應急廣播中短波覆蓋終端喚醒信令的插入方式

朱國珊

應急廣播中短波覆蓋網中的遠程喚醒技術是指將DTMF控制信令發送到用戶終端，實現無線網絡之間有效的通信識別和可靠的遠程控制響應。本文對DTMF控制信令插入方法和硬件實現兩方面進行了分析研究。

終端喚醒指在應急廣播無線信號覆蓋到的區域，通過控制信號使終端自動開機，及時收聽應急廣播節目。終端喚醒技術是保證聽眾第一時間采取避災救險措施、盡量減少傷亡和損失的最后一道環節，在業界被稱為應急信息發布“最后一公里”問題。現階段，我國各地區、各覆蓋方式在解決這一問題上并無統一的技術手段，采用不同的遠程喚醒技術。在中短波廣播領域適宜采用DTMF（Dual Tone Multi Frequency雙音多頻）技術傳輸終端喚醒控制信令。

DTMF控制信令時分復用插入方式設計

DTMF信號時間屬性介紹。據CCITT（國際電報電話咨詢委員會）的建議，國際上采用的多種頻率為4個較低頻率（697Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz）和4個較高頻率（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種數字或功能鍵。CCITT規定每秒最多按10個鍵，即每個鍵時隙最短為100ms，其中音頻實際持續時間在45-55ms之間，時隙其他時間保持靜默。因此雙音頻信號產生時，相繼的兩個信號間隔一段時間，解碼器利用這個時間識別出雙音頻信號，轉換成對應數字信息。為了提高解碼正確率，則應適當延長信號持續時間和間隔時間。

DTMF雙音多頻信令插入技術。DTMF雙音多頻信令插入技術，是在廣播節目信號中插入雙音多頻編碼的控制信令，用戶終端接收到無線電波時即受控自動開機收聽應急廣播節目。

文獻中提出的插入方法為在節目音頻間隙插入DTMF信令，該方式將DTMF信令插入在節目信源信號中。為保證DTMF信令能在正常廣播節目中插入，首先要通過節目間隙偵測模塊來檢出足夠時長的廣播節目音頻間隙，并控制DTMF編碼裝置產生持續至少45ms的應急廣播信令，與延時適當時長的節目音頻混合。信令按一定頻度播發。為實現在節目音頻間隙正確插入DTMF信令，需要節目間隙偵測模塊來準確選出符合條件（大于50ms）的音頻間隙，而在一個40ms的DTMF信令時間限制內插入一個控制信令碼元，然后繼續等待檢測到后續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，而是在各個節目音頻間隙中分別發送。由于節目音頻間隙出現的隨機性，控制信令發送總時長具有不確定性，而且耗時比一次性發送全部控制信令碼元更多，不能最快實現遠程喚醒。而且該方式需要在在發射臺機房信號處理環節增加延遲電路模塊和音頻間隙檢測模塊，有一定技術難度。

結合普遍中波臺發射機房設備情況，可考慮DTMF控制信令時分復用插入方式，通過信源切換將DTMF控制信令音頻插入在節目播出信號中。插入的DTMF控制信令為完整編碼信令，一次性實現插入，發送信令耗時可知——N·T信ms（N為DTMF信令碼元個數）。具體為：通過信源切換，首先切換到DTMF信令信源，將編碼后的DTMF控制信令音頻信號調制到原有載波上在中短波廣播信號傳輸信道中傳輸，然后切換到應急廣播音頻信源；相應的，終端首先接收到射頻中的DTMF信令信號，通過DTMF解碼器識別控制信令做出開機響應，然后收聽到應急廣播節目。該方式通過先后切換DTMF信令音頻和節目音頻，在原頻點模擬廣播信道中先后加入了DTMF信令和應急廣播節目音頻，所以也可稱為時分復用插入方式。DTMF信令時分復用插入方式設備組成圖，如圖1。

該插入方式的硬件控制實現可在現有中短波發射臺安全播出監控系統的軟件基礎上升級完成。現有發射臺播出監控系統均具有控制信源切換設備自動切換的功能模塊，通過RS232串口控制信源切換設備，在播出監控系統基礎上升級程序增加兩路信源切換指令即可實現應急廣播DTMF控制信令信號和音頻信號的自動切換。

控制碼與DTMF雙音頻信號的轉換。編碼時：由通訊密碼和開關碼或重置碼組成的控制碼處理過程為：十進制數或字母一加密一DTMF編碼，內部將每位十進制數或每個字母轉換為一個DTMF信號。

解碼時：每個DTMF信號解碼為一個十進制數字或字母→解密→十進制數字或字母明文→4位BCD碼。

DTMF信號板

圖2展示了依據上述設計制作的DTMF信號板實物圖。發送板實現DTMF信號編碼發送、接收板實現DTMF信號接收譯碼并識別控制，單片機芯片為圖2中U1、DTMF編解碼芯片為圖2中U2，接口說明如下：

電源（+5V）：使用線性電源，電源范圍：+4.1V-+5.0V。當芯片接通電源時電源指示燈D1點亮。

串口（RXD）：串口接收，外接RS232連接器或USB連接器與計算機相連。

串口（TXD）：串口發送，外接RS232連接器或USB連接器與計算機相連。

接地（0V）：使用線性電源，電源范圍：0V。

輸入端：DTMF信號輸入。輸入電平值>0.3V<3V。

輸出端：DTMF信號輸出。發送板增加有發射調制度調整電位器，可調整輸出DTMF信號輸出電平值（調制度），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關收音機電源模塊。當該端口有電平輸出時，控制輸出指示燈D2點亮。

DTMF信號板發送板設備連接示意圖參見圖1。

DTMF信號板接收板主要包括DTMF解碼芯片、單片機、繼電器控制電路，分別實現DTMF信令的接收、譯碼、識別判斷，當控制信令合法有效，則輸出繼電器控制電平，用來控制繼電器相應觸點吸合或釋放來打開或關閉終端電源模塊，從而實現終端在應急廣播播出時的自動開機。

以普通收音機為例，在現有硬件結構上增加DTMF信號板接收部分和繼電器控制電路，即可實現應急廣播自動接收功能。

本文主要研究了應急廣播播出時對于中短波廣播用戶終端的遠程喚醒控制指令的插入方式和硬件實現。首先根據中短波廣播模擬傳輸信道的特點選擇了DTMF雙音多頻信號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，分析了信號轉換原理，設計了時分復用插入方法，給出了插入流程、相關設備集成模型，結合已有應急廣播終端研究成果，開發DTMF信號板用于實現中短波廣播用戶終端的遠程喚醒操作。endprint