無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

摘要　文章介紹了無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，詳細(xì)說明了無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程。

1、引言

無中心多信道選址移動通信系統(tǒng)（以下簡稱無中心系統(tǒng)）是一種采用模擬話音、數(shù)字信令的移動通信系統(tǒng)。它使用單工對講工作方式，工作頻率在915MHz～917MHz之間，當(dāng)信道間隔為25kHz時，系統(tǒng)共有80個信道，其中第一個信道915.0125MHz為控制信道，所有的呼叫信令都在該信道發(fā)出，其余79個為通話信道。與普通對講機(jī)相比，無中心電臺采用自動選址技術(shù)，即每個用戶都有唯一的5位地址碼，因此可以進(jìn)行一對一的呼叫，克服了傳統(tǒng)對講機(jī)中一呼百應(yīng)的局面。

目前中國的對講機(jī)市場非�；靵y，主要表現(xiàn)在：對講機(jī)管理失控；電波秩序混亂，無線電頻率資源濫用，功率任意加大，電磁環(huán)境惡化，更有甚者就是非法用戶對合法用戶以及重要部門正常使用的無線電頻率造成嚴(yán)重影響。因此，在無中心系統(tǒng)投入使用之前，必須拿出行之有效的方法來對無中心電臺進(jìn)行管理，以避免出現(xiàn)與對講機(jī)管理類似的失控局面。

由于無中心系統(tǒng)采用獨(dú)立專用控制信道和多信道共用技術(shù)，因此，無線電管理機(jī)構(gòu)在審批無中心電臺時，無需指配電臺的工作頻率，只需為用戶指配電臺呼號編碼即可。所以無中心系統(tǒng)的電波監(jiān)控方法不同于過去需要申請指配頻率、辦理執(zhí)照的專業(yè)對講機(jī)，也不同于不需要申請指配頻率、不需要辦理執(zhí)照的公眾對講機(jī)，它們通常都采用監(jiān)測發(fā)射頻率信號場強(qiáng)的方法，而無中心系統(tǒng)采用監(jiān)視控制信道發(fā)出的所有控制信令的方法，來發(fā)現(xiàn)并處理非法無中心電臺。

2、無中心系統(tǒng)的控制信令

無中心系統(tǒng)的數(shù)字信令格式如圖1所示，它由同步信號和信息數(shù)據(jù)兩大部分組成。同步信號包括位同步和幀同步信號，其中位同步信號為50比特交替的“0”和“1”，幀同步信號為15比特的m序列，取值為111011001010000；信息數(shù)據(jù)部分包括被呼地址、信道號、指令碼、呼號編碼和識別碼等，其中被呼地址即被呼用戶的電話號碼，采用20bit的BCD碼表示十進(jìn)制的5位地址碼；信道號即主、被呼用戶通話時所占用的通話信道，采用8比特二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制的信道號，無中心監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)信道號就可以插入該用戶的通話中，進(jìn)行監(jiān)聽、插話和錄音等操作；指令碼為4比特二進(jìn)制碼，表示各種指令，如呼叫、拆線、轉(zhuǎn)發(fā)、禁發(fā)等；呼號編碼包括8比特的省份識別碼、4比特的地區(qū)識別碼、20比特的本機(jī)地址碼、4比特的廠商碼、4比特的限時碼以及8比特保留碼，從呼號編碼中可以知道無中心電臺所屬的地區(qū)、本電臺的地址碼以及限時時間等信息，識別碼用于表示通信雙方為一組，以便拆線時識別。信息數(shù)據(jù)部分共有88比特，為保證這部分?jǐn)?shù)據(jù)在無線信道傳輸時的可靠性，對其進(jìn)行hagelbarger糾錯編碼，編碼后的長度為188比特。信令傳輸速率為1200b/s，采用MSK方式進(jìn)行調(diào)制。

圖1　無中心手機(jī)的信令格式

3、無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的組成

無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)由無中心監(jiān)控臺、天線、饋線、電源、計算機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、專用連接電纜、專用控制軟件組成，如圖2所示。無中心監(jiān)控臺除了具有無中心電臺的所有功能外，還具有監(jiān)控功能。即無中心監(jiān)控臺通常守候在控制信道，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶發(fā)出呼叫時，無中心監(jiān)控臺通過天線可以接收到控制信道發(fā)出的呼叫信令，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器解調(diào)出對應(yīng)的數(shù)字格式的信令，送入監(jiān)控臺內(nèi)的單片機(jī)，然后再由單片機(jī)把這些信令經(jīng)RS-232串行口（或USB接口）送至計算機(jī)，計算機(jī)按一定的格式將監(jiān)測的信息存貯并顯示在計算機(jī)的屏幕上，從而完成對覆蓋區(qū)域內(nèi)所有無中心電臺的監(jiān)測。監(jiān)測人員可以通過屏幕發(fā)現(xiàn)違章電臺并執(zhí)行必要的操作。除此之外，無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)還可以對任意電臺發(fā)起呼叫，可對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行按時間、按信道號、按電臺號碼等多種形式的統(tǒng)計分析，并對使用無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的人員進(jìn)行管理。

圖2　無中心電波波監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖

4、無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。啟動無中心電波監(jiān)控軟件后，首先進(jìn)入登錄對話框，當(dāng)用戶輸入正確的用戶名和密碼后，進(jìn)入主界面并完成計算機(jī)和監(jiān)控臺之間的握手，主界面如圖4所示。監(jiān)控軟件主要由四個模塊組成，即自動監(jiān)視模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊及輔助模塊。

圖3　無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程圖

圖4　主界面

4.1　自動監(jiān)視模塊

自動監(jiān)測模塊接收每次呼叫的信令并在窗口中顯示該次呼叫的主叫號碼、被叫號碼、開始時間、通話信道號、限時時間、所屬地區(qū)、指令碼和拆線識別碼等信息，通話信道號即該次通話所占用的信道，無中心監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)通話信道號就可以插入該用戶的通話中，進(jìn)行監(jiān)聽、插話和錄音等操作；限時時間為該次通話的最長可用時間，一般情況下為5分鐘，當(dāng)信道占用率達(dá)到75%以上時，自動轉(zhuǎn)為3分鐘。

在自動監(jiān)視模塊中，當(dāng)計算機(jī)發(fā)現(xiàn)某條記錄的主叫電臺為非法電臺時，將把該條記錄的底色變成藍(lán)色，以提醒監(jiān)控人員。

4.2　控制模塊

控制模塊分為手動方式控制和自動方式控制兩種。

在手動方式下，由監(jiān)控人員手動對非法電臺進(jìn)行處理，處理方法有監(jiān)聽、警告、錄音、強(qiáng)行拆線、空中禁發(fā)和空中禁發(fā)禁收；在監(jiān)聽、警告、錄音、強(qiáng)行拆線這四種處理方法中，監(jiān)控臺首先把頻率調(diào)整到該非法電臺所使用的通話信道上，然后通過音箱或耳機(jī)監(jiān)聽該電臺的通話，或者通過麥克與該電臺通話或發(fā)警告音，或者進(jìn)行錄音、或者強(qiáng)行拆除該電臺的通話；而空中禁發(fā)和空中禁發(fā)禁收這兩種處理方法是當(dāng)非法電臺處于控制信道時執(zhí)行的操作；空中禁發(fā)時，監(jiān)控人員通過監(jiān)控臺發(fā)空中禁發(fā)信令，非法電臺收到該信令后，將會關(guān)閉自己的發(fā)信機(jī)，從而不能發(fā)起呼叫，但是非法電臺的接收機(jī)沒有被關(guān)閉，所以仍可接收呼叫，因此，如果禁發(fā)后的電臺已在無線電管理部門完成登記注冊，則監(jiān)控人員會使用監(jiān)控系統(tǒng)中的空中還原操作重新開啟該電臺的發(fā)信機(jī)，使其恢復(fù)正常工作；若監(jiān)控臺發(fā)空中禁發(fā)禁收信令，則非法電臺的收發(fā)信機(jī)會全部被關(guān)閉，此時非法電臺必須到無線電管理部門登記注冊、糾正違法行為后，由無線電管理部門利用寫碼器重新開機(jī)，才能使電臺恢復(fù)正常工作。在手動控制中，監(jiān)控人員還可以根據(jù)需要向某個或某組無中心手機(jī)發(fā)起呼叫。

自動控制是指不需要監(jiān)測人員參與，就可以完成監(jiān)聽、警告、錄音、強(qiáng)拆、空中禁發(fā)或空中禁發(fā)禁收等功能，其過程為：當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一非法電臺時，監(jiān)控臺將自動轉(zhuǎn)入該信道，并進(jìn)行錄音，然后，自動發(fā)出警告音，警告n次（n可由用戶確定）無效之后，則進(jìn)行強(qiáng)拆，強(qiáng)拆n次無效之后，采用禁發(fā)操作，禁發(fā)后，該非法電臺將沒有發(fā)起呼叫的權(quán)利。

4.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理模塊

無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)可以采用不同的方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，例如可以對所有電臺每天的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計，對每天所有發(fā)起和接收的呼叫進(jìn)行統(tǒng)計，對某信道每天的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計或?qū)�呼叫的時間分布情況進(jìn)行統(tǒng)計等等，另外，無中心系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求選擇監(jiān)測記錄的保存時間，例如三個月或半年。
　　4.4　輔助模塊

無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的輔助模塊包括幫助文檔、監(jiān)控人員登錄界面、監(jiān)控人員權(quán)限的管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)的打印和用戶資料的添加、刪除、查詢、更改等功能。

5、關(guān)鍵技術(shù)討論

5.1　監(jiān)控臺與計算機(jī)的通信協(xié)議

監(jiān)控臺與計算機(jī)間的通信協(xié)議包括物理層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，分別如下：

物理層：采用串行傳輸方式，通信速度為14.4kb/s，數(shù)據(jù)幀的格式如下：
　　起始位（1位）+數(shù)據(jù)（8位）+偶校驗位（1位）+停止位（1位）

數(shù)據(jù)鏈路層的幀格式如下：

起始字（1byte）+幀同步字（5bytes），命令字（2bytes），數(shù)據(jù)段（12byte），校驗和（1byte）+結(jié)束字（2byte）

其中，起始字與幀同步字之間以及校驗和與結(jié)束字之間無逗號分隔，幀同步字與命令字之間、命令字與數(shù)據(jù)段之間、數(shù)據(jù)段與校驗和之間使用逗號分隔，所有語句必須采用定長的格式發(fā)射，如果部分命令沒有具體數(shù)據(jù)，則計算機(jī)方以0xAB做為數(shù)據(jù)，對講機(jī)方以0x55做為數(shù)據(jù)。

5.2　同時監(jiān)視與控制

無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)有兩種，即監(jiān)視狀態(tài)和控制狀態(tài)。在監(jiān)視狀態(tài)下，無中心監(jiān)控臺停留在控制信道上并接收所有無中心電臺發(fā)起的呼叫；在控制狀態(tài)下，無中心電臺必須切換到相應(yīng)的通話信道，才能進(jìn)行監(jiān)聽、錄音、警告、強(qiáng)拆、禁發(fā)等操作。因此存在一個問題，即當(dāng)無中心監(jiān)控臺處于控制狀態(tài)時，將會丟失在控制信道上發(fā)起的呼叫信息。解決這個問題要考慮以下兩種情況：

（1）在無中心系統(tǒng)業(yè)務(wù)量小的地區(qū)，可以采用單收發(fā)信機(jī)的監(jiān)控臺，在控制狀態(tài)下，監(jiān)控臺轉(zhuǎn)到相應(yīng)的通話信道進(jìn)行操作，然后再返回控制信道進(jìn)行監(jiān)視，由于業(yè)務(wù)量小，所以丟失的呼叫信息有限。

（2）對于業(yè)務(wù)量較大的地區(qū)，為了不丟失監(jiān)視信息，需配備雙收發(fā)信機(jī)的監(jiān)控臺，其中一部收發(fā)信機(jī)固定在控制信道進(jìn)行監(jiān)視，另一部收發(fā)信機(jī)在控制信道守候，并隨時根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的指令轉(zhuǎn)到相應(yīng)的通話信道執(zhí)行監(jiān)聽、錄音、警告、強(qiáng)拆、禁發(fā)等操作。另外，雙收發(fā)信機(jī)的監(jiān)控臺還具有備份功能，即在執(zhí)行監(jiān)視的收發(fā)信機(jī)出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)可自動選擇另一臺收發(fā)信機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，組成單收發(fā)信機(jī)的監(jiān)控臺，以保證系統(tǒng)的可靠性。

5.3　遠(yuǎn)距離監(jiān)視與控制

無中心監(jiān)控臺的覆蓋范圍受功率、天線增益、天線高度、接收機(jī)靈敏度和通信環(huán)境等條件的限制。隨著城市的不斷擴(kuò)大，采用一套無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足整個城市范圍內(nèi)的監(jiān)控，此時可以采用多監(jiān)控臺的無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)，多監(jiān)控臺的無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)是指在一個大的監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)置多個分監(jiān)控系統(tǒng)，每個分監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控其覆蓋范圍內(nèi)的無中心電臺，分監(jiān)控系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)通過有線或無線鏈路傳送到主監(jiān)控系統(tǒng)，由主監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并根據(jù)需要把相應(yīng)的控制信息反饋至分監(jiān)控系統(tǒng)，再由分監(jiān)控臺轉(zhuǎn)發(fā)接收到的控制信息，從而完成對本覆蓋區(qū)范圍內(nèi)無中心電臺的監(jiān)控。因此，多監(jiān)控臺的無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)的組成方案有兩種，第一種如圖5所示，主監(jiān)控臺和分監(jiān)控臺之間采用有線鏈路（如E1或ADSL等）連接，該方案的傳輸可靠性高，時延小，但是組網(wǎng)缺少靈活性；第二種如圖6所示，該方案的主監(jiān)控臺和分監(jiān)控臺之間采用無線鏈路進(jìn)行連接，這種方法組網(wǎng)靈活，成本低，它的缺點是傳輸可靠性低。

圖5　多監(jiān)控臺

圖6　多監(jiān)控臺的無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)組成方案2

6、結(jié)束語

電波監(jiān)測是保證各種無線電設(shè)備正常工作和發(fā)展的基礎(chǔ)，通過日常監(jiān)測可以為無線電管理部門提供真實可靠的頻率使用情況，并及時發(fā)現(xiàn)有害干擾、排除有害干擾、維護(hù)空中的電波秩序。無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)無中心系統(tǒng)的特點，采用監(jiān)視控制信道的方法，對無中心系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行有效的監(jiān)控，開發(fā)出來的無中心電波監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過半年的試運(yùn)行，達(dá)到了令人滿意的效果。