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GPS車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)傳終端的設(shè)計
摘要：介紹一款應(yīng)用于GPS車輛監(jiān)控調(diào)度的高速GPS數(shù)傳終端的設(shè)計開發(fā)。該終端半雙工通信，GMSK數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)，傳輸數(shù)據(jù)率9600bps，同時能夠傳輸話音。使用此數(shù)傳終端的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)可實時監(jiān)控車輛超過1200輛/分鐘。GPS車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，需要將車輛的定位數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)通信平臺回傳到監(jiān)控調(diào)度中心。常用的無線數(shù)據(jù)通信平臺可以分為兩大類：公網(wǎng)和專網(wǎng)。公網(wǎng)指的是GPRS、CDPD、GSM等以用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，專網(wǎng)則是指為調(diào)度系統(tǒng)專門建立的無線通信網(wǎng)。采用公網(wǎng)的GPS系統(tǒng)具有投資小、覆蓋面大、系統(tǒng)維護量小等優(yōu)點，但它的實時性比較差，不能進行GPS差分定位。要用專網(wǎng)的GPS系統(tǒng)對監(jiān)控目標可采用時分復(fù)用方式進行數(shù)據(jù)傳輸，充分利用無線頻率資源，傳輸快、實時性好，可進行GPS差分定位，定位精度高。因此專網(wǎng)的GPS車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)尤其適合于公安、消防、公交、金融運鈔等對實時性要求高的應(yīng)用。專網(wǎng)用GPS數(shù)傳終端在系統(tǒng)中的作用主要是實現(xiàn)GPS差分定位與無線通信。本文介紹用于專網(wǎng)的低成本、高數(shù)據(jù)率、實時性好、可靠傳話音的GPS數(shù)傳終端的設(shè)計方法及其性能、特點。
1 數(shù)傳終端設(shè)計中頻率資源的充分利用
在車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，頻率資源有限，
不能為每個終端分配一個頻段，通常是所有終端共用一個數(shù)據(jù)頻道。因此，如何復(fù)用這一頻率資源，使它得到充分利用，增大系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信容量是數(shù)傳端和系統(tǒng)設(shè)計中值得探討的問題。
常用的單信道復(fù)用方法有兩種：點名方式和時分復(fù)用方式。點名方式是在整個系統(tǒng)中，先由基站終端點名，指定某特定移動終端向它回傳數(shù)據(jù)；在隨后的一段時間內(nèi)，指定的終端回傳數(shù)據(jù)，其它的終端則保持沉默，基站的終端接收數(shù)據(jù)；然后又由基站終端繼續(xù)點名。時分復(fù)用方式則是在一個時間段內(nèi)為每一終端分配一個時隙，終端輪流發(fā)送數(shù)據(jù)，到下一時間段，所終端又依次發(fā)送，如此循環(huán)。點名方式的缺點是由于每次都要基站終端先點名，因此通信效率比較低，數(shù)據(jù)通信容量比較小，只能應(yīng)用于比較小的系統(tǒng)。時分復(fù)用方式效率比點名方式高，數(shù)據(jù)通信容量大，但是所有終端需要一個共同的時間基準。在移動通信中，這個基準通常由基站通過單獨的信道來提供，這就需要單獨的控制信道，對設(shè)備要求高。在車輛監(jiān)調(diào)度系統(tǒng)中，不能采用這種方法�？紤]到GPS接收模塊在進行GPS定位時，同時會得到一個非常準確的全球同步時鐘，用它來作為時分通信的時間基準，就可以實現(xiàn)時分復(fù)用，而不增加成本和設(shè)備復(fù)雜度。
在時分通信的GPS車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，移動終端發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時候不多，終端常處于空閑狀態(tài)。而在車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，采用數(shù)據(jù)傳輸定位信息、話音實現(xiàn)調(diào)度功能將大大提高系統(tǒng)性能。因此如果能在半雙工的傳輸平臺上，實現(xiàn)既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸話音而不相互干擾，將會使整個系統(tǒng)性能在不增加成本的情況下，得到極大的提高�？紤]到以下兩個事實：
（1）時分復(fù)用方式的監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，每個移動終端傳輸和接收數(shù)據(jù)的時間都很短，在每個時分復(fù)用周期內(nèi)只有一收一發(fā)兩次，各幾十毫秒�；镜臄�(shù)傳終端數(shù)據(jù)收發(fā)時間則比較長。
（2）話音通信時，話音偶爾被中斷不到100毫秒，基本不影響話音的可懂度，收聽者只感覺到輕微的喀、喀聲。
筆者采取以下辦法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與話音的同時傳輸：
（1）采用兩個25kHz帶寬的頻道，一個用于話音通信，一個用于數(shù)據(jù)通信；
（2）大部分時間里移動終端處于話音頻道，接收或發(fā)送話音，在收發(fā)數(shù)據(jù)的時隙，無論是否收、發(fā)話音，都強制切換到數(shù)據(jù)道收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通信完成后，回到話音頻道，繼續(xù)收發(fā)話音。這樣數(shù)據(jù)收發(fā)只會引起話音通信的不到100毫秒的中斷，因而對話音通信的影響可忽略。
（3）在監(jiān)控調(diào)度中心安裝兩個基站終端，一個專用于話音通信，一個專用于數(shù)據(jù)通信；每個監(jiān)控目標安裝一個移動終端，在給定的時隙收發(fā)數(shù)據(jù)，其它時間收發(fā)話音；基站終端與移動終端只在軟件上略有不同。這樣，就可以在半雙工的平臺上，
同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)和話音的半雙工傳輸。
2 GPS數(shù)傳終端的硬件設(shè)計
2.1 數(shù)字調(diào)制方式的選擇
時分通信系統(tǒng)中決定系統(tǒng)容量的主要因素有三個：無線數(shù)據(jù)傳輸率、不同終端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｗo時間以及每個終端的數(shù)據(jù)量。增加數(shù)據(jù)傳輸速率，可直接加大通信系統(tǒng)容量。在車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中，帶寬資源是非常有限的，要提高通信數(shù)據(jù)率，必須采用效率比較高的調(diào)制方式。
ASK、PSK、FSK等調(diào)制方式，調(diào)制解調(diào)簡單，但頻譜特性不好，帶寬利用率低；而QAM、TCM等復(fù)雜的調(diào)制方式，需要較復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)手段，成本也比較高。這里采用GMSK（高斯濾波的最小頻移鍵控）數(shù)據(jù)調(diào)制方式。GMSK是一種恒包絡(luò)調(diào)制方案，可以用較簡單的C類放大器實現(xiàn)，而且它能夠在保持譜效率的同時維持較低的同波道和鄰波道干擾。實現(xiàn)GMSK調(diào)制可以采用正交調(diào)制方式或簡單的高斯低通濾波加頻率調(diào)制的方式。這里采用后者，如圖1所示。
解調(diào)時，采用完全相反的過程，先解調(diào)頻，得到高斯濾波的基帶信號，然后高斯逆濾波，恢復(fù)調(diào)制前的信號。
2.2 頻率調(diào)制和解調(diào)的設(shè)計
為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定可靠，發(fā)射電路采用兩個振蕩器：一個中頻振蕩器和一個本地振蕩器，數(shù)據(jù)和話音分別調(diào)制這兩個振蕩器。數(shù)話分開調(diào)制的好處是避免了兩路的相互影響，并且數(shù)據(jù)信號直接調(diào)制中頻晶體振蕩電路，提高了數(shù)據(jù)調(diào)制的穩(wěn)定度，有利于實現(xiàn)MSK調(diào)制和接收電路
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