摘要：本文介紹了一種無線調度專網系統，并根據該系統的性能指標設計了該專網的判選控制器，給出了判選控制器的硬件結構。

前言
    無線調度專網廣泛應用于公安、鐵路、出租車隊等調度部門。它是一個以組群呼叫、接收轉發為主的移動通訊系統。該系統一般為異頻雙工方式工作，可實現調度臺與移動組群的每個成員之間（縱向）、以及同一組群的不同成員之間（橫向）的語音通訊。它的特點是系統信道數少，組群用戶數少，要求建網投資要小，網絡覆蓋率要高。在頻率資源有限的情況下，分集接收、準同步發射式無線調度專網是解決廣域覆蓋問題的最佳方案。所謂分集接收、準同步發射即是采用若干同頻發射基站對系統下行發射信號作同頻、同相發射，全方位覆蓋下行通訊區域。同時，為了解決移動手持臺上行信號相對較弱的問題，可在上行通訊不佳的區域內再增加M-1個同頻分集接收基站，各個接收基站交叉覆蓋通訊網的上行通訊區域。系統控制中心的判選控制設備將對這M個接收信號做信噪比分析，瞬時、動態地將最佳接收信號切換給系統調度。該方法稱之為“判選式分集接收”。與小區覆蓋的集群調度網相比，它具有系統投資小，占用頻率資源少，操作和維護方便等優點。

系統組成與功能
本分集接收、準同步發射調度系統示意圖如圖1。

圖1  分集接收、準同步發射調度系統
判選控制器是系統控制中心的核心設備。
    自行設計的常規無線調度專網的組成與功能如下：單信道，最大可支持16個判選式分集接收基站、4個準同步發射基站；控制中心與基地站采用有線鏈路連接；系統為異頻雙工方式，移動臺為異頻半雙工方式；同頻發射采用銣振蕩源作為基準頻率；系統的接收-轉發總延時≤100ms ；信噪比分析和鏈路靜態噪聲分析；控制中心有三個調度操作臺（一個主調度操作臺和兩個輔助調度操作臺），起監聽和調度作用；調度員能通過友好的人機界面對整個系統進行監控；系統具備自我診斷功能，包括接收語音鏈路的好壞，轉發鏈路的好壞，系統的增益的自動控制等。這些功能都需要通過判選控制器來實現。
其中，信噪比分析采用射頻選擇（五個等級音調）和鏈路靜態噪聲分析相結合的方法。射頻選擇法即通過判斷各個接收的射頻信號的強弱來達到分析系統信噪比的目的。它將本應在系統控制中心對各路語音信號進行噪聲分析的大部分工作“前移”到接收基站。采用這種方法是基于這樣一個事實：接收機接收到的高頻信號越強，接收機的靜噪電平就越大，鑒頻輸出的語音信號的信噪比就越高。因此，在接收基站將靜噪電平作檢波、A/D轉換處理，再將它分成S個等級，分別一一對應于S個特定等級音調（頻率位于有效語音頻譜外見表1），并疊加在接收語音上一起經鏈路傳送回系統控制中心。而控制中心的判選器只需簡單地比較M路語音的音調頻率大小即可選出最佳語音，確保最短的呼叫接入時間。
表1   某調度專網 高頻信號強度-靜噪電平-信噪比-等級音調 關系對應表：
高頻信號強度(50Ω)
靜噪電平(600Ω)
信噪比S/N 
等級音調
<0.3uV
0-10 dbm 
<12db
2707hz
0.3-0.8uV
10-18 dbm
12-20db 
2792hz
0.8-1.5 uV
18-25 dbm
20-28db
2852hz
1.5-2.2 uV   
25-30 dbm
28-35db   
2913hz
>2.2 uV   
>30 dbm
>35db   
2972hz
注：系統語音頻率范圍 300-2500hz

系統分析與判選控制器設計
    該專用網的主要功能實際上是通過同頻分集接收基站接收移動臺上傳的信息，然后通過同頻發射基站轉發到區域內的移動臺，從而實現調度臺與移動組群的每個成員之間（縱向）、以及同一組群的不同成員之間（橫向）的語音通訊。在這個過程中，牽涉到多個同頻發射基站和多個同頻分集接收基站，對語音信號來說，就有選擇最佳信道的問題。為了使整個系統可靠運行，就必須有自我檢測功能。這些都必須要有一個控制器來完成。圖2是判選控制器的功能組成。

圖2  判選控制器的功能框圖
    從接口上分析，該系統需要16路語音通道、4路發射信號通道、和3個調度臺信號以及與PC機通信的信道。這里最少需要25個控制信號，再加上濾波器（分離語音信號和特定等級音調信號）、自測DTMF信號和A/D轉換等控制，初步確定要40個控制信號才有余量。因為系統的處理能力要求不高，用普通的單片機就可以實現。從目前市場上的單片機情況來看，比較常用的有51系列、PIC系列和MSP系列等。PIC和MSP系列單片機，雖然在高端的有較多IO口，但考慮到成本較高。在低端，它們的擴展又不方便。在軟件的編程方面，PIC和MSP系列采用的指令相對簡單，在編寫一些算法時相對困難。而51系列單片機通用性好，擴展能力強，指令豐富，雖然其速度相對較慢，但對于本系統接收-轉發總延時≤100ms的指標，如采用16MHz的晶振也足夠了（其指令周期約為0.8ms）。因此，在控制芯片的選擇上采用ATMEL的AT89C52。
    在具體實現時，有兩種方案可供選擇。一種是，利用51系列芯片的強擴展能力，只用一片AT89C52來完成整個系統的控制。另一種考慮到系統的復雜性，可采用雙CPU結構，通過對兩個CPU進行功能的均勻分配，這樣會降低擴展的復雜性，提高系統的反應能力。一般情況下，監控系統應該盡量采用只有一個控制芯片的方案。但是考慮到擴展的復雜性，處理的復雜性，這個系統采用雙CPU結構是合適的。
    整個系統的控制采用總線結構，即所有語音信號都掛在總線上。控制系統對上行鏈路信號進行分析判斷后，接通效果最好那一路，然后，打通對應下行鏈路和監聽鏈路。這樣，采用總線結構使整個系統變得簡潔可靠。CPU采用中斷方式接收接入信號，提高了系統的及時反應能力。在中斷級別上，調度臺級別最高，其次是接入的語音信號。較高級別中斷能屏蔽較低級別中斷 ，且被更高級別中斷所中斷。設計中還有一個關鍵技術，就是濾波器的設計。濾波器可以采用有源或無源濾波器，考慮到該低通濾波器需要較窄的過渡帶(系統語音頻率范圍 300-2500Hz, 等級音調最低等級為2707Hz)，如果用無源濾波器，需很高的調試技巧。因此采用了有源的8階Elliptic型2.5KHz低通濾波器（用LTC1064實現）。
    控制器的實現分為硬件和軟件兩個部分。硬件主要包括兩大部分：音頻信號和隨路控制信號處理功能模塊、MCU控制和監測功能模塊。音頻接收插件模塊將接收到的音頻信號（頻率范圍：100Hz-2500Hz）和隨路接收控制信號（單音調正弦波，頻率范圍：2700Hz-3000Hz，它由基地接收站設備產生并疊加在音頻信號上，代表基站接收音頻信號信噪比S/N0的大小）經帶通放大后分離出來，將音頻信號放大至─10dBmw/600Ω后輸出；將隨路接收控制信號進行頻率-數據（F-D）轉換，輸出一個并行4bit DATA 數據（掛在輔助MCU數據總線上）。音頻發射插件模塊根據主MCU的指令將調度MIC音頻信號、待轉發的（最佳）接收語音信號、自測DTMF信號等三路音頻信號進行三選一選通，再將它疊加上隨路發射控制信號（2972Hz單音調正弦波），并放大、分配成三路輸出（0dBmw/600Ω）。主MCU控制模塊包含89C52單片機(主)， I/O口地址譯碼器電路，接收/發射語音通道選通、鎖存電路，，硬件看門狗電路（系統死機時硬件自動復位），DTMF 信號檢測/產生功能模塊，隨路發射信號（2972HZ）產生電路，外部中斷源擴展電路，MCU與PC機的通信采用RS-232串口通訊電路，速率為9600bit/s，雙工通訊方式。語音判選控制模塊包含89C52單片機（輔助），外接電路，I/O口地址譯碼器電路，8位并行數據口驅動電路，16路接收語音通道選通、鎖存電路，語音通道靜態噪聲分析電路，硬件看門狗電路（系統死機時硬件自動復位）。系統語音/控制信號接口模塊將三個調度操作臺（一個主調度操作臺和兩個輔助調度操作臺）送來的三路MIC語音按優先級選通后與接收語音疊加，送出到錄音輸出（兩個）接口；將接收語音送給三個調度操作臺監聽；將較優先調度語音與接收語音分別送給音頻發射模塊；將調度操作臺送來的控制信號（發射控制信號PTT和接收語音轉發控制信號T/T）送給主MCU。圖3、圖4是控制器的主、輔MCU硬件框圖。

系統的軟件包括：控制主程序（主MCU）和判選程序（輔助MCU）。從硬件設計就可以得到軟件的流程。

結語
廣州某單位的專用網系統是在八十年代初建立的，該系統是進口設備，現已比較陳舊，功能也達不到要求。為了提高系統的安全性和方便系統的維護，我們開發了這套系統。此系統較舊系統做了很大的改進，主要對系統的發射基站和接收基站做了擴展，舊系統只有1個發射基站和8個接收基站，現系統最大可支持16個判選式分集接收基站、4個準同步發射基站；系統自動增益控制；信道判決時采用信噪比分析和鏈路靜態噪聲分析相結合的方法，比僅采用信噪比分析判決更佳；系統自我診斷功能；系統結構模塊化改進。該系統的開發實現了專用網監控系統的國產化，提高了系統的安全性和可維護性，有很好的經濟效益和社會效益。
圖3 主MCU控制模塊
圖4 輔助MCU控制模塊

參考文獻：
1.  麻鍵，集群移動通信實用技術 ，人民郵電出版社，1996