用直擴modem和gps實現(xiàn)的網(wǎng)型無線通信系統(tǒng)

1、用直擴MODEM和GPS實現(xiàn)的網(wǎng)型無線通信系統(tǒng)             摘要：提出了由直擴MODEM、GPS、通信控制器和DTE終端組成的網(wǎng)絡無線通信系統(tǒng)工作原理、組成及實現(xiàn)方法，給出了系統(tǒng)的硬件框圖和軟件流程圖，并介紹了它的一種典型應用。     關鍵詞：GPS接收機 直擴MDOEM 網(wǎng)型 通信系統(tǒng)GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國國防部為軍事目的而建立的，實現(xiàn)陸?？盏膶Ш胶投ㄎ?，可以提供兩種服務，其一為精密定位服務（PPS），使用P碼；其二為標準定

2、位（SPS），使用C/A碼。同時，GPS還可以提供精確的秒脈沖信號，結合GPS數(shù)據(jù)中的時鐘信息，實現(xiàn)所需的系統(tǒng)時隙同步。本文提出的系統(tǒng)正是根據(jù)GPS的這一特性，利用直擴MODEM和通信控制器，為DTE終端提供無線數(shù)據(jù)通信功能。系統(tǒng)為每個工作站設置不同的工作時隙，在GPS定時信息的協(xié)調(diào)下，完成系統(tǒng)內(nèi)各工作站之間數(shù)據(jù)的收/發(fā)。該系統(tǒng)作為網(wǎng)絡無線系統(tǒng)，可廣泛應用于軍事、交通、商業(yè)等領域。1 系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)由若干工作站組成。根據(jù)工作站的多少，劃分周期的長短；在一個周期內(nèi)，又分為若干個時隙，每個工作站分配一個發(fā)送時隙。在本系統(tǒng)中，周期為1s，每個時隙50ms，每個工作站利用GPS秒脈沖和數(shù)據(jù)信息

3、，根據(jù)系統(tǒng)設置的發(fā)磅時隙完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。當一個工作站發(fā)送時，其余工作站都處于接收狀態(tài)，系統(tǒng)組成如圖1所示。每個工作站包括：直擴MODEM、通信控制器、GPS接收機和DTE終端。直擴MODEM采用半雙工方式工作，通俗控制器控制它的收/發(fā)轉(zhuǎn)換，最高工作速率可達76.8kbps，本系統(tǒng)采用9.6kbps，數(shù)據(jù)格式為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、無奇偶校驗位。通信控制器負責整個系統(tǒng)的控制工作，它完成三方面的工作：其一是接收GPS的秒脈沖信號和GPS的時間信息，為系統(tǒng)提供時隙定時；其二是與DTE終端進行數(shù)據(jù)交換；最后實現(xiàn)與直擴MODEM的數(shù)據(jù)交換。GPS接收機為通信控制提供秒脈沖信號和GPS的時間

4、信息。DTE終端形成欲發(fā)送的信息并接收通信控制器送來的其它工作站的信息。無線直擴MODEM為工作站的收發(fā)信機，它的收發(fā)狀態(tài)由通信控制器管理。工作站的組成框圖如圖2所示。本系統(tǒng)每個工作站發(fā)送一次的數(shù)據(jù)量為40字節(jié)，MODEM速率9.6kbps?？紤]到MODEM的收發(fā)轉(zhuǎn)換時間和每個時隙的保護時間，每個時隙大小定為50ms，定義一個周期為1s，系統(tǒng)容量為20個工作站。系統(tǒng)內(nèi)每個工作站采用相同的PN碼，并且每個工作站預先設置一個發(fā)送時隙。當系統(tǒng)的工作時隙與工作站的預置時隙相同時，該工作站處于發(fā)送狀態(tài)；而在其他時隙，該工作站一直處于接收狀態(tài)，接收其它工作站發(fā)來的信息。2 工作站的硬件設計與實現(xiàn)工作站由直

5、擴MODEM、通信控制器、GPS接收機和DTE終端等四部分組成，圖3是其電路連接圖。GPS接收機和DTE數(shù)據(jù)終端與通信控制器采用RS-232接口，通信控制器使用2片8251。其中，8251（I）將收到的GPS信息送至MCU 89C51（I），89C51（I）通過自身串口將DTE終端的數(shù)據(jù)發(fā)往直擴MODEM，8251（II）接收直擴MDOEM收到的其它工作站的數(shù)據(jù)，并將其送往本工作站的DTE終端。通信控制器中的工作時隙設置規(guī)定了該工作站的發(fā)送時隙。兩片MAX238實現(xiàn)RS-232與TTL電平轉(zhuǎn)換，其中，秒脈沖為89C51（I）提供時隙定時中斷，在系統(tǒng)時間為該工作站發(fā)送時隙時，89C51（I）產(chǎn)生

6、中斷INT給89C51（II），89C51（II）輸出/PTT有效信號，使射頻模塊完成收/發(fā)轉(zhuǎn)換。直擴MODEM主要由擴頻芯片W9310、射頻模塊W9360、MCU 89C51（II）和直擴MODEM的參數(shù)預置等電路組成。該擴頻芯片的碼長32位，PN由MCU設定，可以全雙工或半雙工方式工作。它的發(fā)射功率分為高低兩檔，如果達不到想要的傳輸距離，可外接功放；直擴MODEM可根據(jù)系統(tǒng)的作用距離、傳輸速率及工作方式等靈活設置，89C51（II）除設置直擴MODEM的工作狀態(tài)外，還接收通信控制器中89C51（I）送來的收發(fā)中斷INT信號，使射頻模塊完成收/發(fā)轉(zhuǎn)換，建立通信鏈路。系統(tǒng)中接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)均由

7、DTE終端提供。GPS的數(shù)據(jù)中除時間信息外，還包括經(jīng)度、糾度及速度等其它信息。這里，僅讀取它時間信息，結合GPS秒脈沖，實現(xiàn)系統(tǒng)的時隙定時。GPS的數(shù)據(jù)格式如下：STXiddddditiddddditiddddditETX其中，STX：ASCII中的STX字符id：數(shù)據(jù)項標識（單個字符）dddd：數(shù)據(jù)項內(nèi)容it：數(shù)據(jù)項結構（CR）或（CR）（LF）ETX：ASCII中的ETX字符3 工作站的軟件設計與實現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，每個工作站在發(fā)送時隙要完成鏈路建立、RTS請求發(fā)送和數(shù)據(jù)發(fā)送三部分，在其它時隙接收其它工作站發(fā)送的信息。系統(tǒng)時序如圖4所示。    秒脈沖重復

8、周期1秒鐘，每個工作站的發(fā)送時間50ms。在每個工作站的發(fā)送時隙，該工作站首先讓建鏈/拆鏈信號產(chǎn)生一個負脈沖，使直擴MODEM由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，并與其它工作站開始建立鏈路。在鏈路建立后，通信控制器送/RTS信號，告知直擴MODEM，通信控制器隨后將發(fā)送DTE的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)發(fā)往其它工作站。在發(fā)送時隙結束時，該工作站要完成二個任務，其一是/RTS由低變高，通信控制器停止該工作站的DTE向外發(fā)送數(shù)據(jù)，第二是建鏈/拆鏈信號產(chǎn)生一個負脈沖，使直擴MODEM拆鏈，該工作站的發(fā)送任務結束，直擴MODEM由發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)，最后留有一點保護時間。至此該工作站的發(fā)送工作全部結束，其它工作站開始重復該

9、工作站的發(fā)送時序，直到系統(tǒng)內(nèi)20個工作站在1秒內(nèi)完全發(fā)送一次。下一個秒脈沖到來時，系統(tǒng)重復上一秒內(nèi)的發(fā)送順序，各工作站根據(jù)設置的時隙編號輪流發(fā)送。由圖4系統(tǒng)工作時序可見，各工作站的程序分為兩部分：通信控制器的軟件流程和直擴MODEM的軟件流程，它們實現(xiàn)的任務不同。    通信控制器實現(xiàn)的功能有：·接收GPS秒脈沖中斷和時間信息；·接收直擴MODEM收到的其它工作站的信息；·向DTE發(fā)送直擴MODEM收到的其它工作站的信息；·向直擴MODEM發(fā)送該工作站要發(fā)往其它工作站的信息；·向直擴MODEM請求建鏈、拆鏈和傳數(shù)的

10、控制信息，即建鏈/拆鏈信號、/RTS信號；·利用GPS秒脈沖中斷實現(xiàn)系統(tǒng)定時；·利用89C51（I）片內(nèi)定時器，由89C51（I）輸出/RTS、建鏈/拆鏈控制信號。直擴MODEM除完成序列加解擴、射頻信號的發(fā)送/接收等功能外，由于篇幅限制，這里只寫出通信控制器要求它實現(xiàn)的功能，主要包括：·根據(jù)通信控制器發(fā)送的建鏈信號，控制射頻模塊W9360完成由接收到發(fā)送的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，與其它工作站建立半雙工鏈路。    ·根據(jù)通信控制器發(fā)送的/RTS信號，將通信控制器送來的數(shù)據(jù)輻射出去。根據(jù)以上的功能描述，通信控制器和直擴MODEM的程序流程

11、圖分別如圖5、圖6所示。通信控制器的程序流程圖中，秒脈沖定時中斷子程序生產(chǎn)系統(tǒng)時間基準的起始點，由它啟動系統(tǒng)定時。定時器中斷子程序根據(jù)該工作站的發(fā)送時隙，產(chǎn)生中斷信號，89C51（I）向直擴MODEM發(fā)送/發(fā)送/RTS和建鏈、拆鏈信號，控制直擴MODEM完成收、發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，主程序首先初始化89C51（I）、8251，開放秒脈沖中斷和定時器中斷，然后采用查詢方法，控制數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，包括接收GPS秒脈沖中斷和時間信息、接收直擴MODEM收到的其它工作站的信息、向DTE發(fā)送直擴MODEM收到的其它工作站的信息以及向直擴MODEM發(fā)送該工作站要發(fā)往其它工作站的信息。直擴MODEM的程序流程圖中，直擴MODEM根據(jù)通信控制器送來的建鏈、拆鏈信號，建立與其它工作站的半雙工鏈路，實現(xiàn)擴頻模塊的收、發(fā)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)傳輸。4 系統(tǒng)的一種典型應用傘兵救援是該系統(tǒng)應用的一個典型例子。傘兵從飛機上跳傘時，由于跳傘的時間不同，風速、風向的變化，所以，他們落地時會在一起的范圍內(nèi)。每人佩帶這樣一個工作站，在飛機起飛前，將傘兵降落地區(qū)的地形圖存在工作站的DTE終端中，并且為每個傘兵分配一個工作時隙。這樣，在他們落地后，工作站就會自動將每個傘兵的位置和