电子科技大学毕业论文设计 集成通信技术在GPS车辆检测系统中的应用
第二章 集群系统
无线集群实际上就是多信道中继（转发）系统中自动共享若干个信道，并在此基础上集小群（组）为大群（组），加上诸多呼叫、故障处理等功能而形成的无线通信系统。
和常规通信方式相比，集群通信系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、通话具有私密性、系统智能化程度高、具有交换功能、可与PABX或PSTN互连等优点。
集群通信就是多个用户共用少数几个无线信道。为了确保通信中的保密和有秩序，保证系 统有机协调地工作，系统必须要有完善的控制功能并遵循某些规定。这样就需要一些用来表示控制和状态的信号及指令。
为了将集群通信系统中用于通话的有用信号区别开来，我们把话音信号以外用于控制系统正常工作的非话音信号及指令系统称为“信令”。各种各样的信令组合成集群通信系统的信令系统，它可以称为集群通信系统的神经。由信令系统可决定集群通信系统功能的好坏，信令系统复杂是移动通信系统与普通通信系统的重要区别，同时，集群通信系统为了实现其强大的调度功能，信令系统会更加复杂
集群通信系统的分类方法有多种：
一是按信令功能可分为控制信令、选呼信 令、拨号信令三种；另一种是按信令形式分类，可分为模拟信令和数字信令两大类。
集群通信系统中控制技术包括空闲信道的检测以及通话信道的指配和控制，利用微处理机的通信控制等。控制和信令是不可分的。一种性能优良的信令系统将会大大提高整个集群通信系统的效率。对信令的要求主要是便于无线传输，实现起来简单，组合数量多，且与市话兼容性好等。
第一节 三种不同功能的信令
一、控制信令
控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线信道的转换。此 外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙、报警信令等。
信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。 二、选呼信令
选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、群呼信令
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等。一个集群通信系统拥有许多移动用户，为了在众多用户中呼出其中某一用户而不至造成一呼百应 的状态，给每个移动台规定一个确定的地址码，其他控制台按照地址码选呼，这样就可建立与 该移动用户的通信。对选呼信令的要求是，既组成简单又能获得尽量多的号码数，同时又要求 可靠性高，抗干扰性能好。 三、拨号信令
拨号信令是移动用户通过基地台呼叫另一移动用户或市话网用户而使用的信令。因此要求拨号信令与市话网具有兼容性，并适于在无线信道中传输。
第二节 两种形式的信令
一、模拟信令
利用模拟信令实现集群控制，一般情况采用DTMF信令、CTCSS信令、五音调信令等，它们可以单独使用，亦可以几种搭配混和使用。 (一) DTMF信令
DTMF信令是一种双音多频信号，它在市话程控交换机上被广泛使用。它是一种带内信令即在300—3400Hz音频范围内，选择8个单音频率，分为高频率群(4个或3个频率)和低频率群(4个频率)，每次从高频率群和低频率群各取出一个频率，由高低两个频率信号叠加在一起构成一个DTMF信号。
在集群通信系统中，DTMF信号用作系统的识别、拨号、控制以及状态等各种信令。 在集群通信系统中，目前还没有统一规定DTMF双音多频信令的具体定义，大部分生产厂商都有自己的设定，实际中可根据具体设计，对已使用的信号种类适当增减。特殊功能信号，如缩位拨号、呼叫转移信号等，可自行规定，但不能与之相矛盾。通常可参考我国移动通信90系列标准《中小容量自动拨号无线电话系统》中关于DTMF双音多频信令的统一规定。 (二) CTCSS信令
这种信令是指亚音频控制静噪选呼信令，又称为音锁或单音静噪。它是多个通信系统公用一个信道，为防止互相干扰而使用的一种亚音频信令。它还可以有效地防止非法用户进入系统。
CTCSS信令是在发射载波上叠加低电平亚音频单音，每个系统有自己特定单音，用户每次呼叫开启发射机时使发出该频率的单音，并在整个通话期间持续发送。
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在简单的集群通信系统中，常用该信令实现组呼或作为系统识别音。 (三) 五音调信令
五音调信令属于单音顺序编码信令。
CCIR规定五音调非序码单音频率稳定度应优于土5×10-3，标准码长时间为100±10ms，码字之间不间断排列，间断误差时间约为20ms。
二、数字信令
数字信令是随着计算机技术的发展而飞速发展起来的，数字信令由于传输速度快、组码数 量大，便于集成化，可以使设备小型化，近几年在集群通信系统中被广泛应用。
数字信令大体可分为低速和高速两类。低速数字信令要进行两次调制，第一次调制在一个 或几个音频频率上，在无线信道中仍以模拟方式进行第二次调制。高速信令一般是直接调制在 无线信道上，由于速度较高，通常采取多次重发和较复杂的纠错编码方法，以解决传输中出现 的差错问题目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统，信令有MPT1327标准的，也有非公开标准的。基于MPT1327标准信令的系统，传输车辆定位数据可以在信令信道中进行；而非公开信令标准，车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地，对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。
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第三章 基于集群通信方式的GPS车辆监控系统
第一节 系统组成
监控中心以矢量化电子地图为背景，监控软件具有实时显示移动用户的所有信息以及信息查询功能。同时，监控中心兼有差分基准站的功能，为整个监控范围内的移动用户提供差分GPS修正信息，使车辆定位精度提高到10米以内。各移动用户设备由集群电台和GPS接收机及控制逻辑电路组成，控制电路不仅形成系统需要的逻辑时序，还具有数据处理功能，包括调制解调器。
第二节 信道利用方式
在集中控制方式的集群系统中，各个信道的管理在一个控制信道上实现。移动用户守候在控制信道上，发起呼叫或接收呼叫均在该信道上进行。一旦申请到信道，则主呼方和被呼方在申请到的信道上完成话音联络，之后转换到控制信道上守候。
利用话音信道传输车辆定位数据，每传输一次定位信息，电台都需要申请一次信道，而申请时间不传输任何数据，时间利用率较低；且申请不到空闲信道时，该车辆的信息就会丢失。所以传输数据的用户应该设置优先级，以保证数据的可靠传输。
第三节 呼叫方式
在集群通信系统中，用户的呼叫方式有：单呼、组呼、群呼、私密呼叫等。基于GPS的车辆监控系统，为提高系统定位精度采用差分方式，差分信息由监控中心以组呼的方式下发，分配在同一组内的用户均可接收。
为使各移动用户的数据都能够实时采集，采用时分多址（TDMA）的方法，即各车辆按照图2所示的时序依次发起呼叫。其中两相邻用户之间的时间间隔包括数据发送时间和保护时间（防止数据相互影响）。一个采样周期内可容纳的用户数为，其中，为采样周期。
为了避免监控中心对某用户的话音调度影响其它用户的数据传输，话音呼叫和数据呼叫分别在不同的组进行。移动用户传输数据时工作在数据组，利用专用信道完成。当
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监控中心需要对某用户进行话音呼叫时，首先发送一个切换命令将该用户的组号设置为话音组，而后再进行话音呼叫。在规定的时限内完成通话，由用户自动切换到数据组再传输数据。
在监控中心，话音呼叫和数据呼叫分别利用不同的无线集群电台完成。
第四节 同步方式
在GPS车辆监控系统中，通常采用异步的数据传输，接收端和发送端不需要同步。但是，各移动用户的数据采集为时分多址方式，相互之间的时序关系不能混叠，也就是说，移动用户之间必须同步。
各移动用户的同步方式有两种：①利用GPS接收机的秒脉冲进行同步；②利用监控中心发送广播同步码进行同步。秒脉冲和同步码均提供给各移动用户统一的时间起点，不同车辆的发送时隙由不同的延迟来产生。利用监控中心发送同步码，可以在一个采样周期内发送1个同步码，也可以周期性地发送多个同步码。
第五节 数据传输格式
监控系统中的数据传输分上行和下行两部分。上行数据主要为被监控车辆的实时位置、速度、时间、状态（包括报警、故障等）；下行数据主要为GPS差分修正信息，采用RTCM－104格式的通用电文，如果是监控中心同步的方式，还包括广播同步码。
一、上行数据格式数据报头
用户地址 纬度 经度 速度 时间 车辆状态 二、下行数据格式
数据报头 广播同步码 RTCM电文 调度命令 用户地址
上行和下行的数据报头不同，用于对上、下行数据的解码。用户地址指是各监控车辆的识别号码，调度命令为监控中心对相应地址车辆的操作，如紧急救援、去某地运输、
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