CN103227655B - 基于北斗和wcdma的无线传输系统及传输方法 - Google Patents
基于北斗和wcdma的无线传输系统及传输方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统及传输方法，包括带有内核的嵌入式处理器芯片，该嵌入式处理器芯片同外部的同步动态随机存储器SDRAM、Nand-Flash闪存以及时钟电路相连接而形成最小系统，所述的最小系统同USB接口电路、状态接口电路、带有天线的WCDMA无线传输功能模块、系统电源管理器相连接。这样的结构结合其传输方法实现了对北斗导航及授时模块和WCDMA无线网络数据传输模块的控制。从而实现同时具有北斗导航及授时功能和基于WCDMA无线网络对大量数据实时收发功能。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统及传输方法，具体涉及的是WCDMA传输设备的应用层、网络层、数据链路层和物理层模块化系统的设计及功能实现，完成WCDMA收发模块的控制。
背景技术
北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建成后将形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。因此越来越多的基于北斗卫星系统的产品相继问世，特备是基于北斗导航功能的用户机。但是这类用户机大多功能比较单一，仅仅具有导航和短报文功能。远远不能满足用户在实际使用中需要进行大量数据传输的需求。
而在目前无线通信领域，CDMA2000和TD-SCDMA在空中接口方式上都采用异步小区而依赖于美国的GPS，这对于国家的工作保密性有重大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的提供一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统及传输方法，包括带有内核的嵌入式处理器芯片，该嵌入式处理器芯片同外部的同步动态随机存储器SDRAM、Nand-Flash闪存以及时钟电路相连接而形成最小系统，所述的最小系统同USB接口电路、状态接口电路、带有天线的WCDMA无线传输功能模块、系统电源管理器相连接。这样的结构结合其传输方法实现了对北斗导航及授时模块和WCDMA无线网络数据传输模块的控制。从而实现同时具有北斗导航及授时功能和基于WCDMA无线网络对大量数据实时收发功能。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统及传输方法的解决方案，具体如下：
一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统，包括带有内核的嵌入式处理器芯片9，该嵌入式处理器芯片9同外部的同步动态随机存储器SDRAM3、Nand-Flash闪存4以及时钟电路8相连接而形成最小系统5，所述的最小系统5同USB接口电路2、状态接口电路1、带有天线的WCDMA无线传输功能模块7、带有天线的北斗导航及授时模块10以及系统电源管理器6相连接，所述的WCDMA无线传输功能模块7包括WCDMA射频及基带处理单元、WCDMA应用层、网络层、数据链路层和物理层的硬件和模块。
所述的嵌入式处理器芯片9为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存4的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器6包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路2包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA无线传输功能模块7的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输，所述的带有天线的WCDMA无线传输功能模块7包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA无线传输功能模块7与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，所述的最小系统5通过MiniPCI-E接口同带有天线的WCDMA无线传输功能模块7相连接，WCDMA无线传输功能模块7通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与其天线连接，所述的北斗导航及授时模块10采用UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块，所述的最小系统5通过MiniPCI-E接口同UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块相连接，北斗导航及授时模块10通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与其天线连接，北斗导航及授时模块10还附加设置有模块相关器、FFT和匹配滤波器混合应用、对应的算法优化模块、多路径抑制模块和带有原是观测数据的原始观测数据存储区。
所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4分别为256M(16Mx16bit)HynixSDRAM和2GbNANDFLASHHY27UF(08/16)2G2B。
所述的基于北斗和WCDMA的无线传输系统的传输方法为当系统电源管理器6给基于北斗和WCDMA的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统5通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路1完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路2的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统5中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路2的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块7的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端，并且通过对北斗导航及授时模块10的操作能够显示接收机当前跟踪的所有卫星，能够实时显示用户当前位臵，并能连续显示历史轨迹形成轨迹曲线，能够分析当前卫星的几何分布，指示定位准确度，同时还能显示每个通道载噪比信息和跟踪状态视图。
本发明的基于北斗和WCDMA融合的无线传输系统，具备北斗导航及授时功能，同时对于无线传感器的无线远距离传输，特别是视频等大数据量的实时传输具有优良的性能。本发明无线传输系统机器传输方法依托中国联通的公网，收费合理、传输带宽大、功耗低，容易推广和普及。随着我国随着“北斗”导航定位系统的建设发展，“北斗”导航应用即将迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇。本发明也将为社会带来巨大的贡献。
附图说明
图1为本发明的原理结构图。
图2为本发明的实施例的原理结构图。
图3为本发明的北斗导航及授时模块工作时显示的星座图。
图4为本发明的北斗导航及授时模块工作时显示的轨迹图。
图5为本发明的北斗导航及授时模块工作时显示的精度因子视图、
图6（a）和图6（b）均为本发明的北斗导航及授时模块工作时显示的跟踪状态视图。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
本发明中WCDMA无线网络的工作频段如表1所示：
本发明提出了基于北斗和WCDMA的无线传输系统及传输方法。
参照图1和图2所示，基于北斗和WCDMA的无线传输系统，包括带有内核的嵌入式处理器芯片9，该嵌入式处理器芯片9同外部的同步动态随机存储器SDRAM3、Nand-Flash闪存4以及时钟电路8相连接而形成最小系统5，所述的最小系统5同USB接口电路2、状态接口电路1、带有天线的WCDMA无线传输功能模块7、带有天线的北斗导航及授时模块10以及系统电源管理器6相连接，所述的WCDMA无线传输功能模块7包括WCDMA射频及基带处理单元、WCDMA应用层、网络层、数据链路层和物理层的硬件和模块。能够提供移动环境下的WCDMA、GSM/GPRS、EDGE（EGPRS）和HSUPA高速数据接入服务。所述的嵌入式处理器芯片9为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，它有硬件特征和强大的指令系统，是目前应用较为广泛的CPU，S3C2440芯片的最大特点是其核心处理器CPU是一个由AdvancedRISCMachines有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440芯片减少了整体系统成本和无需配置额外的组件。
S3C2440芯片集成的片上功能如下所示：
（1）1.2V内核供电,1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电，具备16KB的I-Cache和16KBDCache/MMU。
（2）外部存储控制器用于SDRAM控制和片选逻辑。
（3）4通道DMA并有外部请求引脚。
（4）3通道UART(IrDA1.0,64字节TxFIFO，和64字节RxFIFO)。
（5）2通道SPI。
（6）1通道IIC-BUS接口（多主支持）。
（7）2端口USB主机/1端口USB设备（1.1版）。
（8）130个通用I/O口和24通道外部中断源。
（9）具有普通，慢速，空闲和掉电模式。
（10）具有PLL片上时钟发生器。
S3C2440芯片主要功能如下所示：
（1）控制和接受WCDMA收发模块的点火、搜索网络和各种信令信息；
（2）创建无线链路；
（3）控制设备与数字盒之间的通信；
（4）控制和接受USB数据信号；
（5）控制NandFlash执行读写操作。
S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存4的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器6包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路2包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA无线传输功能模块7的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输，所述的带有天线的WCDMA无线传输功能模块7包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA无线传输功能模块7与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，该无线模块稳定性好、市场占有率高，性价比理想并且还有如下主要功能：
（1）工作频段：LTEBand：UMTS850（900）/1900/2100、GSM/GPRS/EDGE850/900/1800/1900多频段HSUPA。
（2）工作模式：WCDMA&GSM双模。
（3）SIM供电电源：3V。
(4)USB接口数据传输。
所述的最小系统5通过MiniPCI-E接口同带有天线的WCDMA无线传输功能模块7相连接，WCDMA无线传输功能模块7通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与所述的天线连接。所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4分别为256M(16Mx16bit)HynixSDRAM和2GbNANDFLASHHY27UF(08/16)2G2B，这两款芯片都拥有良好的稳定性，较大的市场占有率和较高的性价比。所述的北斗导航及授时模块10采用UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块，能够同时支持BD2B1、GPSL1两个频点，功耗低。UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块包括3个可配臵的串口，默认波特率9600bps。3个串口波特率均可自行配置，最高可设为230400bps。所述的最小系统5通过MiniPCI-E接口同UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块相连接，北斗导航及授时模块10通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与其天线连接，北斗导航及授时模块10还附加设置有模块相关器、FFT和匹配滤波器混合应用、对应的算法优化模块、多路径抑制模块和带有原是观测数据的原始观测数据存储区。这样在各种复杂环境下具有很好的捕获跟踪能力和快速TTFF功能；以及能确保导航、定位和授时精度。
所述的基于北斗和WCDMA的无线传输系统的传输方法为当系统电源管理器6给基于北斗和WCDMA的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统5通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路1完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路2的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统5中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路2的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块7的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端，并且通过对北斗导航及授时模块10的操作能够显示如图3所示的接收机当前跟踪的所有卫星，能够实时显示用户当前位臵，并能连续显示如图4所示的历史轨迹形成轨迹曲线，能够分析当前卫星的几何分布，指示如图5所示的定位准确度，同时还能显示每个通道载噪比信息和如图6所示的跟踪状态视图。
综上所述，本发明的基于北斗和WCDMA融合的无线传输系统，具备北斗导航及授时功能，同时对于无线传感器的无线远距离传输，特别是视频等大数据量的实时传输具有优良的性能。本发明无线传输系统机器传输方法依托中国联通的公网，收费合理、传输带宽大、功耗低，容易推广和普及。随着我国随着“北斗”导航定位系统的建设发展，“北斗”导航应用即将迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇。本发明也将为社会带来巨大的贡献。
Claims (2)
1.一种基于北斗和WCDMA的无线传输系统，其特征在于包括带有内核的嵌入式处理器芯片（9），该嵌入式处理器芯片（9）同外部的同步动态随机存储器SDRAM（3）、Nand-Flash闪存（4）以及时钟电路（8）相连接而形成最小系统（5），所述的最小系统（5）同USB接口电路（2）、状态接口电路（1）、带有天线的WCDMA无线传输功能模块（7）、带有天线的北斗导航及授时模块（10）以及系统电源管理器（6）相连接，所述的WCDMA无线传输功能模块（7）包括WCDMA射频及基带处理单元、WCDMA应用层、网络层、数据链路层和物理层的硬件和模块；
所述的嵌入式处理器芯片（9）为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存（4）相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存（4）的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器（6）包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路（2）包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA无线传输功能模块（7）的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输，所述的带有天线的WCDMA无线传输功能模块（7）包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA无线传输功能模块（7）与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，所述的最小系统（5）通过MiniPCI-E接口同带有天线的WCDMA无线传输功能模块（7）相连接，WCDMA无线传输功能模块（7）通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与所述的天线连接，所述的北斗导航及授时模块（10）采用UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块，所述的最小系统（5）通过MiniPCI-E接口同UM220BD2/GPS双系统导航及授时模块相连接，北斗导航及授时模块（10）通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与其天线连接，北斗导航及授时模块（10）还附加设置有模块相关器、FFT和匹配滤波器混合应用、对应的算法优化模块、多路径抑制模块和带有原是观测数据的原始观测数据存储区；
当系统电源管理器（6）给基于北斗和WCDMA的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统（5）通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路（1）完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路（2）的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统（5）中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路（2）的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块（7）的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端，并且通过对北斗导航及授时模块（10）的操作能够显示接收机当前跟踪的所有卫星，能够实时显示用户当前位臵，并能连续显示历史轨迹形成轨迹曲线，能够分析当前卫星的几何分布，指示定位准确度，同时还能显示每个通道载噪比信息和跟踪状态视图。
2.根据权利要求1所述的基于北斗和WCDMA的无线传输系统，其特征在于所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存（4）分别为256M(16Mx16bit)HynixSDRAM和2GbNANDFLASHHY27UF(08/16)2G2B。
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