二四线转换.doc

利用微波信道传送电话信号
　摘要 为解决广播电视部门在偏远地区机房的通信问题，利用已有的空闲微波信道，传送普通电话信号，在没有架设电话线的地区，通过该设备可以直接拨号，进入市话，还可以连接小程控用户交换机，实现内部通话和多部分机分时共享线路资源。该设备可用于任何带音频接口的信道，是一种便于推广的优良产品。
　　关键词 双音多频（DTMF）；用户交换机；微波信道
1　引言
　　随着社会的进步，广播电视事业得到飞速的发展，为了覆盖更多的地区，全国各地建立了众多的转播站，其中有相当多的转播站建立在偏远地区和高山上，这些地区常常不通电话，在那里工作的值班人员，只能通过公务电话与中心取得联系，与外界通信非常不便。为此而研制的微波信道电话交换机，彻底解决了转播站的通信问题，大大改善了转播站的工作环境，取得了很好的效果。
2　基本原理
　　从电话交换机出来的一对用户电话线上，传输的是双向模拟信号，话音频率在300～3 400 Hz之间，要完成在微波信道上传输，需要做以下三项工作：
　　（1）2／4转换：把在一对线上传输的双向信号转变成分别在两对线上传输的单向信号--四线入和四线出，即：把从交换机来的语音信号通过四线出，耦合到微波调制的入口处，经过微波下行信道发送到转播站；而从转播站来的语音信号，再经过上行信道发回，进入四线入，变成二线回到交换机，这样就完成了语音的双向传输。
　　（2）定义信令：把电话的振铃、摘机、挂机等信号，转变成可在话音信道中传输的音频信号，通过预先的定义，让双方彼此识别对方的信令。
　　该系统框图如图1、图2所示。

图1　系统的转换部分

图2　系统的交换控制部分
3　电话转发器
　　电话转发器（图1）设在县市微波站，这里应有电话用户线，它的作用是：
　　（1）把电话交换机出来的模拟双向用户线变成模拟单向四线，为进入微波入信道或接收微波出信道做准备。
　　（2）检测用户线来的振铃信号，用该信号控制一双音多频（DTMF）发生器发出一双音频信号，并把该双音频信号耦合到微波信道中，作为振铃信令发送出去。
　　（3）检测微波出来的作为摘挂机信令的双音频信号，由该信号控制摘机或挂机动作。　　电话转发器的核心是2／4转换器，常用的2／4转换方有两种：一种是相位抵消法，另一种是桥式平衡法，相位抵消法结构简单，但对于侧音消除的效果不够理想，故这里采用的是以变压器为核心的桥式平衡法构成的2／4转换器，电路如图3所示。

图3　2/4转换器电路图
　　它的工作原理是通过调节平衡网络Zp，让四线入来的信号在磁路内的总磁通为0，使感应线圈失去“变量”的作用，所以处于次级的四线出感应不到四线入信号，而只能感应到二线来的音频信号，同时四线入信号可以感应到二线上去，这样完成了2／4转换的功能。该2／4转换器的参数为：二线阻抗600 Ω四线入的输入阻抗和四线出的输出阻抗均为600 Ω，以达到与微波信道良好匹配。二线到四线衰减为－14 dB，四线到二线衰减为－7．5 dB，四线入到四线出的衰减可达－40 dB以上，完全满足使用要求。
　　振铃检测电路通过J2并联在电话用户线上，如图4所示。在无振铃时，电话线上的48 V直流被电容C1隔离，三极管BG1截止；当有振铃时，交流振铃信号可通过C1，经B1，C2的整流滤波到达BG1基极，BG1导通，继电器J1吸合，控制发出双音频信号音。这里选用高频群1 209 Hz和低频群中的941 Hz组成双音频信号音，即对应二进制数“1011”作为振铃信令。双音频产生电路采用以专用集成电路HM9102D为核心的单元电路，电路如图5所示。

图4　振铃检测电路

图5　双音频产生电路
　　J1的固定端接到微波入上，活动端平时接到四线出上，当有振铃时，在BG1的控制下转到DTMF信号出上，将使双音频信令“1011”发出。
　　识别摘挂机信令的电路采用双音频译码专用芯片8870，定义摘机信令为高频群中的1 477 Hz与低频群中的941 Hz组合音频，即二进制“1100”；由于振铃和挂机不会同时发生，为充分利用这两个双音频信号，这里，采用振铃时所用信令“1011”作为挂机信令，电路如图6所示。J2固定端联到电话线上，活动端在未摘机时连到振铃识别电路上，摘机时连到二线上。8870收到“1100”时，经组合逻辑电路，U2A输出低电平，U2B输出高电平，加到U3A，U3B组成的R－S触发器上，U3A输出高电平，使BG2导通，驱动继电器J2吸合摘机，当双音频信号结束后，8870的四个输出端呈高阻状态，使U2A，U2B输出均为高电平，锁住R－S触发器，使其维持原状态；同理，8870收到“1011”时，U2A输出高电平，U2B输出低电平，使U3A反转为低电平，BG2截止，J2失电恢复，完成挂机动作。不是这两个双音频信号的任何双音频均使U2A，U2B同时输出高电平，以维持原来的状态（摘机或挂机）。

图6　识别摘挂机信令的电路
4 电话用户电路
　　电话用户电路（见图2设在转播站的机房内，与电话转发器配合，通过空闲的微波信道，完成在没有架电话线的地区直接拨号进入市话的功能，它的作用是：
　　（1）把微波出与微波入的四线信号转换成普通电话可接收的二线信号。
　　（2）识别微波出现的振铃信令。
　　（3）检测摘挂机信令，并将该信令转换成已定义的双音频信令发送到微波入端。
　　（4）产生和控制铃流。
　　2／4线转换工作原理基本同于电话转发器的2／4线转换，只是这里的2线面向的是电话机，由24 V电压通过变压器平衡馈电给电话机，作为基本工作电压。
　　识别振铃信令电路同样采用以8870为核心的单元电路，检测微波出的振铃双音频信令“1011”，通过工作原理同图6的数字电路，以振铃信号为同步送出到用户线上（框图见图2）。
　　为使控制电路与通话电路分离，采用光耦器件检测摘挂机及控制发信令电路，如图7所示。

图7 控制和通话电路
　　挂机时，光耦截止BG2基极为低电平，BG2截止，J1活动臂与1相连控制DTMF发生器HM9102D发双音频代码“1011”（图中未画出）；摘机时，光耦导通，从而BG2导通，控制J2活动臂与2相连，使HM9102D发双音频代码“1100”，但以上两个双音频信号能否耦合到信道中去，由下面的控制电路决定：由BG1，C2,C3,R5,R6,D1,D2组成微分整流电路，使D触发器的时钟端无论在摘机动作还是挂机动作发生时，总有上升沿产生，D触发器（CD4013）构成单稳触发器，调整R7，C5，在每个时钟到来时，使Q端有800 ms的高电平，使BG3导通，J2吸合，从而把双音频信号耦合到微波入中，完成了摘挂机检测和信令转发（框图见图2）。使用时，可在用户电路二线端直接接电话机，也可接小程控用户交换机，这样使用起来会更加方便。
5　结束语
　　以上设计完全是从实用角度出发的，尚需改进的地方还有许多，考虑到已有的功能基本满足使用要求，故未作改动。该系统不仅用于微波信道，而且可以用于任何有音频接口系统，如卫星通信、光纤系统、电力线载波及远距离架空明线的载波传输，具体应用可参考相应设备接口说明。