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無線通信控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文
摘要：本文針海上無線通信電臺(tái)通信距離過短、電臺(tái)覆蓋范圍較小的問題，設(shè)計(jì)了一套無線通信控制系統(tǒng)，通過IP網(wǎng)絡(luò)將遠(yuǎn)端無線電臺(tái)設(shè)備連接至通信中心樞紐，進(jìn)而擴(kuò)大海上無線通信覆蓋范圍，有效解決了單部電臺(tái)通信距離受限的問題，并且實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)之間互為備份，提高了海上超短波通信的可靠性。
關(guān)鍵詞：無線電臺(tái)；遠(yuǎn)程控制；IP網(wǎng)絡(luò)
超短波通信利用視距傳播方式，比短波天波傳輸穩(wěn)定性高，受季節(jié)和天氣變化的影響小，通常為調(diào)頻的調(diào)制方式，信噪比比較高，通信質(zhì)量也優(yōu)于短波電臺(tái)，因此超短波電臺(tái)是海上與岸站通信的主要手段。但是超短波電臺(tái)存在通信距離較近等問題，在實(shí)際使用中，由于干擾等因素的存在，使得通信距離大大縮短，實(shí)際使用中通信距離經(jīng)常會(huì)小于50公里。在海上通信中，由于船只分布比較分散，船載電臺(tái)與岸端電臺(tái)距離會(huì)比較遠(yuǎn)，從而造成無法正常通信的問題。通過在沿海高地間隔一定距離布設(shè)無線電臺(tái)的方式，可以擴(kuò)大無線電信號(hào)的覆蓋范圍，便于海上面分散船只進(jìn)行指揮，同時(shí)電臺(tái)之間互為備份，可以增加海上超短波通信的可靠性。通過遠(yuǎn)程控制的方式操作電臺(tái)設(shè)備，可以使得岸站通信樞紐不用隨著電臺(tái)的位置而變換。
1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備組成
調(diào)度臺(tái)布設(shè)在岸站通信樞紐，遠(yuǎn)端機(jī)布設(shè)在遠(yuǎn)端電臺(tái)位置，調(diào)度臺(tái)通過遠(yuǎn)端機(jī)來對(duì)遠(yuǎn)端電臺(tái)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電臺(tái)的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)中心設(shè)備與調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，中心設(shè)備可以支持管理多個(gè)調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)；中心設(shè)備與調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)之間通過以太網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)成海上無線通信控制系統(tǒng)，如圖1所示。圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)組成包含中心設(shè)備和用戶設(shè)備，中心設(shè)備包含：綜合控制中心、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)管；用戶設(shè)備包含：調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)、超短波電臺(tái)。設(shè)備組成見圖2。
2系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)工作流程如下：調(diào)度臺(tái)通過IP接入網(wǎng)絡(luò)，話音信息經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，ARM將語音信息送至網(wǎng)口芯片轉(zhuǎn)為IP包，交換中心根據(jù)網(wǎng)管具體配置信息對(duì)路由鏈路及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行查詢，從而進(jìn)行語音包的轉(zhuǎn)發(fā)。其中交換中心的核心部分為主控程序，主控程序負(fù)責(zé)調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)、系統(tǒng)交換機(jī)的集中管理，對(duì)設(shè)備入網(wǎng)狀況、設(shè)備參數(shù)配置、設(shè)備協(xié)議交互、網(wǎng)管信息配置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)具體情況進(jìn)行路由的建立與斷開和協(xié)調(diào)管理。從交換中心轉(zhuǎn)發(fā)出來的語音包送到遠(yuǎn)端通過IP連接的遠(yuǎn)端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)將IP包信息進(jìn)行話音與控制信令的轉(zhuǎn)換，控制與遠(yuǎn)端機(jī)連接的電臺(tái)，電臺(tái)將語音通過無線信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)船只，從而實(shí)現(xiàn)通信樞紐到船只的信息通信。系統(tǒng)可以接入多路調(diào)度臺(tái)和多路遠(yuǎn)端機(jī)，可進(jìn)行一對(duì)多、多對(duì)多、一對(duì)一等多種模式的通話。收通路處理流程相反。系統(tǒng)媒體流及控制指令處理流程見圖3。
2.1綜合控制中心工作原理
綜合控制中心是系統(tǒng)的核心功能設(shè)備，對(duì)外提供連接調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)、本地網(wǎng)管的所有接口功能，對(duì)內(nèi)提供中心設(shè)備所有其它功能設(shè)備的互聯(lián)接口。由主控板與交換板組成，主控板管理本中心設(shè)備內(nèi)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)的匯接交換；執(zhí)行與調(diào)度臺(tái)、遠(yuǎn)端機(jī)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，登記、修改網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備數(shù)據(jù)信息；交換板提供內(nèi)部所有單板間的IP數(shù)據(jù)交換及對(duì)外的以太網(wǎng)接口。
2.2調(diào)度臺(tái)工作原理
調(diào)度臺(tái)為通信樞紐人機(jī)交互的主要設(shè)備，采用電話機(jī)模式。調(diào)度臺(tái)內(nèi)部主要包括轉(zhuǎn)換板與主控板，轉(zhuǎn)換板負(fù)責(zé)將平衡語音數(shù)據(jù)與控制信令轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包。主控板主要管理顯示屏的顯示、指示燈控制、響應(yīng)鍵盤操作等。調(diào)度臺(tái)原理框圖如圖4所示。
2.3遠(yuǎn)端機(jī)工作原理
遠(yuǎn)端機(jī)為系統(tǒng)與電臺(tái)溝通的橋梁，遠(yuǎn)端機(jī)從IP口接收到數(shù)據(jù)后，通過ARM/DSP將數(shù)據(jù)包發(fā)送至FPGA，F(xiàn)PGA將接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送至主控板，主控板將接收到的信號(hào)進(jìn)行分流，語音信息發(fā)送至FPGA進(jìn)行語音合并，電臺(tái)控制信息送至MCU進(jìn)行解析。MCU將控制信息轉(zhuǎn)換成電臺(tái)所能識(shí)別的遠(yuǎn)控指令發(fā)送至電臺(tái)遙控口，F(xiàn)PGA則將收到的Frame信息解析成相應(yīng)的PTT、BUSY、語音包等進(jìn)行收發(fā)控制與語音的轉(zhuǎn)發(fā)。
3網(wǎng)管終端
網(wǎng)管終端軟件提供圖形可視化界面方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理配置操作，主要管理交換中心的參數(shù)信息，通過網(wǎng)管軟件即可完成系統(tǒng)配置、遠(yuǎn)端機(jī)所控電臺(tái)的類型切換及電臺(tái)的參數(shù)更改等一系列配置。軟件對(duì)配置數(shù)據(jù)、歷史告警信息、用戶管理等多種信息可長(zhǎng)期保存，并提供可視化的管理界面。采用功能模塊化設(shè)計(jì)，便于以后功能增加，提供更多可視化的管理操作，提升海上無線通信控制系統(tǒng)的管理和使用效率。
4結(jié)束語
本文基于海上遠(yuǎn)程控制的需求，設(shè)計(jì)了海上無線通信控制系統(tǒng)，詳細(xì)描述了系統(tǒng)的組成與工作原理，充分利用了電臺(tái)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)，不僅可以拓展無線電臺(tái)的通信范圍，而且可以對(duì)電臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)踐中，效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)的擴(kuò)展能力較好，并且通過簡(jiǎn)單的改造，可以適用于其它類型電臺(tái)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
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