【摘要】介绍了一种异型信道转接器的功能特点、硬件方案、关键技术和软件设计技巧。
关键词：转接器，程控交换，单片机
有线、无线转接控制器(以下简称有无线控制器)应用于15/100 W综合电台车。该设备通过采用可靠的语音检测技术，在不更改现有通信装备的基础上，将车内的15/100 W 短波自适应电台和有线通信网经人工应答转接方式可靠地连成一体，完成短波与有线网间的转信功能，使各种短波电台通过15/100 W综合电台车实现异种信道无线网及无线与有线网间的互通互连，充分发挥15/100 W综合电台车的通信枢纽功能，有效地增强有线网的抗毁性与灵活性。设备间的连接关系如图1所示。
图1 有无线转接控制器设备连接关系
有无线转接控制器可以工作于自动或操作员干预模式下，完成各短波、猝发终端、声码器和有线信道等信道之间的转接。
2 硬件
有无线转接控制器面板如图2所示，在自动模式下，转接器根据主叫方发来同步信息和被叫的目的方约定地址，自动转接到被叫方，自动模式思路简单，在此不作详细介绍。为保证战时的可靠性，特又设立了人工转接模式——操作员通过面板指示获取系统状态信息、完成各种转接功能。
图2 有无线转接控制器前面板
话务员通过耳机话筒组可以与短波和有线用户通话和获得呼叫提示音、按键提示音、误操作警告等3种提示音。面板上的下面4个带LED的按钮开关为功能键，上面为信道键。
根据转接控制器功能的需要，一个信道最多有5种工作状态（等待、应答、保持、连接、插入），通过信道键上的LED的不同闪烁方式进行指示。
有效的信道键按键，可以使该信道的状态在上述5种状态间进行转移，并会使其他信道的状态发生变化。振铃键向与其相连接的磁石话机或磁石交换机发出振铃信号；P/T键，选择拨号方式为双音多频还是脉冲拨号；连/拆键使两个未连接的活动信道进入连接转信状态，或使已经连接的信道终止连接；人工键可以使转接过程中单工电台的PTT控制方式在人工和自动间进行转换。
在呼叫等待状态，短波信道以语音信号作为呼叫信号；有线信道以振铃信号作为呼叫信号。当呼叫信号到来时，耳机中出现呼叫提示音，对应信道键上的LED按1∶4亮灭闪烁，给出呼叫提示灯光信号。
操作员按动呼叫信道的信道键就可以进入应答状态，通过耳机话筒组与用户通话。
操作员呼叫磁石用户（磁石单机或交换机）时，应先按动有线信道键，使有线信道进入应答状态，然后再按振铃键，向磁石用户发振铃信号。若有线信道处于无效状态，即使按动振铃键，系统也不会向磁石用户发振铃信号。
当系统进入连接转信状态以后，按人工PTT键可以使单工电台的PTT控制信号在自动和人工方式间切换。键上的LED点亮表明采用人工方式进行单工电台PTT的控制，否则为自动方式进行控制。
转接控制器软件系统通过硬件系统获取呼叫与用户的操作信息并控制硬件设备实现各种系统功能。 硬件部分完成下述功能：
① 接口功能。单工电台接口：包括音频信号的输入/输出隔离放大和阻抗匹配、控制信号输入/输出的隔离、PTT控制信号选择。有线信道接口：包括音频信号二/四线变换、有线输入音频信号自动电平控制、讲话方识别、振铃信号检测、摘挂机与脉冲拨号。
② 输入与状态指示功能，该功能由键盘、显示单元电路和450 Hz振荡器电路实现。
③ 音频信号连接功能，由大于9×8的模拟交换矩阵完成。
④ 利用可靠的语音信号检测产生PTT控制信号。
⑤ 脉冲/双音多频拨号功能。
硬件系统总体构成和各单元电路的连接关系如图3所示。
图3 硬件系统框图
系统控制单元接收键盘和信道接口传来的信号，按照指定方式更改系统的工作状态，改变各接口单元间的模拟信号连接方式及数字控制信号，完成指定的功能。各单元接口的模拟信号的连接是通过单片机控制下的8×16模拟交换阵来实现的。
系统中共有8个模拟输入信号，分别为：短波信道音频输入信号HFR、猝发终端音频输入信道TEMR、声码器音频输入信道VCR、有线信道输入信号TELR、话务员语音输入信号SVRR、语音延时输出信号VOXO、450 Hz单音信号SD和DTMF输出信号DTMFI。
系统的模拟输出信号共有6个，分别为：短波信道音频输出信号HFT、有线信道输出信号TELT、话务员音频输出信号SVRT1、语音延时检测输入信号VOXI、有线信道DTMF信号输入DTMFT和猝发终端音频输出信号TEMT。
考虑到将来扩充功能的需要，系统的模拟输出信号构成了交换矩阵的行信号，模拟输入信号构成了交换矩阵的列信号。
系统中的数字信号分为控制信号和单工电台键控信号两部分。控制信号均由单片机产生并通过I/O扩展接口输出到相应的电路单元。单工电台键控信号包括有线语音键控信号、语音检测信号、猝发终端MICPTT信号和话务员PTT键控信号。根据工作方式的不同由这些信号经GAL芯片逻辑组合得到提供给单工短波电台所需的PTT信号。
进行可靠的语音存在检测是实现单工电台入有线通信网实现转信的基础。随着DSP技术的快速发展，使利用语音频谱特征进行语音存在检测的复杂算法得以实时实现，为在强噪声环境下进行可靠的语音存在检测开辟了新的途径。在本系统中，采用了在以TMS320C25DSP为核心实现的基于谱相关的语音存在检测算法作为语音检测单元。该算法对输入信号幅度不敏感，检测时间较短，具有良好的敏感度和精度，可以在0 dB以下的噪声环境中可靠地检测出语音信号，对大多数噪声类型不会发生误检。
有线信道与短波信道间的音频转接性能是转接控制器性能水平的重要标志，是转接控制器设计过程中所需解决的难点问题。在本方案中，采用讲话方识别与谱相关语音检测相结合的方法克服侧音回声和有线用户方强干扰环境对转接造成的影响，具有经济可靠的特点。其原理框图如图4所示。
图4 有无线转接原理
讲话方识别电路通过4点语音电平检测和噪声监测电路，能够给出有线用户是否讲话的初步指示，该信号与谱相关语音检测电路给出的信号经一定的逻辑运算形成PTT控制信号。其控制逻辑为：只有谱相关语音检测电路与讲话方识别电路均给出有线用户讲话的指示时，PTT信号才有效。而只有当谱相关语音检测电路指示有线用户讲话结束时PTT信号才释放。同时，谱相关语音检测电路还完成语音信号的数字延时，以克服剪音现象。讲话方识别电路克服了侧音与回波对语音检测的影响，而谱相关语音检测电路又消除了干扰噪声的作用。两方面结合起来形成了可靠的PTT控制信号。谱相关语音检测电路具有克服剪音的语音延时功能，降低了系统的成本。
3 软件
有无线转接控制器软件是为了满足多种通信手段之间的连接而设计的，其基本任务是识别各种输入信号，控制有关硬件电路完成转接关系并输出规定的显示信息。另外，为了保证系统在通信车的电磁环境中正常运转，软件中必须采取抗干扰措施，提高系统的可靠性。
本软件采用结构化程序设计方法，把按键处理、呼叫处理、灯光指示、自动拆线分别做成模块，彼此通过一组系统变量建立联系。这一组系统变量包含了接口控制、状态序号以及显示模式3部分。在不影响程序可读性的前提下，还加入了系统重入、复位陷阱等安全措施。
CPU选择89C51，其P0口完成地址译码并输出控制信号，P1口采集键输入和呼叫信号，计时中断0用作指示灯多种闪烁模式的信号发生器，计时中断1放置监控程序体。芯片8255用于单片机接口的扩展，共提供PA,PB,PC三个8位并行口，本系统将它们全部定义为输出方式，输出控制信号。
芯片8816是主要的转接执行器件，芯片DS1232用作看门狗（Watchdog）。
系统的状态转换是通过查表操作完成的。软件中最复杂的部分是按键处理。本设计采用在有限范围内转移的方法，即键输入与当前系统状态共同决定次态。
确定按键后，第一步算出键编码作为查表变址，当前状态序号与状态转移表首址相加作为基址,利用查表指令从“状态转移表”中读出次态的序号；第二步以次态序号为变址，参数表首址为基址，从“参数表”中查出次态对应的系统变量；第三步修改原来的系统变量，完成状态转移。这样每次转移都以现状态为起点，实现了在有限范围内（几个键就有几种转移方向）转移的目的。
按键处理模块后接着执行自动拆线模块和呼叫处理模块，先判断是否已存在连接，如果有连接就停止当前的呼叫处理并禁止响应后续呼叫申请。无连接时读入呼叫申请，判断到有呼叫而且允许响应时（该信道未被激活），置该信道呼叫；若无任何呼叫申请，则停止当前的呼叫处理。当参与连接的二信道均无信号时（或有线信道挂机出现忙音），立即开启自动拆线计时器，当自动拆线计时器计满时，发出声光信号提示操作者，提示持续一定时间后自动拆除连接。自动拆线模块执行期间，不影响对呼叫的响应。自动拆线计时过程可以被任意一次按键、任一信道的信号复位。
每一个有效状态都对应一组声光指示，程序中把这些指示纳入系统变量。在键处理模块中除了要转移到正确的次态，也要修改各个指示灯的闪烁模式，灯光指示模块按照这些模式控制所有指示灯。
本控制器利用LED亮和/或灭时间的长短表示“无效”、“应答”、“保持”、“连接”、“插入”、“呼叫”、“警告”等7种灯光指示信号。利用BUZZER鸣和/或停时间的长短表示“呼叫”、“确认”、“非法”三种声音提示信号。限于篇幅，这里只给出主流程，如图5所示。
图5 主流程
参考文献
1 Motorola.TelecommuNIcations Device Data，1989
2 GRINSEC.Electronic Switching.Elsevier，1983
3 孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京工学院出版社，1986
4 单片微型计算机原理与系统设计技术.复旦大学，1987
5 陈太一.程控用户交换机原理与设计.人民邮电出版社，1991
6 朱世华.程控数字交换原理与应用.西安交通大学出版社，1993
