【正文】 擇和應(yīng)用作了簡單介紹，并基于功能需求和硬件特性詳細(xì)地闡述了電路設(shè)計的方法，給出了模塊的電路原理圖。 為實現(xiàn)無線模塊的CMOS電平與RS232電平轉(zhuǎn)換，可采用MAX232集成電路芯片，MAX232的數(shù)據(jù)傳輸速率大于250Kbps，Three_state=GND，即選擇三態(tài)輸出模式，可減小電流輸出。圖 3—7 DS18B20 溫度傳感器電路 RS232 電平轉(zhuǎn)換電路 由于單片機的信號是CMOS電平，而計算機和無線模塊的串行口是EIARS232C電平，其電平1為3～25V，電平0為+3～+25V，因此要進行CMOS電平和EIARS232電平間的相互轉(zhuǎn)換。寄生電源方式不需外加電源，當(dāng)總線(信號線)為高時穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實現(xiàn)，總線信號為低時則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。讀取溫度值時必須先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。圖3—5 JTAG 接口電路 鍵盤電路設(shè)計鍵盤是實現(xiàn)人機對話的輸入設(shè)備，借助鍵盤可向系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，發(fā)出控制指令等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出[16]。目前大多數(shù)比較復(fù)雜的器件都支持JTAG協(xié)議，如ARM、DSP、FPGA器件等，JTAG接口的連接有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口。單片機電源電路如圖：圖3—4 電源電路，在輸出部分用了一個10μF的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個10μF的濾波電容，減小輸入端 收到的干擾。更重要的是，其開發(fā)語言兼容C語言，使編程變得相當(dāng)簡單。對于FLASH型芯片有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。其中看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；比較器進行模擬電壓比較，配合定時器可以設(shè)計為A/D轉(zhuǎn)換器；定時器具有捕獲/比較功能，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等；12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達200kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。(4)豐富的片內(nèi)外設(shè)MSP430F149單片機有豐富的片內(nèi)外設(shè)。(3)系統(tǒng)工作穩(wěn)定單片機上電復(fù)位后，首先由DCO時鐘啟動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)定時間，然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。(2)強大的處理能力MSP430F149單片機為16位的RISC指令(Reduced Instruction Set Computing精簡指令集)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、精簡的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)存儲器都可參加多種運算；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)動下，指令周期為125μs。其具有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)，采用高速晶體（最高8MHz）和低速晶體(32768Hz)進行基本時鐘模塊配置?；顒幽Ｊ胶碾?50μA/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]?；谏鲜鲂枰鞠到y(tǒng)最終選用的是TI公司的MSP430F149單片機。近年來，在工業(yè)測控領(lǐng)域，國內(nèi)諸多運用TI公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機，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[14]。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對模塊進行操作控制，調(diào)制解調(diào)器和微處理器通過串口進行通信，腳本程序下載到外部控制器中運行，如圖3—2所示。l MODEM采用工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。 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。本章首先介紹了3G移動通信的基本特征、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時代的無線業(yè)務(wù)應(yīng)用。目前，3G主要將應(yīng)用聚焦于娛樂與消費領(lǐng)域。(4)企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用是指搭設(shè)一個3G移動應(yīng)用平臺，通過這一平臺可以提供企業(yè)網(wǎng)移動接入并執(zhí)行企業(yè)網(wǎng)內(nèi)運行的應(yīng)用。高端的可視電話（或會議）還可以實現(xiàn)二分屏或四分屏通話。應(yīng)用下載類似于媒體點播中的下載應(yīng)用，但主要集中于一些手機終端可以執(zhí)行的應(yīng)用程序，典型的包括游戲、商用程序、媒體播放工具以及鈴聲等，例如由中國聯(lián)通于2003年3月推出的應(yīng)用下載業(yè)務(wù)UMagic。例如中國聯(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)。在終端用戶允許的前提下，運營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、移動監(jiān)護等）。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。 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。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]。當(dāng)手機用戶進行越區(qū)切換時，TDSCDMA系統(tǒng)采用智能天線大致定位用戶的方位和距離，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)在是否移動到應(yīng)該切換給另一基站的鄰近區(qū)域。(5)上行同步上行同步是指在上行鏈路各終端發(fā)出的信號在基站解調(diào)器處完全同步，它通過軟件及物理層設(shè)計來實現(xiàn)，這樣可以使正交擴頻碼的各個碼道在解擴時完全正交，相互間不會產(chǎn)生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術(shù)由于每個移動終端發(fā)射的碼道信號到達基站的時間不同，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，還可以簡化硬件電路，降低成本。采用動態(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。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。在發(fā)送端，智能天線根據(jù)接收到達的信號在天線陣上產(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，每個波束指向一個特定終端并自動地跟蹤終端移動，從而有效地減少了同信道干擾，提高了下行容量。聯(lián)合檢測技術(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)合檢測技術(shù)，實現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)的有機結(jié)合。(2)聯(lián)合檢測聯(lián)合檢測技術(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都當(dāng)作有用信號處理，這樣可以充分利用用戶信號的擴頻碼、幅度、定時、延遲等信息，從而大幅度降低多徑多址干擾。工作在TDD模式下的TDSCDMA系統(tǒng)在同一載波上進行上、下行鏈路傳輸，而不需要像FDD系統(tǒng)所必須的上、下行對稱頻譜。采用了時分雙工、聯(lián)合檢測、智能天線、動態(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。Uu接口為UTRAN與UE間的接口，通常稱為無線接口。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。對于任何一個RNC，它和CN間存在三個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)。UTRAN和CN之間的接口是Iu接口。同時它還完成一些如內(nèi)環(huán)功率控制等的無線管理功能。CRNC負(fù)責(zé)對其控制的小區(qū)無線資源進行管理。它通常與一個移動交換中心(MSC)和一個SGSN以及廣播域通過Iu接口相連，在移動臺和UTRAN之間的無線資源控制(RRC)協(xié)議在此終止，它在邏輯上對應(yīng)于GSM網(wǎng)絡(luò)中的基站控制器。Node B則完成Iub和Uu接口之間的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，同時也參與一部分無線資源管理。一個RNS由一個無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和一個或多Node B組成，Node B為負(fù)責(zé)在一個或多個小區(qū)處理來自或到達UE的無線信號的接收/發(fā)送的邏輯節(jié)點。Uu接口在無線接入網(wǎng)和用戶設(shè)備之間，它是一個無線接口，也稱為空中接口。TDSCDMA系統(tǒng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和用戶終端設(shè)備三部分組成。核心受有線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展影響很大，在建網(wǎng)初期，該系統(tǒng)的IP業(yè)務(wù)通過GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN)，話音和ISDN業(yè)務(wù)仍使用原來GSM的移動交換機。 TDSCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)伴隨芬蘭赫爾辛基國際電聯(lián)（ITU）大會帷幕的徐徐落下，由大唐集團代表中國提出的我國自主知識產(chǎn)權(quán)的TDSCDMA方案完全滿足國際電聯(lián)對第三代移動通信的基本要求，在包括CDMA2000和WCDMA的三種第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)提案中，是唯一采用智能天線技術(shù)，也是頻譜利用率最高的提案，可以縮短運營商從第二代移動通信過渡到第三代系統(tǒng)的時間，在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢。 TDSCDMA系統(tǒng)特性TDSCDMA是中國自主知識產(chǎn)權(quán)、被國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)頒布的第三代移動通信三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一,在頻譜資源利用率和系統(tǒng)容量等方面較其他兩種標(biāo)準(zhǔn)有很大的優(yōu)勢。3G移動通信的基本特征：3G代表了未來移動通信的發(fā)展走向，是移動用戶發(fā)展、移動業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢。本文主要完成以下任務(wù)：1．對3G關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，包括3G技術(shù)特點、結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)原理、無線通信技術(shù)等；2．課題硬件電路的設(shè)計，包括關(guān)鍵器件的選擇和工作原理，以及系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計；3．課題的軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集終端的程序設(shè)計、數(shù)據(jù)中心的軟件和數(shù)據(jù)庫設(shè)計等內(nèi)容。在硬件上主要涉及到嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊硬件功能設(shè)計、3G無線調(diào)制解調(diào)器模塊和微處理器的選型、電路板設(shè)計等?；?G的遠程監(jiān)測依仗其前沿的技術(shù)和顯而易見的優(yōu)勢正逐步發(fā)展壯大，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[10]。在工業(yè)現(xiàn)場布置各種儀表和監(jiān)測站進行數(shù)據(jù)采集，通過現(xiàn)場總線把現(xiàn)場采集到的各種信息數(shù)據(jù)匯總到現(xiàn)場的監(jiān)控工作站（服務(wù)器），遠程客戶終端可以通過指令主動呼叫，或者接收服務(wù)器端的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。隨著3G網(wǎng)絡(luò)的成熟，基于無線數(shù)據(jù)應(yīng)用的各項服務(wù)展現(xiàn)出其獨特的魅力。移動通信技術(shù)的進步使得高速的無線數(shù)據(jù)應(yīng)用成為可能。進入21世紀(jì)，移動通信技術(shù)以驚人的速度迅猛發(fā)展。但是，這種方式在網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)上投資巨大，而且受距離限制，各數(shù)據(jù)點之間的距離越遠鋪網(wǎng)的投資就要越大，主要是由于需要增設(shè)路由器[9]。遠程診斷工程師再利用計算機和現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對收到的數(shù)字信號進行分析處理，對設(shè)備狀態(tài)進行評估，給出診斷結(jié)論并將結(jié)果返回給現(xiàn)場人員。根據(jù)通信方式的不同，可以有以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)等等，這種方式也是現(xiàn)在廣為使用的方式，如現(xiàn)場總線。遠程監(jiān)控技術(shù)的模式是與通信技術(shù)的發(fā)展密不可分的，伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了三種遠程監(jiān)控模式：1．人工遠程監(jiān)控這種方式是通過人工對現(xiàn)場參數(shù)及現(xiàn)場運行情況進行記錄，然后帶回總控室由工程師進行分析推理，這就包含了太多的人為因素，而且無法實現(xiàn)實時在線監(jiān)控，存在很多弊端，是比較原始的方式。移動通信技術(shù)為SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了先進的通信手段[8]，極大地擴大了SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可以說，目前只要移動通信網(wǎng)絡(luò)能覆蓋到的地方，就有SCADA系統(tǒng)的用武之地。SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術(shù)進步一刻也沒有停止過。它可以對現(xiàn)場運行的設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。手機設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了硬件及軟件架構(gòu)向通用化發(fā)展的動向，大量采用嵌入式操作系統(tǒng)與中間件軟件，關(guān)鍵零部件也呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展趨勢[5]。（4）處理能力更強、存儲空間更大3G時代所帶來的大量多媒體應(yīng)用和商務(wù)應(yīng)用，要求3G終端具有更強的處理能力和更大的存儲空間。（3）終端設(shè)計更具針對性、突出個性化外觀設(shè)計已經(jīng)成為了影響人們購買手機的三大重要因素之一。（2）多網(wǎng)絡(luò)融合趨勢從目前移動通信市場的發(fā)展來看，3G的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，再加之2G、。這些整合了更多功能的3G手機除了帶給消費者更多的應(yīng)用體驗外，還將給終端廠商和運營商帶來豐厚的利潤[4]。到了3G時代，對于消費者而言，用手機不再只是打電話這么簡單，用戶可以使用手機進行網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。隨著TDSCDMA試驗接近尾聲，中國3G發(fā)展的脈絡(luò)也將更加清晰，中國市場是TDSCDMA成功的關(guān)鍵[3]。從1998年6月標(biāo)準(zhǔn)提出到今天，TDSCDMA經(jīng)歷了“從無到有”、“建立產(chǎn)業(yè)鏈”、“加快終端芯片研發(fā)”到“全面驗證完善”的四個發(fā)展階段，目前TDSCDMA的整體產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本建成。從總體上來看，3G網(wǎng)絡(luò)還有巨大的增長空間，未來幾年，3G商用網(wǎng)絡(luò)將保持快速增長的勢頭。[2]2009年，中國3G元年，在這一年，我國三大移動通信運營商的3G網(wǎng)絡(luò)將正式投入商用，中國移動通信領(lǐng)域也將隨之步入3G時代。與此同時，2008年cdma2000 1X EVD0商用網(wǎng)絡(luò)也繼續(xù)快速增長，是CDMA的主要增長點。這主要是因為歐美等發(fā)達國家的3G市場已經(jīng)啟動了相當(dāng)長的時間，市場對3G的接受度已經(jīng)較高，并且3G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，對3G業(yè)務(wù)提供和市場的支撐力度大 與此同時，3G網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)在全球范圍內(nèi)擴展，3G+技術(shù)繼續(xù)擔(dān)綱拉動3G增長的主要動力。2008年新增用戶1．4億，和去年同期相比增長67％，在