應(yīng)急廣播中短波覆蓋終端喚醒信令的插入方式

朱國(guó)珊

應(yīng)急廣播中短波覆蓋網(wǎng)中的遠(yuǎn)程喚醒技術(shù)是指將DTMF控制信令發(fā)送到用戶終端，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間有效的通信識(shí)別和可靠的遠(yuǎn)程控制響應(yīng)。本文對(duì)DTMF控制信令插入方法和硬件實(shí)現(xiàn)兩方面進(jìn)行了分析研究。

終端喚醒指在應(yīng)急廣播無(wú)線信號(hào)覆蓋到的區(qū)域，通過(guò)控制信號(hào)使終端自動(dòng)開(kāi)機(jī)，及時(shí)收聽(tīng)?wèi)?yīng)急廣播節(jié)目。終端喚醒技術(shù)是保證聽(tīng)眾第一時(shí)間采取避災(zāi)救險(xiǎn)措施、盡量減少傷亡和損失的最后一道環(huán)節(jié)，在業(yè)界被稱(chēng)為應(yīng)急信息發(fā)布“最后一公里”問(wèn)題?，F(xiàn)階段，我國(guó)各地區(qū)、各覆蓋方式在解決這一問(wèn)題上并無(wú)統(tǒng)一的技術(shù)手段，采用不同的遠(yuǎn)程喚醒技術(shù)。在中短波廣播領(lǐng)域適宜采用DTMF（Dual Tone Multi Frequency雙音多頻）技術(shù)傳輸終端喚醒控制信令。

DTMF控制信令時(shí)分復(fù)用插入方式設(shè)計(jì)

DTMF信號(hào)時(shí)間屬性介紹。據(jù)CCITT（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）的建議，國(guó)際上采用的多種頻率為4個(gè)較低頻率（697Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz）和4個(gè)較高頻率（1209 Hz、1336 Hz、1477 Hz、1633Hz）八種。這8種頻率可一高一低兩兩組成16種組合，代表16種數(shù)字或功能鍵。CCITT規(guī)定每秒最多按10個(gè)鍵，即每個(gè)鍵時(shí)隙最短為100ms，其中音頻實(shí)際持續(xù)時(shí)間在45-55ms之間，時(shí)隙其他時(shí)間保持靜默。因此雙音頻信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，相繼的兩個(gè)信號(hào)間隔一段時(shí)間，解碼器利用這個(gè)時(shí)間識(shí)別出雙音頻信號(hào)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)數(shù)字信息。為了提高解碼正確率，則應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間。

DTMF雙音多頻信令插入技術(shù)。DTMF雙音多頻信令插入技術(shù)，是在廣播節(jié)目信號(hào)中插入雙音多頻編碼的控制信令，用戶終端接收到無(wú)線電波時(shí)即受控自動(dòng)開(kāi)機(jī)收聽(tīng)?wèi)?yīng)急廣播節(jié)目。

文獻(xiàn)中提出的插入方法為在節(jié)目音頻間隙插入DTMF信令，該方式將DTMF信令插入在節(jié)目信源信號(hào)中。為保證DTMF信令能在正常廣播節(jié)目中插入，首先要通過(guò)節(jié)目間隙偵測(cè)模塊來(lái)檢出足夠時(shí)長(zhǎng)的廣播節(jié)目音頻間隙，并控制DTMF編碼裝置產(chǎn)生持續(xù)至少45ms的應(yīng)急廣播信令，與延時(shí)適當(dāng)時(shí)長(zhǎng)的節(jié)目音頻混合。信令按一定頻度播發(fā)。為實(shí)現(xiàn)在節(jié)目音頻間隙正確插入DTMF信令，需要節(jié)目間隙偵測(cè)模塊來(lái)準(zhǔn)確選出符合條件（大于50ms）的音頻間隙，而在一個(gè)40ms的DTMF信令時(shí)間限制內(nèi)插入一個(gè)控制信令碼元，然后繼續(xù)等待檢測(cè)到后續(xù)若干適合的音頻間隙插入剩余信令碼元。在該插入方法中，全部控制信令碼元并非一次性傳送，而是在各個(gè)節(jié)目音頻間隙中分別發(fā)送。由于節(jié)目音頻間隙出現(xiàn)的隨機(jī)性，控制信令發(fā)送總時(shí)長(zhǎng)具有不確定性，而且耗時(shí)比一次性發(fā)送全部控制信令碼元更多，不能最快實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程喚醒。而且該方式需要在在發(fā)射臺(tái)機(jī)房信號(hào)處理環(huán)節(jié)增加延遲電路模塊和音頻間隙檢測(cè)模塊，有一定技術(shù)難度。

結(jié)合普遍中波臺(tái)發(fā)射機(jī)房設(shè)備情況，可考慮DTMF控制信令時(shí)分復(fù)用插入方式，通過(guò)信源切換將DTMF控制信令音頻插入在節(jié)目播出信號(hào)中。插入的DTMF控制信令為完整編碼信令，一次性實(shí)現(xiàn)插入，發(fā)送信令耗時(shí)可知——N·T信ms（N為DTMF信令碼元個(gè)數(shù)）。具體為：通過(guò)信源切換，首先切換到DTMF信令信源，將編碼后的DTMF控制信令音頻信號(hào)調(diào)制到原有載波上在中短波廣播信號(hào)傳輸信道中傳輸，然后切換到應(yīng)急廣播音頻信源；相應(yīng)的，終端首先接收到射頻中的DTMF信令信號(hào)，通過(guò)DTMF解碼器識(shí)別控制信令做出開(kāi)機(jī)響應(yīng)，然后收聽(tīng)到應(yīng)急廣播節(jié)目。該方式通過(guò)先后切換DTMF信令音頻和節(jié)目音頻，在原頻點(diǎn)模擬廣播信道中先后加入了DTMF信令和應(yīng)急廣播節(jié)目音頻，所以也可稱(chēng)為時(shí)分復(fù)用插入方式。DTMF信令時(shí)分復(fù)用插入方式設(shè)備組成圖，如圖1。

該插入方式的硬件控制實(shí)現(xiàn)可在現(xiàn)有中短波發(fā)射臺(tái)安全播出監(jiān)控系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)上升級(jí)完成?，F(xiàn)有發(fā)射臺(tái)播出監(jiān)控系統(tǒng)均具有控制信源切換設(shè)備自動(dòng)切換的功能模塊，通過(guò)RS232串口控制信源切換設(shè)備，在播出監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級(jí)程序增加兩路信源切換指令即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播DTMF控制信令信號(hào)和音頻信號(hào)的自動(dòng)切換。

控制碼與DTMF雙音頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。編碼時(shí)：由通訊密碼和開(kāi)關(guān)碼或重置碼組成的控制碼處理過(guò)程為：十進(jìn)制數(shù)或字母一加密一DTMF編碼，內(nèi)部將每位十進(jìn)制數(shù)或每個(gè)字母轉(zhuǎn)換為一個(gè)DTMF信號(hào)。

解碼時(shí)：每個(gè)DTMF信號(hào)解碼為一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字或字母→解密→十進(jìn)制數(shù)字或字母明文→4位BCD碼。

DTMF信號(hào)板

圖2展示了依據(jù)上述設(shè)計(jì)制作的DTMF信號(hào)板實(shí)物圖。發(fā)送板實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)編碼發(fā)送、接收板實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)接收譯碼并識(shí)別控制，單片機(jī)芯片為圖2中U1、DTMF編解碼芯片為圖2中U2，接口說(shuō)明如下：

電源（+5V）：使用線性電源，電源范圍：+4.1V-+5.0V。當(dāng)芯片接通電源時(shí)電源指示燈D1點(diǎn)亮。

串口（RXD）：串口接收，外接RS232連接器或USB連接器與計(jì)算機(jī)相連。

串口（TXD）：串口發(fā)送，外接RS232連接器或USB連接器與計(jì)算機(jī)相連。

接地（0V）：使用線性電源，電源范圍：0V。

輸入端：DTMF信號(hào)輸入。輸入電平值>0.3V<3V。

輸出端：DTMF信號(hào)輸出。發(fā)送板增加有發(fā)射調(diào)制度調(diào)整電位器，可調(diào)整輸出DTMF信號(hào)輸出電平值（調(diào)制度），范圍：0.0-3V。

繼電器控制輸出：接收板中的繼電器控制輸出連接繼電器用于開(kāi)關(guān)收音機(jī)電源模塊。當(dāng)該端口有電平輸出時(shí)，控制輸出指示燈D2點(diǎn)亮。

DTMF信號(hào)板發(fā)送板設(shè)備連接示意圖參見(jiàn)圖1。

DTMF信號(hào)板接收板主要包括DTMF解碼芯片、單片機(jī)、繼電器控制電路，分別實(shí)現(xiàn)DTMF信令的接收、譯碼、識(shí)別判斷，當(dāng)控制信令合法有效，則輸出繼電器控制電平，用來(lái)控制繼電器相應(yīng)觸點(diǎn)吸合或釋放來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉終端電源模塊，從而實(shí)現(xiàn)終端在應(yīng)急廣播播出時(shí)的自動(dòng)開(kāi)機(jī)。

以普通收音機(jī)為例，在現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)上增加DTMF信號(hào)板接收部分和繼電器控制電路，即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播自動(dòng)接收功能。

本文主要研究了應(yīng)急廣播播出時(shí)對(duì)于中短波廣播用戶終端的遠(yuǎn)程喚醒控制指令的插入方式和硬件實(shí)現(xiàn)。首先根據(jù)中短波廣播模擬傳輸信道的特點(diǎn)選擇了DTMF雙音多頻信號(hào)作為控制信令的傳輸載體。然后研究了將控制信令加載到廣播音頻中的插入方法，分析了信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)了時(shí)分復(fù)用插入方法，給出了插入流程、相關(guān)設(shè)備集成模型，結(jié)合已有應(yīng)急廣播終端研究成果，開(kāi)發(fā)DTMF信號(hào)板用于實(shí)現(xiàn)中短波廣播用戶終端的遠(yuǎn)程喚醒操作。endprint