GPS車(chē)輛監控調度系統中高速數據傳終端的設計

摘要：介紹一款應用于GPS車(chē)輛監控調度的高速GPS數傳終端的設計開(kāi)發(fā)。該終端半雙工通信，GMSK數據調制解調，傳輸數據率9600bps，同時(shí)能夠傳輸話(huà)音。使用此數傳終端的車(chē)輛監控調度系統可實(shí)時(shí)監控車(chē)輛超過(guò)1200輛/分鐘。

GPS車(chē)輛監控調度系統中，需要將車(chē)輛的定位數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據通信平臺回傳到監控調度中心。常用的無(wú)線(xiàn)數據通信平臺可以分為兩大類(lèi)：公網(wǎng)和專(zhuān)網(wǎng)。公網(wǎng)指的是GPRS、CDPD、GSM等以用無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)，專(zhuān)網(wǎng)則是指為調度系統專(zhuān)門(mén)建立的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)。采用公網(wǎng)的GPS系統具有投資小、覆蓋面大、系統維護量小等優(yōu)點(diǎn)，但它的實(shí)時(shí)性比較差，不能進(jìn)行GPS差分定位。要用專(zhuān)網(wǎng)的GPS系統對監控目標可采用時(shí)分復用方式進(jìn)行數據傳輸，充分利用無(wú)線(xiàn)頻率資源，傳輸快、實(shí)時(shí)性好，可進(jìn)行GPS差分定位，定位精度高。因此專(zhuān)網(wǎng)的GPS車(chē)輛監控調度系統尤其適合于公安、消防、公交、金融運鈔等對實(shí)時(shí)性要求高的應用。專(zhuān)網(wǎng)用GPS數傳終端在系統中的作用主要是實(shí)現GPS差分定位與無(wú)線(xiàn)通信。本文介紹用于專(zhuān)網(wǎng)的低成本、高數據率、實(shí)時(shí)性好、可靠傳話(huà)音的GPS數傳終端的設計方法及其性能、特點(diǎn)。

1 數傳終端設計中頻率資源的充分利用

在車(chē)輛監控調度系統中，頻率資源有限，不能為每個(gè)終端分配一個(gè)頻段，通常是所有終端共用一個(gè)數據頻道。因此，如何復用這一頻率資源，使它得到充分利用，增大系統數據通信容量是數傳端和系統設計中值得探討的問(wèn)題。

常用的單信道復用方法有兩種：點(diǎn)名方式和時(shí)分復用方式。點(diǎn)名方式是在整個(gè)系統中，先由基站終端點(diǎn)名，指定某特定移動(dòng)終端向它回傳數據；在隨后的一段時(shí)間內，指定的終端回傳數據，其它的終端則保持沉默，基站的終端接收數據；然后又由基站終端繼續點(diǎn)名。時(shí)分復用方式則是在一個(gè)時(shí)間段內為每一終端分配一個(gè)時(shí)隙，終端輪流發(fā)送數據，到下一時(shí)間段，所終端又依次發(fā)送，如此循環(huán)。點(diǎn)名方式的缺點(diǎn)是由于每次都要基站終端先點(diǎn)名，因此通信效率比較低，數據通信容量比較小，只能應用于比較小的系統。時(shí)分復用方式效率比點(diǎn)名方式高，數據通信容量大，但是所有終端需要一個(gè)共同的時(shí)間基準。在移動(dòng)通信中，這個(gè)基準通常由基站通過(guò)單獨的信道來(lái)提供，這就需要單獨的控制信道，對設備要求高。在車(chē)輛監調度系統中，不能采用這種方法�？紤]到GPS接收模塊在進(jìn)行GPS定位時(shí)，同時(shí)會(huì )得到一個(gè)非常準確的全球同步時(shí)鐘，用它來(lái)作為時(shí)分通信的時(shí)間基準，就可以實(shí)現時(shí)分復用，而不增加成本和設備復雜度。

在時(shí)分通信的GPS車(chē)輛監控調度系統中，移動(dòng)終端發(fā)送和接收數據的時(shí)候不多，終端常處于空閑狀態(tài)。而在車(chē)輛監控調度系統中，采用數據傳輸定位信息、話(huà)音實(shí)現調度功能將大大提高系統性能。因此如果能在半雙工的傳輸平臺上，實(shí)現既傳輸數據又傳輸話(huà)音而不相互干擾，將會(huì )使整個(gè)系統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(gè)事實(shí)：

（1）時(shí)分復用方式的監控調度系統中，每個(gè)移動(dòng)終端傳輸和接收數據的時(shí)間都很短，在每個(gè)時(shí)分復用周期內只有一收一發(fā)兩次，各幾十毫秒�；�站的數傳終端數據收發(fā)時(shí)間則比較長(cháng)。

（2）話(huà)音通信時(shí)，話(huà)音偶爾被中斷不到100毫秒，基本不影響話(huà)音的可懂度，收聽(tīng)者只感覺(jué)到輕微的喀、喀聲。

筆者采取以下辦法，實(shí)現數據與話(huà)音的同時(shí)傳輸：

（1）采用兩個(gè)25kHz帶寬的頻道，一個(gè)用于話(huà)音通信，一個(gè)用于數據通信；

（2）大部分時(shí)間里移動(dòng)終端處于話(huà)音頻道，接收或發(fā)送話(huà)音，在收發(fā)數據的時(shí)隙，無(wú)論是否收、發(fā)話(huà)音，都強制切換到數據道收發(fā)數據，數據通信完成后，回到話(huà)音頻道，繼續收發(fā)話(huà)音。這樣數據收發(fā)只會(huì )引起話(huà)音通信的不到100毫秒的中斷，因而對話(huà)音通信的影響可忽略。

（3）在監控調度中心安裝兩個(gè)基站終端，一個(gè)專(zhuān)用于話(huà)音通信，一個(gè)專(zhuān)用于數據通信；每個(gè)監控目標安裝一個(gè)移動(dòng)終端，在給定的時(shí)隙收發(fā)數據，其它時(shí)間收發(fā)話(huà)音；基站終端與移動(dòng)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(shí)實(shí)現數據和話(huà)音的半雙工傳輸。

2 GPS數傳終端的硬件設計

2.1 數字調制方式的選擇

時(shí)分通信系統中決定系統容量的主要因素有三個(gè)：無(wú)線(xiàn)數據傳輸率、不同終端之間數據傳輸的保護時(shí)間以及每個(gè)終端的數據量。增加數據傳輸速率，可直接加大通信系統容量。在車(chē)輛監控調度系統中，帶寬資源是非常有限的，要提高通信數據率，必須采用效率比較高的調制方式。

ASK、PSK、FSK等調制方式，調制解調簡(jiǎn)單，但頻譜特性不好，帶寬利用率低；而QAM、TCM等復雜的調制方式，需要較復雜的調制解調手段，成本也比較高。這里采用GMSK（高斯濾波的最小頻移鍵控）數據調制方式。GMSK是一種恒包絡(luò )調制方案，可以用較簡(jiǎn)單的C類(lèi)放大器實(shí)現，而且它能夠在保持譜效率的同時(shí)維持較低的同波道和鄰波道干擾。實(shí)現GMSK調制可以采用正交調制方式或簡(jiǎn)單的高斯低通濾波加頻率調制的方式。這里采用后者，如圖1所示。

解調時(shí)，采用完全相反的過(guò)程，先解調頻，得到高斯濾波的基帶信號，然后高斯逆濾波，恢復調制前的信號。

2.2 頻率調制和解調的設計

為了保證數據傳輸的穩定可靠，發(fā)射電路采用兩個(gè)振蕩器：一個(gè)中頻振蕩器和一個(gè)本地振蕩器，數據和話(huà)音分別調制這兩個(gè)振蕩器。數話(huà)分開(kāi)調制的好處是避免了兩路的相互影響，并且數據信號直接調制中頻晶體振蕩電路，提高了數據調制的穩定度，有利于實(shí)現MSK調制和接收電路

【GPS車(chē)輛監控調度系統中高速數據傳終端的設計】相關(guān)文章：

遠程終端監控系統03-08

基于GPS&GPRS的遠程監控系統設計03-07

基于GPS15L的移動(dòng)自組網(wǎng)終端系統設計03-19

視頻監控系統中的字符疊加設計03-18

VHDL在高速圖像采集系統中的應用設計03-18

終端系統設計與品牌推廣研究03-21

基于GPS/GSM的車(chē)載移動(dòng)信息系統終端的研究03-07

GSM直放站監控系統的設計03-07

基于嵌入式Linux的GPS導航終端的研究與設計03-07