作者/ 王鹏 傅子明 刘攸坚 广东电网有限责任公司佛山供电局(广东 佛山 528000)
摘要：针对现在用电现场负荷办理终端通讯进程存在链路节点多，易受外界搅扰等问题，本研讨选用了依据4G技能的双模双卡单待负控终端技能，从根本上对终端的功用进行弥补和完善，经过对体系硬件的规划，进步了终端上行通讯的牢靠性、上线率以及高通讯速率。结果表明，改善后的体系功用远远高于传统体系功用，极大地满意了实践需求。
导言
现在用电现场负荷办理终端首要是依据GPRS无线公网通讯与计量主动化主站通讯，通讯进程存在链路节点多，易受外界搅扰等坏处[1-3]。跟着城市展开建造，各通讯运营商之间竞赛剧烈，通讯环境愈加杂乱多样化，2G通讯信号不稳定，尤其是在城市密集区，不同的网络变化无常，作业人员需求频频到现场替换不同运营商的SIM卡，以使终端能在特定运营商网络晓畅时坚持上线。通讯问题成为影响数据收集的关键问题。现状是国内市场暂无此类产品研讨，国内厂商、研讨机构暂未有此技能方面的研讨。
国内技能方向、技能水平和关键技能：电力负荷办理终端多制式公网通讯自习惯接口衔接在电力负荷办理终端主板电路与公网通讯子板电路之间，完成公网通讯子板电路与主板电路之间的插拔式衔接，可在电力负荷办理终端电路中完成不同制式的公网通讯模块的交换。其可不必替换终端，仅替换通讯模块，即可完成不同制式网络的交换[4]。该种办法相当于由人工进行网络的挑选和切换。
现在，终端选用的通讯办法存在必定的局限性，在未来图画、视频等多媒体传输以及愈加丰厚数据运用状况下，现有2G通讯技能难以满意数据传输的需求，必然需求选用通讯速率更快更牢靠的通讯技能[5-6]。因而，本研讨选用依据4G技能的双模双卡单待负控终端，能处理上述呈现的问题。
1 现有体系的结构及其局限性
1.1 现有体系的局限性
本体系针对现很多存在并运转的通讯模块以及往后南网一致规范的终端及模块，展开2个方向的研讨：
(1)针对存量终端(已一致上行通讯模块结构尺度)，因为无法修正终端嵌入式软件，可在上行通讯模块内部，终端与通讯模块之间添加一片单片机，用以操控和办理4G通讯模块，主动挑选优质网络，并转发终端与主站间的通讯数据。经过该手法可在不更改现场终端的条件下对终端进行晋级，以完本钱项意图规划方针。
(2)针对全新投标的设备，可对现有的终端技能要求和通讯协议进行弥补，技能要求方面添加多模双卡的内容界说，并对通讯网络的智能挑选做出要求;通讯协议方面需添加网络质量信息的内容，包含实时召测和守时使命，添加对4G高速通讯的软硬件支撑[6-7]。
此计划是从根本上对终端的功用进行弥补和完善，进步终端上行通讯的牢靠性、上线率以及高通讯速率。
1.2 现有终端体系及其存在的问题
现有的终端规划框图如图1所示。
现有终端体系大体包含MCU单片机模块、下行通讯模块、计量模块、电源模块、操控通讯模块、上行通行模块和LCD模块。其间上行通讯模块与MCU单片机之间选用UART形式进行数据交换。
现有终端存在的问题：现在依据现有技能条件规划的终端，由图1的硬件结构能够看出，该计划尽管规划简略，本钱较低，可是终端的处理才干和接口速度难以满意实践需求[8]。而依据4G网络的高速通讯的特性(LTE FDD Cat 6 (300Mbps DL, 50Mbps UL))，对终端的处理才干和接口速度须有更高的要求，因而需求终端规划计划从头进行研讨。
本研讨首要从两个方面进行改善：
(1)体系的全体处理才干;(2)与上行信道的接口速度需求进步。
2 体系全体规划
本研讨依据4G通讯和多模双卡通讯的特色，对大客户负控终端上行通讯模块部分电路进行从头规划，并且编写底层驱动软件，满意模块供电、信号检测及主动切换的需求;对上行模块的架构进行从头规划，满意双天线一起通讯互不搅扰，并研制一整套依据4G通讯技能的多模双卡单待的负荷办理终端。各模块可与中心板通讯，一起也能够独自挑选任一运营商来确保体系的稳定性和牢靠性[9-10]。
2.1 改善后的体系结构
改善后的终端规划框图如图2所示。由图2可知，改善后的体系选用高速处理器，上行通讯与中心板之间选用USB形式衔接。
2.2 体系首要模块的规划
终端规划功用：
(1)选用高功用处理器，运转频率高达1G，处理才干强，为高速处理很多数据供给支撑，如视频等多媒体数据;
(2)上行通讯模块接口改用高速的USB接口，最高传输速率达480Mbps，支撑4G模块的高速数据通讯;
(3)选用更高速的以太网接口，最高传输速率达1Gbps，为未来的视频监控等高速、大数据量设备供给支撑。
现有上行通讯模块规划框图如图3所示。
2.3 模块的规划
加上本钱等要素归纳考虑，单模块计划更合适后续的大规模推行：
(1)选用多模通讯模块，可一起支撑现有的三家运营商，支撑双卡盲插主动识别，兼容性强;
(2)单模块规划，对终端电源规划要求较低，相对于GPRS模块无大改动，天线规划也无需考虑同频搅扰，规划简略;
(3)选用主集天线和分集天线双天线规划，进步信噪比和接纳灵敏度，习惯信号恶劣的现场环境，进步终端上线率。
a.多模通讯模块
4G多模全网通讯技能在手机上运用已有一段时间，所谓的全网制式分别为TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA1X/EVDO和GSM/EDGE/GPRS，经过该技能，能够使现有的负荷办理终端能够接入国内三大运营商的移动通讯网络，大大进步了终端对移动网络的习惯性，但现在业界只要高通(Qualcomm)公司推出了完好计划，多运用于商业级手持设备[11]。
工业级运用对模块的EMC(电磁兼容)功用、高低温功用等要求均比较高，需求选用专为电力设备开发的工业级通讯模块才干满意负控终端的运用要求[12-13]。经过对多个品牌通讯模块的功用测验，本课题中选用Neoway公司的“N1”4G LTE全网通讯模块进行进一步研讨及测验，双模块和单模块全体规划框图如图4和图5所示。
b.CPU模块
本体系的CPU选用ARM公司出产的Cortex-A系列处理器，适用于具有高核算要求、运转丰厚操作体系以及供给交互媒体和图形体会的运用范畴。从最新技能的移动Internet必备设备(如手机和超便携的上网本或智能本)到汽车信息文娱体系和下一代数字电视体系。也能够用于其他移动便携式设备，还能够用于数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器处理计划。这一系列的处理器具有高效低耗等特色，比较合适配置于各种移动渠道。已广泛运用于各种嵌入式工业设备。
ARM Cortex™-A5 处理器是能效最高、本钱最低的处理器，能够向最广泛的设备供给 Internet 拜访：从入门级智能手机、低本钱手机和智能移动终端到遍及选用的嵌入式、消费类和工业设备。
Cortex-A5 处理器可为现有ARM926EJ-S™和ARM1176JZ-S™处理器规划供给很有价值的搬迁途径。它能够取得比ARM1176JZ-S更好的功用，比 ARM926EJ-S更好的成效和能效，以及100%的Cortex-A兼容性[14-15]。
c.天线模块
本体系选用主集天线和分集天线双天线规划。
分集接纳技能是一项首要的抗式微技能，能够大大进步多径式微信道传输下的牢靠性，在实践的移动通讯体系中，终端常常作业在城市建筑群或其他杂乱的地理环境中，分集接纳技能被认为是显着有用并且经济的抗式微技能。
分集的基本思想是将接纳到的多径信号别离成不相关的(独立的)多路信号，然后把这些多路信号别离信号的能量按必定的规矩兼并起来，使接纳到的有用信号能量最大，从而进步接纳信号的信噪比。因而，分集接纳包含两个方面的内容：一是把接纳的多径信号别离出来使其互不相关，二是将别离出来的多径信号恰当兼并，以取得最大信噪比。
d.结构规划部分的改善
因为现有的规范尺度SIM卡的卡槽占用面积较大，导致现在的模块盒规划空间无法满意一起装置两张SIM卡的需求，将现行运用的规范尺度的SIM卡替换为体积更小的Nano SIM卡。经过这样对SIM卡的改善，一起装置两张Nano SIM卡所占用的面积相对于现有的装置一张规范尺度的SIM卡所占用的面积不会添加太多，可减低通讯模块盒结构规划的改造难度。
单模块和双模块条件下，体系功用比照如表1所示。
2.3 新旧体系功用的比照
改善前后体系功用的比照如表2所示。由以上数据比照可知：改善后的体系运转速度、运算才干、上行接口、上行速率、以太网接口的功用得到极大的进步，大大满意实践需求。
3 总结
本研讨选用多模双卡单待的形式，实时检测SIM卡状况，监测三网的信号强度及与后台主站的实时通讯状况，假如主网络不能拨上号或与主站通讯不成功的时分，及时切换到待机网络拨号衔接主站。能够使终端在不同的固定、无线渠道和跨过不同的频带的网络中供给无线服务，杰出掩盖地理位置杂乱的区域和场所，供给双向、高速、安全的数据通讯通道。双网络之间互为备份，无需人工切换模块制式，彻底自习惯，依据4G技能特色通讯速率高、稳定性强、抗搅扰才干强。一起，本项目运用了在计量主动化终端范畴运用4G移动通讯体系的高功用天线技能和多模全网通讯技能，进步终端通讯速率和牢靠性。此外，本体系还能够广泛运用于林业、城市监管、水利、近海岸地势测绘、地质灾害查询、国家安全等遥感遥测范畴。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第45页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
