ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统接口管理部分的设计与实现

    摘要：介绍了ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统的基本组成着重提出了该系统的接口管理子系统的设计方案与实现。经系统联调，证实了该部分的设计思想是正确可行的。

    关键词：ＴＤＭＡ卫星通信 加／解密系统 接口管理 监控

１ ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统基本组成

    由于在“９２１”工程项目中，采用了ＴＤＭＡ数字卫星通信系统，以满足系统的大容量、高速率数据通信的要求。然而，在该系统所需的专用通信网中，信息的保密与安全（ＩＮＦＯＳＥＣ）特性也显得非常重要。为保证该系统传输的信息不被窃取，自行开发与研制ＴＤＭＡ数字卫星通信系统的加／解密系统是十分必要的。而在加／解密系统中的接口管理部分对该系统中其它部分承担着尤为重要的控制管理功能。

    为了更好地设计出ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统的接口管理部分，有必要先对其加／解密系统的基本组成作一介绍。“９２１”工程项目中的ＴＤＭＡ加／解密系统必须能够保证在ＴＤＭＡ系统ＥＩ卡的ＤＡＭＡ环境下正常工作，以实现３０个话路相互独立的保密功能。此外，该加／解密系统的介入不能降低整个ＴＤＭＡ卫星通信系统原有的技术性能指标。与此同时，它还必须具备较完备的控制、监视和管理功能；为保证整个卫星通信网加／解密系统的正常运行，它也必须具备完善的网络管理功能，并具有集中监控装置，对整个网中的加／解密设备进行集中管理与协调。基于这些，可得到ＴＤＭＡ卫星通信加／解密系统原理框图，如图１所示。

    该系统主要由加／解密主机、本端监控系统、集中监控系统、ＴＤＭＡ设备等部分组成。其中加／解密主机采用两级监控管理方式，并且其远程集中监控管理的优先权要高于本端监控管理的优先权。而且本地监控管理与远程的监控管理是相互独立的，即使任一监控管理失效，也不会影响加／解密主机的正常工作。若两级监控均失效，则加／解密主机可以按原置的状态工作。系统中监控的接口符合ＥＩＡＲＳ－４２２Ａ标准串行异步接口，其集中监控可以完成本地监控的所有功能。

２ 接口管理子系统功能

    为确保卫星通信网中加／解密系统能够顺畅运行，必须提供一个性能可靠、功能完善、时效性高的接口管理系统。系统中接口管理的主要任务是对加／解密主机、本端监控系统与集中监控系统进行管理和信息的交换。它一方面要接收来自本端和集中监控系统送来的数据，完成接收数据的译码、分类，并将相应的指令代码送入加／解密主机，以实现对主机的控制；另一方面，它要对加／解密主机的工作状态信息进行数据采集，对信息的编码进行封装，并按预定的接口协议分别送到本端和集中监控系统，以保证监控系统能实时监视加／解密主机的工作状态。

    接口管理还需提供对ＥＩ接口进行误码检测的功能。也即它能在卫通网传送信息前，或在其传输过程中根据监控系统的指令，检查加／解密系统的工作状态，统计加／解密过程中的误码。仅当确认其工作状态良好后，整个系统才开始传送信息。

３ 接口管理的设计思想及方案

    ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统的接口管理部分必须满足《９２１工程ＴＤＭＡ卫星通信系统加／解密设备研制技术任务书》的相应指标要求。尤其是对影响整个通信系统性能的关键技术指标，如系统的实时性及传输的可靠性等指标应按比任务书规定的高出一至二个数量级来设计。

    在具体的接口管理设计方案中，考虑到卫通网中系统的信息传输格式的不同，差错控制方法及误码检测与通信接口等关键技术方案的选择，对系统的接口管理性能均有的几方面因素影响，我们已设计出符合系统信息传输要求的优化应用层结构，以确保系统中信息数据的实时处理与传输。在分析了差错控制理论在实际工程实现中的误差，以及传统纠错电路复杂的缺陷性之后，我们提出了一种改进的混合差错控制方式（ＨＦＣ），并采用了软件编码及ＳＣＲ大数逻辑译码方案，以实现接口管理中的高效可靠的差错控制。我们已设计出符合Ｇ．７０３／Ｇ．７０４建议的ＥＩ标准接口，以实现对加／解密主机ＥＩ接口、加密、解密模块工作流程的准确检测，并能定量地给出工作误码的情形；使接口符合ＥＩＡＲＳ－４２２Ａ串行异步标准，以实现系统中本端、集中监控系统的全双工通信，并确保集中监控的优先权高于本端监控的优先权。

    在电路设计直到元器件选用等方面，我们采用了现代微电子及数字技术中的新技术、新器件。如采用了高速ＤＳＰ器件ＴＭＳ３２０Ｃ５０作为主处理器，并且使用了新型的ＥＰＬＤ可编程芯片，ＡＳＩＣ器件等，以充分利用微处理器以及大规模集成工艺新发展带来的降低系统成本的可能性，使系统的整体性能提高。考虑到接口管理系统的可维护性和操作简便性，可采用模块化设计方案，各模块可独立完成一项或几项功能，而相关模块之间的通信可由ＣＰＵ统一协调。这样可以减少电路硬件的规模与复杂性，同时减少系统耗散功率，提高系统的可靠性，也有利于将来系统设备的改造与升级。

    具体而言，我们可根据加／解密系统对监控系统的要求，采用一种前后台联合监控的技术方案。即可使操作人员通过监控器发出各种控制指令，经监控接口送往接口管理模块。驻留在板上的控制模块根据指令实施前台控制，模块通过中断或查询来收集加／解密主机各模块的运行状态信息，并以适当的方式送给本端和集中监控设备。操作人员也可随时根据需要通过监控器来改变ＴＤＭＡ加／解密设备的工作状态和收集显示加／解密设备的运行状况，从而使系统具有较强的灵活性。

４ 接口管理系统的实现

    根据上述设计思想及方案，设计出的ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统接口管理部分的实现框图，如图２所示。

    从图２可知，该系统的实现主要包含中央处理单元，ＥＩＡＲＳ－４２２Ａ异步通信接口电路，存储单元，内部接口总线以及功能模块等几部分。接口管理板的主处理器选用了ＴＩ公司生产的ＴＭＳ３２０芯片系列的第五代器件ＴＭＳ３２０Ｃ５０ＤＳＰ。它是一个１６位的定点处理器，与其它的微处理器和定点ＤＳＰ芯片相比，其运算速度快，片内存储器丰富，它的外部接口丰富，兼容性好，可方便地与其外部设备相连。如有接口管理中提供的误码检测电路和纠错译码电路，即可通过其串口方便地与该芯片相连，而不需附加逻辑电路。而且采用ＴＭＳ３２０Ｃ５０芯片便于接口管理软件的开发与调试。并且，由于Ｃ５０芯片工作于微计算机方式时，它能在系统上电后自动地将所需程序从ＥＰＲＯＭ中加载到高速ＲＡＭ中。这种程序加载功能既方便了接口管理系统设计，也能使系统脱件运行。通信接口电路可由一片串行异步接收／发送芯片ＭＣ２６８１和两个电平转换芯片ＭＡＸ４９１组成，如图３所示。它的监控接口符合ＥＩＡＲＳ－４２２Ａ标准串行异步接口标准，而且保证本端与远端的ＲＳ－４２２接口相互独立，并可为本端和集中监控提供双向通信，使集中监控接口的优先权高于本端监控管理的优先权。存储单元可采用８位并行的ＥＰＲＯＭ１７５１２芯片以及少量的片外高速ＲＡＭ芯片（由于Ｃ５０中包含了高达１０Ｋ的片内存贮器资源，可基本满足程序运行的要求），以存储接口管理的初始化数据及应用程序，保证系统的可靠运行，也大大节省了硬件空间。

    由于接口管理板与加／解密主机之间的信息传递是通过加／解密设备中的双口ＲＡＭ来实现的，而与双口ＲＡＭ通信则是通过内部接口总线来完成的。因此，我们可采用握手方式来完成这种内部总线功能，即由状态口来控制对双口ＲＡＭ的控制权，状态口可由一片７４ＬＳ２４４构成，用于控制与查询双口ＲＡＭ的访问权，接口管理的功能模块主要包括纠错译码电路、ＥＩ接口电路以完成对加／解密主机工作过程误码的检测以及对信息的差错控制功能。其中纠错译码器可采用一片ＥＰＬＤ器件，ＥＰＭ５０３２来完成，它通过主处理器Ｃ５０芯片的串行接口接收和发送数据，其电路如图４所示。

    系统中ＥＩ接口电路的实现如图５所示，它主要由ＭＴ９０７９，ＭＨ８９７９３，ＭＴ９０４２芯片构成。它通过设置Ｃ５０芯片的ＴＤＭ串行接口中的控制寄存器的ＴＤＭ位，使之工作在单独模式，再与相应的数据发送电路和数据接收电路一同作用完成其误码检测与差错控制功能。

    在以上提出的ＴＤＭＡ数字卫星通信加／解密系统的接口管理子系统的设计方案中，我们采用了高速ＤＳＰ器件ＴＭＳ３２０Ｃ５０作为主处理器，并且使用了新型的ＥＰＬＤ和ＡＳＩＣｓ器件，从而有利于软硬件结合的设计方案来实现该接口管理部分。

    经该系统的联调，证实了这种接口管理系统设计方案可实现对加／解密系统主机的高效、实时监控管理。即可完成本端、集中监控系统与加／解密系统主机之间信息的可靠传递、实时控制，也可实现对本端、集中监控系统的全双工通信。其接口也符合ＥＩＡＲＳ－４２２Ａ串行异步标准，并保证了集中监控的优先权高于本端监控，达到了“９２１工程”项目任务书所制定的要求。