GPS车辆监控调度系统中高速数据传终端的设计

2 GPS数传终端的硬件设计

2.1 数字调制方式的选择

时分通信系统中决定系统容量的主要因素有三个：无线数据传输率、不同终端之间数据传输的保护时间以及每个终端的数据量。

ASK、PSK、FSK等调制方式，调制解调简单，但频谱特性不好，带宽利用率低；而QAM、TCM等复杂的调制方式，需要较复杂的调制解调手段，成本也比较高。这里采用GMSK（高斯滤波的最小频移键控）数据调制方式。GMSK是一种恒包络调制方案，可以用较简单的C类放大器实现，而且它能够在保持谱效率的同时维持较低的同波道和邻波道干扰。实现GMSK调制可以采用正交调制方式或简单的高斯低通滤波加频率调制的方式。这里采用后者，如图1所示。

解调时，采用完全相反的过程，先解调频，得到高斯滤波的基带信号，然后高斯逆滤波，恢复调制前的信号。

2.2 频率调制和解调的设计

为了保证数据传输的稳定可靠，发射电路采用两个振荡器：一个中频振荡器和一个本地振荡器，数据和话音分别调制这两个振荡器。数话分开调制的好处是避免了两路的相互影响，并且数据信号直接调制中频晶体振荡电路，提高了数据调制的稳定度，有利于实现MSK调制和接收电路的解调。中频振荡器采用高精度晶振构成的振荡器；本振采用可编程吞脉冲PLL（锁相环）频率综合器，通过PLL将本振VCO（压控振荡器）锁定于高精度晶体振荡器，使本振既具有很高的频率稳定度，又可以通过编程改变频率。

频率调制的框图如图2所示。

接收解调电路框图如图3所示。

从天线接收来的射频信号放大后，经过两次下变频、滤波得到基带信号，基带信号放大后，可以推动喇叭发声或往高斯逆滤波器解调出数字信号。

由于PLL频率综合器的成本比较高，考虑到实际使用时频率资源的限制，数传终端采用半双工工作方式，频率调制和解调共用一个PLL频率综合器（本振）。

PLL的转换时间是一个重要的指标，转换时间的大小直接影响终端的性能。 转换时间长使终端数字/话音通信频道转换时间也长，不同终端发送数据保护时间加长，会大大减小整个系统的数字通信容量，降低系统性能；而且PLL的转换时间长，数据通信就会使话音通信中断较长的时间，严重影响话音通信的质量。因此设计时应尽量减少PLL的转换时间，提高PLL的锁定速度。采用变宽法加速PLL的锁定，系统性能有了较大提高。

2.3 高斯低通滤波和逆滤波电路

高斯低能滤波器指的是滤波器的频率响应为高斯函数：

高斯滤波器的冲击响应也为高斯函数，采用模拟方法是不可能实现这种滤波器的，通常采用数字存储的方法实现高斯滤波器。这里采用一款由CML公司设计生产的GMSK调制解调器FX589。

FX589是一种低压高速GMSK调制解调器，它可以实现高斯低通滤波及逆滤波，数据率为4Kbps～64Kbps。

为了达到无线通信要求的信道带宽为25kHz，带外干扰<-60dB，选择数据率为9600bps，BT=0.5。

根据FX589的工作特性，采取了以下措施，提高数据通信的性能：

（1）精心设计FX589的外围电路，配合FX589工作；

（2）将发/收的数据进行加/解扰，去除信号中的直流和低频成分以适合FX589的要求；