專利名稱：利用跳頻通信的無線表決系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于會議辦公用品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無線表決會議系統(tǒng)，更具體的說是涉及到數(shù)字無線通信跳頻算法在無線表決系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，在我國各級政府、人大、政協(xié)等舉行會議的會場中，已有不少會場安裝了電子會議表決系統(tǒng)，電子會議表決系統(tǒng)在提高效率的前提下充分發(fā)揚民主、充分表達參會人員的意愿，這種表決方式，具有保密性、準(zhǔn)確性、快捷性的特點，使表決程序更加明確、規(guī)范和科學(xué)，任何人都無法進行程序之外操作。
傳統(tǒng)的電子會議表決系統(tǒng)一般是由有線系統(tǒng)組成，布線非常麻煩，節(jié)點較多，使用起來故障較多而且不易排除，使用者也很不方便。無線表決系統(tǒng)則能充分克服這些缺點，采用無線通訊方式構(gòu)筑串行無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了繁瑣的布線和連接工作，通訊可靠，傳輸距離遠。
當(dāng)前絕大多數(shù)無線表決系統(tǒng)采用433MHZ附近單頻點通訊。先確定幾個可選的頻點，然后在現(xiàn)場手動跳線設(shè)置工作頻點，這種工作方式實現(xiàn)簡單，成本較低。但是單頻點通訊有一個致命的缺陷如果在這個工作頻點上出現(xiàn)干擾將會嚴重影響通訊可靠性甚至造成通訊癱瘓，發(fā)生干擾的可能性極大，在本質(zhì)上是不可靠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，即發(fā)明的目的是為了提供一種通過無線微波傳輸信號，沒有空間及地點限制，通訊方式安全可靠，抗干擾能力強，實時性好，使用方便，易于維護的數(shù)字無線表決系統(tǒng)。
該無線表決系統(tǒng)包括，上位機、基站控制器、接收基站、發(fā)射基站和手持機，位機單元(101)中的通信接口模塊(208)將用戶操作指令發(fā)送給基站控制器單元(102)，基站控制器單元(102將其傳送到接收基站單元(104)的接收主控模塊(506)，接收主控模塊(506)對該指令進行判斷并控制是否轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)射基站單元(103)；發(fā)射基站單元(103)接收到所述操作指令后，判斷其發(fā)射通道，然后通過該通道以無線方式發(fā)送給手持機單元(105)，并給基站控制器單元102返回應(yīng)答指令；接收基站單元(104)將手持機單元(105)的應(yīng)答數(shù)據(jù)通過對應(yīng)的接收通道經(jīng)基站控制器單元(102)返回上位機單元(101)；其中，系統(tǒng)工作初始，發(fā)射基站單元(103)發(fā)送包含跳頻圖案起始位置和同步時鐘信號的控制指令，手持機單元(105)和接收基站單元(104)收到后用所述同步信號鎖定自己的時鐘脈沖頻率，根據(jù)通道號計算本通道跳頻圖案起始位置，并返回應(yīng)答信息；發(fā)射基站單元(103)，循環(huán)利用6個專用控制信道廣播發(fā)送控制信令，此后，接收基站單元104進入準(zhǔn)備接收狀態(tài)，手持機單元105進入準(zhǔn)備發(fā)射狀態(tài)，接收基站單元104和手持機單元105時鐘同步；手持機單元(105)和接收基站單元(104)在本通道跳頻圖案起始位置、依次在預(yù)定時間間隙內(nèi)發(fā)送指令，直到所有手持機單元(105)發(fā)送完指令，完成一次輪循；接收基站單元(104)以時隙來區(qū)分不同手持機的地址。
本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了方便高效地?zé)o線會議通信，并且本產(chǎn)品工作頻率為927MHZ(ISM頻段)，采用跳頻擴頻工作方式，接收端和發(fā)送端數(shù)據(jù)在70個可選頻點上按照設(shè)定的跳頻圖案進行同步通訊，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯能力，本質(zhì)上避免了信道干擾問題。


通過閱讀以下的詳細文字說明并參考附圖，本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點將變得更加清晰易懂。附圖中圖1繪示無線表決系統(tǒng)連接示意圖；圖2繪示無線表決系統(tǒng)原理圖；圖3繪示上位機單元方框圖；圖4繪示基站控制單元方框圖；圖5繪示發(fā)射基站單元方框圖；圖6繪示接收基站單元方框圖；圖7繪示手持機單元方框圖；圖8繪示M序列產(chǎn)生電路的通用形式圖；圖9繪示繪示系統(tǒng)工作頻段劃分圖；圖10繪示邏輯信道分配圖；
具體實施例方式如圖1和2所示，本發(fā)明的無線表決系統(tǒng)包括五個部分上位機、基站控制器、接收基站、發(fā)射基站和手持機，基站控制器單元102、發(fā)射基站單元103和接收基站單元104構(gòu)成基站系統(tǒng)，它是無線表決系統(tǒng)的核心，來實現(xiàn)手持機單元105與上位機單元101的可靠通訊。其中，基站控制器單元102通過RS-232接口與上位機單元101進行通訊；發(fā)射基站單元103將上位機單元101的控制指令通過無線方式發(fā)送給手持機單元105；接收基站單元104將手持機單元105的應(yīng)答數(shù)據(jù)返回上位機單元101。
如圖3所示，上位機單元101中的通信接口模塊208采用RS-232串行接口將用戶操作指令發(fā)送給基站控制器單元102中的通訊接口模塊301。通訊接口模塊301將指令由RS-232電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，采用全雙工方式通過8芯通訊電纜傳送到接收基站單元104的接收主控模塊506。此時接收主控模塊506先判斷該指令是送給接收基站單元104還是發(fā)射基站單元103，如果是送給接收基站單元104的，它就在本地處理而不往發(fā)射基站送了；如果是送給發(fā)射基站單元103的指令，就直接送到發(fā)射基站單元103。發(fā)射基站單元103的發(fā)射主控模塊403收到該指令后，先判斷是給0通道發(fā)射模塊401還是1通道發(fā)射模塊402，再將指令送到相應(yīng)發(fā)射模塊準(zhǔn)備發(fā)射并操作顯示模塊404，然后給基站控制器單元102返回應(yīng)答指令。如果該指令是給接收基站單元104的，先判斷出該數(shù)據(jù)是送給哪一個接收通道的，將它送到相應(yīng)的接收模塊501-504，并操作顯示模塊507，然后給基站控制器單元102返回應(yīng)答指令。
上位機單元101包括數(shù)據(jù)庫模塊201、議題管理模塊202、短消息管理模塊203、表決結(jié)果管理模塊204、上位機控制模塊205、會議管理模塊206、顯示模塊207和通信接口模塊208。其中數(shù)據(jù)庫模塊201實現(xiàn)對議題、子議題信息，各代表單元表決結(jié)果，各種統(tǒng)計信息(包括表決統(tǒng)計、報到統(tǒng)計等)，短消息，系統(tǒng)變量的存儲。議題管理模塊實現(xiàn)對從會議管理模塊206輸入來的議題內(nèi)容、議題表決方式和按鍵定義的存儲控制和發(fā)送控制。短消息管理模塊203實現(xiàn)對從會議管理模塊206輸入來的短消息存儲控制和發(fā)送控制。表決結(jié)果管理模塊204實現(xiàn)對從基站控制器102讀取來的表決結(jié)果進行統(tǒng)計處理以及統(tǒng)計結(jié)果的存儲控制和發(fā)送控制。上位機控制模塊205對上位機單元101的各功能模塊的協(xié)調(diào)工作起整體控制作用，是實現(xiàn)上位機單元101功能的核心模塊。會議管理模塊206實現(xiàn)將工作人員的輸入信息提交給上位機單元控制模塊205，上位機單元控制模塊205根據(jù)當(dāng)前的工作狀態(tài)對輸入信息進行解析，并直接對數(shù)據(jù)庫模塊201中的相關(guān)內(nèi)容進行修改存儲，從而實現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。顯示模塊207是顯示設(shè)備驅(qū)動模塊，在上位機單元控制模塊205的控制下實現(xiàn)不同內(nèi)容的顯示。通信接口模塊208實現(xiàn)與基站控制器102的連接，采用全雙工通信，提高系統(tǒng)速度。
如圖4所示，基站控制器單元102包括通訊接口模塊201和電源供給模塊202，通訊接口模塊201與上位機單元101中的通信接口模塊208連接，進行RS-232到RS-385的通訊總線轉(zhuǎn)換，使得基站控制器與發(fā)射基站和接收基站得以進行長距離可靠通訊，電源供給模塊202為基站系統(tǒng)提供工作電壓。
如圖5所示，發(fā)射基站單元103包括0通道發(fā)射模塊401、1通道發(fā)射模塊402、發(fā)射主控模塊403和顯示模塊404。0通道發(fā)射模塊401和1通道發(fā)射模塊402是兩個可選的發(fā)射通道，由硬件連接方式進行通道區(qū)分。0通道發(fā)射模塊401和1通道發(fā)射模塊402平時處于休眠狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射主控模塊403收到基站控制器的通訊接口模塊201傳給它的數(shù)據(jù)后，主控模塊403給0通道發(fā)射模塊401和1通道發(fā)射模塊402發(fā)送復(fù)位信號，然后0通道發(fā)射模塊401和1通道發(fā)射模塊402進入工作狀態(tài)，初始處于串行接收狀態(tài)；在收到對該通道控制指令后，該通道發(fā)射模塊401進入發(fā)射狀態(tài)，顯示模塊404進行相應(yīng)顯示，并從RS-485總線返回應(yīng)答信號。同一時刻只能有一個通道發(fā)射模塊進行發(fā)射。
如圖6所示，接收基站單元104包括0通道接收模塊501、1通道接收模塊502、2通道接收模塊503、3通道接收模塊504、接收基站備份模塊505、接收主控模塊506和顯示模塊507。0通道接收模塊501、1通道接收模塊502、2通道接收模塊503和3通道接收模塊504是4個并行的接收通道，由硬件連接方式進行通道區(qū)分。每個接收通道可容納255臺手持機105，無線表決系統(tǒng)總?cè)萘?020臺手持機。
接收主控模塊506收到基站控制器單元102的串行接口模塊201發(fā)送的指令后，首先判斷這條指令是送給接收基站還是發(fā)射基站，如果是送給接收基站的，它就在本地處理而不往發(fā)射基站送了；如果是送給發(fā)射基站的指令，就直接送到發(fā)射基站；如果此數(shù)據(jù)是給接收基站的，再判斷出該數(shù)據(jù)是送給哪一個接收通道的，將它送到相應(yīng)的接收模塊。該接收模塊在接收到工作指令后，進入準(zhǔn)備接收狀態(tài)，顯示模塊507進行相應(yīng)顯示，并從RS-485總線返回應(yīng)答信號。
接收基站備份模塊505連接另一接收基站，使得無線表決系統(tǒng)可以方便地擴容1倍。
如圖7所示，手持機單元105包括通信接口模塊601、存儲模塊602、手持機主控模塊603、手持機無線收發(fā)模塊604、IC卡報到模塊605、鋰電池模塊606、顯示模塊607和按鍵模塊608。手持機主控模塊603與無線收發(fā)模塊604通過串行總線模塊601進行數(shù)據(jù)通信。當(dāng)無線收發(fā)模塊604接收到發(fā)射基站單元103發(fā)射的無線數(shù)據(jù)后，通過串行總線模塊601將數(shù)據(jù)送到主控模塊603。主控模塊603根據(jù)接收到的指令與IC卡報到模塊605或字庫存儲模塊602進行數(shù)據(jù)交互，顯示模塊607進行相應(yīng)顯示。本次操作執(zhí)行完畢后，主控模塊603將需發(fā)射數(shù)據(jù)通過串行總線模塊601送到無線收發(fā)模塊604，無線收發(fā)模塊604將該數(shù)據(jù)采用無線方式發(fā)送出去。鋰電池模塊606為手持機提供工作電壓。
擴頻通信中信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬。擴頻通信系統(tǒng)相對于單頻點通訊的主要優(yōu)點有抗干擾性強，信噪比高，誤碼率低，保密性好，可以實現(xiàn)碼分多址，抗多徑干擾等等。跳頻的工作原理是收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率受偽隨機碼的控制而隨機跳變，是一種用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式。跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律稱為跳頻圖案。M序列可用的跳頻圖案多，跳頻圖案的密鑰量大，保密性好，并有很好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，因而抗干擾能力強。
M序列的生成多項式與M序列是一一對應(yīng)的，同樣級數(shù)的n級移位寄存器，不同本原多項式產(chǎn)生的M序列是不同的。N級移位寄存器構(gòu)成的M序列的本原多項式，其一般形式為fn(x)＝C0x0+C1x1+C2x2+…+Cnx″本發(fā)明中以六級(n＝6)移位寄存器構(gòu)成周期(p＝2n-1)為64的M序列偽隨機數(shù)產(chǎn)生器，M序列采用的本原多項式為x6+x+1，由微控制器軟件模擬M序列碼，然后輸入射頻模塊的頻率合成器中使載波頻率隨跳頻序列的序列值改變而改變。M序列中的數(shù)字與業(yè)務(wù)信道的標(biāo)識對應(yīng)。4個周期M序列時分復(fù)用組合在一起構(gòu)成了多達255點的跳頻圖案，每個頻點的位置與表決器的標(biāo)識對應(yīng)，為表決器分配了業(yè)務(wù)信道。
系統(tǒng)工作頻段見圖9。中心工作頻段702為927MHZ，平均劃分在927MHZ上下1.875MHZ(701和703)內(nèi)，共占3.75MHz帶寬。其中，低端頻段125KHz和高端頻段125KHz作為保護帶，余下的頻譜資源按照50KHz的信道帶寬進行劃分，共劃分成70個物理信道，接收基站單元和手持機單元在70個可選頻點上按照設(shè)定的跳頻圖案進行同步通訊，上述物理信道按照邏輯功能又可劃分成2類專用控制信道和業(yè)務(wù)信道，其中6個信道作為專用控制信道，64個信道作為業(yè)務(wù)信道。具體的邏輯信道分配如圖10所示，每個文本框表示一個物理信道，其中，灰色文本框801表示專用控制信道，白色文本框802表示業(yè)務(wù)信道，文本框中的數(shù)字803表示整個頻段的物理信道標(biāo)識，白色文本框上方的數(shù)字804表示整個頻段的業(yè)務(wù)信道標(biāo)識，灰色文本框上方的數(shù)字805表示整個頻段的專用控制信道標(biāo)識。
系統(tǒng)工作初始，發(fā)射基站單元103發(fā)送包含跳頻圖案起始位置和同步時鐘信號的控制指令，手持機單元105和接收基站單元104收到后用這個同步信號鎖定自己的時鐘脈沖頻率，并返回應(yīng)答信息。發(fā)射基站單元103循環(huán)利用6個專用控制信道廣播發(fā)送控制信令。此后，接收基站單元104進入準(zhǔn)備接收狀態(tài)，手持機單元105進入準(zhǔn)備發(fā)射狀態(tài)，接收基站單元104和手持機單元105時鐘同步。然后1號手持機在預(yù)定時間長度內(nèi)發(fā)送指令，緊接著2號手持機在下一個預(yù)定時間長度內(nèi)發(fā)送指令，直到255號手持機發(fā)送完指令，完成一次輪循，該預(yù)定時間長度可以為8ms，則輪循周期為T＝8×255＝2.04s，接收基站單元104以時隙來區(qū)分不同手持機的地址，例如在第一段時隙內(nèi)收到的指令就是1號手持機的狀態(tài)，在第二段時隙內(nèi)收到的指令就是2號手持機的狀態(tài)，以此類推。手持機單元105的無線收發(fā)模塊604采用外差式相干器進行接收，接收端頻率與發(fā)射端頻率相差一個恒定中頻。無線通訊過程中，系統(tǒng)采用卷積編碼和CRC編碼的組合作為糾錯機制。
其中，接收基站單元104的每一通道及其所屬手持機單元105的工作方式為時分多址。接收基站和手持機以接收到讀取數(shù)據(jù)信令時刻同步，根據(jù)通道號計算本通道跳頻圖案起始位置，0通道501的跳頻圖案起始位置為發(fā)射基站指定的起始位置，1通道502的跳頻圖案起始位置為發(fā)射基站指定的起始位置+16，2通道503的跳頻圖案起始位置為發(fā)射基站指定的起始位置+32，3通道504的跳頻圖案起始位置為發(fā)射基站指定的起始位置+48。每臺手持機單元105信號發(fā)送占用時間為8ms，并根據(jù)跳頻圖案4個周期(每個周期有64個不同頻點，經(jīng)過時分復(fù)用確保同一時刻64個頻點都不一樣)確定各自的接收和發(fā)送頻率。
例如，發(fā)射基站單元103發(fā)送位同步信號，接收基站單元104的0通道501及其所帶的手持機接收到跳頻圖案起始位置信息和位同步信號后，0通道的0號手持機的M序列起始頻率點為跳頻圖案起始位置，1號手持機M序列起始頻率點為跳頻圖案起始位置+1，依此類推，63號手持機M序列起始頻率點為跳頻圖案起始位置+63，完成第一個接收周期循環(huán)。從第64個手持機開始進入第二個周期，64號手持機的M序列起始頻率點為跳頻圖案起始位置，依此類推，127號手持機M序列起始頻率點為跳頻圖案起始位置+63，完成第二個接收周期循環(huán)。第二、三個周期也是如此，系統(tǒng)按照時分多址重復(fù)4個周期完成一次通道輪循。
雖然對本發(fā)明的說明參考了實施示例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對其作出多種修改。每個實施示例及對其的明顯修改都屬于以下權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字無線表決系統(tǒng)，包括，上位機、基站控制器、接收基站、發(fā)射基站和手持機，發(fā)射基站單元(103)和接收基站單元(104)通過基站控制器單元(102)同上位機單元(101)進行通訊；發(fā)射基站單元(103)將上位機單元(101)的控制指令通過無線方式發(fā)送給手持機單元(105)；接收基站單元(104)將手持機單元(105)的應(yīng)答數(shù)據(jù)返回上位機單元(101)；接收基站單元(104)將手持機單元(105)的應(yīng)答數(shù)據(jù)通過對應(yīng)的接收通道經(jīng)基站控制器單元(102)返回上位機單元(101)；其中，系統(tǒng)工作初始，發(fā)射基站單元(103)發(fā)送包含跳頻圖案起始位置和同步時鐘信號的控制指令，手持機單元(105)和接收基站單元(104)收到后用所述同步信號鎖定自己的時鐘脈沖頻率，根據(jù)通道號計算本通道跳頻圖案起始位置，并返回應(yīng)答信息；發(fā)射基站單元(103)，循環(huán)利用6個專用控制信道廣播發(fā)送控制信令，此后，接收基站單元(104)進入準(zhǔn)備接收狀態(tài)，手持機單元(105)進入準(zhǔn)備發(fā)射狀態(tài)，接收基站單元(104)和手持機單元105時鐘同步；手持機單元(105)和接收基站單元(104)在本通道跳頻圖案起始位置、依次在預(yù)定時間間隙內(nèi)發(fā)送指令，直到所有手持機單元(105)發(fā)送完指令，完成一次輪循；接收基站單元104以時隙來區(qū)分不同手持機的地址，同各個手持機進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中該數(shù)字無線表決系統(tǒng)以六級移位寄存器構(gòu)成周期為64的M序列偽隨機數(shù)產(chǎn)生器，并以該M序列偽隨機數(shù)控制產(chǎn)生跳頻序列，該跳頻序列每個周期內(nèi)包含64個不同的頻點，M序列采用的本原多項式為x6+x+1，M序列中的數(shù)字與業(yè)務(wù)信道的標(biāo)識對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中M序列中的數(shù)字與業(yè)務(wù)信道的標(biāo)識對應(yīng)，4個周期M序列時分復(fù)用組合在一起構(gòu)成了多達255點的跳頻圖案，每個跳頻點的位置與表決器的標(biāo)識對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中無線通訊過程中，系統(tǒng)中心工作頻段為927MHZ，平均劃分在927MHZ上下1.875MHZ內(nèi)，共占3.75MHz帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中低端頻段125KHz和高端頻段125KHz作為保護帶，余下的頻譜資源按照50KHz的信道帶寬進行劃分，共劃分成70個物理信道，70個物理信道中6個信道作為專用控制信道，64個信道作為業(yè)務(wù)信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中每個手持機在8ms時間內(nèi)發(fā)送一次指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中接收主控模塊(506)收到基站控制器單元(102)的串行接口模塊(201)發(fā)送的指令后，首先判斷這條指令是送給接收基站還是發(fā)射基站，如果是送給接收基站的，它就在本地處理而不往發(fā)射基站送了；如果是送給發(fā)射基站的指令，就直接送到發(fā)射基站；如果此數(shù)據(jù)是給接收基站的，再判斷出該數(shù)據(jù)是送給哪一個接收通道的，將它送到相應(yīng)的接收模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中發(fā)射基站單元包括0通道發(fā)射模塊(401)、1通道發(fā)射模塊(402)、發(fā)射主控模塊(403)和顯示模塊(404)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中接收基站單元(104)包括0通道接收模塊(501)、1通道接收模塊(502)、2通道接收模塊(503)、3通道接收模塊(504)、接收基站備份模塊(505)、接收主控模塊(506)和顯示模塊(507)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中每個接收通道可容納255臺手持機(105)，無線表決系統(tǒng)總?cè)萘?020臺手持機，系統(tǒng)按照時分多址復(fù)用重復(fù)4個周期跳頻通信完成一次輪循。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，其中手持機單元(105)包括通信接口模塊(601)、存儲模塊(602)、手持機主控模塊(603)、手持機無線收發(fā)模塊(604)、IC卡報到模塊(605)、鋰電池模塊(606)、顯示模塊(607)和按鍵模塊。
全文摘要
一種數(shù)字無線表決系統(tǒng)，包括上位機、基站控制器、接收基站、發(fā)射基站和手持機，提供一種通過無線微波傳輸信號，沒有空間及地點限制，通訊方式安全可靠，抗干擾能力強，實時性好，使用方便，易于維護的數(shù)字無線表決系統(tǒng)，并且采用跳頻擴頻工作方式，接收端和發(fā)送端數(shù)據(jù)在70個可選頻點上按照設(shè)定的跳頻圖案進行同步通訊，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯能力，本質(zhì)上避免了信道干擾問題。
文檔編號H04B1/713GK1794603SQ20061000074
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者楊振華, 曹忻軍, 陳洪順, 張義民 申請人:北京飛利信電子技術(shù)有限公司