多点共线无中心载波集团电话系统

    摘 要： 介绍了一种综合SSB调制解调、特殊参数AGC、二四线变换、DTMF收发、锁相环频率合成、高阻接口等多种技术的全双工载波集团电话系统。该系统采用总线式网络拓朴结构，不设中心交换机，各分机本身具有交换功能。

    关键词： 多点共线 无中心交换 SSB载波调制

    1 系统的组成原理及主要特点

    现在市面上的集团电话系统均自带程控交换中心，通常采用星型网络拓朴结构，接N门电话就相应从中心交换机拉出N对电话线，工程布线麻烦且费用高。本多点共线无中心载波集团电话如图1所示，采用总线式网络拓扑结构，不设中心交换机，各分机本身具有交换功能，故布线只需一条传输双绞线即可贯穿所有用户。工程量小，费用省，扩展灵活；若用于所需分机数为中小容量的企业集团内部，其成本明显低于具有中心交换电话系统的各分机的分摊成本。

    该系统实质是把程控交换机的各主要功能分散到各个分机中，使各个分机能相互拨号选呼，所以分机不受线路限制，可在同一时刻成对地进行保密通话，互不干扰，呼损率低。整个系统仅由接口分机和内部分机组成，N门分机可构成N/2条无阻塞绳路。内部分机按需要增加一块外线转接接口模块，即构成接口分机，可自动转接内部分机拨打外线电话。

    2 系统的工作原理

    接口分机电实现原理如图2所示，其中虚线框部分为外线自动转换接口模块。

    内部分机相互拨号选呼时，与一般的电话并无差别，按拨号音、忙音、振铃音建立或撤消通话链路。拨号时，主叫MN号分机依被叫分机号PQ两次压按键P与Q，把MN号分机发送频率调到被叫的接收频率fPQ上(PQ为发送频率合成器预置分频比)，然后自动将主叫分机号MN告诉对方，即代表MN号的DTMF信号在前放与由话筒来的语音信号在前放混合后，经低通送至SSB调制器得到载频为fPQ的单边带信号，经程控放大、调谐放大后，由高阻接口送往内部总线(一条传输双绞线)。本系统各分机的所有接收选频网络(中心频率等于分机接收本振频率)均挂在同一总线上，此时分机号为PQ的选频网络能选出载频为fPQ的SSB信号，该信号经AGC送至SSB解调出代表MN号的DTMF信号，当CPU判断DTMF信号为MN后，则将发送频率自动调到主叫的接收频率fMN上(MN为发送频率合成器的预置分频比)。这样一来，MN号分机与PQ号分机就建立了能够唯一互相通话的条件，话音链路即告建立。话音的收发传输过程同DTMF信号的传输过程一样。

    当外线电话与本系统的内部分机通话时，外线电话用户先由公共电话网与接口分机建立外部基带话音链路，然后再二次拨号通知接口分机欲拨打的内部分机(设为PQ)，则接口分机自动按上述过程与内部PQ号分机建立内部话音载波链路，两种链路由接口分机汇接在一起，通过二四线变换器对进、出的双向话音进行分流，内外通路即告建立。外线电话的振铃音峰值为几十伏，特别由光电耦合、振铃识别电路识别，送往CPU判别。而本系统的内部分机拨打外线电话的内外通路建立过程则正好为上面所述的逆过程。

    3 主要技术指标

·直流功率：≤2.0W；

·调制方式：SSB调幅，取上边带；

·载波频率：60kHz～320kHz，分28个频道；

·发送输出峰值：4Vp-p  (Rl=100Ω时)；

·接收灵敏度：≥50m Vp-p时远近路程音量基本一致；

·收端音频频响：2.4kHz(-3dB带宽)；

·组网分机数N：2～28(等效绳路数为N/2)；

·通话方式：全双工；

·通话距离：≥1km(满28台，用双绞线)，≥1.5km(10台以内)；

          ≥2km(用Φ1的单股铜线或铝线，线径大于10mm)。

    4 系统关键技术

    4.1 SSB调制解调

    为了提高频谱利用率，采用单边带技术，在频段60kHz～320kHz中分配28个频道，即可保证方案的实现，又降低了发送功率。为避免使用价格昂贵的单边带滤波器和电感元件，采用移相法，电路仅由集成运放和模拟开关构成。SSB调制解调电路原理如图3(a),(b）所示。

    其中，音频移相电路在300Hz～3kHz带内相移90°±1.3°，边带抑制比达30dB以上，载频抑制度达60dB以上。

    4.2 特殊参数AGC电路

    特殊参数AGC电路如图4所示，采用快充慢放的检测电路。它与常规AGC电路不同，主要用来改善电波的衰弱，而这里用于改善远端(如1km)和近端(如隔壁房间)通话距离不同时，声音大小的一致性。经实验表明：该电路能控制接收端音频检出幅度的差别在0.8～1倍之间，有效地保证了远距离通话的清晰度。

    4.3 二四线变换器

    外线电话与内部电话全双工通话时，基带话音的发送和接收需各用一对线共四线，以避免相互干扰。为了节省布线，本系统收发共用一对线，在话筒和耳机的汇接点处，接入二四线变换器，以使话筒和耳机相互隔离，但又不影响正常通话。二四线变换器采用特殊的阻容桥式相位相消法，电路如图5所示。

    理论分析表明，IN→I/O,OUT←I/O为通路，IN与OUT相互隔离的条件是：

    实验表明：当MIC受话时，I/O与OUT线上的信号隔离比可达8:1甚至更高。

    4.4 DTMF收发电路

    DTMF收发电路采用CM8880，它为带呼叫进展滤波器的单片增益可调DTMF收发器，提供了与Motorola6800系列单片机的接口。但由于6800系列单片机RD和WR线合二为一(高电平RD有效，低电平WR有效)，而本系统采用的Intel   80x1系列单片机RD和WR线分离(低电平有效)，故采用如图6(a)所示的接口电路，其电路时序如图6(b)所示。

    4.5 锁相环频率合成

    本系统利用集成锁相芯片MC14046增加频率稳定度，以保证通话质量。其参考频率为fR=3.4956kHz，由于系统工作频段为60kHz～320kHz，则在fvco最大值320kHz及最小值60kHz处分频比分别为：

    为减小低通滤波器的电流消耗和环路噪声，采用如图7所示的无源比例积分环路滤波器，以提高频谱纯度，降低对临近频道的干扰。考虑鉴相纹波抑制能力，兼顾环路瞬态特性，选取ζ=0.707，ωｎ≤ωR/10。根据ζ、ωｎ及环路增益可唯一确定环路滤波器RC常数。

    4.6 高阻接口

    为使各分机互为轻载接入总线，以增加一条总线所带分机的门数，采用如图8所示的高阻接口电路。该电路对于外来信号产生正反馈补偿作用，以补偿多机并联后负载加重、幅度降低、声音变小的缺点。它本质上为一高阻抗负载，故任一分机对其它分机来说，分流很小。

    总之，内部分机加载一跳频控制模块，即可构成一部跳频通信机，极大提高恶劣环境下的抗干扰能力。若接口电路适当改进，亦可在电力线上传输。本系统特别适于厂矿、商场、办公大楼等企业内部实现通信。

    参考文献

    １ 张旭动．ＲＴＣ机中的移相调制器分析．电力系统通信,1990

    ２ 张厥胜．锁相环频率合成器．北京：电子工业出版社，1997

(收稿日期：1999-07-13)