无线通信在智能交通系统中的应用与研究(编辑修改稿)

无线通信在智能交通系统中的应用与研究(编辑修改稿)内容摘要：

高速运动的卫星瞬时位置作为起始数据，利用空间距离交会的方法，确定测点的位置。 如图所示： 滨州学院本科毕业设计（论文） 5 如果 T 时刻放置 GPS 接收机在地面待测点，可以测定信号传播到接收机的时间△ t，可以确定四个方程式： 上述四个方程式中测试点的坐标 x、 y、 z 和 Vto 为未知参数，其中 di=c*△ ti (i= 4)。 di (i= 4) 分别为卫星 4 与接收机的距离。 △ ti (i= 4) 分别为卫星 4 的信号传播到接收机需要的时间。 C 是 GPS 信号传播的速度。 （等于光速） 四个方程中各个参数意义如下： x， y， z：待测点的坐标。 xi， yi， zi (i=l， 2， 3， 4)：由卫星导航电文求得的卫星 4 在 t 时刻的空间位置坐标。 Vti(i=l， 2， 3， 4)：由卫星星历提供的卫星 1， 2， 3， 4 的卫星的钟差。 Vto：接收机的钟差。 由以上四个方程式即可以计算出接收机的钟差 Vto 和测试点的坐标 x， y， z。 [4] DGPS 定位原理和分类 DGPS 的定位原理 DGPS 是英文 Difference Global Positioning System 的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已知位置（基准站）上安装 GPS 监测 接收机，计算得到基准站与 GPS 卫星的距离改正数。 该差值通常称为 PRC（伪距离修正值），基准站将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。 DGPS 是克服 SA 的不利影响，提高 GPS 定位精度的有效手段，可达到Ⅲ级及以上精度。 DGPS 一般可分为单基站 DGPS、多基准站区域 DGPS、广域 DGPS和全球 DGPS，全球 DGPS 正在酝酿中。 滨州学院本科毕业设计（论文） 6 DGPS 的分类 根据发送信息方式的不同，差分 GPS 分为两大类：位置差分和距离差分。 距离差分又分为两类：载波相位差分和伪距差分。 工作原理是一样的，都是从基准站发送改正数，用户接收后经过修改后，就获得准确定位的结果。 不同的是，改正数的内容变了，定位的精度也不相同。 下面对三种定位系统原理分别介绍。 [5] 这是一种很简单的差分方法，用任何一种 GPS 接收机都可以改装或组成这种系统。 GPS 接收机观测 4 颗卫星的位置后便可进行三维定位，智能算出基准站的位置坐标。 由于存在着时钟误差、轨道误差、大气影响、 SA 影响、多径效应等其它误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是有偏差的。 基准站利用数据链将改正值发送出去，用户站接收并对用户站坐标值进行修正。 △ X=X0Xl； △ Y=Y0Y1； △ Z=Z0Zl 其中 : X0， Y0， Z0：实测的坐标； X1， Yl， Z1：其它方法求得的基准站精确坐标； △ X，△ Y，△ Z：基准站点的经纬度坐标修正值。 由该修正值，可用下式表示推算出车辆所在的实际坐标。 X=X2+△ X； Y=Y2+△ Y： Z=Z2+△ Z； 其中 X， Y， Z：修正之后车辆所在位置的经纬度坐标。 X2， Y2， Z2：车载 GPS 接收机得到的实际测量坐标。 经计算得到的 坐标已消去了用户站和基准站之间的误差，这些误差是由 SA影响、卫星轨道误差、大气影响等造成的，从而提高了定位的精确度。 差分技术实现定位精确的前提条件是用户站和基准站观测同一组卫星。 位置差分定位技术适用范围是用户与基准站间的距离在 100km 以内。 应用最广的一种差分。 在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。 再由测得的伪距，算出伪距改正数，将其传输到车辆接收机，以提高定位精度。 这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分” [6] 滨州学院本科毕业设计（论文） 7 载波相位差分技术又称 RTK（ Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。 即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。 载波相位差分可使定位精度达到厘米级。 大量应用于动态需要高精度位置的领域。 [7] 3G 技术 3G 概述 第三代移动通信技术（ 3rdgeneration， 3G），指支持高速数据传输的移动通信技术。 3G 服务能同时传送声音及数据信息，速率一般在几百 kbps 以上。 3G是指将无线通讯与互联 网等多媒体技术结合的新一代移动通信系统，目前 3G 存在四种标准： CDMA2020， WCDMA， TDSCDMA， WIMAX。 3G 与 2G 的主要区别是在传输声音质量和数据的速度上的提升，它能在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理音乐、图像、视频流等多种媒体形式，提供包括电话会议、网页浏览、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与 2G 的良好兼容性。 为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少 2Mbps（兆比特 /每秒）、384kbps（千比特 /每秒）以及 144kbps 的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化）。 3G 发展历程 3G 网络是由 GSM/3G 网络的基础上发展演变形成的， GSM/3G 核心网演进的方向是： GSM 核心网演进为 3G CS 域， 3G 核心网演进为 3G PS 域。 在演进的过程中，既要考虑充分利用现网资源，实现网络平滑演进，又不能影响业务运行和业务质量。 GSM/3G 向 3G 的演进可以分为三个阶段： 第一阶段： 3G 建设初期，新建 3G 网络，即电路域新建 MSC Server、 MGW，分组域新建 SGSN，此外共用 2G 的 GMSC、 GGSN 和其他分组 域 设备。 第二阶段： 3G 发展中期， 2G、 3G 共用核心网，升级 2G 的 部分 MSC 为MSC Server， GPRS SGSN 为 3G SGSN，支持 3G 用户的接入；同时可以通过 3G 滨州学院本科毕业设计（论文） 8 设备的 A 接口和 Gb 接口将部分 2G BSS 接入 3G 核心网。 这个阶段，随着 3G用户 数量 的增加， 2G 网络会出现余量，可以 将 具备升级条件的 2G 设备升级 ，降低资源消耗，提高网络效率。 第三阶段： 3G 发展后期，无法升级的 2G 移动交换中心 、 GPRS 接口服务器 逐步退网，形成统一的 3G 核心网。 这个阶段， 3G 无线覆盖趋于完善， 2G 用户 数逐渐变少 ，核心网不需 要提供对 2G 无线接入网的支持，可以逐步 淘汰 无法升级的设备，双接入设备也无须再支持 2G 无线网的接入。 [8] 基于 3G 的通信结构、协议及数据流程 根据无线接口技术的不同，现有 3G 技术可以分为联通的 WCDMA 技术，电信的 CDMA2020 技术和移动的 TDSCDMA 技术。 考虑到传输带宽、网络稳定性、实用性等因素，本系统采用电信 CDMA2020 作为无线网络传输。 CDMA2020 简介 CDMA2020 是由窄带 CDMA(CDMA IS95）技术 研发 发展而来的 ，是一种 宽带 CDMA 技术，也称为 CDMA MultiCarrier，是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、三星和 Lucent 都有参与，韩国成为该标准的主导者。 这套系统可以从 原来 的 CDMAONE 结构直接升级到 3G 结构 ，建设成本低廉。 CDMA2020 网络结构组成 cdma20201X 网络主要有 BTS、 BSC 和 PCF、 PDSN 等节点组成。 系统结构如图 所示 : 图 基于 ANSI41核心网的系统结构 滨州学院本科毕业设计（论文） 9 其中： BTS 基站收发机 PCF 分组控制 BSC 基站控制器 PDSN 分 组数据服务器 SDU 业务数据单元 MSC/VLR 移动交换中心 /访问寄存器 BSCC 基站控制器 由图可见，与 IS95 相比，核心网中的 PCF 和 PDSN 是两个新增模块，通过支持移动 IP 协议的 A A11 接口互联，可以支持分组数据业务传输。 而以MSC/VLR 为核心的网络部份，支持话音和增强的电路交换型数据业务，与 IS95一样， MSC/VLR 与 HLR/AC 之间的接口基于 ANSI41 协议。 [9] 图中， BTS 在小区建立无线覆盖区用于移动台通信，移动台可以是 IS95 或cdma20201X 制式手机。 BSC 可对对个 BTS 进行控制； Abis 接口用于 BTS 和 BSC 之间连接； A1 接口用于传输 MSC 与 BSC 之间的信令信息； A2 接口用于传输 MSB 与 BSC 之间的话音信息； A3 接口用于传输 BSC 与 SDU(交换数据单元模块 )之间的用户话务 (包括语音和数据 )和信令； A7 接口用于传输 BSC 之间的信令，支持 BSC 之间的软切换。 滨州学院本科毕业设计（论文） 10 以上节点与接口与 IS95 系统需求相同。 cdma20201X 新增接口为： A8 接口：传输 BS 和 PCF 之间的用户业务； A9 接口：传输 BS 和 PCF 之间的信令信息； A10 接口：传输 PCF 和 PDSN 之间的用户业务； A11 接口：传输 PCF 和 PDSN 之间的信令信息； A10/A11 接口是无线接入网和分组核心网之间的开放接口。 新增节点 PCF(分组控制单元 )是新增功能实体，用于转发无线子系统和PDSN 分组控制单元之间的消息。 PDSN 节点为 cdma20201X 接入 Inter 的接口模块。 [10]滨州学院本科毕业设计（论文） 11 总体通信结构 在 ITS 系统中，利用 3G 网在车内系统、路边系统和监控中心之间进行通信。 下面对原理进行说明，终端设备将数据送入 3G 无线模块，无线模块将数据进行分组，通过 3G 网络和互联网送到监控中心的服务器。 监控中心接收数据后，可以通过互联网和 3G 网络向车辆发出各种指令。 监控中心须接入互联网且具有固定和真实的 IP。 在对无线模块进行 3G 附着过程和 PDP(Packet Data Protocol，分组数据协议 )上下文激活过程后，就可以利用 3G 来进行数据传输了。 激活过程用于激活口协议，使数据能以 IP 数据报的形式传送，通过激活过程， 3G 无线模块与 GGSN 建立一条逻辑通路，进行数据传输。 附着过程用于接入 SGSN， SGSN 就可以对用户进行移动性管理。 监控中心和终端设备的各种数据和类型都要经过 3G 模块、 SGSN、 GGSN和 Inter。 在传送的每个阶段利用的介质、协议也各不相同，所以需要涉及到不同协议之间的转换，在通信系统的设计中，将数据封装为适宜的形式，以适合不同的协议。 本章小结 本章主要对美国的全球定位系统 GPS 和 3G 通信网络的结构、协议、特点及工作原理进行了详细阐述。 对 3G 数据流工作的 流程分析，可以明晰应用层数据封装的概念。 滨州学院本科毕业设计（论文） 12 第三章 智能公交监控系统的总体设计方案 经过调查问卷，了解到人们日常出行对公交车的需求，结合实际无线通信技术的水平，本章对智能公交系统设计的总体目标进行了概括，提出了硬件和软件的具体解决方案。 系统需求分析及其总体设计目标 乘客们在乘坐公交时，往往希望公交车能精确的站点报站，以免坐过站，或是对什么时候下车很茫然，实时站点报站对乘客们提前做好下车准备也有益处，避免下车时惊慌失措；公交管理系统也希望对车上情况实行监控，可以避免司机不规范驾驶，保证乘客们的乘车安 全，可以及时发现逃票乘客，也可以对车上扒手等不法分子造成一定心里威胁。 该系统须满足公交车运行过程中经纬度信息和车上视频的实时传输，利用 3G模块把由 GPS模块定位得到的经纬度信息和摄像头所录视频及时的传送到控制中心的服务器，传送之前需要对数据进行分离、封装处理，然后通过 3G 数据链路联接到 Inter，进而访。