【文章內(nèi)容簡介】 成竊電證據(jù)不能及時采集，竊電者仍有可趁之機．對于某些內(nèi)外勾結(jié)進行大肆竊電的非法行為，不能得到有效的控制 。 從根本上防止竊電行為的發(fā)生，只有通過實現(xiàn)基于供電和用電電量平衡的全程實時監(jiān)測方案來解決，將整個供用電過程透明化使竊電者無機可趁 由于缺乏具體的監(jiān)測手段，基站用電較難管理，也無法對基站的用電量進行科學系統(tǒng)地監(jiān)測管理。因此，研究并建設能適應大 規(guī)?；鞠到y(tǒng)需要的能耗管理系統(tǒng)，對于節(jié)能減排的建設和用電的精細化管理具有積極的意義。 研究現(xiàn)狀 GPRS 技術的國內(nèi)外現(xiàn)狀 [1] GPRS 是通用分組無線業(yè)務 (General Packet Radio Service)的簡稱，它突破了 GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 2 行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。 GPRS(General Packet Radio Service)是一種以全球手機系統(tǒng) GSM 為基礎的數(shù)據(jù)傳輸技術，可說是 GSM 的延續(xù)。 GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?(Packet)式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。 GPRS 的傳輸速率可提升至 56 甚至 114Kbps。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機上網(wǎng)，參加視訊會議等互動傳播，而且在同一個視訊網(wǎng)絡上 (VRN)的使用者，甚至可以無需通過撥號上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡連接。 基站的現(xiàn)狀及其發(fā)展 趨勢 基站即公用移動通信基站是 無線電 臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。移動通信基站的建設是我國移動通信運營商投資的重要部分，移動通信基站的建設一般都是圍繞覆蓋面、通話質(zhì)量、投資效益、建設難易、維護方便等要素進行。隨著移動通信網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化方向發(fā)展，移動通信基站的發(fā)展趨勢也必然是寬帶化、大 覆蓋面建設及 IP 化 [2]。 廣義的基站是基站子系統(tǒng) (BSS， Base Station Subsystem)的簡稱。以 GSM 網(wǎng)絡為例，包括基站收發(fā)信機 (BTS)和基站控制器 (BSC)。一個基站控制器可以控制十幾以至數(shù)十個基站收發(fā)信機。而在 WCDMA 等系統(tǒng)中，類似的概念稱為 NodeB 和 RNC。 狹義的基站 ， 即公用移動通信基站是 無線電 臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。 無論 2G 還是 3G 基站，都有一些通用的要求，總結(jié)起來有八點：性能卓越，包括接收靈敏度、抗干擾能力、極限容量、發(fā)射頻譜等；投資節(jié)省，就是降低綜合運營成本，能夠充分利用 已有投資，設備投資注重長遠收益；基站的容量配置比較靈活，支持多載波技術、大功率功放、多頻段；支持的業(yè)務更加多樣，除了基本業(yè)務還能支持一些新的業(yè)務，對視頻和其 他新的業(yè)務支持更加方便；產(chǎn)品的 形態(tài)更加豐富，如宏蜂窩基站、微基站，小型基站，室內(nèi)站和室外站等；設備集成度更高，從射頻和基帶兩方面提高設備的集成度；靈活的部署方式，要選址 /安裝方便，共用已有設施，美化環(huán)境；另外，升級維護要方便，支持硬件 /軟件升級、遠程維護管理等。 傳統(tǒng)型基站主要提供宏基站和微基站服務。宏基站容量大、體積大、功率大，適用于大 部分區(qū)域；微基站特點是容量小、體積小，小功率型適用于密集地區(qū)和室 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 3 內(nèi)覆蓋，大功率型適用于機房獲取困難及偏遠地區(qū)。特色型基站包括分布式基站 RRU形式，其特點備受關注，應用前景廣闊。大功率的分布式基站被用于解決大容量問題，小型化基站則主要解決室內(nèi)覆蓋的建網(wǎng)。另外還有概念型基站微微蜂窩，這主要是解決家庭小區(qū)域的覆蓋。 從基站的發(fā)展趨勢來看，主要呈現(xiàn)下面幾個特點 [3]： 第一，將呈現(xiàn)開放式模塊化的特點，使基站建設可以以 “搭積木 ”的方式進行，能夠快速響應，縮短建設時間，同時使維護設備種類減少，降低運維難度，節(jié)省運維成本 。微基站將進一步縮小體積，分布式基站則繼續(xù)強化靈活性，未來將扮演復雜無線環(huán)境的應用主角。 第二，基站將能夠支持多載波、大容量，具有更高的集成度、更低的功耗、更高的性能。容量需求變化時只需增加信道板，就可以實現(xiàn)快速平滑擴容，這將成為基站的另一個重要發(fā)展趨勢。現(xiàn)在能看到的是 12 個載波的系統(tǒng)，或者搭載更多，一個宏基站加上 RUU 就能夠提供更好的覆蓋。 第三，高功率效率。功放部分現(xiàn)在有兩種主流實現(xiàn)：一種是 DSP 加 IPTA，其中采用了軟件技術，能夠更靈活更快地響應市場需求；還有一種方式是采用專用的集成芯片，其優(yōu)點是集成 芯片能夠批量生產(chǎn)，成本和集成度方面比第一種方式更有優(yōu)勢，可以有效降低維護成本，并增強系統(tǒng)的可靠性。 第四， IP 化發(fā)展。如今從核心網(wǎng)到無線接入網(wǎng)再到終端，移動通信網(wǎng)絡整體都在向全 IP 方向發(fā)展，基站設備和傳輸也必須注重 IP 化，從而降低從傳統(tǒng)的 TDM 網(wǎng)絡直接升級為全 IP 網(wǎng)絡的風險，保護投資。 第五，一些新的室內(nèi)覆蓋解決方案將面世。 3G 室內(nèi)業(yè)務量特別是多媒體業(yè)務量在室內(nèi)比較多，現(xiàn)在能夠統(tǒng)計的結(jié)果是 70%左右的業(yè)務量是發(fā)生在室內(nèi)的。此外， 3G對室內(nèi)覆蓋的要求比 2G 要高，因此有必要細分各種室內(nèi)覆蓋的設備市場 ，發(fā)展大型、中型和小型室內(nèi)辦公，家庭辦公等地區(qū)室內(nèi)覆蓋解決方案。 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新特點 主要研究內(nèi)容 (1)完成三相電參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，包括各相電壓電流有效值、各相和合相有功無功功率、各相和合相有功和無功電能、各相和合相功率因數(shù)以及電網(wǎng)頻率等，計量精度達到 1S。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 4 (2)完成蓄電池電壓、蓄電池電流的數(shù)據(jù)采集，電壓采集精度達到 ，蓄電池電流精度達到 1mA。 (3)將數(shù)據(jù)預設定閾值進行比較，判斷告警事件發(fā)生與否。告警類型包括市電停電、蓄電池電壓欠壓、市電端相、市電過壓、市電過流。 (4)可通過串口進行本地操作，通過上位機將各種數(shù)據(jù)從終端中讀取出來。 主要創(chuàng)新特點 采用 MSP430F149 作為控制模塊的主要部件，外圍接有 GPRS 模塊，數(shù)據(jù)采集模塊， LED 燈，蓄電池電壓電流采集模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊等。而且如果發(fā)生故障或是達到報警閾值就會在 LED 燈上顯示出來，以便工作人員檢修和維護。同時MSP430F149 通過串口 UART0 可與上位機相連，直接對其進行各種參數(shù)的復制，簡單快捷。該設計實現(xiàn)了對基站電量實時監(jiān)控的功能，提高了效率，節(jié)省財力物力，是一個很實用的設備。 基于 GPRS 的通信 基站用電監(jiān)測終端具有以下創(chuàng)新點： (1)電壓采集一般用電阻分壓后供 A/D 采樣，本論文采用的繼 電 器采集 方案用低成本的方式實現(xiàn)了蓄電池電壓高精度采集，也達到了電氣隔離和 抗干擾的作用。 (2)采用蓄電池充放電方向來判斷市電停電與否。 (3)通信模塊選擇了華為公司的 GTM900，內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議，大大縮短了項目開發(fā)時間。 (4)對通信故障發(fā)生后系統(tǒng)自主重連網(wǎng)絡的機制進行了改進，不僅實現(xiàn)了可靠重連網(wǎng)絡的功能，還大大縮短了重連網(wǎng)絡所取消的時間。 (5)在 GPRS 網(wǎng)絡正常情況下，由終端發(fā)起的通訊都采用 GPRS 方式，由 服務器發(fā)起的通訊都采用 SMS 方式；在 GPRS 網(wǎng)絡故障情況下，終端通訊方式有 GPRS 方式轉(zhuǎn)為 SMS 方式，每次有發(fā)送數(shù)據(jù)需求時，采用 SMS 發(fā)送，待 GPRS 故障恢復后，再啟用 GPRS 模式，這樣確保了通信的可靠性 [4]。石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 5 第 2 章 硬件模塊理論基礎 本章簡要介紹 華為公司的 GTM900 模塊， MSP430F149 單片機模塊及 ATT7022B模塊等硬件的技術特點、功能、發(fā)展優(yōu)勢等等。 GTM900 系統(tǒng)簡介 [4] 產(chǎn)品定位 華為 GTM900 無線模塊是一款三頻段 GSM/GPRS 無線模塊。它支持標準 的 AT命令及增強 AT 命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務等功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應用的理想解決方案。同時， GTM900 無線模塊也適合在 GT800 的網(wǎng)絡下運行。它提供組呼、廣播、私密呼叫、優(yōu)先級呼叫等豐富的集群功能，是 GT800 各類終端的核心解決方案。 產(chǎn)品外形 GTM900 無線模塊的外形規(guī)格，如表 21 所示。 表 21 產(chǎn)品外形規(guī)格 外形規(guī)格 指標 重量 10 g 尺寸（長寬高） mm 36 mm 3 mm（包括屏蔽盒） GTM900 無線模塊的物理外形，如圖 21 所 示。 圖 21 產(chǎn)品物理外形石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 6 產(chǎn)品特性 GTM900 的產(chǎn)品特性如所表 22 示 。 表 22 產(chǎn)品特性 產(chǎn)品特性 描述 工作頻段 EGSM900/GSM1800 雙頻 工作頻段 GT800單頻 GSM850/GSM1900（需要另外選配器件） 最大發(fā)射率 EGSM900/GT800 Class4(2W) GSM1800 Class1(1W) 接收靈敏度 102dBm 工作溫度 30176。 C ～ +75176。 C 電源電壓 ～ （推薦值 ） 工作電流 （空閑模式） 協(xié)議 兼容 GSM/GPRS Phase2/2+協(xié)議 支持華為 GT800 協(xié)議 AT 命令 GSM 標準 AT 命令 AT命令 AT命令 華為擴展的 AT 命令 40PIN FPC 連接器 UART 接口（最大串口速率可達 115200bit/s） 標準 SIM 卡接口（ 3V） 兩路模擬音頻接口 電源接口 GSC 射頻天線連接器 50166。? GSC 射頻天線連接器 語音業(yè)務 支持 FR、 EFR、 HR 和 AMR 的語音編碼 語音業(yè)務 支持免提通話，提供回聲抑制功能 短消息業(yè)務 支持 MO 和 MT 短消息業(yè)務 點對點和小區(qū)廣播 短消息模式支持 TEXT 和 PDU GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務 GPRS CLASS 10 編碼方式 CS 1， CS 2， CS 3， CS 4 最高速率可達 支持 PBCCH 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 7 內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議：支持多鏈接，提供 ACK 應答，提供大容量緩存 電路型數(shù)據(jù)業(yè)務 支持 CSD 數(shù)據(jù)業(yè)務，最高速率可達 支持傳真： Group3 ， 支持 USSD 補充業(yè)務 來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話等 集群功 能 組呼，廣播，私密呼叫等 邏輯框圖 GTM900 使用 AT命令集，通過 UART 接口與外部 CPU 通信，主要實現(xiàn)無線發(fā)送和接收、基帶處理、音頻處理等功能。鍵盤、 LCD(Liquid Crystal Display)等外部設備由外部 CPU 進行控制。 GTM900 的邏輯框圖如圖 22 所示。 圖 22 邏輯框圖 上述實現(xiàn)方式的優(yōu)點如下： (1)接口簡單。 (2)用戶能利用各種鍵盤和 LCD 開發(fā)各種類型的終端產(chǎn)品 。 產(chǎn)品應用 GTM900 在 Terminal型固定臺、 Phone 型固定臺、車載臺和公用電話、電力無線抄表業(yè)務等方面被廣泛的應用。 (1)業(yè)務演示框圖 GTM900 的業(yè)務演示框圖如圖 23 所示。 電源管理單元 程序和數(shù)據(jù)存儲 單元 SIM卡處理單元 串口處理單元 CPU中央處理器 單元 模擬基帶處理單元 射頻收發(fā) 單元 射頻信號功率放大單元 音頻處理單元 數(shù)字基帶處理單元 AD/DA轉(zhuǎn)換單元 射頻天線開關單元 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 8 到基站模擬器去的 50歐姆電纜或天線 標準 RS232串口 GSC 接頭 3V 電平信號，需作電平轉(zhuǎn)換 的射頻電纜 40PIN 的 柔性電纜 圖 23 業(yè)務演示框圖 (2)Terminal 型固定臺應用 GTM900 應用于 Terminal 型固定臺時，需外接 CPU。外接 CPU 主要完成對SLIC(Subscriber Line Interface Circuit)芯片的配置以及電源管理、串口通信等功能，其余的功能均由 GTM900 完成。 Terminal 型固定臺應用的邏輯框圖如圖 24 所示 AUDIO 天 線 UART SIM IRDA POWER