应急广播中短波覆盖终端唤醒信令的插入方式

朱国珊

应急广播中短波覆盖网中的远程唤醒技术是指将DTMF控制信令发送到用户终端，实现无线网络之间有效的通信识别和可靠的远程控制响应。本文对DTMF控制信令插入方法和硬件实现两方面进行了分析研究。

终端唤醒指在应急广播无线信号覆盖到的区域，通过控制信号使终端自动开机，及时收听应急广播节目。终端唤醒技术是保证听众第一时间采取避灾救险措施、尽量减少伤亡和损失的最后一道环节，在业界被称为应急信息发布“最后一公里”问题。现阶段，我国各地区、各覆盖方式在解决这一问题上并无统一的技术手段，采用不同的远程唤醒技术。在中短波广播领域适宜采用DTMF（Dual Tone Multi Frequency双音多频）技术传输终端唤醒控制信令。

DTMF控制信令时分复用插入方式设计

DTMF信号时间属性介绍。据CCITT（国际电报电话咨询委员会）的建议，国际上采用的多种频率为4个较低频率（697Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz）和4个较高频率（1209 Hz、1336 Hz、1477 Hz、1633Hz）八种。这8种频率可一高一低两两组成16种组合，代表16种数字或功能键。CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100ms，其中音频实际持续时间在45-55ms之间，时隙其他时间保持静默。因此双音频信号产生时，相继的两个信号间隔一段时间，解码器利用这个时间识别出双音频信号，转换成对应数字信息。为了提高解码正确率，则应适当延长信号持续时间和间隔时间。

DTMF双音多频信令插入技术。DTMF双音多频信令插入技术，是在广播节目信号中插入双音多频编码的控制信令，用户终端接收到无线电波时即受控自动开机收听应急广播节目。

文献中提出的插入方法为在节目音频间隙插入DTMF信令，该方式将DTMF信令插入在节目信源信号中。为保证DTMF信令能在正常广播节目中插入，首先要通过节目间隙侦测模块来检出足够时长的广播节目音频间隙，并控制DTMF编码装置产生持续至少45ms的应急广播信令，与延时适当时长的节目音频混合。信令按一定频度播发。为实现在节目音频间隙正确插入DTMF信令，需要节目间隙侦测模块来准确选出符合条件（大于50ms）的音频间隙，而在一个40ms的DTMF信令时间限制内插入一个控制信令码元，然后继续等待检测到后续若干适合的音频间隙插入剩余信令码元。在该插入方法中，全部控制信令码元并非一次性传送，而是在各个节目音频间隙中分别发送。由于节目音频间隙出现的随机性，控制信令发送总时长具有不确定性，而且耗时比一次性发送全部控制信令码元更多，不能最快实现远程唤醒。而且该方式需要在在发射台机房信号处理环节增加延迟电路模块和音频间隙检测模块，有一定技术难度。

结合普遍中波台发射机房设备情况，可考虑DTMF控制信令时分复用插入方式，通过信源切换将DTMF控制信令音频插入在节目播出信号中。插入的DTMF控制信令为完整编码信令，一次性实现插入，发送信令耗时可知——N·T信ms（N为DTMF信令码元个数）。具体为：通过信源切换，首先切换到DTMF信令信源，将编码后的DTMF控制信令音频信号调制到原有载波上在中短波广播信号传输信道中传输，然后切换到应急广播音频信源；相应的，终端首先接收到射频中的DTMF信令信号，通过DTMF解码器识别控制信令做出开机响应，然后收听到应急广播节目。该方式通过先后切换DTMF信令音频和节目音频，在原频点模拟广播信道中先后加入了DTMF信令和应急广播节目音频，所以也可称为时分复用插入方式。DTMF信令时分复用插入方式设备组成图，如图1。

该插入方式的硬件控制实现可在现有中短波发射台安全播出监控系统的软件基础上升级完成。现有发射台播出监控系统均具有控制信源切换设备自动切换的功能模块，通过RS232串口控制信源切换设备，在播出监控系统基础上升级程序增加两路信源切换指令即可实现应急广播DTMF控制信令信号和音频信号的自动切换。

控制码与DTMF双音频信号的转换。编码时：由通讯密码和开关码或重置码组成的控制码处理过程为：十进制数或字母一加密一DTMF编码，内部将每位十进制数或每个字母转换为一个DTMF信号。

解码时：每个DTMF信号解码为一个十进制数字或字母→解密→十进制数字或字母明文→4位BCD码。

DTMF信号板

图2展示了依据上述设计制作的DTMF信号板实物图。发送板实现DTMF信号编码发送、接收板实现DTMF信号接收译码并识别控制，单片机芯片为图2中U1、DTMF编解码芯片为图2中U2，接口说明如下：

电源（+5V）：使用线性电源，电源范围：+4.1V-+5.0V。当芯片接通电源时电源指示灯D1点亮。

串口（RXD）：串口接收，外接RS232连接器或USB连接器与计算机相连。

串口（TXD）：串口发送，外接RS232连接器或USB连接器与计算机相连。

接地（0V）：使用线性电源，电源范围：0V。

输入端：DTMF信号输入。输入电平值>0.3V<3V。

输出端：DTMF信号输出。发送板增加有发射调制度调整电位器，可调整输出DTMF信号输出电平值（调制度），范围：0.0-3V。

继电器控制输出：接收板中的继电器控制输出连接继电器用于开关收音机电源模块。当该端口有电平输出时，控制输出指示灯D2点亮。

DTMF信号板发送板设备连接示意图参见图1。

DTMF信号板接收板主要包括DTMF解码芯片、单片机、继电器控制电路，分别实现DTMF信令的接收、译码、识别判断，当控制信令合法有效，则输出继电器控制电平，用来控制继电器相应触点吸合或释放来打开或关闭终端电源模块，从而实现终端在应急广播播出时的自动开机。

以普通收音机为例，在现有硬件结构上增加DTMF信号板接收部分和继电器控制电路，即可实现应急广播自动接收功能。

本文主要研究了应急广播播出时对于中短波广播用户终端的远程唤醒控制指令的插入方式和硬件实现。首先根据中短波广播模拟传输信道的特点选择了DTMF双音多频信号作为控制信令的传输載体。然后研究了将控制信令加载到广播音频中的插入方法，分析了信号转换原理，设计了时分复用插入方法，给出了插入流程、相关设备集成模型，结合已有应急广播终端研究成果，开发DTMF信号板用于实现中短波广播用户终端的远程唤醒操作。endprint