跨频多路通信转接平台设计与实现

摘要：提出一种适合于快速接入、灵活操作的跨频多路通信转接平台设计，可实现灾害现场多种制式的通信系统的互联互通，尤其对于重大灾害事故、突发事件现场，以通信转接平台为核心，实现现场通信指挥组网，并可实现消防、公安、武警、人防等多部门资源共享、信息互通，为灾害现场指挥构建了较为完善的指挥平台。
关键词：无线通信；转接；CTI；应急救援

0 引言
    随着社会经济的发展，我国的灭火救援形势逐步趋向社会化、全局化、复杂化和智能化，火灾、事故救援现场的特殊性对灾害现场的通信链路畅通无阻提出了更高的要求。消防部队在现场救援中分为战斗班组、后勤班组、通信班组等，同时在灾害现场还存在公安交警维持秩序、医疗救援小队抢救伤员、现场指挥中心全局指挥。在如此复杂的通信环境中，要兼顾到各个角落，又要确保整体统一，就需要现场所有存在的通信设备高效有序互联互通。
    而当前在救灾现场通常使用的无线通信设备包括集群／常规电台对讲机、GSM／CDMA手机、卫星电话等，这些设备无法直接互通，即使集群／常规电台对讲机使用的频段分为350 MHz，450 MHz，800 MHz等，同样无法直接互通。因此很容易形成各自独立，无法沟通的信息通信点，大大降低了救援的效率。
    本文针对消防救援现场现状，为解决指挥救援指令不能及时下达的问题，依据消防通信标准，研制一套适用于灾害救援现场的消防部门通信交互平台，提高救援现场指令传达和信息反馈的效率，从技术上支持实现对现场各部门的集中统一指挥。

1 跨频多路通信转接平台系统设计
1．1 设计原理
    目前一般可用三种转换模式实现多制式通信交互。第一种为不同种类不同频段通信方式的信令直接交互；第二种为以某第三方信令为基础建立一个“共通信令”的转换模式；第三种为不考虑信令的转接模式，而仅在模拟语音端进行读取与交互。
    第一种工作模式中需要对所有接入的通信方式预先设置好接口状态，通过一个处理器，进行转接交互，当接入的通信端逐渐增加时，处理器所要处理的任务呈几何数增长，这样的工作方式系统复杂且无法满足多路交互的需求，如图1(a)所示。

    第二种工作模式中当有任何建立通话的信令传送至处理器时，都将之转换成共通信令，再根据被叫方使用者的信令类别作适当的转换后传送出去。此模式须针对不同的信令加以分析并提出一套转换机制，能够使各类的信令都转换成“共通信令”。虽然此种工作模式可处理多路交互需求，但是仍不能降低系统复杂度，如图1(b)所示。
    第三种工作模式。仅针对渎取语音数据，将读取到的语音数据通过CTI技术，进行转接交互。该模式无需考虑各种通信方式的信令问题，容易实现，系统的成本较低，且在保证系统复杂度的同时，能处理多路交互需求，如图1(c)所示。
    根据前面介绍的我国消防现场通信的现状，因为大量使用了集群／常规电台、对讲机作为主要的通信设备，且由于数字集群信令格式编码都由各厂商自主制定，并且对外保密，故不易进行破解，所以选用第三种工作模式。
1．2 硬件组成
    跨频多路通信转接平台由一个中央处理器、半双工控制模块、双工控制模块、用户接口模块、电源模块、转接平台终端组成。半双工控制模块可连接超短波电台、集群电台、短波电台等；双工控制模块可接入有线电话网络、GSM通信网络、卫星电话网络等；用户接口单元可连接监听电话。系统组成框图如图2所示。

    中央处理器基于双线模拟线路与各接口模块相连接，采用直流环路信号工作方式。半双工控制模块通过使用电台16针的扩展接口，接收／发送音频信号，通过TCP／IP协议，接收平台终端命令实现令牌控制。双工控制模块提供了移动电话网络的接入功能。中央控制器具有16路以内的话路并行处理能力，通过高性能DSP算法实现精确的信号音检测和分析，支持DTMF和FSK两种模式，通过编程实现各路通话的交换，并能进行同步录音等功能。
    半双工控制模块将电台的四线信号(收发各2线)转换为2线信号，实现电话和电台的互联互通功能。并且将电台PTT控制信号有序删除，根据指令进行令牌网的控制。接口采用DSP技术设计，可准确监测语音，并储存延迟发送的语音数据，以防止丢失。
    双工控制模块采用高度整合的芯片组，可与当地基站完全兼容，提供标准的铃流／馈电接口，PSTN网络直接连接进入中央处理器。
    用户接口单元提供了一路监听电话线路，保证了调度人员对全局使用情况的了解。
    平台转接终端为一台运行调度维护软件的计算机终端，通过平台转接终端主要可完成两项功能：一是完成有／无线呼叫转接以及多方会议等各种调度功能；二是对系统的各类参数进行修改、查看和设置，以及完成监控系统运行状态和显示系统告警信息等的管理、维护功能。并且对所有进入中央控制器的语音信号进行全程录音。
1．3 软件设计
    跨频多路通信转接平台通过PC端进行控制，控制所调用的API函数主要集成在一个核心DLL中，在这个DLL里可以实现模拟语音的初始化及释放、通道交换、录放音、收发码等功能。这是一个用于配置和控制所有在片外围电路的C语言API函数集合。CSL由19个模块组成，每个模块对应一个在片外围电路，在对DSP不同部分进行初始化时，只需调用相应模块的API函数便可方便、高效地达到初始化的目标。表1是部分函数功能，表2是部分半双工控制模块预置命令。

    程序流程图如图3所示。

    主体运行程序部分代码如下：
   

    同步TCP／IP命令发送部分程序部分代码如下：
    

2 系统测试及结果
    在转接平台设计与实现过程中，主要是中央处理器与半双工控制模块及双工控制模块之间的互联互通，因中央处理器本身兼容双线模拟线路，故而关键点在于中央控制器与半双工控制模块的通信。测试环境如图4所示。

2．1 通信功能测试
    连接好设备，给系统加电，通过平台终端TCP／IP测试工具，发送预先设置好的命令，查看指令通信情况。如图5所示。

    等待指令状态时，半双工控制模块返回指示信息为：“090000000000”，在接收到平台终端发出PTT ON指令后，返回指示信息为：“0A 1102000000”，显示控制模块响应平台指令，从而进行相应功能，在接收到平台发出PTT OFF指令后，返回指示信息为：“0A0902000000”。如图5所示，平台实现控制半双工控制模块进行令牌网络传输。
2．2 转接平台整体测试
    (1)将半双工控制模块与450 MHz，800MHz常规电台连接，双工控制模块与PSTN连接；
    (2)运行平台终端控制软件；
    (3)用手机拨打连接在双工控制模块上的电话号码，此时可看见软件状态窗口在接入端由灰色变为绿色，手机中听到拨号音；
    (4)软件点取450 MHz与PSTN相交点，实现两个通信端通道接通；
    (5)常规电台在手机端判别为未讲话状态时，可进行通话，否则只能接听手机语音；
    (6)将通话状态下，将手机挂机，软件状态窗口中对应接入端状态变为灰色，同时内部释放通道。

3 结语
    本文提出将各种不同制式的集群／常规电台进行转换，解决目前灭火救援现场通信存在的消防部门灭火救援现场通信的区域差别大、灭火救援现场通信组织不够健全、现场通信混乱、使用效率不高等问题，建立集群／常规电台通用接口可以开发临时组网和开放式组呼等功能，为火场通信的层次化提供最大保障。