1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 介绍一种以 C8051F020 MCU 为控制核心，结合 CDMA 业务和 GPS 系统开发的移动无线数据传输系 统。这个系统由 CDMA网络、移动终端、 Internet 网络和信息管理中心服务器四部分组成。它重点描述了移动终端中硬件组成部分和软件设计。在移动状态下，这个系统可以用于无线数据的传输。例如管理车辆调度，传输交通监测数据，金融系统 POS联网，采集气象站的数据和遥测各种遥控系统等。实践证明，对于各
2、种移动场合的数据传输问题，选择使用本系统是明智的选择。 关键词： CDMA GPS 数据业务 , C8051F020 ME45 II SMS-based CDMA wireless communication system design Abstract This design introduces a mobile wireless data transmission system which uses MCU C8051F020 as control core and combines with CDMA services and GPS system . This system cons
3、ists of 4 parts ,this is ,CDMA network, mobile terminals, Internet network and information management center server. It mainly describes the hardware component and software design of a mobile terminals . In the state of movement , this system can be used for wireless data transmission . For example,
4、 the vehicle scheduling management , the transmission of monitored traffic data, the POS networking of financial system, the collecting of telemetry data etc. As is proved by the practice , it is wise to choose this system for various mobile data transmission accasions. Keywords: CDMA GPS data servi
5、ces ,C8051F020 ME45 III 目录 1 绪论 . 1 1.1 课题的背景 . 1 1.2 课题的意义 . 3 1.3 课题研究的主要内容 . 3 CDMA 蜂窝网的特点 . 4 2设备方案设计与总体设计 . 5 2.1 系统的设计 . 5 图 2 CDMA的无线移动数据的传输系统 . 6 2.2 移动终端硬件 . 6 2.1.1 开关机的控制 . 7 2.1.2 通讯 . 8 2.1.3 UIM 卡介绍 . 8 2.2 稳压电源的电路 . 8 2.3 单片机外围电路 . 9 2.3.1GPS 模块常见的若干问题 . 10 （ 1） GPS 模块的 20 通道的含义？ . 10
6、 （ 2） GPS 出现长时间无法冷启动定位时怎么办？ . 10 （ 3） GPS 模块为什么开机后很长时间才能获得定位数据？ . 11 2.3.2 C8051F020 单片机 . 11 （ 1） CIP-51TM 内核 . 12 （ 2）存储器 . 13 （ 3） JTAG 调试和边界扫描 . 13 （ 4）可编程的数字 I/O 与交叉开关 . 14 （ 5）可编程计数器阵列 . 14 （ 6）串行端口 . 14 （ 7）模数转换器 . 14 （ 8）数模转换器 . 15 （ 9）比较器 . 15 2.3 移动终端软件设计 . 16 2.3.1 MCU 的初始化 . 17 C8051F020
7、 单片机初始化： . 17 （ 1）电源管理 . 17 （ 2）系统时钟和振荡器 . 18 （ 3）复位及看门狗管理 . 18 IV （ 4） FLASH 存储器编程和安全管理 . 18 （ 5）中断控制 . 18 （ 6）端口 IO 初始化及交叉开关设置 . 18 （ 7）外部 RAM 和片内 XRAM . 19 （ 8）定时器设置 . 19 （ 9）串行通讯 . 19 （ 10）可编程计数器阵列 . 19 （ 11） SMBUS 通讯 . 20 （ 12） SPI 总线通讯 . 20 （ 13） ADC 转换 . 20 （ 14） DAC 转换 . 21 （ 15）比较器设置 . 21 （
8、 16）时钟 /电压基准设置 . 21 MCU 的功能 . 21 （ 1）协议管理 . 21 （ 2）功率管理 . 22 2.3.2 删除短信息子程序 . 22 2.3.3 读短信息子程序 . 23 2.3.4 短信息的命令执行 . 24 结论 . 25 参考文献 . 26 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 27 附录图 1 GPS模板 . 27 基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 1 1 绪论 1.1 课题的背景 目前，移动无线传输数据的方式有 GSM 短消息、 GPRS和 CDMA3种方式。它们各自的特点是： 移动通信网中的 GSM 短消息方式。短消息是 GSM 网中的一种
9、电信业务。信息长度不超过 160 个字符的文本消息称它为短消息。短消息传输采用存储转发的方式，用的是信令信道传输。因此，根据短消息业务被使用的情况，短消息存在传输延时不固定，服务费用低等问题。短消息方式的缺点是数据传输速率低和具有延 迟性不固定性成了 GSM短信息的主要缺陷。 GPRS(General Packet Radio Service)，是通用无线分组业务的简称。 GPRS是在现有 GSM 系统基础上发展出来的数据承载业务，是一种全新的业务。 GPRS采用的是分组交换技术。按流量计费，高效传输高速或低速数据和信令。理论的 GPRS传输的速率是 171.2 kbps， 40 kbps 是
10、它实际传输速率。中国移动 2002年 5月开始正式使用商用的 GPRS网络。 CDMA 2000 的第一个阶段是 CDMA 1X，可支持数据的传输为 308 kbps、引入网 络的交换分组，支持 IP移动业务； CDMA 1X 是在 CDMA IS95系统基础上衍生出的一种承载业务，为的是以分组的形式为 CDMA用户提供数据相关业务；理论的 CDMA 1X传输速率为 300 kbps，目前实际的传输的速率在 100 kbps 左右，它可以应用于 Internet 的连接、传输数据等。按流量计费是 CDMA 1X 无线的数据通信系统的特点，即指一直在线。收取的费用标准按接收和发送数据包的总的数量
11、来计算，在没有传递数据的流量时不收取费用。 CDMA是移动的通信技术，汉语全称为码分多址的无线数字技术，与 GSM技术并列通讯技术。它的优点在于较低手机功耗、较高频率利用率等。和 GSM 技术相比， CDMA 技术也可以分为 2 代， 2.5 代与 3 代技术。大众认为第 3 代移动的通信技术的首选是 CDMA技术，目前它的标准有 WCDMA、 CDMA2000和 TD-SCDMA。 目前中国移动通信产业技术发展趋势是从第二代移动通信从 2.5 代向第三代技术标准的转移。由于目前存在着三种主流的第三代移动通信的技术标准，因此移动通信运营商在技术的升级和产业技术发展上的标准选择将决定产业技术发展
12、的方向。 由于 GSM 技术已经充分成熟，发展潜力已接近极限 ，处于产品淘汰边缘。全世界很多的运营商开通了 GPRS商用系统、试商用系统或实验系统，其中包括基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 2 德国的 T-Mobile、中国香港的 Smart one、中国台湾的 TSL、澳大利亚的 Optus公司以及法国、葡萄牙、西班牙、芬兰、捷克等国家和地区的运营商。 鉴于 CDMA 技术明显的优势，中国联通目前已经开始 CDMA 的网络建设，目前的 CDMA IS95增强型将从 CDMA 1X向第三代的 CDMA2000 平滑过渡。 WCDMA 标准主要是由欧洲 ETSI 提出的。 CDMA20
13、00 是美国 TIA TR45.5 向ITU提出的 RTT方案，其核心是由 Qualcomm 、 Nortel和 Lucent、 Motorola 联合提出的 Wideband CdmaOne 技术。 TD-SCDMA 是由信息产业部电信科学技术研究院 (大唐电信集团 )代表中国提出。 2000年 5月，它在国际电联无线大会上正式被列为世界第三代移动通信无线传输标准之一。 目前，全球主要的电信制造商 Ericsson、 Siemens、 Nokia、 Lucent、 Nortel、Alcatel、 NEC、 Motorola、 FUJISU和中国通信设备制造商华为、中兴等都将 WCDMA系统作
14、为最重要的 3G 系统来开发，并且积极参与制定 WCDMA相关标准和规范。由于日本公司的参与，加速 WCDMA 系统设备的成熟和稳定。目前欧洲与亚洲主要的运营商都选择了 WCDMA作为其 3G运营系统。 由于 CDMA2000 依赖于全球定位系统 (GPS)来实现同步，一方面使得室内基站同步困难，另一方面因为 GPS 是由美国控制的军用技术，易受美国的控制。所以，部分国家不愿意完全支持把 CDMA2000 方案作为全球统一的标准，并且CDMA2000的发源地 -美国在三代的发展上令其他国家运营商的信心不足。几年前， 美国政府就将三代移动通信的频率资源拍卖出去，政府不可能将这个频率资源收回，并且
15、作为 3G频率再发给运营商，这就是美国在三代问题上遇到的一个非常尴尬的问题。目前在美国，同时存在着多种不同的移动通信技术标准，即使现在美国三代技术采用 CDMA2000技术，也不可能非常整齐划一地统一到这一个标准上来。 目前，由于 TD-SCDMA 的成熟程度相对滞后，因此在这一技术标准下进行研发与生产的设备商不多。任何一种先进的技术，只有投入到商用，有实实在在的产品供给消费者使用，才能体现其价值。 2000 年 2 月，大唐电信向国内运营商和 制造商公开了 TD-SCDMA标准的部分关键技术。此举意味着从此以后中国的通信企业可以参与到这项国际标准的开发，从而有利于在第三代移动通信上实现整体的
16、突破，形成我国 TD-SCDMA第三代移动通信的产业群。 2000 年 9月，由中国移动、中国联通、华为科技、大唐电信、摩托罗拉、北电网络和西门子等 7家中外电信巨子作为发起人，在北京倡议成立 TD-SCDMA技术论坛，其目的在于推动 TD-SCDMA 技术在全球的发展与应用。 基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 3 1.2 课题的意义 从 20 世纪 70 年代出现的蜂窝网络通信以来，全球的通信行业，尤其是移动方面的快速发展 ，蜂窝网技术也有了很大的起色。就对于多址的接入方式来说，在 20世纪 80 年代出现的时分多址的数字蜂窝网，被应用且流行于全球的数字的蜂窝移动的通信系统，以 G
17、SM 技术为代表的数字的蜂窝移动系统为最。20 世纪 90 年代又出现码分多址的蜂窝网的通信移动系统。由于它的较大的通信容量、较好的质量，因此马上被人们所关注，其优势已被人们所共认，其发展的前景被看好。专家就有预言，有关 CDMA 通信的应用将广泛流行于 21 世纪。CDMA的移动蜂窝网通信系统是基于频分多址 (FDMA)的模拟蜂的窝网与时分多址(TDMA)的数字 的蜂窝网的基础上发展衍生出来的。它们既有共同处，也有很多独特的地方：从技术上看， CDMA 的蜂窝网技术是最先进的，同时也是最复杂的。可以这样说，在一定范围内，它反映出了现代通信的技术水平。 第 1 代移动通信系统是模拟式的，已淘汰
18、。第 2 代通信移动的系统是数字蜂窝式的，如 TDMA 的 GSM和 CDMA的 IS95。 GPRS与 CDMA 1X的通信移动系统都是 2.5 代系统。中国联通公司已经拥有了一个覆盖全国的 CDMA2000 1X 网络，用于提供 1X数据分组业务。 CDMA 1X 和 GPRS 通信移动系统虽然都是 2.5 代的系统， 但是 CDMA1X 网络的通信的速度远比 GPRS 高，并且更容易平稳的向 3G 通信移动系统过渡。 CDMA的码分多址毫无意外的被广泛应用到未来第 3代通信移动系统中。 CDMA 技术的无线 DDN（ Digital Data Network）被广泛应用于商业和其他领域的
19、移动、多点分散的数据的传输。例如，金融系统 POS 联网，气象站相关数据的采集，遥测电力、水文、供暖、供气、供水等的分布式遥控的系统等。 1.3 课题研究的主要内容 设计一个通信系统运用码分多址技术来实现短信息的无线传递。通信系统存在的难点在于不同业务之间用户 的相互干扰太多，利用 CDMA技术的系统把数据速率提高到 100M/s 很困难。 CDMA又称为码分多址。最先由美国高通公司开发出来的。 CDMA 是一种为了解决现代的移动的通信网的容量大、质量高、能进行软切换、 国际漫游、综合业务的处理等要求而精心设计的移动通讯的技术。 CDMA短信息的无线通信系统原理：它基于扩频的技术，即将一个具有
20、一定的信号带宽的被传送的信息的相关数据，用带宽远远大于这个被传送信号的信基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 4 号带宽的一个高速伪随机码进行调制， 调制后的数据信号的带宽就会被扩展，再用载波调制后发送出去。用完全相同的伪 随机码在接收端上使用，和接收到的带宽的信号作相关的处理，把宽带信号还原成原来被传送的信息数据的窄带信号，这样就可以实现信息的通信。 CDMA 蜂窝网的特点 1具备较大的系统容量： CDMA移动网在理论上的系统容量比模拟网大 20倍，但实际上只比模拟网大 10倍， 同时比 GSM的要大 4-5倍。 2灵活配置系统容量：系统容量与 CDMA 的机理有关系。 CDMA是一个
21、移动用户共用相同带宽和频率的自扰系统。如果我们将带宽想象成一个房子。所有的人将要进入这唯一的房子。由于这些人说的语言的不同，彼此之间有些不能交流，因此 只起到干扰的作用。同样的道理 , 我们将屋里的空气想象成宽带的载波 ,而不同的语言被当作编码 ,在容许范围内我们可以不断地增加用户直至被整个背景噪音限制住。假如能控制用户的信号强度 ,在保证高质量通话的前提下 ,我们就可以容纳更多的使用用户。 3较好的通话质量： CDMA 系统有很高的话音质量，声码器可以用于动态地调整数据的传输速率，并且根据不同的门限值来选择不同的电平级发射。同时门限值也要根据背景噪声的改变而发生变化，这样即使在较大的背景噪声
22、下，也可以得到很好的通话质量。另外由于 CDMA 系统采用了软切换技术，“先连 接，再断开”，这样完全克服了容易掉话的问题。 4按不同的序列码来区分频率规划的简单用户，因此不相同 CDMA 载波可在相邻的小区内使用，使网络变得更加规划灵活，扩展也简单化。 5采用控制功率和可变的速率声码器来延长手机电池寿命。 6降低建网成本。 基于 CDMA 短信息的无线通信系统的设计 5 2 设备方案设计与总体设计 2.1 系统的设计 该系统主要是利用了 CDMA通信移动网络中的短信息业务来实现数据的无线传输 ,免除了初期组网的建设费用和以后网络维护的费用。通过利用数据终端 ,把采集到的数据以短信形式发送到监
23、控中心 ,并且在监控中心进行相关的数据处 理和存储，并提供相应的查询和统计等功能。监控中心通过数据终端发送短信的方式 ,来更新数据终端中实时数据，并设定监控终端配置的信息或者控制得命令。由采集器、现场设备、数据终端和监控中心构成改系统。原理框图如图1所示。 图 1 原理框图 由移动终端、 CDMA 网络、 Internet网和信息管理中心服务器构成了整个信息传输管理系统。移动终端先将收到的 GPS 数据进行 CDMA数据的分组，再通过使用 CDMA技术网络与 Internet网，把信息上传到信息管理中心的服务器上。通过 Internet网和 CDMA网络，信息管理 中心也可以向移动终端发出指令。
