DM196-MAP无线调制解调器及其在模拟集群网络中进行数据传输的应用———上海正华电子

摘 要：本文介绍DM196-MAP无线集群调制解调器的原理和特点，并给出它在350M公安集群网络中进行综合信息交换的一个应用实例。该实例综合使用无线调制解调技术、GIS信息技术、多路接入技术、Client/Server结构的数据库应用技术和 嵌入式系统终端技术，并结合Map27协议控制技术，在公安模拟集群网络上实现高达9600bps的数传速率，使在模拟集群系 统上开展多种数据通信业务成为可能。
关键词：集群网络 无线通信 Map27协议 无线调制解调器

1 引言


基于模拟集群系统实现数传有两种方式：一种方式是利用集群电台本身所支持的MAP27协议在控制信道上传输短数据,数据速 率只有1200bps，只适合传送一些短数据。由于该方式占用集群系统的控制信道，在数据业务量大时容易造成系统拥塞；另一种方式是借助调制解调器利用集群系统的语音信道传输数据。
DM196-MAP无线调制解调器是上海正华电子高科技工程有限 公司专为无线集群系统设计的内嵌MAP27协议的调制解调器，它完成数字信号与集群电台的模拟语音信号之间的调制解调变换。利用DM196-MAP无线调制解调器通过集群电台的语音信道传输数据具有以下优点：
·数据速率高：数据速率最高可达9600bps，满足公安移动数据传输的多种数据业务需要；
·支持长数据包：数据包长可以达到2Kbytes；
·信道使用情况：使用无线集群系统的某一个语音信道，不会影响集群系统TSC对其他移动用户通信请求的响应；
·通信高可靠性：该MODEM具备信道速率自适应和出错自动反馈重发ARQ等功能，确保在恶劣的移动环境中无误地 进行数据传输；
·内嵌MAP27协议：具有自动拨号功能
·标准存取控制接口：为上层软件提供统一的存取控制接口API，方便应用软件的开发

2 DM196-MAP无线集群调制解调器

DM196-MAP无线集群调制解调器（以下简称DM196-MAP）是上海正华电子高科技工程有限公司开发，用于在无线模拟集群系统 上传输数据的高度集成化、软件化和智能化无线数据通信终端产品。该产品是采用数字信号处理（DSP）、先进的数据通信技 术和SMT贴片焊接生产，具有高技术性能和可靠性。

2.1 系统结构

如图1，DM196-MAP可以分为五个功能模块：

1) 调制/解调模块-- 数据的调制解调；
2) MAP27协议模块--实现MAP27三层协议，管理集群电台；
3) GPS扩展模块--将GPS定位信息送给MMC控制模块；
4) 统一存取控制模块--提供统一的数据和管理应用接口；
5) MMC管理模块--管理其他模块。

2.2 调制/解调模块

硬件是由高速ADSP2181子系统、通信控制CPU子系统、数据存储及控制、输入输出电路等组成。它采用DSP软件实现了多项先进的通信技术：正交解调技术、自适应均衡技术、交织GF(256)Reed-Solomon码前向纠错
（FEC）和ARQ-CRC技术等。

2.3 MAP27协议简介

MAP27(Mobile Access Protocol for MPT1327 equipment)协议是由国际UADG组织制定的集群电台与数据终端之间本地通信的接口规范。该协议规定了基于MPT1327和MPT1343数字信令系统的语音呼叫、短数据传输
等功能实现的存取控制接口和终端设备网络层。

2.3.1 MAP27分层协议

MAP27协议参照ISO七层协议标准，定义了三个层次：物理层(physical interface)、数据链路层(data link protocol)和网络层(network protocol)，其它几个层没有使用。

·物理层电气特性遵循CCITTR EC V.28标准，使用RS-232C的物理连接。
数据链路层定义数据在集群电台(RU)和数据终端(DTE)之间的帧交换过程。
·数据链路层有三种类型的帧：LR (link request)链接请求，LT(link transfer)链接传输和LA(link acknowledge)链接应答。
数据链路层还 负责CRC错误检测。
·网络层定义网络层数据设备间以MPT1327和MPT1343协议为基础的数据传输，包括：语音呼叫（VOICE ）、调制 解调器（MODEM）呼叫、状态信息(STATUS)、短数据（SST）信息、长数据（MST）信息和呼叫转移（Diversion）等。

2.3.2 MAP27协议应用

在无线集群系统网络环境下，通过MAP27协议，可以让数据终端（DTE）控制集群电台(RU)进行语音呼叫和短数据发送等。支持MAP27协议的数据终端可以是普通的计算机，也可以是嵌入式系统。
DM196-MAP正是内嵌MAP协议的嵌入式系统。它利用其内部的管理模块管理MAP27模块、调制解调模块、GPS模块、统一存取控制接口。

2.4 DM196-MAP技术特点

·内嵌MAP27协议，用于集群通信
·支持所有符合MAP27协议的模拟集群电台，如Tait、Kenwood等集群电台
·自动拨号和自动应答
·支持单发、组发和广播
·利用电台语音信道，不占用控制信道
·数据传输速率高达9600bps
·数据分包传输,每包1-2000字节
·通过控制信道发送用户状态数据和短数据
·提供统一的数据和管理应用接口API
·信道速率自适应，根据信道质量自动在9600/7200/4800bps速率档自适应调整
·检错自动反馈重发CRC-ARQ
·采用自适应均衡技术
·格状编码调制（TCM）压缩数据带宽
·交织GF(256)Reed-Solomon码前向纠错
3 DM196-MAP在350M公安集群网络中进行综合信息交换

3.1 系统目标

该系统实现信息查询功能、信息广播与指挥命令发布功能、信息交换功能与传送GPS定位信息功能。信息查询功能包括全国犯罪信息中心（CCIC）信息查询，户政信息查询，治安信息查询，交管信息查询、发布等。如全国犯罪信息中心（CCIC）信息查询：输入身份证或姓名、年龄的组合条件，查询结果包括以下要素：人员编号、姓名、性别、出生日期、身份证号、户籍地址等。

3.2 系统组成

图2给出了350M公安集群网络移动数据查询系统的系统构造图。整个系统可以被分为三个子系统：移动查询设备中心站子系统移动查询设备车载子系统和移动查询设备手持子系统。


3.2.1 无线链路的实现

系统的无线链路由各个子系统中的集群电台（车载或手持）和DM196-MAP实现，DM196-MAP内部实现交织GF(256)Reed-Solomon码前向纠错和CRC技术，确保链路数据传输的可靠性。传输一帧数据的过程采用应答握手和ARQ方式，保证数据传输的正确性和完整性。

3.2.2 中心站子系统

中心站子系统包括（多路）信道接入部分、通信中央控制单元和数据服务器、指挥中心通信工作站以及一个（或多个）GIS工作站。如图3所示：


信道接入部分由多个集群车载台和DM196-MAP构成，用于支持多路查询请求的同时接入。信道接入部分支持RS232C接口，可通过PC机上的多串口卡方便的进行连接。它的机柜被设计成模块式，可在查询业务增加时方便地予以扩容。
通信中央控制单元由PC系统构成，该PC与局域网中的数据服务器和GIS工作站相连，可以同时接受多路查询请求，对查询请求进行排队，提交给查询服务器进行处理；同时还对查询服务器的查询结果进行分路，交给相应的电台发送下去。
通信中央控制单元同时还完成防火墙和分级权限管理的功能，对非法的查询要求进行过滤；同时对用户的查询请求进行权限管理，系统管理员可以分配和修改各用户的查询权限。
指挥中心通信工作站在通信/指挥管理软件的支持下，可以对特定巡逻警车或警员发布指挥或行动命令；可接收巡逻警车或警员的现场情况报告；同时向下广播重要的公安信息，如通缉令、会议通知等。
在局域网中的GIS工作站可进行GIS信息管理，可以显示巡逻警车或警员的位置信息。

3.2.3 车载子系统

车载子系统包括集群车载电台、DM196-MAP和嵌入式PC系统。
集群车载台采用公安局已有的350 MHz集群车载台，可支持话音通信和数据通信。车载PC采用嵌入式PC系统，装备在警用巡逻车上，是移动查询系统的信息终端设备。主要性能如下：

① 主CPU为Intel? 奔腾处理器，主频为350M；
② 运行WIN95/WINCE操作系统；
③ 在移动查询软件的支持下，完成信息查询输入、查询结果显示和存储；
④ 支持电子邮件的编写和收发；
⑤ 能接收指挥中心发布的行动命令和行动方案；
⑥ 能接收中心广播的重要信息，如通缉令、会议通知等；
⑦ 在外接的数码摄相头的支持下，可以将现场图片发回指挥中心；
⑧ 在合适的设备支持下，也能提供指纹输入及查询；
⑨ 车载PC要求适合警车安装、具有很强的抗震性、宽的工作温度范围；
⑩ 软件的界面友好，适合于在移动情况下方便地操作。
3.2.4 手持子系统

移动查询设备手持子系统包括集群手持电台、DM196-MAP和用户终端设备PDA。集群手持台采用公安局已有的350 MHz集群手持台，可支持话音通信和数据通信。用户终端设备PDA的功能与车载的用户终端设备基本相同。
手持式PC（或PDA）主要性能如下

① 采用WINCE（或Linux） 操作系统，支持手写输入；
② 在移动查询软件的支持下，完成信息查询输入、查询结果显示和存储；
③ 支持电子邮件的编写和收发；
④ 能接收指挥中心发布的行动命令和行动方案；
⑤ 能接收中心广播的重要信息，如通缉令、会议通知等；
3.2.5 软件实现

DM196-MAP提供提供统一的存取控制接口API，可方便的进行应用开发。DM196-MAP支持RS232C标准的通讯，参照OSI 七层协议栈标准，定义DM196-MAP与计算机(或PDA)的三层接口协议：
·物理层 - 按RS232C标准，使用TXD、RXD、GND和CTS 四根信号线，38400bps，8位数据，1位停止位，无校验位；
·链路层 - 规定帧格式，保证应用层数据的正确传输；
·应用层 - 规定控制命令和数据的格式；
·其它层没有使用。
链路层定义了严格的帧格式。帧结构包括帧头、帧尾和帧长度等：
应用层提供诸如拨号/挂断，系统参数查询/设置，数据发送/接收等功能。

3.3 系统特点

利用DM196-MAP在模拟集群系统中进行综合信息交换，独具特色：

[1] 适用于包括350M在内的不同频段的现有模拟集群网络；
[2] 适用于多种支持MAP27协议的集群电台，如TAIT、KENWOOD等；
[3] 可点对点或点对多点通信；
[4] 多路接入技术提高C/S模式信息交换的效率；
[5] 防火墙和分级权限管理技术保证信息交换的安全；
[6] 该系统不仅能进行模拟话音、数据和图像（如指纹、面像）等信息的传输，还能通过移动终端方便的访问公安信息网上的数据库，成为公安信息网的延伸部分。

另外，通过与上层应用系统软件的配合，也可完成较周密的安全保密措施：包括访问授权、空中接口加密、二次密钥分配、终端对终端的加密、密码算法、密码产生程序、密钥验证、密钥管理、安全管理、安全审计、抗否认性、合法侦听机制等。

4 结束语

对于已经拥有自己专用的集群系统的公安部门来说，由于存在费用、实时性、信息保密等问题，采用公共服务网进行移动数据查询是不合适的。公安移动数据查询系统应当采用集群系统作为其无线通信手段。在数字集群和模拟集群中，数字集群无疑是未来的发展方向，但是目前将仍将以模拟集群为主。在模拟集群上利用信令信道进行数据传输由于速率低（1200bps），数据包短而且且占用信令信道，限制了数据通信的业务种类。上海正华提供的支持MAP27协议的DM196-MAP无线MODEM在350MHz模拟集群上实现了高速率（9600 bps）、高可靠性（信道速率根据信道质量自适应调整）、长数据包（2Kbytes）的数据传输，支持多种数据通信业务（照片、电子文档及指纹等），成为实现公安移动数据查询系统目前性价比最高的解决方案。


参考文献
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2． 唐军，集群移动通信及在我国的应用，电信技术，2001；5
3． 徐玉滨等，集群系统调度终端软件设计，移动通信，1998；6
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5． Mobile Access Protocol for MPT1327 equipment(MAP27), v1.5
6． DM196-MAP MODEM 数据手册 V1.2，上海正华电子高科技工程有限公司