跨頻多路通信轉接平臺設計與實現(xiàn)

摘要：提出一種適合于快速接入、靈活操作的跨頻多路通信轉接平臺設計，可實現(xiàn)災害現(xiàn)場多種制式的通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，尤其對于重大災害事故、突發(fā)事件現(xiàn)場，以通信轉接平臺為核心，實現(xiàn)現(xiàn)場通信指揮組網，并可實現(xiàn)消防、公安、武警、人防等多部門資源共享、信息互通，為災害現(xiàn)場指揮構建了較為完善的指揮平臺。
關鍵詞：無線通信；轉接；CTI；應急救援

0 引言
    隨著社會經濟的發(fā)展，我國的滅火救援形勢逐步趨向社會化、全局化、復雜化和智能化，火災、事故救援現(xiàn)場的特殊性對災害現(xiàn)場的通信鏈路暢通無阻提出了更高的要求。消防部隊在現(xiàn)場救援中分為戰(zhàn)斗班組、后勤班組、通信班組等，同時在災害現(xiàn)場還存在公安交警維持秩序、醫(yī)療救援小隊搶救傷員、現(xiàn)場指揮中心全局指揮。在如此復雜的通信環(huán)境中，要兼顧到各個角落，又要確保整體統(tǒng)一，就需要現(xiàn)場所有存在的通信設備高效有序互聯(lián)互通。
    而當前在救災現(xiàn)場通常使用的無線通信設備包括集群／常規(guī)電臺對講機、GSM／CDMA手機、衛(wèi)星電話等，這些設備無法直接互通，即使集群／常規(guī)電臺對講機使用的頻段分為350 MHz，450 MHz，800 MHz等，同樣無法直接互通。因此很容易形成各自獨立，無法溝通的信息通信點，大大降低了救援的效率。
    本文針對消防救援現(xiàn)場現(xiàn)狀，為解決指揮救援指令不能及時下達的問題，依據消防通信標準，研制一套適用于災害救援現(xiàn)場的消防部門通信交互平臺，提高救援現(xiàn)場指令傳達和信息反饋的效率，從技術上支持實現(xiàn)對現(xiàn)場各部門的集中統(tǒng)一指揮。

1 跨頻多路通信轉接平臺系統(tǒng)設計
1．1 設計原理
    目前一般可用三種轉換模式實現(xiàn)多制式通信交互。第一種為不同種類不同頻段通信方式的信令直接交互；第二種為以某第三方信令為基礎建立一個“共通信令”的轉換模式；第三種為不考慮信令的轉接模式，而僅在模擬語音端進行讀取與交互。
    第一種工作模式中需要對所有接入的通信方式預先設置好接口狀態(tài)，通過一個處理器，進行轉接交互，當接入的通信端逐漸增加時，處理器所要處理的任務呈幾何數增長，這樣的工作方式系統(tǒng)復雜且無法滿足多路交互的需求，如圖1(a)所示。

    第二種工作模式中當有任何建立通話的信令傳送至處理器時，都將之轉換成共通信令，再根據被叫方使用者的信令類別作適當的轉換后傳送出去。此模式須針對不同的信令加以分析并提出一套轉換機制，能夠使各類的信令都轉換成“共通信令”。雖然此種工作模式可處理多路交互需求，但是仍不能降低系統(tǒng)復雜度，如圖1(b)所示。
    第三種工作模式。僅針對瀆取語音數據，將讀取到的語音數據通過CTI技術，進行轉接交互。該模式無需考慮各種通信方式的信令問題，容易實現(xiàn)，系統(tǒng)的成本較低，且在保證系統(tǒng)復雜度的同時，能處理多路交互需求，如圖1(c)所示。
    根據前面介紹的我國消防現(xiàn)場通信的現(xiàn)狀，因為大量使用了集群／常規(guī)電臺、對講機作為主要的通信設備，且由于數字集群信令格式編碼都由各廠商自主制定，并且對外保密，故不易進行破解，所以選用第三種工作模式。
1．2 硬件組成
    跨頻多路通信轉接平臺由一個中央處理器、半雙工控制模塊、雙工控制模塊、用戶接口模塊、電源模塊、轉接平臺終端組成。半雙工控制模塊可連接超短波電臺、集群電臺、短波電臺等；雙工控制模塊可接入有線電話網絡、GSM通信網絡、衛(wèi)星電話網絡等；用戶接口單元可連接監(jiān)聽電話。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

    中央處理器基于雙線模擬線路與各接口模塊相連接，采用直流環(huán)路信號工作方式。半雙工控制模塊通過使用電臺16針的擴展接口，接收／發(fā)送音頻信號，通過TCP／IP協(xié)議，接收平臺終端命令實現(xiàn)令牌控制。雙工控制模塊提供了移動電話網絡的接入功能。中央控制器具有16路以內的話路并行處理能力，通過高性能DSP算法實現(xiàn)精確的信號音檢測和分析，支持DTMF和FSK兩種模式，通過編程實現(xiàn)各路通話的交換，并能進行同步錄音等功能。
    半雙工控制模塊將電臺的四線信號(收發(fā)各2線)轉換為2線信號，實現(xiàn)電話和電臺的互聯(lián)互通功能。并且將電臺PTT控制信號有序刪除，根據指令進行令牌網的控制。接口采用DSP技術設計，可準確監(jiān)測語音，并儲存延遲發(fā)送的語音數據，以防止丟失。
    雙工控制模塊采用高度整合的芯片組，可與當地基站完全兼容，提供標準的鈴流／饋電接口，PSTN網絡直接連接進入中央處理器。
    用戶接口單元提供了一路監(jiān)聽電話線路，保證了調度人員對全局使用情況的了解。
    平臺轉接終端為一臺運行調度維護軟件的計算機終端，通過平臺轉接終端主要可完成兩項功能：一是完成有／無線呼叫轉接以及多方會議等各種調度功能；二是對系統(tǒng)的各類參數進行修改、查看和設置，以及完成監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)和顯示系統(tǒng)告警信息等的管理、維護功能。并且對所有進入中央控制器的語音信號進行全程錄音。
1．3 軟件設計
    跨頻多路通信轉接平臺通過PC端進行控制，控制所調用的API函數主要集成在一個核心DLL中，在這個DLL里可以實現(xiàn)模擬語音的初始化及釋放、通道交換、錄放音、收發(fā)碼等功能。這是一個用于配置和控制所有在片外圍電路的C語言API函數集合。CSL由19個模塊組成，每個模塊對應一個在片外圍電路，在對DSP不同部分進行初始化時，只需調用相應模塊的API函數便可方便、高效地達到初始化的目標。表1是部分函數功能，表2是部分半雙工控制模塊預置命令。

    程序流程圖如圖3所示。

    主體運行程序部分代碼如下：
   
    同步TCP／IP命令發(fā)送部分程序部分代碼如下：
    


2 系統(tǒng)測試及結果
    在轉接平臺設計與實現(xiàn)過程中，主要是中央處理器與半雙工控制模塊及雙工控制模塊之間的互聯(lián)互通，因中央處理器本身兼容雙線模擬線路，故而關鍵點在于中央控制器與半雙工控制模塊的通信。測試環(huán)境如圖4所示。

2．1 通信功能測試
    連接好設備，給系統(tǒng)加電，通過平臺終端TCP／IP測試工具，發(fā)送預先設置好的命令，查看指令通信情況。如圖5所示。

    等待指令狀態(tài)時，半雙工控制模塊返回指示信息為：“090000000000”，在接收到平臺終端發(fā)出PTT ON指令后，返回指示信息為：“0A 1102000000”，顯示控制模塊響應平臺指令，從而進行相應功能，在接收到平臺發(fā)出PTT OFF指令后，返回指示信息為：“0A0902000000”。如圖5所示，平臺實現(xiàn)控制半雙工控制模塊進行令牌網絡傳輸。
2．2 轉接平臺整體測試
    (1)將半雙工控制模塊與450 MHz，800MHz常規(guī)電臺連接，雙工控制模塊與PSTN連接；
    (2)運行平臺終端控制軟件；
    (3)用手機撥打連接在雙工控制模塊上的電話號碼，此時可看見軟件狀態(tài)窗口在接入端由灰色變?yōu)榫G色，手機中聽到撥號音；
    (4)軟件點取450 MHz與PSTN相交點，實現(xiàn)兩個通信端通道接通；
    (5)常規(guī)電臺在手機端判別為未講話狀態(tài)時，可進行通話，否則只能接聽手機語音；
    (6)將通話狀態(tài)下，將手機掛機，軟件狀態(tài)窗口中對應接入端狀態(tài)變?yōu)榛疑瑫r內部釋放通道。

3 結語
    本文提出將各種不同制式的集群／常規(guī)電臺進行轉換，解決目前滅火救援現(xiàn)場通信存在的消防部門滅火救援現(xiàn)場通信的區(qū)域差別大、滅火救援現(xiàn)場通信組織不夠健全、現(xiàn)場通信混亂、使用效率不高等問題，建立集群／常規(guī)電臺通用接口可以開發(fā)臨時組網和開放式組呼等功能，為火場通信的層次化提供最大保障。