双向文字移动通信终端

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本发明涉及一种移动通信终端，尤其涉及一种能使位于不同地点 的持机人之间进行双向文字无线传输的终端设备。\n目前数字和文字寻呼机系统已经得到广泛的应用，该系统具有至 少一个基台和多个彼此独立的用户接收机。但寻呼机系统是一个单向 的无线多用户串行数据传输系统，该系统只能单向地传输数据，即当 基台发出寻呼信号后，无法得知用户接收机是否收到了该寻呼信号， 而且收到寻呼信息的用户还必须通过电话或者其它方式来答复寻呼信 息。因此，现有的寻呼机系统已不能满足迅速进行信息交流的需要。\n移动电话的出现克服了寻呼机系统所存在的不足，但与此同时也 带来新的问题。我们知道，移动通讯的频点(段)作为一种资源是有 限的，移动电话系统传输的是语音信号，而文字通信传输的是数字信 号，数字信号的传输速度是语音信号的传输所无法比拟的。完成相同 信息量的传递，文字传输方式是语音传输方式的数千万倍，而且在某 些特殊情况下，文字资料可作为有形的依据。在完成相同信息量的传 递、且呼损率相同的条件下，文字传输方式从用户容量，占用信道数 量等方面都是语音方式的数百倍，所以文字传输方式可以使有限的频 率资源得到充分的利用。\n本发明的目的是提供一种用于双向文字移动通信系统的终端， 该终端克服了上述寻呼机系统和移动电话系统的不足，即个人用户不 仅可以通过该终端接收和显示由基台发出的各种信息，而且可以在其 个人终端上将需要发出的信息用英文、汉字(包括拼音、五笔、语音、 手写等输入方法)、简单图形、保密代码等由键盘编辑出来，然后将 该需要传递的信息发射至基台并通过基台转至无线网或有线网中的任 何一个所期望接收的个人终端。\n本发明是这样实现的：它是由收、发信电路和编解码电路组成 的。收信电路依次由收信滤波、场效应管高频放大器，第一混频器， 第一中放，第二混频器，第二中放，锁相环鉴频器，数据滤波器，数 字限幅器，数据同步码元变换电路连接而成。发信电路依次由直接式 频率合成器，锁相环调频调制器，N级倍频器，带有功率自环控制及 接受场强自动调节的功率放大器，发信滤波器，环行器、天线连接而 成。编解码电路依次由中央处理器的控制口分别与储存器的RAM、 ROM、EPROM、数据口、总线、接口电路、显示器、码元变换连接。另 外，电源经电压变换后分别接上述电路。本终端电源电路还含有省电 控制、告警控制、状态控制、瞬时功率等其它辅助电路。所述发信电 路数据通路模块中的直接式频率合成器为锁相式合成器，功率放大器 中包含自成环路的自动功率控制电路和限制辐射场强的功率控制电 路。收信电路数据通路模块中的高频放大器为双栅场效应管。 本发明的双向文字移动通信终端具备如下功能： -能够自动接收总台或基台转发来的文字或图形信号，并且能够自动 产生应答信号。 -发送文字、图形信号自动产生应答信号。 -来讯指示有声、光、振动等可预置方式。 -具有收发文字或图形的存贮功能。 -能与个人微机或网络终端通过RS232口相连。 -个人终端识别码服务选项等采用EPROM可重新编程(预留编程)。 -高智能菜单选择文字输入多种方式，每屏可显示40个16×16点阵 汉字及15种以上表意文字。 -具有高性能后照光的高反差点阵式图形显示液晶屏。 -采用POCSAG码，与目前汉显寻呼机兼容，并可与之联网。 -根据给定频点、基台密度与基台发射功率考虑采用自动天线收接系 统。 -小型化，便于携带(70MM×120MM×20MM)。 -高性能可充电电池与普通电池通用，每充电一次可连续使用200小 时以上。\n下面结合附图对本发明的双向文字移动通信终端(简称个人终 端机)的组成部分进行详细说明。附图是本发明的双向文字通信终端 的结构框图。 终端机数据流程 终端机电路由三部分组成：收、发信电路和编解码电路，因此，数据 流程也分为这三部分。 第一部分：接收数据流程\n天线接收的无线电波经环行器进入接收滤波器，接收滤波器的主 要作用是阻止发射信号进入接收回路，抑制发射信号对接收回路造成 的干扰。接收信号经接收滤波器进入高频放大器，高频放大器将天线 接收到的微弱射频信号放大，提高接收回路的灵敏度，弥补回路损耗。 放大后的射频信号进入第一混频器，与第一本振相混频，得到第一中 频信号。第一中频信号经过一个窄带滤波器，滤掉中频附近的干扰信 号，加强干扰抑制比。滤波输出信号进入第一中放，第一中放将其放 大，弥补前级滤波损耗。滤波放大后的第一中频信号与第二本振在第 二混频器混频，输出第二中频信号，然后经窄带滤波进入第二中放。 第二中放设计为多级放大，主要是获得高增益，级间用滤波器隔离。 第二中放的输出进入鉴频器鉴频，鉴频器采用锁相环鉴频器，其优点 是可以调节由于各种干扰引起的频率漂移和相位抖动。鉴频输出信号 经低通滤波器送入数字限幅器，数字限幅器产生一个方波输出，相当 于二进制编码信号，进入码元变换电路解码出文字信息。 第二部分：发射数据流程\n晶体振荡器提供的高稳定度频率进入频率合成器，产生终端机收 发回路所需的各种频率。二进制编码信息进入锁相环调频器进行调 制，锁相环调频器采用窄带直接调频，提高了频谱利用率。采用锁相 环调频器的另一好处是解决了频率稳定度与频偏的矛盾。含有二进制 编码信息的调频信号进入倍频器进行载波搬移，倍频器一方面使载波 频率提高到射频频段，另一方面可以增加调频信号的频偏。经过频率 搬移的射频信号进入功率放大器，功率放大器将此射频信号放大到额 定功率。带有功率自环控制及接收场强自动调节的功率放大器，不仅 能保持输出功率恒定，而且可以限制带外辐射功率，减少对其它通信 设备的干扰。经功率放大器放大的射频信号进入发射滤波器，发射滤 波器的作用是抑制发射信号对接收回路造成的干扰。最后射频信号经 环行器由天线发射出去。 第三部分：编解码部分 -电源流程\n接收机和编解码电路的工作电源由电池供电。电池电源经电压变 换分别供给射频电路，微计算机，微机时钟振荡器电路，字符ROM， 内存RAM以及显示驱动电路。液晶显示屏的电源由显示驱动电路提 供。另外，本终端电源模块还含有省电控制，缺电池微机告警电路等 其它辅助电路。 -解码数据流程\n微机控制解码部分全部工作，它包含1个微处理器，1个只读存 储器(ROM)，1个随机存取存储器(RAM)，以及输入/输出总线(I/O 电路)。ROM中的程序控制着接收电路，在规定的时间内开或关接收 机。通过码元变换电路对收到的二进制编码信息进行解码，在RAM中 存储取到的电文，并产生呼叫通知音。另外，它也识别键盘输入信 号，并激发显示屏幕。 -编码数据流程\n编码过程也由微机控制。微处理器根据键盘输入的字符，从ROM中 提取文字信息，ROM中存放汉字及固定短语字库。取到的文字信息一 方面在显示屏幕上显示，另一方面存入RAM中作为备份，同时送入码 元变换电路进行二进制编码。编码后的二进制信息送入收发电路部分 发射出去。\n参见附图，本发明的双向文字移动通信系统的个人终端机由以下 部分构成： CPU中央处理器：\n完成个人终端机内部及外部指令的运算及外设的控制，是个人终 端机实现各种功能的核心保障。随着微机技术的不断发展单片机在检 测控制领域发挥着重要的作用，而个人终端机的中央处理器所要完成 的功能及对小型化的要求单片机又非常适合。个人终端中央处理器采 用高性能的16位或准32位单片机。完整的16位操作指令和32位的 LDED/STED操作指令，以及低功耗S-TOP命令(LPSTOP)寻址范围64M 字节以上(不含扩展)；指令执行时间小于120NS，高速中断响应， 具有数字信号处理能力，具有支持HLL高级语言的指令，便于C语言 的编译与执行。由于单片机是作模块控制器，因此结构上也采用模块 的结构。16位CPU，系统集成模块SIM，串行队列模块QSM，通用定 时器GPT,8/10位模数转换器ADC，高速内部总线IMB。\nCPU16的特性：\n-三个16变址器。\n-两个16位累加器。\n-1M字节程序存贮和1M字节数据存贮器的寻址能力。\n-具有面向DSP处理的控制。\n-可直接支持HLL高级语言。\n-后台纠错模块。\n-快速中断响应。\n-完整的16位操作指令。\nSIM系统集成模块的特性：\n-外部总线接口EBI\n-可程控的片选输出。\n-系统保护子模块。\n-定时器时钟监视和总线监视。\n-两个8位双功能I/O端口。\n-两个7位双功能I/O端口。\n-PLL时钟系统。\n8/10位模数转换器ADC的特性：\n-八个通道8/10位A/D转换。\n-八个结果寄存器。\n-三个结果调整子模块。\n-一个8位数据输入端口。\n串行队列模块QSM：\n-增强的串行通信接口。\n-队列串行外设接口。\n-一个8位双功能I/O端口。\n通用定时器GPT的特性：\n-两个自由运行带有预分频的16位计数器。\n-三个输入捕获通道。\n-四个输出比较通道。\n-一个输入捕获/输出比较通道。\n-一个脉冲累加/事件计数输入。\n-两个脉冲调宽输出。\n-一个8位双功能I/O端口。\n-两个可选的离散输入。\n-可选的外部时钟输入。 数据处理电路：\n数据处理电路是中央处理器与收发信电路连接的纽带，是系统编 译码方案的执行者，由发送数据处理，接收数据处理，内部时钟变换， 系统状态控制键盘信号处理等模块组成。 发送数据处理(编码)：\n发送数据包括：接收方地址码，文字图象在ROM中的地址码、帧 同步码、位同步码、奇偶校验码及示警码等，将上述各种功能码以一 种合理的方案编排，如POCSAG码，达到传递文字信息的目的。发送 数据处理电路是与CPU协调完成上述编码过程的，也就是通常所说 的基带信号，基带信号与频带利用率、功率利用率、码间串扰、信噪 比、传输速率等都有不可分割的联系，对其主要要求是：编码效率高、 差错控制能力及实现简单。 接收数据处理(译码)：\n接收数据处理是发送数据处理的反过程，即对接收波形进行识 别，对其主要要求是：译码错误概率小，快速简单和译码时延小。 系统状态控制：\n系统状态控制是由内部控制程序发出的各种控制指令完成终端机 各种功能的综合模块，其控制范围主要包括：\n-电源电路的通断。\n-电源电压变换(DC-AC-DC)\n-来讯告警。\n-时钟频率变换。\n-瞬时功率的产生。 键盘信号处理：\n为提高文字代码输入速度减少键盘电路相关元器件，提高电路的 可靠性，适应单片接口电路的工作原理，采用十六选一模拟开关矩阵 键盘电路，其优点在于按键数可随意扩展不需编解码，满足小型化的 要求。 内部EEPROM：\n内部EEPROM为512字节-1K字节的数据存贮器，用以编制存贮 该机的相应地址码，即其身份号。接收数据时计算机内部读取该机特 征地址码与收到的特征码比较以确认收讯信号所传递内容的去向。发 送数据时读取和特征码发送至基台，由基台发至目标机。 键盘与键盘接口电路：\n键盘是完成人一机对话的基础设备，由扩展的数据线组成串矩阵 形式，CPU定时扫描各键的状态如有按键按下则发送相应的命令或启 动相应的子程序使操作者在屏幕上看到相应的显示，完成文字、图象 的编辑工作。\n键盘接口电路是将数据处理电路的数据线进行扩展以满足所需功 能键数目的要求。由于使用八选一及十六选一电子开关，使所需键数 可无限扩展。 I/O接口电路：\n是CPU及数据处理电路与外设联结功能模块，与外部存贮器的接 口方法分为并行总线与串行总线接口方式，由于本发明所需外扩存贮 器的分类多及容量大，所以采用并行总线接口方式，满足CPU对外存 贮的读写要求。I/O接口电路应有如下特征：\n-与单片机MCU或微处理器MPU连接的8位双向数据总线。\n-提供两个8位双向I/O端口。\n-内部有两个可编程的控制寄存器和数据方向寄存器。\n-四根独立控制中断输入线和两根可作外围控制的输出线。\n-输入/输出的应答控制逻辑。\n-三态高阻的可直接驱动三极管外围线。\n-外围接口A可驱动CMOS。\n-外围接口A和B与TTL兼容。\n-芯片静态操作方式。\n-具有中断控制及屏蔽能力。 RAM动态存贮器：\n动态数据的存贮如文字、图形编辑；来讯文字显示数据等。 ROM静态存贮器(只读存贮器)：\n该存贮器阵列中存有汉字、固定短语及图形点阵数据即字库，也 是完成各种指令及操作状态的固定程序存贮器。 EPROM静态存贮器：\nEPROM静态存贮器是存贮该机服务项目选件编程、设置加密点等 可修改的程序存贮器。 显示器：\n采用高性能的自动后备光液晶显示器件(LCD)，该器件具有低工 作电压、低功耗、长寿命等特点，能显示16×16点阵汉字、特种表 意符号等。 发送数据通路模块包括： -天线： 天线的基本性能：\n天线系统包括从天线到传输线接头为止的所有匹配、平衡、移相 或其它耦合装置，是为了有效的将传输线送来的高频传导电流转变成 空间的电磁波或反过来将空间电磁波转变成传输线中的信号功率，由 于个人终端是一种便携式移动设备，根据天线用作发射和接收时进行 能量转换的可逆性，它们的参数在收发时保持不变，所以天线的参数 在收发时是通用的。\n个人终端机由于受安装条件的限制，天线的性能容易受环境的影 响，但天线又是整个系统链路的重要环节，对通信质量有直接影响， 因此对天线有着特殊要求。首先，由于终端机经常处于移动状态，位 置不固定，因此天线在水平面上并不呈现方向性，这样不论与基站的 相对位置如何变化，都能稳定地收发信号；其次由于必须做到收发兼 用，在以双频双工方式工作时，收发频率间有保护频带，天线必须有 足够宽的工作频带，才能兼顾收发的信号频率。 -环行器及收发信滤波器：\n个人终端采用双工方式，收发同时工作必须有双工器使收发互不 影响，发信机产生的射频功率对接收机的影响有两个方面：一是发信 频率的强信号使接收机前级产生阻塞，要消除这种影响必须使进入接 收机前级的本机发射信号抑制到阻塞电平以下，二是发信频谱以收信 通带内的噪声会直接进入接收机因此影响接收文字信息的正确率，所 以必须在发信输出端抑制这部分噪声，使它低于接收机本自在天线输 入端的等效噪声功率。前一种影响的消除，要依靠在接收机输入端接 入收信滤波器，以阻止发信功率进入发信滤波器，以抑制发信频谱造 成在收信频带上的噪声功率。用环行器隔离收发滤波器，能提高收、 发信间的隔离度。 一频率合成器：\n本发明的双工窄带调频制移动文字通讯系统因需要几个不同频率 进行通讯，而频率间隔为25kHz，这就要求通讯设备的频率来源应 该可变，同时也要求稳定，这样就要求有一人晶体振荡器，它能给出 一个稳定频率，但频率只是一个，若要给出不同频率，就得设法进行 变换，采用频率合成技术就是通过频率进行加、减、乘、除的运算， 将一个或几个标准频率变成多个所需频率的技术。\n频率合成的方法很多，本发明采用间接合成法，间接合成法是用 一个或几个参考频率源通过谐波发生器、混频和分频等产生大量的谐 波或组合频率，然后使用锁相环，把压控振荡器的频率锁定在某一谐 波或组合频率上，由压控振荡间接产生所需要的频率输出。间接式合 成器又称为锁相式合居器，它的主要优点是：由于锁相环相当于窄带 跟踪波波器，它具有很好窄带的跟踪特性，因此能很好的选择所需频 率，同时很好的抑制寄生分量，避免了大量使用滤波器，十分有利于 所要求的集成化和小型化。这里的锁相环为可变数字分频环，其特点 是在环路中采用可变数字分频器，数字鉴相器。 -调频调制器：\n将有用信号加载到高频上的过程称调制。在本发明的双向文字移 动通讯终端中，为了扩大通信容量，提高频率利用率，本发明采用窄 带调频调制方式，利用直接调频法，将受到调制信号控制的可变电抗 元件(变容二极管)接入载波的振荡回路，直接改变载波频率实现线 性调频，集成锁相环的推广使这种直接调频方式较好地解决了频率稳 定度与频偏的矛盾。 -倍频器：\n使用倍频器的目的不但是为了提高载波频率，而且是为了增加调 频信号的频偏，尤其是当频率合成器的频率由于条件限制不能很高 时，往往需要几次倍频，倍频器必须有足够的激励电平，为了在倍频 器输出端选出所需的谐波，倍频器负载回路需要有良好的选择性，并 在推动功放前用一窄带滤波器抑制倍频引起的各种杂散分量。 -功率放大器：\n功率放大器的作用是将倍频器产生的射频信号放大到额定功率。 本发明采用厚膜混合集成功放作为功率放大器件，其特点是：有源和 无源器件组合成整体，体积小，可靠性高，工作频带宽，外接的元件 少，可不需调整元件。这给整机生产调测带来了方便。厚膜混合集成 功放块应有两种控制功率的电路，一种是自成环路的自动功率控制电 路，它既能保持输出功率恒定，又能保护功放块。另一种功率控制是 为了限制辐射场强，减少通讯系统互相干扰，这时功放块的输出功率 根据自己接收到的信号强度进行控制。当通信对象较近时，接收信号 较强，功率放大器的输出功率就自动降低。这样既保持文字传输质量， 节省电能，又不会对其它通讯设备造成干扰。 收信数据通路模块包括： -高频放大器：\n高频放大器的作用是放大天线接收到的微弱射频信号，以提高收 信设备的灵敏度，降低后级(特别是混频级)的噪声，提高回路的选 择性，弥补回路损耗。本发明采用双栅场效应管，双栅场效应管作高 频放大器能使输入阻抗高、灵敏度高、噪声系数低、输出阻抗高，改 善了收信机的性能，双栅场效应管的工作动态范围大，能允许较大的 输入信号，抗阻塞能力强。 -第一混频器：\n第一混频器的作用是将高频放大电路送来的射频信号与第一本振 信号混频，得到频率较低的中频信号。第一混频器对接收机的灵敏度 和非线性指标影响较大，应选用较好的器件和电路。本发明的混频级 选用的器件为栅场效应管。 -第一中放、第二混频、第二中放、鉴频、滤波、限幅电路模块：\n第一中放是弥补第一混频器经滤波器后的损耗，并将中频信号进 一步放大。第二中放及鉴频使用了锁相环鉴频器。锁相环解调电路利 用压控振荡器产生的调频信号和输入信号之间的相位差检出调制信 号，并将误差信号反馈到压控振荡器。环路锁定时压控振荡器的瞬时 频率跟踪输入信号频率的变化，因此压控振荡器的控制信号与输入信 号频率的变化是一致的。锁相环解调有很多优点。选择不同的锁相环 参数，可以适应各种不同的要求。 收发信控制器；\n收发信控制器是为完成收发之间各功能部件之间的转换而设置的 控制装置，它所发出的所有控制信号均由中央处理器发出控制指令。 本终端电气性能及测量方法如下： -发信端电气性能及测量方法： -载波额定功率：\n载波额定功率是指发信机在未调情况下，传递到标准输出负荷上 的平均功率，本发明的双向文字移动通信终端发射时瞬时功率未超过 无线电主管部门的最大允许值。\n具体的测量方法是采用功率计测量。将输入阻抗50Ω，频率量 程为28MHz的功率计测量头接到发信机射频输出端，启动发射电路， 所测量功率值为标称值在+1.0dB—-0.5dB的范围内。 -载频频率容限：\n发信机载频频率容限是指实测未调载频与标称值之差。\n载频频率容限的测量方法是将发信机与标准负荷连接，并耦合部 分能量至频率计，在频率计输入电平正常情况下测量频率。发信机在 未调制情况下工作，在正常条件上极限条件下分别进行测量。在 280MHz左右频段内间隔为25KHz时频率容限的值不应超过± 0.016Hz。 -调制频偏及其限制：\n调制频偏是指已调射频信号的瞬时频率和载频的差值，包括下列 内容：\n调制灵敏度：\n调制灵敏度是指发信机射频输出端获得额定频偏时，其原始数据 码为1KHz时的电压值额定频偏为最大允许频偏的60％。使用调制度 仪测量频偏，发信机以额定功率输出，用低频电压表读取1KHz的电 压值即调制灵敏度。\n最大允许频偏：\n最大允许频偏是根据频道间隔规定的已调信号瞬时频率与标称载 频的最大允许值。在频道间隔为25KHz时，最大允许频偏为±5KHz， 按输入灵敏度值高20dB；及改变调制信号频率在300-3KHz之间变 化所读出的最大频偏值。\n非线性失真系数：\n在数据输入端加入标准数字信号，在发射端经解调测得的二次及 更高次谐波成分的总有效值对整个信号的有效值之比为非线性失真系 数。不应高于10％，主要考虑产生误码的概率。\n邻道辐射功率：\n邻道辐射功率是发信机在额定调制状态总输出功率中落入相邻频 道接收带宽内的部分。邻道辐射功率是调频频谱展宽和噪声等所产生 的平均功率的总和。\n有三种测量方法，它们分别是：邻道功率计测量法；频道分析仪 测量法；测试接收机测量法，技术要求邻道功率应比载波功率低70dB 以上。 -发信(载波)启动时间：\n发信启动时间是指当发信机控制产生载波功率输出时所需的时 间。用线性峰值检波器测量载波轨迹上升至最大值的50％时所需的时 间间隔应小于100ms。 -接收端电气性能及测量方法： -噪声系数与灵敏度：\n噪声系数与灵敏度是衡量接收机对微弱信号接收能力的两种表示 方法。对于接收机噪声系数与灵敏度是衡量其质量优劣的重要指标。\n噪声系数是指接收机输出端测得的噪声功率与把信号源内阻作为 系统中唯一的噪声源而在输出端产生的热噪声功率之比，以dB表示。\n灵敏度是指用标准数字信号调制时，在接收机输出端得到规定的 信噪比，且输出功率不小于标准数字信号额定功率的50％情况下，接 收机输入端所需要的最小信号电平，以μV或dBμV表示。\n测量方法有三种：信噪比测时法；信纳比测量法及抑制灵敏度测 量法。灵敏度的最大指标应超过+6dBμV。 -大信号信噪比：\n大信号信噪比是指射频输入信号足够强时，在接收机串行数据输 出端测得的信噪比值。 -限幅特性：\n接收机的限幅特性是指输入射频电平在一个规定范围内变化时， 输出串行数据电平的稳幅性能。 -调制接收带宽：\n接收机的调制接收带宽是指接收机接收一个输入电平比实测灵敏 度高+6dB并使输出信号的信纳比降回到12dB时的输入信号调制频 偏的两倍。\n测量调制接收带宽时，利用了增大频偏而使调频频谱展宽的方 法，但因为中频带宽是一定，因而随着频偏的增大，失真也增加，从 而使信纳比降低。\n调制接收带宽直接反映了接收机工作时的动态带宽，它不仅与中 频滤波器的带宽有关，而且与解调失真、本振频率及中频滤波器中心 频率的准确有关，因而更有实用意义。 -抗互调干扰性能：\n抗互调干扰性能是指接收机对与有用信号的频率有特定关系的两 个或更多个无用信号的抑制能力，它用干扰信号与灵敏度的相对电平 (dB)来表示。当输入有用信号的电平比灵敏度于3dB时，引起互 调的该无用信号的存在使接收机的输出信纳比降回到12dB。这时的 互调干扰电平与有用信号电平比值的dB数，即为接收时互调干扰的 抑制能力。 -同频道抑制：\n接收机的同频道抑制是指接收机抗同频道干扰的能力，它用干扰 信号与有用信号电平之差(dB)表示，当输入有用信号的电平比灵敏 度高3dB时，该干扰信号的存在使接收机的输出信纳比降回到12dB， 此时的有用信号电平与干扰信号电平之差的dB即为抗同频道干扰指 标。 -接收机启动时间：\n接收机启动时间是指输入已调射频信号后产生串行数字信号输出 功率所需的时间应小于150ms。