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摘要 文章介绍了无中心电波监控系统的组成和功能，详细说明了无中心电波监控系统的软件开发流程。
1、引言
无中心多信道选址移动通信系统（以下简称无中心系统）是一种采用模拟话音、数字信令的移动通信系统。它使用单工对讲工作方式，工作频率在915MHz～917MHz之间，当信道间隔为25kHz时，系统共有80个信道，其中第一个信道915.0125MHz为控制信道，所有的呼叫信令都在该信道发出，其余79个为通话信道。与普通对讲机相比，无中心电台采用自动选址技术，即每个用户都有唯一的5位地址码，因此可以进行一对一的呼叫，克服了传统对讲机中一呼百应的局面。
目前中国的对讲机市场非常混乱，主要表现在：对讲机管理失控；电波秩序混乱，无线电频率资源滥用，功率任意加大，电磁环境恶化，更有甚者就是非法用户对合法用户以及重要部门正常使用的无线电频率造成严重影响。因此，在无中心系统投入使用之前，必须拿出行之有效的方法来对无中心电台进行管理，以避免出现与对讲机管理类似的失控局面。
由于无中心系统采用独立专用控制信道和多信道共用技术，因此，无线电管理机构在审批无中心电台时，无需指配电台的工作频率，只需为用户指配电台呼号编码即可。所以无中心系统的电波监控方法不同于过去需要申请指配频率、办理执照的专业对讲机，也不同于不需要申请指配频率、不需要办理执照的公众对讲机，它们通常都采用监测发射频率信号场强的方法，而无中心系统采用监视控制信道发出的所有控制信令的方法，来发现并处理非法无中心电台。
2、无中心系统的控制信令
无中心系统的数字信令格式如图1所示，它由同步信号和信息数据两大部分组成。同步信号包括位同步和帧同步信号，其中位同步信号为50比特交替的“0”和“1”，帧同步信号为15比特的m序列，取值为111011001010000；信息数据部分包括被呼地址、信道号、指令码、呼号编码和识别码等，其中被呼地址即被呼用户的电话号码，采用20bit的BCD码表示十进制的5位地址码；信道号即主、被呼用户通话时所占用的通话信道，采用8比特二进制码表示十进制的信道号，无中心监控系统根据信道号就可以插入该用户的通话中，进行监听、插话和录音等操作；指令码为4比特二进制码，表示各种指令，如呼叫、拆线、转发、禁发等；呼号编码包括8比特的省份识别码、4比特的地区识别码、20比特的本机地址码、4比特的厂商码、4比特的限时码以及8比特保留码，从呼号编码中可以知道无中心电台所属的地区、本电台的地址码以及限时时间等信息，识别码用于表示通信双方为一组，以便拆线时识别。信息数据部分共有88比特，为保证这部分数据在无线信道传输时的可靠性，对其进行hagelbarger纠错编码，编码后的长度为188比特。信令传输速率为1200b/s，采用MSK方式进行调制。
图1 无中心手机的信令格式
3、无中心电波监控系统的组成
无中心电波监控系统由无中心监控台、天线、馈线、电源、计算机、数据转换器、专用连接电缆、专用控制软件组成，如图2所示。无中心监控台除了具有无中心电台的所有功能外，还具有监控功能。即无中心监控台通常守候在控制信道，当监控系统覆盖区内的用户发出呼叫时，无中心监控台通过天线可以接收到控制信道发出的呼叫信令，经调制解调器解调出对应的数字格式的信令，送入监控台内的单片机，然后再由单片机把这些信令经RS-232串行口（或USB接口）送至计算机，计算机按一定的格式将监测的信息存贮并显示在计算机的屏幕上，从而完成对覆盖区域内所有无中心电台的监测。监测人员可以通过屏幕发现违章电台并执行必要的操作。除此之外，无中心电波监控系统还可以对任意电台发起呼叫，可对监测数据进行按时间、按信道号、按电台号码等多种形式的统计分析，并对使用无中心电波监控系统的人员进行管理。
图2 无中心电波波监控系统组成示意图
4、无中心电波监控系统的软件实现
无中心电波监控系统的软件流程如图3所示。启动无中心电波监控软件后，首先进入登录对话框，当用户输入正确的用户名和密码后，进入主界面并完成计算机和监控台之间的握手，主界面如图4所示。监控软件主要由四个模块组成，即自动监视模块、控制模块、数据统计分析模块及辅助模块。
图3 无中心电波监控系统软件流程图
图4 主界面
4.1 自动监视模块
自动监测模块接收每次呼叫的信令并在窗口中显示该次呼叫的主叫号码、被叫号码、开始时间、通话信道号、限时时间、所属地区、指令码和拆线识别码等信息，通话信道号即该次通话所占用的信道，无中心监控系统根据通话信道号就可以插入该用户的通话中，进行监听、插话和录音等操作；限时时间为该次通话的最长可用时间，一般情况下为5分钟，当信道占用率达到75%以上时，自动转为3分钟。
在自动监视模块中，当计算机发现某条记录的主叫电台为非法电台时，将把该条记录的底色变成蓝色，以提醒监控人员。
4.2 控制模块
控制模块分为手动方式控制和自动方式控制两种。
在手动方式下，由监控人员手动对非法电台进行处理，处理方法有监听、警告、录音、强行拆线、空中禁发和空中禁发禁收；在监听、警告、录音、强行拆线这四种处理方法中，监控台首先把频率调整到该非法电台所使用的通话信道上，然后通过音箱或耳机监听该电台的通话，或者通过麦克与该电台通话或发警告音，或者进行录音、或者强行拆除该电台的通话；而空中禁发和空中禁发禁收这两种处理方法是当非法电台处于控制信道时执行的操作；空中禁发时，监控人员通过监控台发空中禁发信令，非法电台收到该信令后，将会关闭自己的发信机，从而不能发起呼叫，但是非法电台的接收机没有被关闭，所以仍可接收呼叫，因此，如果禁发后的电台已在无线电管理部门完成登记注册，则监控人员会使用监控系统中的空中还原操作重新开启该电台的发信机，使其恢复正常工作；若监控台发空中禁发禁收信令，则非法电台的收发信机会全部被关闭，此时非法电台必须到无线电管理部门登记注册、纠正违法行为后，由无线电管理部门利用写码器重新开机，才能使电台恢复正常工作。在手动控制中，监控人员还可以根据需要向某个或某组无中心手机发起呼叫。
自动控制是指不需要监测人员参与，就可以完成监听、警告、录音、强拆、空中禁发或空中禁发禁收等功能，其过程为：当发现某一非法电台时，监控台将自动转入该信道，并进行录音，然后，自动发出警告音，警告n次（n可由用户确定）无效之后，则进行强拆，强拆n次无效之后，采用禁发操作，禁发后，该非法电台将没有发起呼叫的权利。
4.3 数据统计和处理模块
无中心电波监控系统可以采用不同的方式对监测数据进行统计分析，例如可以对所有电台每天的使用情况进行统计，对每天所有发起和接收的呼叫进行统计，对某信道每天的使用情况进行统计或对呼叫的时间分布情况进行统计等等，另外，无中心系统可以根据用户需求选择监测记录的保存时间，例如三个月或半年。
4.4 辅助模块
无中心电波监控系统的辅助模块包括帮助文档、监控人员登录界面、监控人员权限的管理、监测数据的打印和用户资料的添加、删除、查询、更改等功能。
5、关键技术讨论
5.1 监控台与计算机的通信协议
监控台与计算机间的通信协议包括物理层协议和数据链路层协议，分别如下：
物理层：采用串行传输方式，通信速度为14.4kb/s，数据帧的格式如下：
起始位（1位）+数据（8位）+偶校验位（1位）+停止位（1位）
数据链路层的帧格式如下：
起始字（1byte）+帧同步字（5bytes），命令字（2bytes），数据段（12byte），校验和（1byte）+结束字（2byte）
其中，起始字与帧同步字之间以及校验和与结束字之间无逗号分隔，帧同步字与命令字之间、命令字与数据段之间、数据段与校验和之间使用逗号分隔，所有语句必须采用定长的格式发射，如果部分命令没有具体数据，则计算机方以0xAB做为数据，对讲机方以0x55做为数据。
5.2 同时监视与控制
无中心电波监控系统的工作状态有两种，即监视状态和控制状态。在监视状态下，无中心监控台停留在控制信道上并接收所有无中心电台发起的呼叫；在控制状态下，无中心电台必须切换到相应的通话信道，才能进行监听、录音、警告、强拆、禁发等操作。因此存在一个问题，即当无中心监控台处于控制状态时，将会丢失在控制信道上发起的呼叫信息。解决这个问题要考虑以下两种情况：
（1）在无中心系统业务量小的地区，可以采用单收发信机的监控台，在控制状态下，监控台转到相应的通话信道进行操作，然后再返回控制信道进行监视，由于业务量小，所以丢失的呼叫信息有限。
（2）对于业务量较大的地区，为了不丢失监视信息，需配备双收发信机的监控台，其中一部收发信机固定在控制信道进行监视，另一部收发信机在控制信道守候，并随时根据监控系统的指令转到相应的通话信道执行监听、录音、警告、强拆、禁发等操作。另外，双收发信机的监控台还具有备份功能，即在执行监视的收发信机出现故障的情况下，系统可自动选择另一台收发信机进行监视，组成单收发信机的监控台，以保证系统的可靠性。
5.3 远距离监视与控制
无中心监控台的覆盖范围受功率、天线增益、天线高度、接收机灵敏度和通信环境等条件的限制。随着城市的不断扩大，采用一套无中心电波监控系统不能满足整个城市范围内的监控，此时可以采用多监控台的无中心电波监控系统，多监控台的无中心电波监控系统是指在一个大的监控范围内设置多个分监控系统，每个分监控系统负责监控其覆盖范围内的无中心电台，分监控系统接收到的数据通过有线或无线链路传送到主监控系统，由主监控系统对数据进行记录和处理，并根据需要把相应的控制信息反馈至分监控系统，再由分监控台转发接收到的控制信息，从而完成对本覆盖区范围内无中心电台的监控。因此，多监控台的无中心电波监控系统的组成方案有两种，第一种如图5所示，主监控台和分监控台之间采用有线链路（如E1或ADSL等）连接，该方案的传输可靠性高，时延小，但是组网缺少灵活性；第二种如图6所示，该方案的主监控台和分监控台之间采用无线链路进行连接，这种方法组网灵活，成本低，它的缺点是传输可靠性低。
图5 多监控台
图6 多监控台的无中心电波监控系统组成方案2
6、结束语
电波监测是保证各种无线电设备正常工作和发展的基础，通过日常监测可以为无线电管理部门提供真实可靠的频率使用情况，并及时发现有害干扰、排除有害干扰、维护空中的电波秩序。无中心电波监控系统根据无中心系统的特点，采用监视控制信道的方法，对无中心系统的使用情况进行有效的监控，开发出来的无中心电波监控系统经过半年的试运行，达到了令人满意的效果。
