无线通信控制系统设计与实现

时间:2022-06-06 09:21:48

无线通信控制系统设计与实现

摘要:本文针海上无线通信电台通信距离过短、电台覆盖范围较小的问题,设计了一套无线通信控制系统,通过IP网络将远端无线电台设备连接至通信中心枢纽,进而扩大海上无线通信覆盖范围,有效解决了单部电台通信距离受限的问题,并且实现了电台之间互为备份,提高了海上超短波通信的可靠性。

关键词:无线电台;远程控制;IP网络

超短波通信利用视距传播方式,比短波天波传输稳定性高,受季节和天气变化的影响小,通常为调频的调制方式,信噪比比较高,通信质量也优于短波电台,因此超短波电台是海上与岸站通信的主要手段。但是超短波电台存在通信距离较近等问题,在实际使用中,由于干扰等因素的存在,使得通信距离大大缩短,实际使用中通信距离经常会小于50公里。在海上通信中,由于船只分布比较分散,船载电台与岸端电台距离会比较远,从而造成无法正常通信的问题。通过在沿海高地间隔一定距离布设无线电台的方式,可以扩大无线电信号的覆盖范围,便于海上面分散船只进行指挥,同时电台之间互为备份,可以增加海上超短波通信的可靠性。通过远程控制的方式操作电台设备,可以使得岸站通信枢纽不用随着电台的位置而变换。

1系统网络结构及设备组成

调度台布设在岸站通信枢纽,远端机布设在远端电台位置,调度台通过远端机来对远端电台进行控制,实现对电台的远程控制。系统可实现中心设备与调度台、远端机的联网,中心设备可以支持管理多个调度台、远端机;中心设备与调度台、远端机之间通过以太网互联,构成海上无线通信控制系统,如图1所示。图1系统网络结构整个系统组成包含中心设备和用户设备,中心设备包含:综合控制中心、网络交换机、网管;用户设备包含:调度台、远端机、超短波电台。设备组成见图2。

2系统工作原理

系统工作流程如下:调度台通过IP接入网络,话音信息经模数转换芯片转为数字信号,ARM将语音信息送至网口芯片转为IP包,交换中心根据网管具体配置信息对路由链路及设备状态进行查询,从而进行语音包的转发。其中交换中心的核心部分为主控程序,主控程序负责调度台、远端机、系统交换机的集中管理,对设备入网状况、设备参数配置、设备协议交互、网管信息配置进行统计,根据具体情况进行路由的建立与断开和协调管理。从交换中心转发出来的语音包送到远端通过IP连接的远端机,远端机将IP包信息进行话音与控制信令的转换,控制与远端机连接的电台,电台将语音通过无线信号发送到相应船只,从而实现通信枢纽到船只的信息通信。系统可以接入多路调度台和多路远端机,可进行一对多、多对多、一对一等多种模式的通话。收通路处理流程相反。系统媒体流及控制指令处理流程见图3。

2.1综合控制中心工作原理

综合控制中心是系统的核心功能设备,对外提供连接调度台、远端机、本地网管的所有接口功能,对内提供中心设备所有其它功能设备的互联接口。由主控板与交换板组成,主控板管理本中心设备内用户数据库,实现所有业务的汇接交换;执行与调度台、远端机数据通信协议,登记、修改网内所有设备数据信息;交换板提供内部所有单板间的IP数据交换及对外的以太网接口。

2.2调度台工作原理

调度台为通信枢纽人机交互的主要设备,采用电话机模式。调度台内部主要包括转换板与主控板,转换板负责将平衡语音数据与控制信令转换为IP数据包。主控板主要管理显示屏的显示、指示灯控制、响应键盘操作等。调度台原理框图如图4所示。

2.3远端机工作原理

远端机为系统与电台沟通的桥梁,远端机从IP口接收到数据后,通过ARM/DSP将数据包发送至FPGA,FPGA将接收到的数据包发送至主控板,主控板将接收到的信号进行分流,语音信息发送至FPGA进行语音合并,电台控制信息送至MCU进行解析。MCU将控制信息转换成电台所能识别的远控指令发送至电台遥控口,FPGA则将收到的Frame信息解析成相应的PTT、BUSY、语音包等进行收发控制与语音的转发。

3网管终端

网管终端软件提供图形可视化界面方便对系统进行管理配置操作,主要管理交换中心的参数信息,通过网管软件即可完成系统配置、远端机所控电台的类型切换及电台的参数更改等一系列配置。软件对配置数据、历史告警信息、用户管理等多种信息可长期保存,并提供可视化的管理界面。采用功能模块化设计,便于以后功能增加,提供更多可视化的管理操作,提升海上无线通信控制系统的管理和使用效率。

4结束语

本文基于海上远程控制的需求,设计了海上无线通信控制系统,详细描述了系统的组成与工作原理,充分利用了电台技术与互联网技术各自的优势,不仅可以拓展无线电台的通信范围,而且可以对电台进行远程控制。该系统已经应用于实践中,效果达到了设计要求。系统的扩展能力较好,并且通过简单的改造,可以适用于其它类型电台设备的远程控制,具有广泛的应用价值。

作者:贾宗圣

参考文献:

[1]何君,徐益平,陈雪丽.基于ARM9的无线电台网络控制系统的设计与研究[J].仪器仪表学报,2008.

[2]苏锦海,张传富.军事信息系统[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3]石琼,寝室刚,刘宗瑶.基于局域网的军用电台远程通信及控制系统[J].计算机系统应用,2016.