无线电台语音互联关键技术研究.doc

技术论文无线电台语音互联关键技术研究发布日期：2010-8-30浏览量：507摘要：随着技术的发展和业务工作的需求，实现不同无线电台的互联互通成为联合指挥、应急救援、事故现场处置等领域亟待解决的问题。本文分析了目前国外类似产品，并从兼容性、互操作性及可扩展性等方面探讨和研究电台互联技术中涉及的关键技术问题和需要注意的技术细节，为自主开发类似产品提供了参考。关键词：无线电台互联互通 关键技术Abstract: With the development of technologies and requirements from practices, it has become imperative to implement the interconnection among the radios from different departments, when involving with unified command and control, emergency rescuing and crisis scene. The paper illustrates the products abroad with similar functions, and does the researches on the key and specific technologies in terms of compatibility, interoperability and scalability. It tries to provide the technical support for independent development of the products.Key Word: Radio Interconnection Technologies 随着无线通信技术的不断发展，无线指挥调度领域出现了各种各样无线通信系统，从频率上讲有350兆和800兆，从技术上讲分模拟和数字，模拟集群上又有常规和集群，协议上也有MPT1327和MPT1343；数字集群协议上又有iDEN、TETRA、TETRAPOL等等，这些不同的无线指挥调度系统目前在不同地区、不同部门都有存在。当今，跨部门协调、整合通信资源、信息共享成为信息通信发展的趋势，也成为业务工作对无线通信的必然要求，本文以实现不同电台终端语音互联为重点，探讨了其中的关键技术。一、电台互联技术的意义 随着警用无线通信技术的不断发展，老一代的无线模拟通信系统逐步被话音质量更优、抗干扰能力更强的数字集群系统所替代，但网络系统的更新换代不是一朝一夕之功，是需要逐步过渡和更新的，在这段过渡期就需要有一套能够连接新老两套系统的设备，屏蔽网络系统更新对用户造成的影响，让用户不论使用的是模拟系统终端还是数字系统终端，都能够照常工作，所以将模拟系统与数字系统进行互联成为需要。在一些省市警用无线通信系统的建设上，由于省市、区县两级财政，再加上系统建设的初期没有统一标准，造成不同模式、不同频段、不同标准的无线系统共存的局面，不同地区、不同县市间警用无线通信系统不能互通，给打击跨区域犯罪和开展跨区域执法行动带来了不便，如何实现不同无线系统间的互联互通，成为亟待解决的问题。 目前的应急突发事件频发，在应急现场的处置中常常涉及到多个部门联合行动，而不同部门间使用不同无线通信终端，造成应急现场跨部门的联合指挥和处置横向协调通信不畅，需要在必要的时候将不同的系统进行语音互联，才能在技术上解决这类问题。从技术上讲，实现不同系统的互联互通，有两种方式：一种是系统间的互联，即将不同集群网络中心系统交换机通过网关实现系统级的互联；另一种是终端级互联，即通过音频落地的方式实现终端级的互联。第一种方式在实现上比较困难，因为各个系统厂商间内部的协议互不开放（目前仅数字集群TETRA系统间的互联协议ISI都还没有完成），而且投入成本较高，从成本效率上讲不合算，不同系统互联使用的时候毕竟不是太多。因此，实际应用中采用不同电台间互联来实现互通是比较常用的方式。二、相关产品情况简介 通过调研，了解到国外一些厂商开发了一些类似功能的产品，并在相关领域得到了较好的应用。这些产品的出现为我们进一步研究互联技术提供了参考，为研发自主知识产权的互联设备提供了借鉴。1. 美国先创公司（Zetron）的DCS-5020数字调度系统 DCS-5020提供许多常规调度台系统所具备的功能，它将电话和无线电台、呼叫处理、监控和记录功能集成于单个操作员界面。系统最多可支持28个端口，每个端口都可分配为电话或无线电线路，用以实现各端口连接设备的互联互通。调度计算机运行先创公司基于Windows的Integrator DCS软件，可为操作员提供显示电话/无线电通道和系统功能的图形用户界面（GUI）。该系统不仅实现了本地不同语音设备的交换，还支持设备分布式的网络互联，采用插卡式接口板，可以较为灵活支持多种语音设备，可选的接口板支持MAP27或TETRA协议，能够使调度台对电台进行灵活操作。2. 美国雷神公司（Raytheon）的JPS ACU-1000/2000 IP 该产品采用全模块化设计，实现对不同通信系统间的互联互通和控制，通过不同板卡接入不同通信终端。它的基本组件是接口模块，每个模块连接一种通信终端（VHF/UHF电台、卫星电话、本地调度台等），同时包括控制模块。电源模块、容纳各类模块的插槽以及进行音频和控制信号路由的背板。ACU-2000IP在实现不同通信终端互联互通的基础上，利用IP技术，将能够支持基于SIP协议的VoIP终端，有效拓宽了该设备的使用范围，使该设备能够在更广的范围内进行部署和联网。该设备对于互联的各个细节考虑周全，内置了语音提示功能，引导用户方便的使用该设备；提供了可选插槽和扩展DTMF控制，提高了系统的可扩展性；高性能DSP芯片的处理能力为话音算法、语音识别技术、减噪提供了支持。以上的措施有效的解决了设备的吞音、话音延迟、信道阻塞、乒乓效应等常见问题，提高了系统的可靠性和稳定性。鉴于该设备的便携性和可靠性，911事件后美国联邦政府为多个应急处置部门进行了配备，并签订了多部门现场处置协作协议，定期开展联合演练，为该设备的实战应用进行准备。3.英国Trilogy公司的Mercury IP综合应急语音指挥通信平台 该产品是英国Trilogy公司研发的一款语音互联交换设备，兼容的设备包括了各类电台（HF/VHF/UHF/TETRA）、模拟电话（PSTN）、SIP电话、卫星电话、GSM/CDMA/3G手机、麦克风/喇叭、模拟或IP录音设备等等。该设备基于IP网络，支持VoIP国际标准（SIP)；支持异类通信设备互通互连，可应用于网络级联，全网络集中/分级指挥调度；支持点对点通信架构，确保系统的高可靠性；具备一键通功能，无需拨号和排队等待；支持点对点、点对多点和多方会议以及多路监听，强拆、强插和用户调度；具备网络化管理和控制。而且，提供了较为丰富的外围产品和二次开发接口，方面了用户的使用，增强了其适用性。 该设备已经在国外的综合指挥调度领域、应急通信车、无线中继解决方案以及军方的战地联合组网等方面得到了应用。但目前没有提供中文的操作界面，而且不支持数据和视频业务，所以不能够完全满足现场指挥调度的需求。 总体上讲，以上设备在功能上有效实现了不同语音终端的互联互通，在支持的设备类型上丰富，在技术细节上考虑周全，但这类产品整体价格普遍偏高，受到本身定制能力较差和本土化不够等因素的制约，成为它们在国内应用不足的原因。三、关键技术的探讨 通过对上述设备的调研以及相关技术的分析，实现无线电台的互联功能在技术上是可行的，需要实现的功能分别在不同厂家的产品中已经有所体现，但如何将不同功能有效的融合在一起，克服互联过程中出现的很多细节问题，满足实战应用的使用习惯，达到预期效果，是本文要研究的重点。从技术上分析，目前实现不同电台语音互联的手段上有几种，在交换方式上，分为IP分组交换和电路交换；在接入控制上，可以利用电台标准数据接口协议进行控制，也可以通过电台接口提取控制信号进行控制。以下是几种比较常用的互联方式： 1.在交换方式上采用电路交换，在电台控制和连接方面，利用目前电台外接标准接口的API，实现对电台的语音调用和控制（基于Tetra协议的数字电台一般都支持PEI协议，可以通过该协议实现对话音的控制，以及其它一些控制功能；有的模拟电台支持MAP27协议，同样可实现相似的功能）；该方式不仅能够实现电台的互联，还能够利用软件实现更为复杂的功能。 2. 在交换方式上采用电路交换，利用电台接口提取Audio Tx（音频输出）、Audio Rx（音频输入）、COR（载波控制中继信号）、PTT（发射控制信号），通过交换矩阵控制话音和两个控制信号的交换，实现不同电台间的互联互通。当电台B出于接收状态时，B电台的静噪被打开（unsquelch），COR信号将触发控制总线上其它电台的PTT，从而使A电台处于发射状态，而接收到的语音信号通过语音总线传到包括电台在内的其它电台音频输入端（Audio Tx），从而使将接收到的话音发射出去，同样反之亦然。这样就实现了所在的通话组和所在通话组的互联。 3. 在交换方式上采用IP分组交换，接入方式上和第二种方式相同，这种方式需要语音网关，将话音和控制信号转化为IP包，再利用相关协议实现传输和交换，最终完成互联的功能。该种方式有利于利用有线网络实现远端设备的互联和控制，有利于解决互联后“吞音”的问题，但需要较好的解决交换过程复杂、语音延时大、可靠性不高等弱点。结论：从技术发展、扩展性以及可操作性等方面综合分析，我们认为交换上采用IP分组交换方式能够较好兼顾技术先进性，操作灵活性和系统扩展性方面的要求；在电台接入方式上，考虑到终端的多样性和差异性，直接提取电台的Audio Tx（音频输出）、Audio Rx（音频输入）、COR（载波操作中继信号）、PTT（发射控制信号）信号方式更具有可操作性，兼容性更强，所以应以这种接入方式为主。四、部分技术细节的研究 以上结论明确了电台互联技术总体方向，但该类产品的研发还有一些细节问题需要关注，否则将严重影响设备的实战应用。1.集群呼叫请求延迟的处理 一对电台进行互联时，当A电台收到有用信号后，静噪被打开，A电台接收到的话音将被传输到电台B，同时A电台的COR的控制信号将触发B电台的PTT，从而使B电台将话音发射出去。但如果B是集群电台，在集群系统中电台发起呼叫后不是立刻就能够发话，而是需要分配到话音信道后才发话，所以从电台B的PTT被触发到能够开始发话之间有一定的时间间隔。如果不对B电台接收到的话音进行处理，则将出现“吞音”的情况，也就是说A台接收到音频开始几个音节将不能被B台所在组的其它电台接收到。如果A台接收到的话音是“别开枪”，而到了B台所在通话组成员将有可能只听到“开枪”，这样的结果将会酿成不可挽回的大错。 解决的方法是在传输的语音信号中加入延迟，加入延迟时长应等于或大于集群呼叫的延迟。这将能够保证在B电台建立语音通道后，A电台接收到的话音完整的进入B电台的发射。2.“乒乓效应”的处理 有的电台在每次发射后，可能有瞬时打开静噪的现象，而在电台互联的时候，一旦一个电台打开静噪，别的电台将进入发射状态。而如果在电台互联的系统中，两个电台出现这种非正常的瞬时打开静噪，系统将出现“乒乓效应”，即一个电台瞬时发射，紧接着另一个又瞬时发射，反复进行，使系统无法正常工作。这种效应在使用COR（载波控制中继）和VOX1（声控传输）来激活其它互联电台发射的互联方式上比较常见。 解决的办法有两种，一是设置可调节的“静噪保持时钟”，即在保持静噪开启状态一段时间后，再启动其它电台的PTT，这样就可以有效避免瞬时的打开静噪；二是使用VMR2（话音调制识别技术）来代替COR或VOX，控制其他互联电台的发射，VMR是通过检测人的话音来触发的，所以可以很好的避免这种现象。3.高频电台（HF）互联的处理 对于高频电台的接入一般存在两方面的问题，一是这类电台一般不提供COR这个控制信号的输出，二是这类电台的语音干扰比较严重。而这些电台一般是一些无线电业余爱好者喜欢使用的，在一些抢险救灾中，有可能需要和他们的联络。解决办法是直接使用VMR作为静噪开关，和其它电台进行互联，这样既能有效获取COR信号，又能避免干扰带来的影响。4.信道阻塞的处理 在多个电台互联的时候，一旦有一个电台打开静噪，其它电台将处于发射状态。而如果一个电台静噪开关被非正常打开，且持续时间较长，那么这个系统将出现阻塞的情况，这种情况有可能是由于电台本身的问题，或是频率上的干扰，或是电台按键一直处于发射状态。如果这种情况出现，且不作任何处理，那么系统将处于瘫痪状态。 解决方法是进行COR（载波控制中继）信号的采样（也