专利名称：利用跳频通信的无线表决系统的制作方法
技术领域：
本发明属于会议办公用品技术领域，涉及一种无线表决会议系统，更具体的说是涉及到数字无线通信跳频算法在无线表决系统中的应用。
背景技术：
目前，在我国各级政府、人大、政协等举行会议的会场中，已有不少会场安装了电子会议表决系统，电子会议表决系统在提高效率的前提下充分发扬民主、充分表达参会人员的意愿，这种表决方式，具有保密性、准确性、快捷性的特点，使表决程序更加明确、规范和科学，任何人都无法进行程序之外操作。
传统的电子会议表决系统一般是由有线系统组成，布线非常麻烦，节点较多，使用起来故障较多而且不易排除，使用者也很不方便。无线表决系统则能充分克服这些缺点，采用无线通讯方式构筑串行无线网络，节省了繁琐的布线和连接工作，通讯可靠，传输距离远。
当前绝大多数无线表决系统采用433MHZ附近单频点通讯。先确定几个可选的频点，然后在现场手动跳线设置工作频点，这种工作方式实现简单，成本较低。但是单频点通讯有一个致命的缺陷如果在这个工作频点上出现干扰将会严重影响通讯可靠性甚至造成通讯瘫痪，发生干扰的可能性极大，在本质上是不可靠的。
发明内容
本发明要解决的技术问题，即发明的目的是为了提供一种通过无线微波传输信号，没有空间及地点限制，通讯方式安全可靠，抗干扰能力强，实时性好，使用方便，易于维护的数字无线表决系统。
该无线表决系统包括，上位机、基站控制器、接收基站、发射基站和手持机，位机单元(101)中的通信接口模块(208)将用户操作指令发送给基站控制器单元(102)，基站控制器单元(102将其传送到接收基站单元(104)的接收主控模块(506)，接收主控模块(506)对该指令进行判断并控制是否转发给发射基站单元(103)；发射基站单元(103)接收到所述操作指令后，判断其发射通道，然后通过该通道以无线方式发送给手持机单元(105)，并给基站控制器单元102返回应答指令；接收基站单元(104)将手持机单元(105)的应答数据通过对应的接收通道经基站控制器单元(102)返回上位机单元(101)；其中，系统工作初始，发射基站单元(103)发送包含跳频图案起始位置和同步时钟信号的控制指令，手持机单元(105)和接收基站单元(104)收到后用所述同步信号锁定自己的时钟脉冲频率，根据通道号计算本通道跳频图案起始位置，并返回应答信息；发射基站单元(103)，循环利用6个专用控制信道广播发送控制信令，此后，接收基站单元104进入准备接收状态，手持机单元105进入准备发射状态，接收基站单元104和手持机单元105时钟同步；手持机单元(105)和接收基站单元(104)在本通道跳频图案起始位置、依次在预定时间间隙内发送指令，直到所有手持机单元(105)发送完指令，完成一次轮循；接收基站单元(104)以时隙来区分不同手持机的地址。
本发明的有益效果是实现了方便高效地无线会议通信，并且本产品工作频率为927MHZ(ISM频段)，采用跳频扩频工作方式，接收端和发送端数据在70个可选频点上按照设定的跳频图案进行同步通讯，大大提高了系统的抗干扰能力和容错能力，本质上避免了信道干扰问题。
通过阅读以下的详细文字说明并参考附图，本发明的上述及其它优点将变得更加清晰易懂。附图中图1绘示无线表决系统连接示意图；图2绘示无线表决系统原理图；图3绘示上位机单元方框图；图4绘示基站控制单元方框图；图5绘示发射基站单元方框图；图6绘示接收基站单元方框图；图7绘示手持机单元方框图；图8绘示M序列产生电路的通用形式图；图9绘示绘示系统工作频段划分图；图10绘示逻辑信道分配图；
具体实施例方式如图1和2所示，本发明的无线表决系统包括五个部分上位机、基站控制器、接收基站、发射基站和手持机，基站控制器单元102、发射基站单元103和接收基站单元104构成基站系统，它是无线表决系统的核心，来实现手持机单元105与上位机单元101的可靠通讯。其中，基站控制器单元102通过RS-232接口与上位机单元101进行通讯；发射基站单元103将上位机单元101的控制指令通过无线方式发送给手持机单元105；接收基站单元104将手持机单元105的应答数据返回上位机单元101。
如图3所示，上位机单元101中的通信接口模块208采用RS-232串行接口将用户操作指令发送给基站控制器单元102中的通讯接口模块301。通讯接口模块301将指令由RS-232电平转换为RS-485电平，采用全双工方式通过8芯通讯电缆传送到接收基站单元104的接收主控模块506。此时接收主控模块506先判断该指令是送给接收基站单元104还是发射基站单元103，如果是送给接收基站单元104的，它就在本地处理而不往发射基站送了；如果是送给发射基站单元103的指令，就直接送到发射基站单元103。发射基站单元103的发射主控模块403收到该指令后，先判断是给0通道发射模块401还是1通道发射模块402，再将指令送到相应发射模块准备发射并操作显示模块404，然后给基站控制器单元102返回应答指令。如果该指令是给接收基站单元104的，先判断出该数据是送给哪一个接收通道的，将它送到相应的接收模块501-504，并操作显示模块507，然后给基站控制器单元102返回应答指令。
上位机单元101包括数据库模块201、议题管理模块202、短消息管理模块203、表决结果管理模块204、上位机控制模块205、会议管理模块206、显示模块207和通信接口模块208。其中数据库模块201实现对议题、子议题信息，各代表单元表决结果，各种统计信息(包括表决统计、报到统计等)，短消息，系统变量的存储。议题管理模块实现对从会议管理模块206输入来的议题内容、议题表决方式和按键定义的存储控制和发送控制。短消息管理模块203实现对从会议管理模块206输入来的短消息存储控制和发送控制。表决结果管理模块204实现对从基站控制器102读取来的表决结果进行统计处理以及统计结果的存储控制和发送控制。上位机控制模块205对上位机单元101的各功能模块的协调工作起整体控制作用，是实现上位机单元101功能的核心模块。会议管理模块206实现将工作人员的输入信息提交给上位机单元控制模块205，上位机单元控制模块205根据当前的工作状态对输入信息进行解析，并直接对数据库模块201中的相关内容进行修改存储，从而实现相应的系统功能。显示模块207是显示设备驱动模块，在上位机单元控制模块205的控制下实现不同内容的显示。通信接口模块208实现与基站控制器102的连接，采用全双工通信，提高系统速度。
如图4所示，基站控制器单元102包括通讯接口模块201和电源供给模块202，通讯接口模块201与上位机单元101中的通信接口模块208连接，进行RS-232到RS-385的通讯总线转换，使得基站控制器与发射基站和接收基站得以进行长距离可靠通讯，电源供给模块202为基站系统提供工作电压。
如图5所示，发射基站单元103包括0通道发射模块401、1通道发射模块402、发射主控模块403和显示模块404。0通道发射模块401和1通道发射模块402是两个可选的发射通道，由硬件连接方式进行通道区分。0通道发射模块401和1通道发射模块402平时处于休眠状态。当发射主控模块403收到基站控制器的通讯接口模块201传给它的数据后，主控模块403给0通道发射模块401和1通道发射模块402发送复位信号，然后0通道发射模块401和1通道发射模块402进入工作状态，初始处于串行接收状态；在收到对该通道控制指令后，该通道发射模块401进入发射状态，显示模块404进行相应显示，并从RS-485总线返回应答信号。同一时刻只能有一个通道发射模块进行发射。
如图6所示，接收基站单元104包括0通道接收模块501、1通道接收模块502、2通道接收模块503、3通道接收模块504、接收基站备份模块505、接收主控模块506和显示模块507。0通道接收模块501、1通道接收模块502、2通道接收模块503和3通道接收模块504是4个并行的接收通道，由硬件连接方式进行通道区分。每个接收通道可容纳255台手持机105，无线表决系统总容量1020台手持机。
接收主控模块506收到基站控制器单元102的串行接口模块201发送的指令后，首先判断这条指令是送给接收基站还是发射基站，如果是送给接收基站的，它就在本地处理而不往发射基站送了；如果是送给发射基站的指令，就直接送到发射基站；如果此数据是给接收基站的，再判断出该数据是送给哪一个接收通道的，将它送到相应的接收模块。该接收模块在接收到工作指令后，进入准备接收状态，显示模块507进行相应显示，并从RS-485总线返回应答信号。
接收基站备份模块505连接另一接收基站，使得无线表决系统可以方便地扩容1倍。
如图7所示，手持机单元105包括通信接口模块601、存储模块602、手持机主控模块603、手持机无线收发模块604、IC卡报到模块605、锂电池模块606、显示模块607和按键模块608。手持机主控模块603与无线收发模块604通过串行总线模块601进行数据通信。当无线收发模块604接收到发射基站单元103发射的无线数据后，通过串行总线模块601将数据送到主控模块603。主控模块603根据接收到的指令与IC卡报到模块605或字库存储模块602进行数据交互，显示模块607进行相应显示。本次操作执行完毕后，主控模块603将需发射数据通过串行总线模块601送到无线收发模块604，无线收发模块604将该数据采用无线方式发送出去。锂电池模块606为手持机提供工作电压。
扩频通信中信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。扩频通信系统相对于单频点通讯的主要优点有抗干扰性强，信噪比高，误码率低，保密性好，可以实现码分多址，抗多径干扰等等。跳频的工作原理是收发双方传输信号的载波频率受伪随机码的控制而随机跳变，是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式。跳频通信中载波频率改变的规律称为跳频图案。M序列可用的跳频图案多，跳频图案的密钥量大，保密性好，并有很好的自相关和互相关特性，因而抗干扰能力强。
M序列的生成多项式与M序列是一一对应的，同样级数的n级移位寄存器，不同本原多项式产生的M序列是不同的。N级移位寄存器构成的M序列的本原多项式，其一般形式为fn(x)＝C0x0+C1x1+C2x2+…+Cnx″本发明中以六级(n＝6)移位寄存器构成周期(p＝2n-1)为64的M序列伪随机数产生器，M序列采用的本原多项式为x6+x+1，由微控制器软件模拟M序列码，然后输入射频模块的频率合成器中使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变。M序列中的数字与业务信道的标识对应。4个周期M序列时分复用组合在一起构成了多达255点的跳频图案，每个频点的位置与表决器的标识对应，为表决器分配了业务信道。
系统工作频段见图9。中心工作频段702为927MHZ，平均划分在927MHZ上下1.875MHZ(701和703)内，共占3.75MHz带宽。其中，低端频段125KHz和高端频段125KHz作为保护带，余下的频谱资源按照50KHz的信道带宽进行划分，共划分成70个物理信道，接收基站单元和手持机单元在70个可选频点上按照设定的跳频图案进行同步通讯，上述物理信道按照逻辑功能又可划分成2类专用控制信道和业务信道，其中6个信道作为专用控制信道，64个信道作为业务信道。具体的逻辑信道分配如图10所示，每个文本框表示一个物理信道，其中，灰色文本框801表示专用控制信道，白色文本框802表示业务信道，文本框中的数字803表示整个频段的物理信道标识，白色文本框上方的数字804表示整个频段的业务信道标识，灰色文本框上方的数字805表示整个频段的专用控制信道标识。
系统工作初始，发射基站单元103发送包含跳频图案起始位置和同步时钟信号的控制指令，手持机单元105和接收基站单元104收到后用这个同步信号锁定自己的时钟脉冲频率，并返回应答信息。发射基站单元103循环利用6个专用控制信道广播发送控制信令。此后，接收基站单元104进入准备接收状态，手持机单元105进入准备发射状态，接收基站单元104和手持机单元105时钟同步。然后1号手持机在预定时间长度内发送指令，紧接着2号手持机在下一个预定时间长度内发送指令，直到255号手持机发送完指令，完成一次轮循，该预定时间长度可以为8ms，则轮循周期为T＝8×255＝2.04s，接收基站单元104以时隙来区分不同手持机的地址，例如在第一段时隙内收到的指令就是1号手持机的状态，在第二段时隙内收到的指令就是2号手持机的状态，以此类推。手持机单元105的无线收发模块604采用外差式相干器进行接收，接收端频率与发射端频率相差一个恒定中频。无线通讯过程中，系统采用卷积编码和CRC编码的组合作为纠错机制。
其中，接收基站单元104的每一通道及其所属手持机单元105的工作方式为时分多址。接收基站和手持机以接收到读取数据信令时刻同步，根据通道号计算本通道跳频图案起始位置，0通道501的跳频图案起始位置为发射基站指定的起始位置，1通道502的跳频图案起始位置为发射基站指定的起始位置+16，2通道503的跳频图案起始位置为发射基站指定的起始位置+32，3通道504的跳频图案起始位置为发射基站指定的起始位置+48。每台手持机单元105信号发送占用时间为8ms，并根据跳频图案4个周期(每个周期有64个不同频点，经过时分复用确保同一时刻64个频点都不一样)确定各自的接收和发送频率。
例如，发射基站单元103发送位同步信号，接收基站单元104的0通道501及其所带的手持机接收到跳频图案起始位置信息和位同步信号后，0通道的0号手持机的M序列起始频率点为跳频图案起始位置，1号手持机M序列起始频率点为跳频图案起始位置+1，依此类推，63号手持机M序列起始频率点为跳频图案起始位置+63，完成第一个接收周期循环。从第64个手持机开始进入第二个周期，64号手持机的M序列起始频率点为跳频图案起始位置，依此类推，127号手持机M序列起始频率点为跳频图案起始位置+63，完成第二个接收周期循环。第二、三个周期也是如此，系统按照时分多址重复4个周期完成一次通道轮循。
虽然对本发明的说明参考了实施示例，但本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其作出多种修改。每个实施示例及对其的明显修改都属于以下权利要求中所提出的本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种数字无线表决系统，包括，上位机、基站控制器、接收基站、发射基站和手持机，发射基站单元(103)和接收基站单元(104)通过基站控制器单元(102)同上位机单元(101)进行通讯；发射基站单元(103)将上位机单元(101)的控制指令通过无线方式发送给手持机单元(105)；接收基站单元(104)将手持机单元(105)的应答数据返回上位机单元(101)；接收基站单元(104)将手持机单元(105)的应答数据通过对应的接收通道经基站控制器单元(102)返回上位机单元(101)；其中，系统工作初始，发射基站单元(103)发送包含跳频图案起始位置和同步时钟信号的控制指令，手持机单元(105)和接收基站单元(104)收到后用所述同步信号锁定自己的时钟脉冲频率，根据通道号计算本通道跳频图案起始位置，并返回应答信息；发射基站单元(103)，循环利用6个专用控制信道广播发送控制信令，此后，接收基站单元(104)进入准备接收状态，手持机单元(105)进入准备发射状态，接收基站单元(104)和手持机单元105时钟同步；手持机单元(105)和接收基站单元(104)在本通道跳频图案起始位置、依次在预定时间间隙内发送指令，直到所有手持机单元(105)发送完指令，完成一次轮循；接收基站单元104以时隙来区分不同手持机的地址，同各个手持机进行通信。
2.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中该数字无线表决系统以六级移位寄存器构成周期为64的M序列伪随机数产生器，并以该M序列伪随机数控制产生跳频序列，该跳频序列每个周期内包含64个不同的频点，M序列采用的本原多项式为x6+x+1，M序列中的数字与业务信道的标识对应。
3.根据权利要求2所述的数字无线表决系统，其中M序列中的数字与业务信道的标识对应，4个周期M序列时分复用组合在一起构成了多达255点的跳频图案，每个跳频点的位置与表决器的标识对应。
4.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中无线通讯过程中，系统中心工作频段为927MHZ，平均划分在927MHZ上下1.875MHZ内，共占3.75MHz带宽。
5.根据权利要求4所述的数字无线表决系统，其中低端频段125KHz和高端频段125KHz作为保护带，余下的频谱资源按照50KHz的信道带宽进行划分，共划分成70个物理信道，70个物理信道中6个信道作为专用控制信道，64个信道作为业务信道。
6.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中每个手持机在8ms时间内发送一次指令。
7.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中接收主控模块(506)收到基站控制器单元(102)的串行接口模块(201)发送的指令后，首先判断这条指令是送给接收基站还是发射基站，如果是送给接收基站的，它就在本地处理而不往发射基站送了；如果是送给发射基站的指令，就直接送到发射基站；如果此数据是给接收基站的，再判断出该数据是送给哪一个接收通道的，将它送到相应的接收模块。
8.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中发射基站单元包括0通道发射模块(401)、1通道发射模块(402)、发射主控模块(403)和显示模块(404)。根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中接收基站单元(104)包括0通道接收模块(501)、1通道接收模块(502)、2通道接收模块(503)、3通道接收模块(504)、接收基站备份模块(505)、接收主控模块(506)和显示模块(507)。
9.根据权利要求5所述的数字无线表决系统，其中每个接收通道可容纳255台手持机(105)，无线表决系统总容量1020台手持机，系统按照时分多址复用重复4个周期跳频通信完成一次轮循。
10.根据权利要求1所述的数字无线表决系统，其中手持机单元(105)包括通信接口模块(601)、存储模块(602)、手持机主控模块(603)、手持机无线收发模块(604)、IC卡报到模块(605)、锂电池模块(606)、显示模块(607)和按键模块。
全文摘要
一种数字无线表决系统，包括上位机、基站控制器、接收基站、发射基站和手持机，提供一种通过无线微波传输信号，没有空间及地点限制，通讯方式安全可靠，抗干扰能力强，实时性好，使用方便，易于维护的数字无线表决系统，并且采用跳频扩频工作方式，接收端和发送端数据在70个可选频点上按照设定的跳频图案进行同步通讯，大大提高了系统的抗干扰能力和容错能力，本质上避免了信道干扰问题。
文档编号H04B1/713GK1794603SQ20061000074
公开日2006年6月28日 申请日期2006年1月12日 优先权日2006年1月12日
发明者杨振华, 曹忻军, 陈洪顺, 张义民 申请人:北京飞利信电子技术有限公司