DM196-MAP無線調(diào)制解調(diào)器及其在模擬集群網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用———上海正華電子

摘 要：本文介紹DM196-MAP無線集群調(diào)制解調(diào)器的原理和特點，并給出它在350M公安集群網(wǎng)絡(luò)中進行綜合信息交換的一個應(yīng)用實例。該實例綜合使用無線調(diào)制解調(diào)技術(shù)、GIS信息技術(shù)、多路接入技術(shù)、Client/Server結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)和 嵌入式系統(tǒng)終端技術(shù)，并結(jié)合Map27協(xié)議控制技術(shù)，在公安模擬集群網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高達9600bps的數(shù)傳速率，使在模擬集群系 統(tǒng)上開展多種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)成為可能。
關(guān)鍵詞：集群網(wǎng)絡(luò) 無線通信 Map27協(xié)議 無線調(diào)制解調(diào)器

1 引言


基于模擬集群系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)傳有兩種方式：一種方式是利用集群電臺本身所支持的MAP27協(xié)議在控制信道上傳輸短數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)速 率只有1200bps，只適合傳送一些短數(shù)據(jù)。由于該方式占用集群系統(tǒng)的控制信道，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量大時容易造成系統(tǒng)擁塞；另一種方式是借助調(diào)制解調(diào)器利用集群系統(tǒng)的語音信道傳輸數(shù)據(jù)。
DM196-MAP無線調(diào)制解調(diào)器是上海正華電子高科技工程有限 公司專為無線集群系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)嵌MAP27協(xié)議的調(diào)制解調(diào)器，它完成數(shù)字信號與集群電臺的模擬語音信號之間的調(diào)制解調(diào)變換。利用DM196-MAP無線調(diào)制解調(diào)器通過集群電臺的語音信道傳輸數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點：
·數(shù)據(jù)速率高：數(shù)據(jù)速率最高可達9600bps，滿足公安移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要；
·支持長數(shù)據(jù)包：數(shù)據(jù)包長可以達到2Kbytes；
·信道使用情況：使用無線集群系統(tǒng)的某一個語音信道，不會影響集群系統(tǒng)TSC對其他移動用戶通信請求的響應(yīng)；
·通信高可靠性：該MODEM具備信道速率自適應(yīng)和出錯自動反饋重發(fā)ARQ等功能，確保在惡劣的移動環(huán)境中無誤地 進行數(shù)據(jù)傳輸；
·內(nèi)嵌MAP27協(xié)議：具有自動撥號功能
·標準存取控制接口：為上層軟件提供統(tǒng)一的存取控制接口API，方便應(yīng)用軟件的開發(fā)

2 DM196-MAP無線集群調(diào)制解調(diào)器

DM196-MAP無線集群調(diào)制解調(diào)器（以下簡稱DM196-MAP）是上海正華電子高科技工程有限公司開發(fā)，用于在無線模擬集群系統(tǒng) 上傳輸數(shù)據(jù)的高度集成化、軟件化和智能化無線數(shù)據(jù)通信終端產(chǎn)品。該產(chǎn)品是采用數(shù)字信號處理（DSP）、先進的數(shù)據(jù)通信技 術(shù)和SMT貼片焊接生產(chǎn)，具有高技術(shù)性能和可靠性。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1，DM196-MAP可以分為五個功能模塊：

1) 調(diào)制/解調(diào)模塊-- 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)；
2) MAP27協(xié)議模塊--實現(xiàn)MAP27三層協(xié)議，管理集群電臺；
3) GPS擴展模塊--將GPS定位信息送給MMC控制模塊；
4) 統(tǒng)一存取控制模塊--提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和管理應(yīng)用接口；
5) MMC管理模塊--管理其他模塊。

2.2 調(diào)制/解調(diào)模塊

硬件是由高速ADSP2181子系統(tǒng)、通信控制CPU子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲及控制、輸入輸出電路等組成。它采用DSP軟件實現(xiàn)了多項先進的通信技術(shù)：正交解調(diào)技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)、交織GF(256)Reed-Solomon碼前向糾錯
（FEC）和ARQ-CRC技術(shù)等。

2.3 MAP27協(xié)議簡介

MAP27(Mobile Access Protocol for MPT1327 equipment)協(xié)議是由國際UADG組織制定的集群電臺與數(shù)據(jù)終端之間本地通信的接口規(guī)范。該協(xié)議規(guī)定了基于MPT1327和MPT1343數(shù)字信令系統(tǒng)的語音呼叫、短數(shù)據(jù)傳輸
等功能實現(xiàn)的存取控制接口和終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層。

2.3.1 MAP27分層協(xié)議

MAP27協(xié)議參照ISO七層協(xié)議標準，定義了三個層次：物理層(physical interface)、數(shù)據(jù)鏈路層(data link protocol)和網(wǎng)絡(luò)層(network protocol)，其它幾個層沒有使用。

·物理層電氣特性遵循CCITTR EC V.28標準，使用RS-232C的物理連接。
數(shù)據(jù)鏈路層定義數(shù)據(jù)在集群電臺(RU)和數(shù)據(jù)終端(DTE)之間的幀交換過程。
·數(shù)據(jù)鏈路層有三種類型的幀：LR (link request)鏈接請求，LT(link transfer)鏈接傳輸和LA(link acknowledge)鏈接應(yīng)答。
數(shù)據(jù)鏈路層還 負責CRC錯誤檢測。
·網(wǎng)絡(luò)層定義網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)設(shè)備間以MPT1327和MPT1343協(xié)議為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸，包括：語音呼叫（VOICE ）、調(diào)制 解調(diào)器（MODEM）呼叫、狀態(tài)信息(STATUS)、短數(shù)據(jù)（SST）信息、長數(shù)據(jù)（MST）信息和呼叫轉(zhuǎn)移（Diversion）等。

2.3.2 MAP27協(xié)議應(yīng)用

在無線集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過MAP27協(xié)議，可以讓數(shù)據(jù)終端（DTE）控制集群電臺(RU)進行語音呼叫和短數(shù)據(jù)發(fā)送等。支持MAP27協(xié)議的數(shù)據(jù)終端可以是普通的計算機，也可以是嵌入式系統(tǒng)。
DM196-MAP正是內(nèi)嵌MAP協(xié)議的嵌入式系統(tǒng)。它利用其內(nèi)部的管理模塊管理MAP27模塊、調(diào)制解調(diào)模塊、GPS模塊、統(tǒng)一存取控制接口。

2.4 DM196-MAP技術(shù)特點

·內(nèi)嵌MAP27協(xié)議，用于集群通信
·支持所有符合MAP27協(xié)議的模擬集群電臺，如Tait、Kenwood等集群電臺
·自動撥號和自動應(yīng)答
·支持單發(fā)、組發(fā)和廣播
·利用電臺語音信道，不占用控制信道
·數(shù)據(jù)傳輸速率高達9600bps
·數(shù)據(jù)分包傳輸,每包1-2000字節(jié)
·通過控制信道發(fā)送用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)和短數(shù)據(jù)
·提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和管理應(yīng)用接口API
·信道速率自適應(yīng)，根據(jù)信道質(zhì)量自動在9600/7200/4800bps速率檔自適應(yīng)調(diào)整
·檢錯自動反饋重發(fā)CRC-ARQ
·采用自適應(yīng)均衡技術(shù)
·格狀編碼調(diào)制（TCM）壓縮數(shù)據(jù)帶寬
·交織GF(256)Reed-Solomon碼前向糾錯
3 DM196-MAP在350M公安集群網(wǎng)絡(luò)中進行綜合信息交換

3.1 系統(tǒng)目標

該系統(tǒng)實現(xiàn)信息查詢功能、信息廣播與指揮命令發(fā)布功能、信息交換功能與傳送GPS定位信息功能。信息查詢功能包括全國犯罪信息中心（CCIC）信息查詢，戶政信息查詢，治安信息查詢，交管信息查詢、發(fā)布等。如全國犯罪信息中心（CCIC）信息查詢：輸入身份證或姓名、年齡的組合條件，查詢結(jié)果包括以下要素：人員編號、姓名、性別、出生日期、身份證號、戶籍地址等。

3.2 系統(tǒng)組成

圖2給出了350M公安集群網(wǎng)絡(luò)移動數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造圖。整個系統(tǒng)可以被分為三個子系統(tǒng)：移動查詢設(shè)備中心站子系統(tǒng)移動查詢設(shè)備車載子系統(tǒng)和移動查詢設(shè)備手持子系統(tǒng)。


3.2.1 無線鏈路的實現(xiàn)

系統(tǒng)的無線鏈路由各個子系統(tǒng)中的集群電臺（車載或手持）和DM196-MAP實現(xiàn)，DM196-MAP內(nèi)部實現(xiàn)交織GF(256)Reed-Solomon碼前向糾錯和CRC技術(shù)，確保鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。傳輸一幀?shù)據(jù)的過程采用應(yīng)答握手和ARQ方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。

3.2.2 中心站子系統(tǒng)

中心站子系統(tǒng)包括（多路）信道接入部分、通信中央控制單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器、指揮中心通信工作站以及一個（或多個）GIS工作站。如圖3所示：


信道接入部分由多個集群車載臺和DM196-MAP構(gòu)成，用于支持多路查詢請求的同時接入。信道接入部分支持RS232C接口，可通過PC機上的多串口卡方便的進行連接。它的機柜被設(shè)計成模塊式，可在查詢業(yè)務(wù)增加時方便地予以擴容。
通信中央控制單元由PC系統(tǒng)構(gòu)成，該PC與局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)服務(wù)器和GIS工作站相連，可以同時接受多路查詢請求，對查詢請求進行排隊，提交給查詢服務(wù)器進行處理；同時還對查詢服務(wù)器的查詢結(jié)果進行分路，交給相應(yīng)的電臺發(fā)送下去。
通信中央控制單元同時還完成防火墻和分級權(quán)限管理的功能，對非法的查詢要求進行過濾；同時對用戶的查詢請求進行權(quán)限管理，系統(tǒng)管理員可以分配和修改各用戶的查詢權(quán)限。
指揮中心通信工作站在通信/指揮管理軟件的支持下，可以對特定巡邏警車或警員發(fā)布指揮或行動命令；可接收巡邏警車或警員的現(xiàn)場情況報告；同時向下廣播重要的公安信息，如通緝令、會議通知等。
在局域網(wǎng)中的GIS工作站可進行GIS信息管理，可以顯示巡邏警車或警員的位置信息。

3.2.3 車載子系統(tǒng)

車載子系統(tǒng)包括集群車載電臺、DM196-MAP和嵌入式PC系統(tǒng)。
集群車載臺采用公安局已有的350 MHz集群車載臺，可支持話音通信和數(shù)據(jù)通信。車載PC采用嵌入式PC系統(tǒng)，裝備在警用巡邏車上，是移動查詢系統(tǒng)的信息終端設(shè)備。主要性能如下：

① 主CPU為Intel? 奔騰處理器，主頻為350M；
② 運行WIN95/WINCE操作系統(tǒng)；
③ 在移動查詢軟件的支持下，完成信息查詢輸入、查詢結(jié)果顯示和存儲；
④ 支持電子郵件的編寫和收發(fā)；
⑤ 能接收指揮中心發(fā)布的行動命令和行動方案；
⑥ 能接收中心廣播的重要信息，如通緝令、會議通知等；
⑦ 在外接的數(shù)碼攝相頭的支持下，可以將現(xiàn)場圖片發(fā)回指揮中心；
⑧ 在合適的設(shè)備支持下，也能提供指紋輸入及查詢；
⑨ 車載PC要求適合警車安裝、具有很強的抗震性、寬的工作溫度范圍；
⑩ 軟件的界面友好，適合于在移動情況下方便地操作。
3.2.4 手持子系統(tǒng)

移動查詢設(shè)備手持子系統(tǒng)包括集群手持電臺、DM196-MAP和用戶終端設(shè)備PDA。集群手持臺采用公安局已有的350 MHz集群手持臺，可支持話音通信和數(shù)據(jù)通信。用戶終端設(shè)備PDA的功能與車載的用戶終端設(shè)備基本相同。
手持式PC（或PDA）主要性能如下

① 采用WINCE（或Linux） 操作系統(tǒng)，支持手寫輸入；
② 在移動查詢軟件的支持下，完成信息查詢輸入、查詢結(jié)果顯示和存儲；
③ 支持電子郵件的編寫和收發(fā)；
④ 能接收指揮中心發(fā)布的行動命令和行動方案；
⑤ 能接收中心廣播的重要信息，如通緝令、會議通知等；
3.2.5 軟件實現(xiàn)

DM196-MAP提供提供統(tǒng)一的存取控制接口API，可方便的進行應(yīng)用開發(fā)。DM196-MAP支持RS232C標準的通訊，參照OSI 七層協(xié)議棧標準，定義DM196-MAP與計算機(或PDA)的三層接口協(xié)議：
·物理層 - 按RS232C標準，使用TXD、RXD、GND和CTS 四根信號線，38400bps，8位數(shù)據(jù)，1位停止位，無校驗位；
·鏈路層 - 規(guī)定幀格式，保證應(yīng)用層數(shù)據(jù)的正確傳輸；
·應(yīng)用層 - 規(guī)定控制命令和數(shù)據(jù)的格式；
·其它層沒有使用。
鏈路層定義了嚴格的幀格式。幀結(jié)構(gòu)包括幀頭、幀尾和幀長度等：
應(yīng)用層提供諸如撥號/掛斷，系統(tǒng)參數(shù)查詢/設(shè)置，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收等功能。

3.3 系統(tǒng)特點

利用DM196-MAP在模擬集群系統(tǒng)中進行綜合信息交換，獨具特色：

[1] 適用于包括350M在內(nèi)的不同頻段的現(xiàn)有模擬集群網(wǎng)絡(luò)；
[2] 適用于多種支持MAP27協(xié)議的集群電臺，如TAIT、KENWOOD等；
[3] 可點對點或點對多點通信；
[4] 多路接入技術(shù)提高C/S模式信息交換的效率；
[5] 防火墻和分級權(quán)限管理技術(shù)保證信息交換的安全；
[6] 該系統(tǒng)不僅能進行模擬話音、數(shù)據(jù)和圖像（如指紋、面像）等信息的傳輸，還能通過移動終端方便的訪問公安信息網(wǎng)上的數(shù)據(jù)庫，成為公安信息網(wǎng)的延伸部分。

另外，通過與上層應(yīng)用系統(tǒng)軟件的配合，也可完成較周密的安全保密措施：包括訪問授權(quán)、空中接口加密、二次密鑰分配、終端對終端的加密、密碼算法、密碼產(chǎn)生程序、密鑰驗證、密鑰管理、安全管理、安全審計、抗否認性、合法偵聽機制等。

4 結(jié)束語

對于已經(jīng)擁有自己專用的集群系統(tǒng)的公安部門來說，由于存在費用、實時性、信息保密等問題，采用公共服務(wù)網(wǎng)進行移動數(shù)據(jù)查詢是不合適的。公安移動數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)應(yīng)當采用集群系統(tǒng)作為其無線通信手段。在數(shù)字集群和模擬集群中，數(shù)字集群無疑是未來的發(fā)展方向，但是目前將仍將以模擬集群為主。在模擬集群上利用信令信道進行數(shù)據(jù)傳輸由于速率低（1200bps），數(shù)據(jù)包短而且且占用信令信道，限制了數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)種類。上海正華提供的支持MAP27協(xié)議的DM196-MAP無線MODEM在350MHz模擬集群上實現(xiàn)了高速率（9600 bps）、高可靠性（信道速率根據(jù)信道質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)整）、長數(shù)據(jù)包（2Kbytes）的數(shù)據(jù)傳輸，支持多種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)（照片、電子文檔及指紋等），成為實現(xiàn)公安移動數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)目前性價比最高的解決方案。


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