專利名稱：多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前可以實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線系統(tǒng)，如GSM通信、CDMA通信、3G通信、數(shù)據(jù) 集群通信等，這些系統(tǒng)都比較成熟，采用的技術(shù)也很先進(jìn)，但直接應(yīng)用到本實(shí)用新型中存在 成本高、體積大、設(shè)備復(fù)雜等問題，難以滿足特定用戶的需求。與實(shí)用新型最接近的是TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)，但TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)存在如下缺 陷1、采用頻分多址體制，相同頻率的多臺(tái)之間通信為沖突檢測(cè)(CSMA)機(jī)制，沒有充分利 用頻分多址和時(shí)分多址兩種通信體制，達(dá)不到組內(nèi)多臺(tái)之間隨時(shí)通信和一對(duì)多同時(shí)通信的 要求；2、功能強(qiáng)大，但對(duì)基站設(shè)備的功耗、體積、重量和天線的架設(shè)高度有一定的要求，基站 的移動(dòng)性能差，不能滿足特殊的移動(dòng)通信對(duì)系統(tǒng)移動(dòng)性的要求；3、為指揮調(diào)度系統(tǒng)，在信息 傳輸?shù)目垢蓴_和抗截獲方面不能滿足特殊用途的要求；4、在處理多個(gè)用戶接入時(shí)，是靠人 為的PTT控制或沖突檢測(cè)機(jī)制，同一時(shí)間、同一頻點(diǎn)上只能有一個(gè)在發(fā)射，其他處于接收狀 態(tài)，不能滿足同組內(nèi)同時(shí)有多個(gè)在發(fā)射，一臺(tái)手持機(jī)可同時(shí)監(jiān)聽多路的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種多點(diǎn)組網(wǎng)式抗截獲語音數(shù)據(jù)終端，該終端包括主臺(tái)、與主臺(tái) 連接。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案為多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括中心站、屬臺(tái)，其特征為還包括移動(dòng)子系統(tǒng)和連接移動(dòng) 子系統(tǒng)與屬臺(tái)的數(shù)據(jù)終端，其中移動(dòng)子系統(tǒng)包括移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)。移動(dòng)基站為9個(gè)。每個(gè)移動(dòng)基站連接1-10個(gè)移動(dòng)手持機(jī)。移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)均包括無線傳輸信息終端和PDA，其中移動(dòng)基站的無線傳 輸信息終端包括主板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線，移動(dòng)手持機(jī)的無線傳輸信息 終端包括主板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線；基帶單元包括控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信 模塊、射頻模塊、發(fā)送模塊和接收模塊；射頻單元包括低噪聲放大器(LAN)單元、功率放大 器(功放)單元、變頻單元、調(diào)制單元、解調(diào)單元和本振單元；網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括MAC-R、 MAC-T、ARP、IP-Rec, IP-Send、UDP-Rec 和 UDP-Send。本實(shí)用新型的有益效果為1、本實(shí)用新型每個(gè)屬臺(tái)可同時(shí)接入9個(gè)移動(dòng)手持機(jī)，擴(kuò)大了原系統(tǒng)的通信能力和 作業(yè)范圍，提高了原系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、靈活性及綜合偵察能力。2、采用集中供電和合理的資源分配來減少體積和重量，同時(shí)在協(xié)議的設(shè)計(jì)上充分 利用資源，在保證系統(tǒng)正常工作情況下減少功率發(fā)射，降低單機(jī)的功耗，移動(dòng)基站和移動(dòng)手 持機(jī)具有體積小、重量輕、功耗小、抗干擾、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，便于攜帶和長時(shí)間工作。[0013]3、采用頻分體制，避免了移動(dòng)基站之間、移動(dòng)手持機(jī)之間、移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī) 之間相互干擾，移動(dòng)子系統(tǒng)之間使用不同頻點(diǎn)。4、移動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)容通信采用時(shí)分體制，便于管理和設(shè)備的統(tǒng)一。5、在信道上采用抗干擾通信技術(shù)，降低信號(hào)傳輸?shù)淖V密度，同時(shí)在信源上采用可 靠的加密技術(shù)，保證語音、報(bào)文和導(dǎo)航信息不被竊取。6、為在有限的頻段內(nèi)滿足9個(gè)移動(dòng)手持機(jī)之間的雙向語音、報(bào)文和導(dǎo)航信息的及 時(shí)傳輸，采用多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)提高頻譜傳輸?shù)男?，并在信源上采用改進(jìn)的G729語音編碼 技術(shù)和多種數(shù)據(jù)源融合技術(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?br>
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖[0018]圖2為移動(dòng)基站的結(jié)構(gòu)示意圖[0019]圖3為基帶單元結(jié)構(gòu)示意圖[0020]圖4為網(wǎng)絡(luò)通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖[0021]圖5為射頻單元結(jié)構(gòu)示意圖[0022]圖6為供電單元結(jié)構(gòu)示意圖[0023]圖7為TDD/TDMA幀結(jié)構(gòu)示意圖[0024]圖8為子幀結(jié)構(gòu)示意圖[0025]圖9為主板的結(jié)構(gòu)示意圖[0026]圖10為語音信號(hào)處理流程圖[0027]圖11為編碼擴(kuò)頻的原理圖[0028]圖12為解擴(kuò)/解調(diào)實(shí)現(xiàn)框圖[0029]圖13為RS編碼實(shí)現(xiàn)框圖[0030]圖14為RS解碼實(shí)現(xiàn)框圖[0031]圖15為成形濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。如圖1所示，多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括中心站、屬臺(tái)，其特征為還包括移動(dòng)子系 統(tǒng)和通過USB接口連接移動(dòng)子系統(tǒng)與屬臺(tái)的數(shù)據(jù)終端，其中移動(dòng)子系統(tǒng)包括移動(dòng)基站和移 動(dòng)手持機(jī)。其中中心站和屬臺(tái)構(gòu)成快通車系統(tǒng)。如圖2所示，移動(dòng)基站由無線傳輸信息終端和PDA組成。移動(dòng)基站既能與快通車 屬臺(tái)的數(shù)據(jù)終端進(jìn)行雙向本地(采用USB接口)快速數(shù)據(jù)交換，又能與移動(dòng)手持機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)和話音傳輸。PDA 通過藍(lán)牙或RS232接口與無線傳輸信息終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；采集GPS定位信 息、圖片信息和傳送指揮信息、報(bào)文信息；進(jìn)行自由報(bào)、格式報(bào)以及圖標(biāo)、地理信息的編輯； 實(shí)現(xiàn)報(bào)文編輯、存儲(chǔ)、備份、轉(zhuǎn)發(fā)、查詢、日志等功能。無線傳輸信息終端由主板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線組成。主板主要完成語音信號(hào)的采集、回放，G. 729語音編解碼，實(shí)現(xiàn)1路編碼，9路解碼；進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音信息的格式轉(zhuǎn)換、封裝；通過藍(lán)牙或RS232接口與PDA單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交 互；通過以太網(wǎng)接口與基帶單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；通過串口接口與數(shù)據(jù)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。基帶單元通過以太網(wǎng)接口接收主板發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道編碼、成幀、擴(kuò)頻、成形 后形成基帶信號(hào)，通過射頻單元發(fā)送；將射頻單元接收到的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)/解調(diào)、解幀、信 道解碼，通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主板；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的TDD/TDMA協(xié)議定時(shí)控制；射頻單 元收發(fā)控制；同步等指示信號(hào)顯示。射頻單元完成基帶信號(hào)上變頻、功率放大，通過天線發(fā)送；對(duì)天線接收到的信號(hào) 進(jìn)行放大、下變頻處理，送至基帶單元。供電單元將電池電壓轉(zhuǎn)換為額定電壓，為主板、基帶單元、射頻單元以及加密機(jī) 提供穩(wěn)定可靠的直流供電；檢測(cè)電池電量，當(dāng)電量不足時(shí)給出指示。移動(dòng)手持機(jī)由無線傳輸信息終端和PDA組成。移動(dòng)手持機(jī)，與移動(dòng)基站進(jìn)行數(shù)據(jù) 和話音傳輸。無線傳輸信息終端由主板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線組成。主板主要完成語音信號(hào)的采集、回放，G. 729語音編解碼，實(shí)現(xiàn)1路編碼，9路解 碼進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音信息的格式轉(zhuǎn)換、封裝；通過藍(lán)牙或RS232接口與PDA單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交 互；通過以太網(wǎng)接口與基帶單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。基帶單元通過以太網(wǎng)接口接收主板發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道編碼、成幀、擴(kuò)頻、成形 后形成基帶信號(hào)，通過射頻單元發(fā)送；將射頻單元接收到的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)/解調(diào)、解幀、信 道解碼，通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主板；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的TDD/TDMA協(xié)議定時(shí)控制；射頻單 元收發(fā)控制；同步指示信號(hào)顯示。射頻單元完成基帶信號(hào)上變頻、功率放大，通過天線發(fā)送；對(duì)天線接收到的信號(hào) 進(jìn)行放大、下變頻處理，送至基帶單元。供電單元將電池電壓轉(zhuǎn)換為額定電壓，為主板、基帶單元、射頻單元以及加密機(jī) 提供穩(wěn)定可靠的直流供電；檢測(cè)電池電量，當(dāng)電量不足時(shí)給出指示。如圖3所示，基帶單元包括控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、射頻模塊、發(fā)送模塊和接收 模塊?；鶐卧ㄟ^以太網(wǎng)接口接收主板發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信道編碼、成幀、擴(kuò)頻、成形后形 成基帶信號(hào)，通過射頻單元發(fā)送；將射頻單元接收到的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)/解調(diào)、解幀、信道解 碼，通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主板?；鶐卧刂颇K外圍器件和基帶單元各模塊的初始化；系統(tǒng)TDD/TDMA定時(shí)控制；系統(tǒng)各模塊工作時(shí)序控制；面板指示控制。網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收主板經(jīng)保密機(jī)發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將有效數(shù)據(jù)載荷送至發(fā)送模塊；將接收模塊接收到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)經(jīng)保密機(jī)發(fā)送給主板。射頻控制模塊按照通信協(xié)議設(shè)計(jì)的時(shí)序要求控制射頻單元的收發(fā)開關(guān)。發(fā)送模塊[0059]信道編碼對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼；成幀將信道編碼后的數(shù)據(jù)與前導(dǎo)碼、幀頭等信息按照幀結(jié)構(gòu)要求組成基帶數(shù)據(jù) 幀；編碼擴(kuò)頻將基帶數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼擴(kuò)頻處理，形成I、Q兩路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)；成形濾波壓縮信號(hào)頻帶，抑制信號(hào)旁瓣；D/A 將成形后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬I、Q信號(hào)輸出。接收模塊A/D 對(duì)射頻輸出的I、Q信號(hào)進(jìn)行采樣，變成數(shù)字信號(hào)輸出；解擴(kuò)/解調(diào)對(duì)I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)/解調(diào)處理，輸出基帶數(shù)據(jù)；解幀將基帶數(shù)據(jù)幀中的有效數(shù)據(jù)取出；信道解碼完成接收數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)解碼。如圖4 所示，網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括 MAC-R、MAC-T, ARP、IP-Rec, IP-Send、UDP-Rec 和 UDP-Send。網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收主板經(jīng)保密機(jī)發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將有效數(shù)據(jù)載荷送至發(fā)送 模塊；將接收模塊接收到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)經(jīng)保密機(jī)發(fā)送給主板。為實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)通信功能，設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。由于系統(tǒng)中僅使用了簡單的UDP數(shù) 據(jù)包進(jìn)行本地通信，為簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少資源消耗，只保留了必須的ARP、IP和UDP協(xié)議處 理模塊，并且各模塊功能上也作了簡化。MAC_R 接收數(shù)據(jù)后判斷是ARP請(qǐng)求還是IP包，分別送給上層，并將源MAC地址和 源IP地址對(duì)送給ARP。MAC_T 根據(jù)IP或ARP請(qǐng)求發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)包到網(wǎng)卡芯片。ARP 響應(yīng)有效ARP請(qǐng)求；根據(jù)IP層請(qǐng)求，發(fā)起ARP請(qǐng)求，維護(hù)ARP Cache列表。IP_Rec 接收IP數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議類型傳送至UDP。對(duì)于目的地址不是本機(jī)的數(shù)據(jù) 包丟棄，不支持路由，不支持分片，不支持UDP以外的上層協(xié)議數(shù)據(jù)。IP_Send 發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，不支持UDP以外的上層協(xié)議數(shù)據(jù)，不支持分片，不支持 環(huán)回。UDP_Rec 接收UDP數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)內(nèi)容提交給上層。UDP_Send 將上層數(shù)據(jù)打包成UDP發(fā)送。如圖5所示，射頻單元包括LAN單元、功放單元、變頻單元、調(diào)制單元、解調(diào)單元和 本振單元。接收通道主要包括三部分，天線濾波器和T/R部分(在發(fā)射單元)，低噪聲下變頻 單元，解調(diào)單元。發(fā)射通道包括I/Q調(diào)制器，上變頻器，功率放大器，T/R開關(guān)和功率控制等單元組 成。功率放大器包括射頻濾波器，功率放大器，和T/R開關(guān)。如圖6所示，供電單元將電池電壓轉(zhuǎn)換為額定電壓，為主板、基帶單元、射頻單元 以及加密機(jī)提供穩(wěn)定可靠的直流供電；檢測(cè)電池電量，當(dāng)電量不足時(shí)給出指示。包括短路保護(hù)、IOV轉(zhuǎn)換、5V轉(zhuǎn)換、5V-3. 3V轉(zhuǎn)換、5V_1. 2V轉(zhuǎn)換電路等部分，可以實(shí) 現(xiàn)一路IOV輸出、一路5V輸出、三路3. 3V輸出和一路1. 2V輸出，具有較高的溫度適應(yīng)性，較好的頻率穩(wěn)定度，較高的轉(zhuǎn)換效率、較高的輸出精度和較低的功率消耗，并具有短路保護(hù) 功能。本系統(tǒng)每個(gè)移動(dòng)基站與9個(gè)移動(dòng)手持機(jī)組成星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)子系統(tǒng)在空 間和時(shí)間上可能相互重疊，為避免移動(dòng)基站之間、移動(dòng)手持機(jī)之間、移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī) 之間相互干擾，移動(dòng)子系統(tǒng)之間使用不同頻點(diǎn)，采用頻分體制；子系統(tǒng)內(nèi)容通信采用時(shí)分體 制，便于管理和設(shè)備的統(tǒng)一。本系統(tǒng)的無線通信體制為移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)之間的通信方式是一種典型的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接入體制，該系統(tǒng) 上/下行速率不對(duì)稱，上行數(shù)據(jù)傳輸速率為9*Rkbps (每路Rkbps)，下行數(shù)據(jù)傳輸速率為 Rkbps。為了提高信道頻譜的利用率，宜采用TDMA/TDD無線接入方式，下行采用TDM廣播傳 輸方式；上行采用TDMA多址接入方式。上行鏈路和下行鏈路之間采用時(shí)分雙工(TDD)。該 方案的特點(diǎn)是(1)接收和發(fā)射只占用一個(gè)載波頻率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備成本低，體積小；(2)適于上/下行數(shù)據(jù)不對(duì)稱傳輸?shù)膽?yīng)用，提高系統(tǒng)的頻譜利用率；(3)技術(shù)成熟，可擴(kuò)展性好，利于系統(tǒng)的升級(jí)。為了保證每個(gè)移動(dòng)手持機(jī)的通信暢通，減小數(shù)據(jù)傳輸延遲，這里采用無線信道固 定預(yù)分配方式，即每個(gè)手持機(jī)終端都有唯一的物理信道與之對(duì)應(yīng)。在其向移動(dòng)基站發(fā)送數(shù) 據(jù)時(shí)不存在信道競(jìng)爭(zhēng)的問題。在業(yè)務(wù)繁忙時(shí)也不存在信道利用率下降的問題。在TDD時(shí)分雙工方式下，設(shè)備的發(fā)射和接收工作在同一個(gè)射頻頻率。每一個(gè)設(shè)備 的發(fā)射和接收工作在不同的時(shí)間，即設(shè)備處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)接收支路是關(guān)閉的；設(shè)備處于接 收狀態(tài)時(shí)其發(fā)射支路是關(guān)閉的。而且接收和發(fā)射之間保留有足夠的保護(hù)時(shí)間使得二者不會(huì) 同時(shí)出現(xiàn)。本系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)在物理信道中傳輸?shù)腡DD/TDMA幀結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖中“丨”和“丨”表示下
行信道和上行信道。TSO是移動(dòng)基站的發(fā)射時(shí)隙，即下行廣播信道；TSl至TS9是移動(dòng)手持機(jī)的發(fā)射時(shí) 隙，即上行信道。時(shí)隙TSl至TS9為預(yù)分配信道，它們被固定地分配給9個(gè)移動(dòng)手持機(jī)。每個(gè)時(shí)隙的子幀結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖中[0097]A引導(dǎo)碼-—用于AGC調(diào)整開銷、解擴(kuò)、解調(diào)同步；[0098]B幀頭——-幀定位符，用于幀同步；[0099]C發(fā)送ID-——發(fā)送站地址；[0100]D接收ID-——接收站地址；[0101]E幀長——-幀長度，以字節(jié)為單位；[0102]F保留——-保留；[0103]G校驗(yàn)——_幀校驗(yàn)；[0104]H信息——-經(jīng)過編碼后的信息數(shù)據(jù)；[0105]I保護(hù)——-無有效數(shù)據(jù)，用于避免系統(tǒng)中各臺(tái)設(shè)備的射頻信號(hào)碰撞。[0106]基本的TDMA幀和子幀結(jié)構(gòu)確定之后，還需要確定子幀中的H(信息
字段長度，進(jìn)而確定整個(gè)TDMA幀周期。[0107]系統(tǒng)采用G. 729語音編碼技術(shù)，每個(gè)外站的語音數(shù)據(jù)速率為8Kbit/s，基站和外站 的總數(shù)據(jù)速率為80Kbit/s，考慮到語音編碼數(shù)據(jù)的封裝等開銷以及TDMA幀結(jié)構(gòu)中的幀頭、 校驗(yàn)、信道編碼和保護(hù)等系統(tǒng)開銷，將系統(tǒng)總的基帶數(shù)據(jù)速率確定為128Kbit/s。(1)保護(hù)時(shí)間間隔各時(shí)隙之間需要有一定的保護(hù)時(shí)間間隔，目的是防止時(shí)隙相鄰的兩站之間的幀尾 和幀頭在接收站發(fā)生沖突。其大小需要考慮以下因素移動(dòng)基站的最大覆蓋范圍，影響因素主要是電磁波傳輸時(shí)延和數(shù)據(jù)接收處理時(shí) 延；T/R切換時(shí)間，影響因素主要是RF器件的開關(guān)時(shí)間和電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)最大通信距離為5Km，則有 T > (2X5000)/(3X IO8) =3.3X10—14、= 33us。由射頻單元指標(biāo)可知，T/R轉(zhuǎn)換小于70us。保護(hù)時(shí)間間隔Te應(yīng)為IOOus左右，相當(dāng)于12. Sbit基帶數(shù)據(jù)，為留有余量和方便 組幀實(shí)現(xiàn)，取I字段長度N = 16bit。(2)幀周期和信息字段長度信息字段為編碼后的數(shù)據(jù)，包括了語音編碼數(shù)據(jù)的封裝開銷以及信道編碼開銷， 其中語音數(shù)據(jù)的封裝開銷8-10%，信道編碼開銷18-20%。設(shè)每個(gè)子幀長度為P毫秒，則每個(gè)子幀的數(shù)據(jù)量為128*Pbit。子幀中的A-G和I字段長度為120bit。H 字段的長度為 8*10*P/92% /82% bit。則應(yīng)有120+(8*10*P/92% /82% ) = 128氺P?？傻米訋L度P大于5. 5ms, H字段長度大于584bit。綜合考慮留有余量、H字段應(yīng)為整數(shù)字節(jié)以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方便等因素，經(jīng)調(diào)整，最終 設(shè)計(jì)子幀長度P = 6. 4ms, TDMA幀周期為64ms。H字段總長度M = 688bit (86字節(jié))，采用 RS (70,86編碼)，信道編碼開銷約18.6%，語音數(shù)據(jù)開銷8.6%。系統(tǒng)主板(如圖9所示)的主要功能為管理與控制各個(gè)單元協(xié)調(diào)工作，具體單元 包括外部10、USB單元、語音采集與播放單元、數(shù)據(jù)交互單元等。主要完成系統(tǒng)控制、信息采集、數(shù)據(jù)融合及數(shù)據(jù)交互等工作。主要的功能如下(1)系統(tǒng)工作流程控制這部分工作主要將主板模塊作為一個(gè)通用小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在使用，完成系統(tǒng)的初 始化、中斷配置及響應(yīng)、各接口時(shí)序及協(xié)議的控制。(2)語音信號(hào)處理及G. 729編解碼系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)16位PCM語音信號(hào)的采集及回放，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高效的G. 729語音編 解碼算法及靜音檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一路基站與九路外站實(shí)時(shí)話音通訊的要求。(3)數(shù)據(jù)處理及融合系統(tǒng)能夠接收音頻信息及GPS信息，并按要求進(jìn)行處理；同時(shí)，系統(tǒng)能夠與其他常 用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并按要求完成數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)融合功能。(4)數(shù)據(jù)交互功能系統(tǒng)能夠完成與無線模塊的數(shù)據(jù)交互，能夠按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝；系統(tǒng)能夠通過USB接口、以太網(wǎng)接口進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)交互。系統(tǒng)最主要的功能既是實(shí)現(xiàn)一路基站與九路外站實(shí)時(shí)話音通訊，在此重點(diǎn)分析系 統(tǒng)對(duì)語音信號(hào)的處理流程及軟件實(shí)現(xiàn)方案。圖10為語音信號(hào)處理流程。A/D及D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)采用UCB1400專用語音處理芯片，該芯片支持多種波特率的 PCM編碼，功耗低、語音效果好，是現(xiàn)階段在PDA領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的語音芯片之一；語音信號(hào)采集環(huán)節(jié)主要是根據(jù)G. 729編碼的要求，按8kbps的碼率采樣16位PCM 語音信號(hào)；播放環(huán)節(jié)是將解碼后的數(shù)字語音信號(hào)實(shí)時(shí)播放，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成人耳能夠識(shí)別的 模擬信號(hào)；G. 729語音編碼及解碼環(huán)節(jié)采樣ITU標(biāo)準(zhǔn)算法，根據(jù)系統(tǒng)的具體應(yīng)用及要求，進(jìn)行 算法優(yōu)化及修改，最終達(dá)到一路基站與九路外站實(shí)時(shí)話音通訊的要求；編碼參數(shù)封裝及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送環(huán)節(jié)是針對(duì)系統(tǒng)的具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，其主要功能 是，將語音參數(shù)封裝成固定幀長的數(shù)據(jù)，并在固定時(shí)刻通過無線模塊發(fā)送；編碼參數(shù)接受及 解封裝環(huán)節(jié)是在固定的時(shí)刻，接受無線模塊發(fā)送的語音參數(shù)數(shù)據(jù)，并解析數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，交由 解碼環(huán)節(jié)處理。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一路基站與九路外站實(shí)時(shí)話音通訊的要求，系統(tǒng)語音處理環(huán)節(jié)的軟 件基于Linux多進(jìn)程技術(shù)編寫，結(jié)合Linux管道技術(shù)、進(jìn)程通信等手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)一路編碼 九路解碼的系統(tǒng)應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用QPSK調(diào)制方式，使用長度為128的偽碼進(jìn)行擴(kuò)頻，如果使用普通的 直接序列擴(kuò)頻方式，產(chǎn)生的碼片速率將達(dá)到(128K/2)*128 = 8. 192MChip/s，成形后的信號(hào) 帶寬為8. 192MHz，調(diào)制后將占用16. 384MHz的帶寬，不能滿足系統(tǒng)帶寬指標(biāo)要求。因此考慮 使用多進(jìn)制擴(kuò)頻方案。多進(jìn)制擴(kuò)頻又稱為編碼擴(kuò)頻技術(shù)/軟擴(kuò)頻技術(shù)，是近年來發(fā)展很快、應(yīng)用較多的 一種擴(kuò)頻技術(shù)，主要是應(yīng)用于那些頻帶受限而數(shù)據(jù)率又要求較高的通信系統(tǒng)中，如突發(fā)通 信、計(jì)算機(jī)無線通信、移動(dòng)通信、TDMA通信、CDMA通信、無線局域網(wǎng)通信等。編碼擴(kuò)頻技術(shù)從 直接序列擴(kuò)頻衍生而來，與直接序列擴(kuò)頻方法不同，編碼擴(kuò)頻實(shí)際是采用編碼的方法完成 頻率的擴(kuò)展，其信息采用多進(jìn)制表示，各個(gè)信息符號(hào)對(duì)應(yīng)一組偽隨機(jī)碼中的一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)擴(kuò) 展頻譜和信息調(diào)制。它的實(shí)質(zhì)是一種(N，k)編碼，是用長為N的偽隨機(jī)碼去表示要傳輸?shù)?k位信息。與一般直擴(kuò)系統(tǒng)不同，其擴(kuò)頻增益比較小，且可不為整數(shù)；信息碼不直接傳輸， 而傳輸?shù)氖切畔⒋a的代碼——偽隨機(jī)碼。k位信息有M(M = 2k)個(gè)狀態(tài)，因此需要用M條偽 隨機(jī)碼與k位信息的M個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。在實(shí)際的應(yīng)用中，要求這M條長為N的偽隨機(jī)碼是 正交的。編碼擴(kuò)頻技術(shù)具有在擴(kuò)頻序列長度一定、速率一定時(shí)，可傳輸更多信息；而信息量 一定、偽碼序列速率一定、擴(kuò)頻處理增益更高、抗干擾能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)周期為T的N/k 編碼擴(kuò)頻，其數(shù)據(jù)傳輸能力比非擴(kuò)頻編碼的傳輸能力增大了 Iog2N倍，而所需帶寬卻下降了
1
Iog2 Ai■倍。本系統(tǒng)使用16進(jìn)制編碼擴(kuò)頻方案，擴(kuò)頻序列長度128。(1)編碼擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)多進(jìn)制正交擴(kuò)頻解擴(kuò)解調(diào)主要有兩種方法。以QPSK為例，一種方法是將串行輸入 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列每Nbit —組形成一個(gè)M進(jìn)制的符號(hào)，I/Q兩路同時(shí)擴(kuò)頻。如果接收端使用相干解擴(kuò)/解調(diào)，需要復(fù)雜的載波同步電路，假設(shè)捕獲電路使用數(shù)字匹配濾波器捕獲法， 則需要2M個(gè)匹配濾波器，需要2M個(gè)碼跟蹤環(huán)路；如果使用非相干解擴(kuò)/解調(diào)則需要4M個(gè) 匹配濾波器，系統(tǒng)資源消耗極大。另一種方法是將I/Q兩路分別傳送同步信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)， 即I路傳送固定的碼序列，作為同步信號(hào)，Q路根據(jù)符號(hào)的不同，從擴(kuò)頻序列中選擇一個(gè)輸 出。這種方法在接收端只需要對(duì)路信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼同步和符號(hào)同步。 在使用非相干解擴(kuò)解調(diào)時(shí)只需要2個(gè)匹配濾波器和1個(gè)碼跟蹤環(huán)路以及16個(gè)積分器，硬件 資源開銷較小。綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和硬件實(shí)現(xiàn)的資源開銷，系統(tǒng)使用16進(jìn)制擴(kuò)頻方式， 即將串行輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列每4bit—組形成一個(gè)16進(jìn)制的符號(hào)，每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè) 特定的128bit擴(kuò)頻序列，調(diào)制后占用信道帶寬8. 192MHz。符合系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求。編碼擴(kuò)頻的原理圖如圖11所示。圖12為解擴(kuò)/解調(diào)實(shí)現(xiàn)框圖，I路偽碼的相位與Q路偽碼相位有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 在接收端只需要對(duì)I路數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲、跟蹤就可以實(shí)現(xiàn)Q路的偽碼同步。Q路使用16個(gè)相 關(guān)器進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，選擇相關(guān)值最大的一路作為輸出結(jié)果，即完成了數(shù)據(jù)的解調(diào)，經(jīng)并串轉(zhuǎn) 換后輸出。系統(tǒng)采用了 RS (70，86)編碼作為數(shù)據(jù)信息的信道編碼方案，是由RS (239，255)編 碼縮短所得，其本原多項(xiàng)式F(X) = 1+X2+X3+X4+X8。(I)RS編碼的實(shí)現(xiàn)編碼電路的主要部分是一組線性反饋移位寄存器、有限域乘法器、有限域加法器、 開關(guān)和選擇器，如圖13所示。(2) RS解碼實(shí)現(xiàn)RS解碼電路由校正子計(jì)算、BM迭代、Chien搜索、差錯(cuò)值計(jì)算、碼元校正和碼元寄 存器等模塊組成，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖14所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了成形濾波器來減小碼間干擾的影響并有效減少帶外輻射。成形濾波器 采用了平方根升余弦濾波器，其時(shí)域響應(yīng)為c0s^1 + + J^Jf h{t) = AR-產(chǎn)-^^-
n^T{\-(ARtlT)2)R為滾降系數(shù)。成形濾波器采用了多相結(jié)構(gòu)的32階FIR濾波器，其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖15所示。該濾波器充分利用了系數(shù)的對(duì)稱性和固定性，以及輸入碼序列的特性，將可能的 輸出結(jié)果計(jì)算好存儲(chǔ)到ROM中，將輸入的碼序列作為高位地址，根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)形成低位地 址，通過地址切換控制可以訪問ROM中的內(nèi)容，形成濾波輸出。這種結(jié)構(gòu)有效減少了系統(tǒng)硬 件資源開銷。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能(1)話音傳輸話音為8kbit/s的壓縮數(shù)字話音，上行有9個(gè)數(shù)字話音信道，下行為1個(gè)廣播信 道。上行話音可選擇性監(jiān)聽或全部監(jiān)聽，下行話音可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播、組播和廣播。[0160](2)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)主要為上行GPS定位信息、圖片信息、報(bào)文信息和下行指揮信息。數(shù)據(jù)傳輸占 用話音信道，數(shù)據(jù)優(yōu)先。上行數(shù)據(jù)按地址送給移動(dòng)基站數(shù)據(jù)終端進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和顯示，下 行數(shù)據(jù)分發(fā)給不同的移動(dòng)手持機(jī)。由于下行為廣播信道，對(duì)不同手持機(jī)不同內(nèi)容的下行數(shù) 據(jù)只能分時(shí)傳送；相同內(nèi)容的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播、組播和廣播。(3) GPS 定位移動(dòng)手持機(jī)具備GPS定位功能，能夠按需求把GPS定位信息或修正后的GPS定位 信息傳送到移動(dòng)基站數(shù)據(jù)終端。移動(dòng)基站數(shù)據(jù)終端配備電子地圖，能夠在電子地圖上顯示 偵察目標(biāo)位置，并能生成定位報(bào)存儲(chǔ)或發(fā)送給快通車屬臺(tái)。(4)導(dǎo)航根據(jù)移動(dòng)基站地理信息系統(tǒng)態(tài)勢(shì)對(duì)偵察員實(shí)現(xiàn)偵察指揮，主要為話音指揮。(5)圖文標(biāo)識(shí)系統(tǒng)傳輸?shù)膱D片信息和物標(biāo)信息、地理信息可在移動(dòng)基站的數(shù)據(jù)終端上可形成圖 文標(biāo)識(shí)，并能夠存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)給快通車系統(tǒng)屬臺(tái)。(6)報(bào)文編輯移動(dòng)基站能夠進(jìn)行自由報(bào)、格式報(bào)以及圖標(biāo)、地理信息的編輯功能，能夠進(jìn)行存 儲(chǔ)、修改、增加、刪除等操作。對(duì)移動(dòng)手持機(jī)的圖標(biāo)，由于系統(tǒng)資源有限，做預(yù)先存儲(chǔ)，可進(jìn)行 報(bào)文編輯。(7)應(yīng)急指揮當(dāng)系統(tǒng)移動(dòng)基站被摧毀或出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)由一個(gè)遠(yuǎn)端站進(jìn)行應(yīng)急指揮，完成偵 察指揮或撤離任務(wù)。(8)電子地圖移動(dòng)基站數(shù)據(jù)終端安裝電子地圖系統(tǒng)，接收遠(yuǎn)端站數(shù)據(jù)形成情報(bào)信息態(tài)勢(shì)圖。移 動(dòng)手持機(jī)不配電子地圖。(9)管理功能可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)系統(tǒng)的頻率顯示、功率管理、信道管理，可實(shí)現(xiàn)報(bào)文編輯、存儲(chǔ)、備份、 轉(zhuǎn)發(fā)、查詢、日志等。(10)設(shè)備功能顯示移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)設(shè)備均具有電源、電源欠壓、同步等功能顯示，便于指揮員 或偵察員操作。(11)自動(dòng)功率控制移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)射頻單元能夠?qū)Πl(fā)射功率進(jìn)行自適應(yīng)控制。(12)漢字輸入移動(dòng)基站數(shù)據(jù)終端提供手寫輸入、拼音輸入、五筆輸入等漢字輸入法。移動(dòng)手持機(jī) 由于資源有限，提供手寫或軟鍵盤輸入。(13)系統(tǒng)加密系統(tǒng)采用軟加密方式進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)加密。預(yù)留信源硬加密接口。本系統(tǒng)的工作流程為(1)發(fā)送端話音信號(hào)經(jīng)無線傳輸信息終端采集、編碼、加密后傳輸至接收端無線傳輸信息終端進(jìn)行解密、解碼和回放。(2)移動(dòng)手持機(jī)的PDA將GPS數(shù)據(jù)、報(bào)文等信息通過藍(lán)牙或RS232接口傳輸?shù)綗o線 傳輸信息終端，經(jīng)無線信道傳送到移動(dòng)基站的無線傳輸信息終端，并經(jīng)藍(lán)牙或RS232接口 傳輸?shù)絇DA或數(shù)據(jù)終端進(jìn)行顯示處理。(3)移動(dòng)基站的PDA或數(shù)據(jù)終端將指揮信息通過藍(lán)牙或RS232接口傳輸?shù)綗o線傳 輸信息終端，經(jīng)無線信道傳送到移動(dòng)手持機(jī)的無線傳輸信息終端，并經(jīng)藍(lán)牙或RS232接口 傳輸?shù)絇DA進(jìn)行顯示處理。
權(quán)利要求多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括中心站、屬臺(tái)，其特征為還包括移動(dòng)子系統(tǒng)和連接移動(dòng)子系統(tǒng)與屬臺(tái)的數(shù)據(jù)終端，其中移動(dòng)子系統(tǒng)包括移動(dòng)基站和移動(dòng)手持機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為移動(dòng)基站包括無線傳輸信息 終端和PDA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為移動(dòng)手持機(jī)包括無線傳輸信 息終端和PDA。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為無線傳輸信息終端包括主 板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為無線傳輸信息終端包括主 板、基帶單元、射頻單元、供電單元和天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為基帶單元包括控制模塊、 網(wǎng)絡(luò)通信模塊、射頻模塊、發(fā)送模塊和接收模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為射頻單元包括LAN單元、功放 單元、變頻單元、調(diào)制單元、解調(diào)單元和本振單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括MAC-R、 MAC-T, ARP、IP-Rec, IP-Send、UDP-Rec 和 UDP-Send。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為移動(dòng)子系統(tǒng)為9個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其特征為每個(gè)移動(dòng)基站連接1-10個(gè) 移動(dòng)手持機(jī)。專利摘要本實(shí)用新型提供一種多點(diǎn)組網(wǎng)式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，現(xiàn)有的無線系統(tǒng)不能滿足同組內(nèi)同時(shí)有多個(gè)在發(fā)射，一臺(tái)手持機(jī)可同時(shí)監(jiān)聽多路的要求等諸多缺陷，本實(shí)用新型通過在快通車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加移動(dòng)子系統(tǒng)，以及連接移動(dòng)子系統(tǒng)和快通車系統(tǒng)屬臺(tái)的數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)了每個(gè)屬臺(tái)可同時(shí)接入9個(gè)移動(dòng)手持機(jī)，擴(kuò)大了原系統(tǒng)的通信能力和作業(yè)范圍，提高了原系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、靈活性及綜合偵察能力。
文檔編號(hào)H04W84/08GK201742566SQ20092029324
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者孫曉茹 申請(qǐng)人:北京瑞智信通科技發(fā)展有限公司