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無線通信控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)論文
摘要：本文針海上無線通信電臺通信距離過短、電臺覆蓋范圍較小的問題，設(shè)計了一套無線通信控制系統(tǒng)，通過IP網(wǎng)絡(luò)將遠端無線電臺設(shè)備連接至通信中心樞紐，進而擴大海上無線通信覆蓋范圍，有效解決了單部電臺通信距離受限的問題，并且實現(xiàn)了電臺之間互為備份，提高了海上超短波通信的可靠性。
關(guān)鍵詞：無線電臺；遠程控制；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，因此超短波電臺是海上與岸站通信的主要手段。但是超短波電臺存在通信距離較近等問題，在實際使用中，由于干擾等因素的存在，使得通信距離大大縮短，實際使用中通信距離經(jīng)常會小于50公里。在海上通信中，由于船只分布比較分散，船載電臺與岸端電臺距離會比較遠，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)無線電臺的方式，可以擴大無線電信號的覆蓋范圍，便于海上面分散船只進行指揮，同時電臺之間互為備份，可以增加海上超短波通信的可靠性。通過遠程控制的方式操作電臺設(shè)備，可以使得岸站通信樞紐不用隨著電臺的位置而變換。
1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備組成
調(diào)度臺布設(shè)在岸站通信樞紐，遠端機布設(shè)在遠端電臺位置，調(diào)度臺通過遠端機來對遠端電臺進行控制，實現(xiàn)對電臺的遠程控制。系統(tǒng)可實現(xiàn)中心設(shè)備與調(diào)度臺、遠端機的聯(lián)網(wǎng)，中心設(shè)備可以支持管理多個調(diào)度臺、遠端機；中心設(shè)備與調(diào)度臺、遠端機之間通過以太網(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、網(wǎng)管；用戶設(shè)備包含：調(diào)度臺、遠端機、超短波電臺。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，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)管具體配置信息對路由鏈路及設(shè)備狀態(tài)進行查詢，從而進行語音包的轉(zhuǎn)發(fā)。其中交換中心的核心部分為主控程序，主控程序負責調(diào)度臺、遠端機、系統(tǒng)交換機的集中管理，對設(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)管信息配置進行統(tǒng)計，根據(jù)具體情況進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端通過IP連接的遠端機，遠端機將IP包信息進行話音與控制信令的轉(zhuǎn)換，控制與遠端機連接的電臺，電臺將語音通過無線信號發(fā)送到相應(yīng)船只，從而實現(xiàn)通信樞紐到船只的信息通信。系統(tǒng)可以接入多路調(diào)度臺和多路遠端機，可進行一對多、多對多、一對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，對外提供連接調(diào)度臺、遠端機、本地網(wǎng)管的所有接口功能，對內(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，實現(xiàn)所有業(yè)務(wù)的匯接交換；執(zhí)行與調(diào)度臺、遠端機數(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)交換及對外的以太網(wǎng)接口。
2.2調(diào)度臺工作原理
調(diào)度臺為通信樞紐人機交互的主要設(shè)備，采用電話機模式。調(diào)度臺內(nèi)部主要包括轉(zhuǎn)換板與主控板，轉(zhuǎn)換板負責將平衡語音數(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)度臺原理框圖如圖4所示。
2.3遠端機工作原理
遠端機為系統(tǒng)與電臺溝通的橋梁，遠端機從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進行分流，語音信息發(fā)送至FPGA進行語音合并，電臺控制信息送至MCU進行解析。MCU將控制信息轉(zhuǎn)換成電臺所能識別的遠控指令發(fā)送至電臺遙控口，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系統(tǒng)進行管理配置操作，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、遠端機所控電臺的類型切換及電臺的參數(shù)更改等一系列配置。軟件對配置數(shù)據(jù)、歷史告警信息、用戶管理等多種信息可長期保存，并提供可視化的管理界面。采用功能模塊化設(shè)計，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
本文基于海上遠程控制的需求，設(shè)計了海上無線通信控制系統(tǒng)，詳細描述了系統(tǒng)的組成與工作原理，充分利用了電臺技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)各自的優(yōu)勢，不僅可以拓展無線電臺的通信范圍，而且可以對電臺進行遠程控制。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實踐中，效果達到了設(shè)計要求。系統(tǒng)的擴展能力較好，并且通過簡單的改造，可以適用于其它類型電臺設(shè)備的遠程控制，具有廣泛的應(yīng)用價值。
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