【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一個(gè)移動(dòng)交換中心 (MSC)和一個(gè) SGSN以及廣播域通過 Iu 接口相連，在移動(dòng)臺(tái)和 UTRAN 之間的無線資源控制 (RRC)協(xié)議在此終止，它在邏輯上對(duì)應(yīng)于 GSM 網(wǎng)絡(luò)中的基站控制器。 控制 Node B 的 RNC 稱為該 Node B 的控制 RNC(CRNC)。 CRNC 負(fù)責(zé)對(duì)其控制的小區(qū)無線資源進(jìn)行管理。 Node B 用于完成空中接口與物理層的相關(guān)的處理 (信道編碼，交織，速率匹配，擴(kuò)頻等 )。同時(shí)它還完成一些如內(nèi)環(huán)功率控制等的無線管理功能。CN RNC RNC Node B Node B Node B Node B UE RNS RNS IU IU Iub Iub Iub Iub Uu Iur 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 它在邏輯上對(duì)應(yīng)于 GSM 網(wǎng)絡(luò)中的基站。 UTRAN 和 CN之間的接口是 Iu 接口。從 Iu 的 觀點(diǎn)看， UTRAN 的接入點(diǎn)是 RNC。對(duì)于任何一個(gè) RNC，它和 CN間存在三個(gè) Iu 接口， Iu_CS(面向電路交換域 )、 Iu_PS(面向分組交換域 )、和 Iu_BC(面向廣播域 )。 Iu_CS 接口為電路型業(yè)務(wù)接口，與 CN 中的移動(dòng)交換中心 MSC 連接。傳輸網(wǎng)絡(luò)層為 ATM，以 AAL2 信元的方式傳 話音數(shù)據(jù)信息、以 AAL5 的方式傳輸控制平面信息； Iu_PS 接口為 RNC 與核心網(wǎng) C 中的分組域處理SGSN/GGSN 設(shè)備互連的接口； Iu_BC 接口提供廣播域與 RNC 的通信，底層為 ATM+IP方式。 Iub/Iur 接口為 RNC 與 Node B/RNC 之間的通信接口，其數(shù)量一定程度上決定了RNC的容量。 Uu 接口為 UTRAN 與 UE間的接口，通常稱為無線接口。 TDSCDMA 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 作為中國(guó)自己提出的 3G 標(biāo)準(zhǔn)， TDSCDMA 技術(shù)的主要突出特點(diǎn)都集中在其無線接入網(wǎng)的無線傳輸技術(shù)中。采用了時(shí)分雙工、聯(lián)合檢測(cè)、智能天線、動(dòng)態(tài)信道分配、上行同步和接力切換等關(guān)鍵技術(shù)突出了其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)越性。下面對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹 : (1)時(shí)分雙工 時(shí)分雙工模式是 TDSCDMA 與 FDD 系統(tǒng)的根本區(qū)別。工作在 TDD 模式下的TDSCDMA 系統(tǒng)在同一載波上 進(jìn)行上、下行鏈路傳輸，而不需要像 FDD 系統(tǒng)所必須的上、下行對(duì)稱頻譜。除了充分利用頻率資源，極大地提高了頻譜利用率以外， TDD模式的優(yōu)勢(shì)還在于系統(tǒng)可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型來靈活調(diào)整上、下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)，從而提供最 佳的業(yè)務(wù)容量和頻譜利用率。 (2)聯(lián)合檢測(cè) 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)即“多用戶干擾”抑制技術(shù)，是消除和減輕多用戶干擾的主要技術(shù)，它把所有用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)處理，這樣可以充分利用用戶信號(hào)的擴(kuò)頻碼、幅度、定時(shí)、延遲等信息，從而大幅度降低多徑多址干擾。與智能天線技術(shù)相結(jié)合，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)可以獲得更加理想的效果。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 聯(lián)合檢測(cè)技 術(shù)己經(jīng)被納入 3G 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)體系中，但只有 TDSCDMA 第一次在 CDMA 通信系統(tǒng)中采用聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。 (3)智能天線 智能天線系統(tǒng)由一組天線陣及相連的收發(fā)機(jī)和先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理算法構(gòu)成。在發(fā)送端，智能天線根據(jù)接收到達(dá)的信號(hào)在天線陣上產(chǎn)生的相位差，提取出終端的位置信息，有效地產(chǎn)生多波束賦形，每個(gè)波束指向一個(gè)特定終端并自動(dòng)地跟蹤終端移動(dòng)，從而有效地減少了同信道干擾，提高了下行容量?？臻g波束賦形的結(jié)果使得在保持小區(qū)覆蓋不變的情況下，極大地降低總的射頻發(fā)射功率，一方面改善 了空間電磁環(huán)境，另一方面也降低了無線基站的成本。在接收端，智能天線通過空間選擇分集，可大大提高接收靈敏度，減少不同位置同信道用戶的干擾，有效合并多徑分量，抵消多徑衰落，提高上行容量。 (4)動(dòng)態(tài)信道分配 TDSCDMA 所采用的動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在時(shí)域、空域和碼域?qū)o線的靈配置。采用動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)使得 TDSCDMA 系統(tǒng)能夠較好地避免干擾，使信道重用距離最小化，從而高效率地利用有限的無線資源，提高系統(tǒng)容量。此外，通過使用時(shí)域地動(dòng)態(tài)信道分配，可以靈活分配時(shí)隙資源，動(dòng)態(tài)地調(diào)整上、下行時(shí)隙的個(gè)數(shù)，從而靈活 地支持對(duì)稱和非對(duì)稱的業(yè)務(wù)。 (5)上行同步 上行同步是指在上行鏈路各終端發(fā)出的信號(hào)在基站解調(diào)器處完全同步，它通過軟件及物理層設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，這樣可以使正交擴(kuò)頻碼的各個(gè)碼道在解擴(kuò)時(shí)完全正交，相互間不會(huì)產(chǎn)生多址干擾，克服了異步 CDMA 多址技術(shù)由于每個(gè)移動(dòng)終端發(fā)射的碼道信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間不同，造成碼道非正交所帶來的干擾問題，提高了 TDSCDMA系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，還可以簡(jiǎn)化硬件電路，降低成本。 (6)接力切換 接力切換不同于硬切換和軟切換，它是基于同步 CDMA 技術(shù)和智能天線的結(jié)合技術(shù)。當(dāng)手機(jī)用戶進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)， TDSCDMA 系統(tǒng)采用智能天線大致定位用戶的方江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 位和距離，基站和基站控制器根據(jù)這些方位和距離信息，判斷用戶現(xiàn)在是否移動(dòng)到應(yīng)該切換給另一基站的鄰近區(qū)域。如果進(jìn)入切換區(qū)，便可通過基站控制器通知另一基站做好切換準(zhǔn)備，達(dá)到接力切換的目的。接力切換的方式既適用于同頻切換也適用于異頻切換，而且避免了頻繁的切換，大大提高了系統(tǒng)的容量 [12]。 采用中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) TDSCDMA，有利于國(guó)內(nèi)更多的制造商投入 3G的開發(fā)，將帶動(dòng)我國(guó)民族移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)在第三代移動(dòng)通信技術(shù)的群體突破，并贏得搶先進(jìn)入市場(chǎng)的先機(jī)， 為未來市場(chǎng)的發(fā)展創(chuàng)造寬松的環(huán)境，并極大地推動(dòng)我國(guó)移 動(dòng)通信的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 3G 業(yè)務(wù) 細(xì)數(shù)而來，如今業(yè)已出現(xiàn)的 3G 細(xì)分與衍生應(yīng)用已多達(dá)千種，但究其本質(zhì)，所有這些應(yīng)用都可以歸納為六種 3G業(yè)務(wù)，分別是定位、媒體點(diǎn)播和應(yīng)用下載、短 信息、可視電話、互聯(lián)網(wǎng)連接和企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用。其中互聯(lián)網(wǎng)和多媒體即時(shí)消息雖然算作 3G的重要應(yīng)用，但是它們?cè)? 甚至 2G 網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)完善， 3G 只是為用戶帶來了更多的速度快感而已。 目前看來，其余四種應(yīng)用都要求以大帶寬承載能力作為先決條件。 (1)定位應(yīng)用 定位應(yīng)用，就是通 過使用 AGPS（增強(qiáng)型全球定位服務(wù)）技術(shù)，從而為移動(dòng)終端本身提供高精度的位置信息。在終端用戶允許的前提下，運(yùn)營(yíng)商可以為該用戶提供多種定位衍生業(yè)務(wù)（包括隨身廣告、地圖指引、移動(dòng)監(jiān)護(hù)等）。當(dāng)前，全球很多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，尤其是 3G運(yùn)營(yíng)商大都擁有定位衍生應(yīng)用。例如中國(guó)聯(lián)通推出的定位之星服務(wù) UMap，可以為其用戶提供交通、娛樂以及緊急求助等位置相關(guān)的信息和服務(wù)。 (2)媒體點(diǎn)播與應(yīng)用下載 媒體點(diǎn)播是包含類似體育比賽重播、新聞?lì)^條、 MTV 和電影預(yù)告、廣告等音頻和視頻內(nèi)容的流媒體點(diǎn)播或下載服務(wù)。應(yīng)用下載類似于媒體點(diǎn)播中的 下載應(yīng)用，但主要集中于一些手機(jī)終端可以執(zhí)行的應(yīng)用程序，典型的包括游戲、商用程序、媒體江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 播放工具以及鈴聲等，例如由中國(guó)聯(lián)通于 2020年 3月推出的應(yīng)用下載業(yè)務(wù) UMagic。 (3)可視電話（或會(huì)議） 可視電話（或會(huì)議）是一種實(shí)時(shí)視頻信息傳送應(yīng)用，允許兩個(gè)到多個(gè)手機(jī)用戶之間相互實(shí)現(xiàn)可視通話或虛擬電話會(huì)議。高端的可視電話（或會(huì)議）還可以實(shí)現(xiàn)二分屏或四分屏通話。可視電話（或會(huì)議）需要大量的帶寬支持，只有真正的 3G 運(yùn)營(yíng)商才可以提供可視電話（或會(huì)議）應(yīng)用。 (4)企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用 企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用是指搭設(shè)一個(gè) 3G 移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，通過這 一平臺(tái)可以提供企業(yè)網(wǎng)移動(dòng)接入并執(zhí)行企業(yè)網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的應(yīng)用。使用移動(dòng)終端接入企業(yè)網(wǎng)絡(luò)具備其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，除去可以提高工作效率之外，使用移動(dòng)終端形成的內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)連接將具備更高的接入安全性。 目前， 3G 主要將應(yīng)用聚焦于娛樂與消費(fèi)領(lǐng)域。真正步入 3G時(shí)代后，企業(yè)類的應(yīng) 用會(huì)越來越多。 本章首先介紹了 3G 移動(dòng)通信的基本特征、終端結(jié)構(gòu)，然后分析了 TDSCDMA 的系統(tǒng)特征，包括 TDSCDMA 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，最后分析介紹了 3G時(shí)代的無線業(yè)務(wù)應(yīng)用。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 數(shù)據(jù)采集終端硬件電路設(shè)計(jì) 集終端的總體設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一方面是數(shù)據(jù)采集終端的硬件實(shí)現(xiàn)，包括各硬件功能模塊設(shè)計(jì)、選型、電路版繪制以及調(diào)試等；另一方面是各功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)。 硬件資源介紹 3G 無線調(diào)制解調(diào)器 無線調(diào)制解調(diào)器選用四川火狐無線科技有限公司的無線貓 modem。 型號(hào) :HF30TM 圖 3— 1 無線調(diào)制解調(diào)器 主要規(guī)格 /特殊功能： ? TD— SCDMA MODEM 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ? 基于 3G TDSCDMA 網(wǎng)絡(luò)，采用高性能工業(yè)級(jí)無線模塊，支持短信、 CSD 數(shù)據(jù)及撥號(hào)上網(wǎng) 功能 。 ? MODEM 采用工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 。 ? 功能特性： o 支持短信、 CSD 數(shù)據(jù)及撥號(hào)上網(wǎng)功能，使用方便、靈活 o 支持標(biāo)準(zhǔn) RS232 接口 o 支持 5V35V 寬電壓供電 o 抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求 ? 無線參數(shù)： a) TDSCDMA： 2020～ 2025MHz b) GSM： 850／ 900／ 1800／ 1900 c) UPLINK： 128Kbps， DOWNLINK： 384Kbps ? 技術(shù)指標(biāo)： a) 接口： i. 標(biāo)準(zhǔn) RS232 串口，串口速率 110～ 230400bits/s ii. 指示燈：具有電源、 ACT及在線指示燈 iii. 天線接口：標(biāo)準(zhǔn) SMA 陰頭天線接口，特性阻抗 50 歐 iv. SIM 卡接口： 3V/ 標(biāo)準(zhǔn)的推桿式用戶卡接口 v. 電源接口：標(biāo)準(zhǔn)的 3 芯火車頭電源插座 b) 供電： i. 外接電源： DC 9V、 500mA ii. 寬電壓供電： DC 535V 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 iii. 通信電流：＜ 250mA（ 9V） iv. 待機(jī)電流：＜ 20mA（ 9V） v. 無線模塊：采用高性能工業(yè)級(jí) TDSCDMA 無線模塊 vi. 外形尺寸： mm（不包括天線及固定件） c) 其他參數(shù)： i. 工作環(huán)境溫度： 25～＋ 65?C ii. 儲(chǔ)存溫度： 40～＋ 85?C iii. 相對(duì)濕度： 95％（無凝結(jié)） 本系統(tǒng)采用 ：外部控制器開發(fā)模式 [13]。在該方案下， 無線調(diào)制解調(diào)器 嵌入到用戶系 統(tǒng) 中使用，利用外部 CPU對(duì)模塊進(jìn)行操作控制， 調(diào)制解調(diào)器 和微處理器通過串口進(jìn)行通信，腳本程序下載到外部控制器中運(yùn)行，如圖 3— 2所示。 圖 3— 2 外部控制器模式 系統(tǒng)接 口 SIM 3G ENGINE 數(shù)字 通信 設(shè)備 DC POWER 數(shù)據(jù) 終端 設(shè)備 狀態(tài) 反饋 控制命令 3G 網(wǎng)絡(luò) 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 微處理器 在這套系統(tǒng)中單片機(jī)起著很重要的作用，一方面負(fù)責(zé)下端傳感器數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)下端數(shù)據(jù)采集模塊的控制信號(hào)傳輸；另一方面還要負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)通過 3G網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心通信。 近年來，在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)諸多運(yùn)用 TI 公 司生產(chǎn)的 MSP430 系列單片機(jī)，其在振蕩電路、功耗、軟件加密等技術(shù)水平上均有很大的優(yōu)勢(shì) [14]。尤其是其低功耗的特點(diǎn)很適合在現(xiàn)場(chǎng)不能頻繁更換電源的環(huán)境?；谏鲜鲂枰?，本系統(tǒng)最終選用的是 TI公司的 MSP430F149 單片機(jī)。 MSP430F149 單片機(jī)的特點(diǎn) (1)低電壓、超低功耗 首先， MSP430F149 單片機(jī)的電源電壓采用的是 ～ 低電壓。 RAM 數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅 A，活動(dòng)模式耗電 250μ A/MIPS(MIPS：每秒百萬條指令數(shù) )，I/O 輸入端口的漏電流 最大僅 50nA[15]。其次， MSP430F149 單片機(jī)采用獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其具有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和 DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)，采用高速晶體（最高 8MHz）和低速晶體 (32768Hz)進(jìn)行基本時(shí)鐘模塊配置。時(shí)鐘可以通過指令的控制打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 (2)強(qiáng)大的處理能力 MSP430F149 單片機(jī)為 16 位的 RISC 指令 (Reduced Instruction Set Computing精簡(jiǎn)指令集 )結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、精簡(jiǎn)的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多 種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有高效的處理速度，在 8MHz 晶振驅(qū)動(dòng)下，指令周期為 125μ s。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 (3)系統(tǒng)工作穩(wěn)定 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先由 DCO 時(shí)鐘啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間，然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇?