受話方有話(TI=1），并且語音檢測單元也給出語音存在信號(hào)時(shí)(VOX=0），有線語音鍵控信號(hào)才有效(TXI=1）。但是只有當(dāng)語音檢測單元給出語音不存在信號(hào)時(shí)(VOX=1），有線語音鍵控信號(hào)才無效(TXI=0），而不隨講話方識(shí)別的結(jié)果而變化。由此得出控制邏輯：只有譜相關(guān)語音檢測電路與講話方識(shí)別電路均給出有線用戶講話的指示時(shí)，PTT信號(hào)才有效。而只有當(dāng)譜相關(guān)語音檢測電路指示有線用戶講話結(jié)束時(shí)PTT信號(hào)才釋放。同時(shí)，譜相關(guān)語音檢測電路還完成語音信號(hào)的數(shù)字延時(shí)，以克服剪音現(xiàn)象。講話方識(shí)別電路克服了側(cè)音與回波對語音檢測的影響，而譜相關(guān)語音檢測電路又消除了干擾噪聲的作用。兩方面結(jié)合起來形成了可靠的PTT控制信號(hào)。譜相關(guān)語音檢測電路即具有克服剪音的語音延時(shí)功能，又可以通過交換矩陣用于短波與超短波間的轉(zhuǎn)接過程，充分發(fā)揮其作用，降低了系統(tǒng)的成本。
有/無線轉(zhuǎn)接系統(tǒng)軟件是為了滿足多種通信手段之間的連接而設(shè)計(jì)的，其基本任務(wù)是識(shí)別各種輸入信號(hào)，控制有關(guān)硬件電路完成轉(zhuǎn)接關(guān)系并輸出規(guī)定的顯示信息。系統(tǒng)的輸入包括操作過程中的按鍵輸入和各信道遠(yuǎn)端的呼叫請求，輸出則體現(xiàn)為操作目的的實(shí)現(xiàn)和相應(yīng)的聲光信號(hào)。另外，為了保證系統(tǒng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)，軟件中必須采取抗干擾措施，提高系統(tǒng)的可靠性。
本軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，把按鍵處理、呼叫處理、燈光指示、自動(dòng)拆線分別作成模塊，彼此通過一組系統(tǒng)變量建立聯(lián)系。這一組系統(tǒng)變量包含了接口控制、狀態(tài)序號(hào)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(tǒng)重入、復(fù)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(hào)，P1口采集鍵輸入和呼叫信號(hào)，計(jì)時(shí)中斷0用作指示燈多種閃爍模式的信號(hào)發(fā)生器，計(jì)時(shí)中斷1放置監(jiān)控程序體。
芯片8255用于單片機(jī)接口的擴(kuò)展，共提供PA,PB,PC三個(gè)八位并行口，本系統(tǒng)將它們?nèi)慷x為輸出方式，輸出控制信號(hào)。
芯片8816是主要的轉(zhuǎn)接執(zhí)行器件。芯片DS1232用作看門狗，通過CPU控制。
系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是通過查表操作完成的。軟件中最復(fù)雜的部分是按鍵處理。本設(shè)計(jì)采用在有限范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移的方法，即鍵輸入與當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)共同決定次態(tài)。
確定按鍵后，第一步算出鍵編碼作為查表變址，當(dāng)前狀態(tài)序號(hào)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移表首址相加做為基址,利用查表指令從“狀態(tài)轉(zhuǎn)移表”中讀出次態(tài)的序號(hào)；第二步以次態(tài)序號(hào)為變址，參數(shù)表首址為基址，從“參數(shù)表”中查出次態(tài)對應(yīng)的系統(tǒng)變量；第三步修改原來的系統(tǒng)變量，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移。這樣每次轉(zhuǎn)移都以現(xiàn)狀態(tài)為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在有限范圍內(nèi)(幾個(gè)鍵就有幾種轉(zhuǎn)移方向)轉(zhuǎn)移的目的。
按鍵處理模塊后,接著執(zhí)行自動(dòng)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(dāng)前的呼叫處理并禁止響應(yīng)后續(xù)呼叫申請。無連接時(shí)讀入呼叫申請，判定到有呼叫而且答應(yīng)響應(yīng)時(shí)（該信道未被激活），置
