韩信　张晨光　武志刚

摘要：目前，很多工业现场生产调度均采用无主机通信系统，但因各装置区域覆盖面积大、间距远，直接采用电缆传输时，语音衰耗过大，严重影响通讯质量。为此，该文设计一套以光纤作为传输媒介的多路双向语音光纤传输系统，可解决不同装置区域内各话站间电话用户通信的问题。

关键词： 多路双向； 光纤； 复接； 无主机； 以太网

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0187-03

Abstract：At present， many industrial field production scheduling are used without host communication system， but due to the large area coverage and the far spacing， directly using cable transmission， sound attenuation is too big， seriously affecting the communication quality. For this reason， this article designs a set of optical fiber transmission system of multi-channel full-duplex speech by fiber as a transmission medium， which can solve the problem of telephone user communication between stations in different device areas.

Key words：multi-channel full-duplex； optical fiber； multiple connection； off-hos； ethernet

很多石化企业生产调度均采用无主机通信系统，此类系统大多采用电缆作为语音传输媒介。但在工业现场中，各无主机装置区通常覆盖面积较大，且工作现场较为嘈杂，使用电缆将严重影响通讯质量。光纤作为目前远距离通信所广泛使用的传输媒介，其优点主要为传输距离远、传输容量大、抗干扰性强、保密性好。为此，本文结合DSP技术，设计一套多路双向语音光纤传输系统，系统以光纤作为各话站间远程通信的传输介质，满足了各话站间电话用户的扩音呼叫和电话对讲功能，同时，也保证了系统带宽需求。

1 系统研制方案及工作工程

本文所研制的多路双向语音光纤传输系统主要用来实现不同装置区内各无主机话站间的通信，具体应用框图如图1所示。各装置区内的无主机话站均由一部具有特定功能的扩音电话机组成，每个装置区内的无主机话站间采用6条电缆作为信号的传输媒介，其中1条为信令通道，5条为话音通道。一套多路双向语音光纤传输系统可用来承载该装置区内的1路控制开销信号和5路话音信号，采用基于光纤以太网的形式实现远程通信。将该系统两两成对配备，即可实现各装置区内无主机话站之间的通信。

假设当前多路双向语音光纤传输系统1、n-1成对使用，无主机话站所产生的语音信号经过系统1、n-1在以太网中进行传输，最终即可实现装置区1、N内的各无主机话站的全呼、单呼、群呼。

2 硬件设计

多路双向语音光纤传输系统的硬件电路主要由主控电路、逻辑控制电路、PCM编解码电路（含2/4线转换功能）、以太网接口电路、以太网光纤转换电路、光纤收发模块以及其他外围电路组成。其硬件组成框图如图2所示。

2.1 主控电路

系统以DSP芯片TMS320VC5402为核心设计了其主控电路，主要用于实现系统的整体控制功能和语音媒体流的双向传输。其中，语音媒体流的双向传输采用的是UDP/IP协议，即将经逻辑控制电路中复接的信号送交至协议栈打包，交由以太网接入电路，或将以太网接入电路收到的数据包送至协议栈拆包后交由逻辑控制电路进行分接。

2.2 逻辑控制电路

以CPLD芯片EPM240T100C5N为核心设计了该系统的逻辑控制电路，主要用于实现多路语音信号的复/分接功能、提供主控电路MCBSP模块和PCM编解码电路工作所需的同步时钟信号、实现主控电路中的DSP芯片对其他外围电路的逻辑控制以及对以太网接入电路收发以太网数据帧的逻辑控制。

2.3 PCM编解码电路

以MC145480為核心设计了该系统的PCM编解码电路，主要用于实现2/4线转换、语音信号的PCM编解码。其中，2/4线转换电路用于实现将2线双向传送的信号转换为在4线单向传送的信号。PCM编解码电路正常工作所需的8KHz帧同步时钟信号和2.048MHz位同步时钟信号均由逻辑控制电路产生，经PCM编码后的信号需经逻辑控制电路进行复接后再交由主控电路处理，PCM解码信号的输入是由逻辑控制电路分接处理后得到的。

2.4 其他组成电路

该系统采用光纤以太网的形式实现远程通信，因此，以DM9000A为核心设计了以太网接口电路，以IP113A实现以太网光纤信号转换，并由光收发模块实现电/光转换。其中，以太网接口电路主要负责以太网数据帧的发送或接收，接收逻辑由逻辑控制电路产生，之后触发主控电路启动网络层数据接收程序，读取DM9000A接收缓冲区中的数据，并交由UDP/IP协议栈进行上层协议处理。发送数据时，主控电路把将要发送的数据写入DM9000A的发送缓冲区，待主控电路通过逻辑控制电路产生发送逻辑时，触发DM9000A发送以太网数据帧。

3 多路音频信号的复接与分接

为提高信道利用率，采用时分多路复用技术将多路信号复接，使之沿同一物理信道传输且互不干扰。本设计采用Altera公司的CPLD实现对6路音频信号的复接，形成一路串行信号帧，其帧格式如图3所示。

图5中，串行信号帧同步时钟clk_fs上升沿到来时，产生clk_fs_sub[5]时隙读取同步信号，在其下降沿时刻读取pcm_from_sub[5]时隙上的音频信号；之后产生clk_fs_sub[4]信号，并在其下降沿时刻读取pcm_from_sub[4]时隙上的音频信号，直至6路信号依次读取完毕后即可得到一帧时分复用信号pcm_to_dsp。

信号的分接过程与复接过程相反，即由一路串行信号pcm_from_dsp得到6路串行信号pcm_to_sub[5..0]。

4 软件设计

系统利用C语言编写，并基于事件处理机制设计了其软件程序。主要包括主程序、中断服务程序和各功能子程序。

系统主程序流程图如图6所示，首先完成系统初始化，读取本机IP并判断IP是否合法，之后进入主循环，判断当前所触发的事件标志，并调用相应的任务子程序或开启中断。

系统各功能子程序主要包括以太网数据接收程序eth_rcv（ ）、UDP命令接收程序command_rcv（ ）、PCM复接数据帧发送程序udp_send（ ）和命令发送程序command_send（ ）。中断服务程序主要用于收到对端以太网数据帧时，启动网络数据接收程序，并产生以太网数据到达事件。

5 结语

本文介绍的基于DSP和以太网技术的多路双向语音光纤传输系统，能够实现多话站间电话用户语音信息的有效传输，实验证明其传输距离远抗干扰性强的优点很好地解决了电缆作为远程通信传输媒介而导致语音通信质量差的问题，从而达到高质量远距离传输的目的，保证了通信的可靠性。

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