CN102361470B - 一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力无线数据终端技术领域，具体涉及一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，包括ARM主处理器、基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二、射频调制解调器一、射频调制解调器二、通道选择单元、发射模块、接收模块和MIMO2*2天线，ARM主处理器与基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二构成主-从结构，基带处理DSP芯片一和基带处理DSP芯片二互为备份。与现有技术相比，本发明的优点是：基于Mobitex开放的协议栈和电力系统现有230MHz频段资源，有利于对电力系统现有230MHz的数传电台和800MHzMobitex无线通信系统的升级改造。
Description
技术领域
本发明涉及电力无线数据终端技术领域，具体涉及一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端。
背景技术
目前，我国电力负荷管理系统使用的无线通讯频率在223～231MHz频段，电力负荷管理系统已经在该频段建成覆盖全国大部分地区的通信网，但由于230MHz数传电台本身固有的缺点，使得网络没有智能化网管功能，只能采取主站召唤和轮询通信方式，通信速率低、网络容量有限，致使使用频率和效率并不高。
Mobitex是由爱立信等多家公司联合为企业数据采集通信而研制开发的无线窄带蜂窝网络技术，由Mobitex运营商协会(MOA)负责保持其开放性，并为新的运营商提供帮助。目前全球有数百家公司正在从事与Mobitex相关的开发、研制和生产，在世界上的多个国家，Mobitex网络均在为大量客户提供服务，上千种应用以及来自领先硬件和软件厂商的大量产品可满足每一个用户的不同需求，已拥有400M、800M、900M频段设备，其中800MMobitex无线数据业务已经在河北、辽宁、江苏、上海、北京等地试点运行，运行情况良好。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，基于Mobitex的开放协议，实现电力系统现有230MHz频段的设备接入Mobitex无线网络，可以直接利用现有频段资源，弥补230MHz数传电台的不足，提升电力营销负荷管理水平和配电自动化水平。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，包括主处理器、基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二、射频调制解调器一、射频调制解调器二、通道选择单元、发射模块、接收模块和射频天线，主处理器分别与基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二、通道选择单元、发射模块、FLASH存储器、状态显示电路和调试接口电路相连接，主处理器还依次与数据接口保护电路和数据接口相连接，基带处理DSP芯片一依次与射频调制解调器一和通道选择单元相连，基带处理DSP芯片二依次与射频调制解调器二和通道选择单元相连，所述通道选择单元还分别与发射模块和接收模块相连，发射模块和接收模块分别与射频天线相连接，所述主处理器与230MHz Mobitex的基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二构成主-从控制系统结构，基带处理DSP芯片一和射频调制解调器一构成的基带处理通信单元一与基带处理DSP芯片二和射频调制解调器二构成的基带处理通信单元二按照双模冗余备份原则设计互为备份。
所述主处理器基于ARM1176JZF-S内核和Linux操作系统。
所述基带处理DSP芯片一和基带处理DSP芯片二为C55X系列芯片。
所述射频调制解调器一和射频调制解调器二基于电力专用230MHz频段的十五对双工频点和十个单位频点，可实现6.25kHz、12.5kHz、18.75kHz和25kHz四种可调频点宽度，相应通信速率分别为1.2kbps、2.4kbps、4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps。
所述通道选择单元电路基于电子开关芯片CD4066芯片。
所述射频天线为MIMO 2*2天线。
所述数据接口保护电路基于光电隔离和ESD防静电设计。
所述数据接口同时提供RJ45接口、USB接口和UART接口。
所述发射模块是最大功率可达25W的可调双功放的功率合成发射电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)立足于现有230MHz无线数传电台系统和800MHz Mobitex无线通信系统，基于Mobitex开放的协议栈和电力系统现有230MHz频段资源，符合我国电力系统数据传输特点；
2)可填补230MHz Mobitex无线通信系统的研究空白，有利于对电力系统现有230MHz的数传电台无线通信系统和800MHzMobitex无线通信系统的升级改造。
3)突破了230MHz数传电台无线系统和800MHz Mobitex无线通信系统只有25KHz频点带宽的限制，实现了四种可调频点带宽和相应通信速率。
4)在现有功能单一的电力终端产品和无线通信模块的基础上，将电力业务与通信终端进行集成化设计，为配电和用电营销自动化产品生产企业提供高性能、低成本、集成度高和工业级的电力终端产品支撑平台，满足电力系统负荷管理和配变监测方面的需求。
附图说明
图1是本发明实施例的硬件结构示意图；
图2是本发明实施例的FDD双工方式多载波频谱图；
图3是本发明实施例的物理层下行发射和接收通信结构示意图；
图4是本发明实施例的物理层上行发射和接收通信结构示意图；
图5是本发明实施例的软件流程结构示意图；
图6是本发明实施例的系统逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1，是本发明一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端实施例的硬件结构示意图，包括主处理器300、基带处理DSP芯片一301、基带处理DSP芯片二302、射频调制解调器一303、射频调制解调器二304、通道选择单元305、发射模块306、接收模块307和射频天线308，主处理器300分别与基带处理DSP芯片一301、基带处理DSP芯片二302、通道选择单元305、发射模块306、FLASH存储器309、状态显示电路312和调试接口电路311相连接，主处理器300还依次与数据接口保护电路313和数据接口314相连接，基带处理DSP芯片一301依次与射频调制解调器一303和通道选择单元305相连，基带处理DSP芯片二302依次与射频调制解调器二304和通道选择单元305相连，通道选择单元305还分别与发射模块306和接收模块307相连，发射模块306和接收模块307分别与射频天线308相连接，主处理器300与230MHz Mobitex的基带处理DSP芯片一301、基带处理DSP芯片二302构成主-从控制系统结构，基带处理DSP芯片一301和射频调制解调器一303构成的基带处理通信单元一与基带处理DSP芯片二302和射频调制解调器二304构成的基带处理通信单元二按照双模冗余备份原则设计互为备份，该终端由双路稳压及监测单元310供电。
实施例中，主处理器300基于ARM1176JZF-S内核和Linux操作系统，通过总线实现对基带处理DSP芯片一301、基带处理DSP芯片二302、射频调制解调器一303、射频调制解调器二304、通道选择单元305、发射模块306、双路稳压及监测单元310、FLASH存储器309和调试接口电路311等多任务的调度管理。
基带处理DSP芯片一301、基带处理DSP芯片二302采用美国TI公司的C55X系列芯片，用于进行信号基带处理，基于DSP的软件无线电特性，自适应跟踪信号变化，实现信号的基带调制和解调、均衡和滤波、带宽选择、以及遵照Mobitex协议的MPAK包的安装和解析，其调制方式为GMSK，基带信号频偏可设为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz和5kHz。作为相互独立的系统，DSP芯片和主处理器之间通过SPI通信接口进行信息交换，信息格式分为命令格式和数据格式，默认状态为命令格式。两个互为备份的基带处理DSP芯片一301和基带处理DSP芯片二302的使用有效性由主处理器300控制。
通道选择单元305电路基于电子开关芯片CD4066芯片，开关频率可达100kHz，指定主处理器的一个CPIO管脚与电子开关芯片CD4066芯片的通道选择使能信号相连，由主处理器输出的控制信号实现通道选择。
射频天线308为MIMO 2*2天线，基于正交调制解调的智能信号传输技术，采用2*2智能天线阵元电路，提高信号发送距离和接受灵敏度。
数据接口保护电路313基于光电隔离和ESD防静电设计，增强了接口的可靠性和稳定性，数据接口314同时提供RJ45接口、USB接口和UART接口，可与其他设备通过相应接口灵活连接。
双路稳压及监测单元310提供两路+5v/1A直流输出，实时监测电源状态在电源以及负载异常时，产生故障报警信息，并自行保护、切换电源，保证系统正常供电，增强供电可靠性。
发射模块306是最大功率可达25W的可调双功放的功率合成发射电路，依据无线信号功率可调原理和现有230MHz数传电台设备通信功率可达25W性能特点，基于以传输线变压器为基础的大功率合成的双高频功放电路，整体采用薄膜封装电路，电路性能好、可靠性高、尺寸小、重量轻、散热好、损耗低、价格便宜。
FLASH存储模块类型可为OneNANDFlash、NORFlash类型的存储器，容量最大为32MB，用于存储程序和大量的采集数据，并将这些数据按照要求查询、修改、删除或添加，可以缓存升级程序，FLASH全部面向电力用户开放，便于二次开发。
调试接口电路311，提供一个RJ45接口，实现程序下载和状态输出查询等功能。
状态显示电路312，用于指示以下任意一种或多种状态：电源状态、网络状态、通信状态、信号状态。
接收模块307基于两级高频小信号放大和滤波电路，实现有用信号的线性放大和噪声的滤除。
如图2是本发明实施例的FDD双工方式多载波频谱图，射频调制解调器一303和射频调制解调器二304，用于进行信号的振荡、混频、调制等处理，可工作于电力专用十五对双工频点和十个单工频点，突破数传电台无线系统和800MHz Mobitex无线通信系统只有25KHz频点带宽的限制，实现了6.25kHz、12.5kHz、18.75kHz和25kHz四种可调频点宽度。具体地，以6.25kHz带宽为一子载波，整个25kHz频点带宽可分为四组子载波，编号分别为0号子载波、1号子载波、2号子载波、3号子载波。在通信时根据信息数据量，可灵活选择子载波数量，提高通信效率，相应通信速率分别为1.2kbps、2.4kbps、4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps。
如图3，是本发明实施例物理层下行发射和接收通信结构示意图，结构包括基站501、编码502、交织503、调制504、载波组映射505、2*2天线发射506、2*2天线接收507、载波组解映射508、解调509、解码510、解交织511、终端512顺次实现。
如图4，是本发明实施例物理层上行发射和接收通信结构示意图，结构包括基站601、编码602、交织603、调制604、载波组映射605、2*2天线发射606、2*2天线接收607、载波组解映射608、解调609、解码610、解交织611、终端612顺次实现。
如图5，是本发明实施例的软件流程图，包括以下步骤：
步骤801，终端上电，调用系统初始化函数Initial_sys()，初始化系统参数，若不成功则调用系统软关机函数Power_off()，使终端复位后重新启动；
步骤802，调用终端注册函数Get_Mobitex_RSSI()，扫描频段，获取本地信号无线网络信号强度，与基站同步，连接基站并注册终端信息，若不成功则调用系统软关机函数Power_off()，使终端复位后重新启动；
步骤803，调用数据通信模式函数Cmd_data_model()，将终端默认的命令通信模式切换到数据通信模式，以便接受和发送通信数据，若不成功则调用系统软关机函数Power_off()，使终端复位后重新启动；
步骤804，启动主线程Cmain::svc，实现系统的调度和管理，若不成功则调用系统软关机函数Power_off()，使终端复位后重新启动；
步骤805，启用Socket侦听，判断本地通信接口是否有数据收发，若有则调用Com_socket_local()函数，进行数据收发，若不成功则再次建立链接，重新收发；
步骤806，启用Socket侦听，判断无线通信接口是否有数据收发，若有则调用Com_socket_radio()函数，进行数据收发，若不成功则再次建立链接，重新收发；
步骤807，主线程Cmain::svc未退出，系统继续运行，若等待主线程Cmain::svc退出，则调用系统软关机函数Power_off()，使终端复位后重新启动；
如图6，是本发明实施例的系统逻辑结构示意图，该电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据通讯系统由电力专用230MHz Mobitex终端、基站、通信前置机、电力应用业务中心和无线网管中心等几部分构成，其中，无线网管中心负责对整个网络的设置、监控、执行网管功能；通信前置机执行通信路由功能，保证网络内部信息的可靠传输，基站和230MHz Mobitex终端基于230MHz频点，遵循Mobitex无线通信协议进行无线通信。
Claims (5)
1.一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，包括主处理器、基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二、射频调制解调器一、射频调制解调器二、通道选择单元、发射模块、接收模块和射频天线，主处理器分别与基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二、通道选择单元、发射模块、FLASH存储器、状态显示电路和调试接口电路相连接，主处理器还依次与数据接口保护电路和数据接口相连接，基带处理DSP芯片一依次与射频调制解调器一和通道选择单元相连，基带处理DSP芯片二依次与射频调制解调器二和通道选择单元相连，所述通道选择单元还分别与发射模块和接收模块相连，发射模块和接收模块分别与射频天线相连接，所述主处理器与230MHz Mobitex的基带处理DSP芯片一、基带处理DSP芯片二构成主-从控制系统结构，基带处理DSP芯片一和射频调制解调器一构成的基带处理通信单元一与基带处理DSP芯片二和射频调制解调器二构成的基带处理通信单元二按照双模冗余备份原则设计互为备份；
所述主处理器基于ARM1176JZF-S内核和Linux操作系统；所述基带处理DSP芯片一和基带处理DSP芯片二为C55X系列芯片；所述射频调制解调器一和射频调制解调器二基于电力专用230MHz频段的十五对双工频点和十个单工频点，可实现6.25kHz、12.5 kHz、18.75 kHz 和25kHz四种可调频点宽度，相应通信速率分别为1.2kbps、2.4kbps、4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps；所述通道选择单元电路基于电子开关芯片CD4066芯片。
2.根据权利要求1所述的一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，所述射频天线为MIMO 2*2天线。
3.根据权利要求1所述的一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，所述数据接口保护电路基于光电隔离和ESD防静电设计。
4.根据权利要求1所述的一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，所述数据接口同时提供RJ45接口、USB接口和UART接口。
5.根据权利要求1所述的一种电力专用230MHz Mobitex主从冗余无线数据终端，其特征在于，所述发射模块是最大功率可达25W的可调双功放的功率合成发射电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY STATE GRID C Free format text: FORMER OWNER: NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY Effective date: 20121109 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20121109 Address after: 114002 Anshan South Road, Tiedong District, Liaoning, Shengli Road, No. 33 Applicant after: Anshan Power Supply Company, Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant after: North China Electric Power University Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 114002 Anshan South Road, Tiedong District, Liaoning, Shengli Road, No. 33 Applicant before: Anshan Power Supply Company, Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant before: North China Electric Power University |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |