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移动卫星多路复用器中的传真业务 孙传明 袁三男 宋文涛 （上海交通大学电子工程系 200030） [摘要] 在农村偏远地区及海上通信等场合，移动卫星通信无疑是最可行的通信方式，然而昂 贵的通信资费成为阻碍这一先进、快捷的通信方式普及的至关重要的因素。而移动卫 星多路复用器的开发与应用却能较好地解决这一矛盾。 移动卫星多路复用器使用先进的语音压缩技术将多路话音信号和传真报文进行复用， 以降低昂贵的通信费用。为了实时传输话音信息，传真业务只能采用非实时方式，利 用存储转发技术来实现，在实现过程中须考虑传真接口模块与其他传真机的兼容性问题。 关键字 多路复用器，语音压缩技术，存贮转发传真 FAX Service in Mobile Satellite MUX Sun Weiming Yuan Sannan Song wentao (Electronic Engineering Department of Shanghai Jiao Tong University) [Abstract] It is undoubtly believed that mobile satellite communication is the most feasible way in outside country and maritime occasion.However,the high communication price is the most outstanding factor to frustrate the communication method to be widely accepted.The mobile satellite MUX,which involves AMBE voice codec and statistical multiplexer with inserted FAX message data greatly reduce the communication fees,is the optimum solution for the dilemma. The FAX service in MUX is non-real time,which is implemented by means of store&forward.The implementation of FIU should be deeply considered the compatibility issue with other fax machines. Key Words:MUX (Multiplexer),AMBE (Advanced Multi-Band Excitation),FAX store&forward 1 引言 移动卫星通信具有通信距离远、覆盖范围大、不受地理条件限制、通信频带宽、传输 容量大，灵活方便等一系列的特点。它使农村偏远地区，抗灾救援，海上等场合的通 信成为可能。然而，移动卫星通信的突出问题就是通信费用较高，以海事卫星通信组 织（INMARSAT）的INMARSAT-M4系统为例，一条64K的数据信道每分钟的收费 高达十几美元，这样高的通信费用对于一般的用户而言是望而却步的。 针对此种情况我们开发了移动卫星多路复用器，以降低通信资费。 2 多路复用器 已开发的移动卫星多路复用器可将32路电话业务及16路传真（数据）业务复用于64K 的卫星信道。功能框图见图2-1。话音采用AMBE〖1〗(改进的多频带的激励系统)算法。 AMBE压缩算法是基于MBE（多频带的激励系统）算法基础上的改进形式，它将输入的 话音（经AD变换后的数字信号）分隔成20ms为上帧，由于抽样速率为8KHZ，每样 点为8bit，故输入话音速率为64kbps，每帧共160字节。AMBE算法将160字节进行 压缩后成为72bit，压缩后的数据速率为3.6kbps〖1〗。同时大量的双向电话通话统计数 据表明话音活动只占全部通话时间的3/8〖1〗，以50％计算，基本上有一半时间空闲。 采用传话时占用信道，停话时不占用信道的方法，可以降至每话路1.6kbps，加上一些 额外开销，每路占用2kbps，因此64kbps主干信道可以传输32路电话。如果32路话 音在某时刻全部处于活动时期，此时可以采用随机抽帧的方法以满足实时性。系统还 加入了FAX（或数据）功能。如果32路话音并非全都同时通话，也即只要主干信道 在某此时期仍有空闲，此时就可插入传真数据。由于只有当信道空闲的时候才传输数 据，因此传真采用存贮转发（STORE&FORWARD）的非实时形式，其数据内容插在32 路话音的空隙阶段。对于数据通信，其实现方法与传真所采取的方法相似。卫星信道 上的多路复用传输协议采用自定义的智能多路复用传输协议。 使用本多路复用器，若通过INMARSAT-M4的64K的数据信道，满负荷运行时每分 钟每路的话费可降至1美元以下，若考虑传真通信，则资费还可以进一步降低。又由 于卫星通信无月租费，对于普通的用户来讲是十分诱人的。 3 存贮转发传真业务 由于多路复用器的系统设计决定了传真业务是非实时的，因此必须使用存贮转发的方 式来实现。多路复用器中的系统配置的框图见图3-1。 多路复用器中的FIU（传真接口单元）与本地的传真机（FTE）进行T.30协议下的传 真通信，将传真报文存贮于多路复用器的内存中。当卫星信道上有空闲时将传真报文 作为数据的形式发送至对方的多路复用器，对方多路复用器中的FIU以T.30的方式将 从卫星信道上收到的报文转发给本地的FTE。 目前的三类传真机都是通过模拟电话电路进行通信的。而三类传真机是数字传真机， 经编码数据压缩后的传真信号是数字信号，所传真机信道编码器输出信号无法直接送 往模拟信道进行传输。为解决数字信号在模拟信道上的传输问题，采用了调制解调的 方法。这里调制解调器的作用是完成数/模（D/A）转换，即把数字信号变换成模拟信 号，并使之适合在模拟信道上进行传输。解调器的作用则是把接收到的模拟信号恢复 成数字信号，即完成模/数（A/D）转换任务。所以调制解调器是三类传真及的重要组 成部 分，它不仅需要解决数字信号在模拟信道上的传输问题，还要适应三类传真机的高传 输速率要求，同时还需适应数据传输自动操作的特点，所遵循的规程见T.30协议。 4 RC144Dpi 调制解调器 Rockwell公司生产的RC144Dpi是14.4kbps的调制解调器，满足ITU建议的V.32、V.29、 V.27ter、T.30和T.4所规定的技术要求。传真的数据信号速率有14400，122000，9600， 7200，4800，2400，300bps七种，非常适合卫星信道中的传真通信，其通信速率一般 并不很高。RC144Dpi支持SDLC/HDLC并且考虑、简化了传真通信中参数设置，采 用先进的信号处理技术，在质量不高的线路上，也能传送和接收数据，比较理想的传 真调制解调器。传真过程中须对RC144Dpi进行设置。 在RC144Dpi内部有32个字节的寄存器，可以作为主处理器存储空间的一部分而被寻 址。这些寄存器被称为接口寄存器。主处理器对接口寄存器进行读/写操作，进而获得 MODEM的工作情况并设定MODEM的工作模式，维持主处理器与MODEM进行数 据的交换及通过对这些寄存器的设置以访问MODEM的其他存储空间。在传真通信 中，主处理器须通过对接口寄存器的操作，在不同的通信阶段中不断更新设置MODEM 的工作模式及进行数据的交换。以下程序段示出了设置高速率模式的实例，其中变量 均为RC144Dpi中的接口寄存器助记符。 DATA=0，NEWC=1 //NEWC=1：主CPU通知RC144Dpi有新的设置 Set1： If(NEWC〈〉0 then goto Set1 // RC144Dpi对于主CPU的设置 作出相应 CONF=高速设置，NEWC=1 Set2： If(NEWC〈〉0 then goto Set2 HDLC=0，DTR=0，DATA=1，NEWC=1 // 取消HDLC功能，设置数据终端未准 备好 Set3： If(NEWC〈〉0 then goto Set3 Return； 5 传真机的兼容性 本系统的FIU实际上就是实现通用的、遵循T.30协议的普通传真机。由于不同传真机 厂商对于T.30协议的理解不同，传真机的兼容性问题就变得十分突出。这样不得不在 多路复用器中考虑FIU对于其他传真机的兼容性。 1、CED/DIS时间间隔 一些传真机的CED 单音信号与DIS（被叫端数字标识）二进信号之间的间隔大于T.30 规定的95毫秒时限，FIU须在一定的时间范围内（设定为1500毫秒----T.30的最大容 许无信号的间隔时间）认为传真机仍是正常的，并监测DIS信号。 2、模式转换 在低速二进信号和高速报文数据信号的交替的通信阶段时，如DCS/TCF，CFR/MESS， 传真系统的调制解调器在两种模式，即低速二进信号（V.21）和高速报文数据信号 （V27ter，V.27，V.29等）间的转换时间是至关重要的。转换时间过长，会导致后续 信号的丢失或误码。然而，转换时间在T.30的协议中并未明确规定，这对于FIU的传 真通信实现有很大的影响。FIU的模式转换时间须“非常短暂”以随时适应线路上的 后续信号。“非常短暂”本身就是非常模糊的概念，因为这在很大的程度上取商于使用 的调制解调器的速度及与之通信的本地FTE中的调制解调器速度。模式转换问题是影 响传真兼容性的重要因素。 3、同时接收低速与高速数据 在传真通信中的某些阶段，需要FIU同时接收低速与高速数据。如在本地FTE向FIU 发送报文数据时，FIU最好能在接收高速报文数据的同时，监视FTE是否有低速数据 发送。因为在某些情况下，FIU的调制解调器已调谐到高速状态，但是由于可能本地 FTE未调谐到高速状态或有意外情况发生，如本地FTE发生故障要拆除线路时，它会 向FIU发送低速DCN（链路拆除）二进信号，FIU须监视并接收这些低速二进信号以 确定下一步的正确操作。RC144Dpi支持同时接收低速与高速数据的模式。 4、TCF（训练序列）时间 T.30规定，在发送报文前应有一个TCF训练过程以确保线路的工作情况。TCF的格式 为持续时间1.5秒+/-10％的全零序列。在实际的开发过程中现一些传真机发送的训练 序列长达规定时间的4倍至多，而有些则非常短。另一方面，有些传真机能接收的训 练序列又大大低于T.30的规定时间，导致训练失败。在这些情况下，FIU须适时调整 TCF的持续时间来适配不同的传真机。 6 小结 本文介绍了卫星信道中的多路复用器及其业务，特别介绍了其中的传真业务。使用该 多路复用器，可以大大降低用户的通信费用。 参考文献 1、“RC96DPL/RC144DPL and RC96Dpi/RC144Dpi Modem Designer’s Guide”Rockwell International Digital communications Division Order No.874,Rev.1 May 1993 2、Inmarsat Mini-M Low Level Vocoder Description Version1.3 11 July 1995 3、Brady,P.T(1968). “A Statistical Analysis of On_Off Patterns in 16 Conversations.”Bell Syst.Tech.J.47,73-91. 4、朱梅英，“传真通信与调制解调器”，人民邮电出版社 5、INMARSAT-B/M SDM MODULE I,APPENDIX III:FACSIMILE INTERFACE DESCRIPTION 作者简介： 孙伟明：1974年10月出生，上海交通大学研究生进修班，信息与通信程专业 袁三男：1967年2月出生，上海交通大学电子工程系副教授，博士 宋文涛：1936年1月出生，上海交通大学电子信息学院教授，博士生导师