基于4G技术的双模双卡单待负控终端研发

如图3所示。

2.3 模块的设计

加上成本等因素综合考虑，单模块方案更适合后续的大规模推广：

(1)采用多模通讯模块，可同时支持现有的三家运营商，支持双卡盲插自动识别，兼容性强;

(2)单模块设计，对终端电源设计要求较低，相对于GPRS模块无大改动，天线设计也无需考虑同频干扰，设计简单;

(3)采用主集天线和分集天线双天线设计，提高信噪比和接收灵敏度，适应信号恶劣的现场环境，提高终端上线率。

a.多模通讯模块

4G多模全网通讯技术在手机上应用已有一段时间，所谓的全网制式分别为TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA1X/EVDO和GSM/EDGE/GPRS，通过该技术，可以使现有的负荷管理终端可以接入国内三大运营商的移动通信网络，大大提高了终端对移动网络的适应性，但目前业界只有高通(Qualcomm)公司推出了完整方案，多应用于商业级手持设备[11]。

工业级应用对模块的EMC(电磁兼容)性能、高低温性能等要求均比较高，需要采用专为电力设备开发的工业级通讯模块才能满足负控终端的使用要求[12-13]。经过对多个品牌通讯模块的性能测试，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究及测试，双模块和单模块整体设计框图如图4和图5所示。

b.CPU模块

本系统的CPU采用ARM公司生产的Cortex-A系列处理器，适用于具有高计算要求、运行丰富操作系统以及提供交互媒体和图形体验的应用领域。从最新技术的移动Internet必备设备(如手机和超便携的上网本或智能本)到汽车信息娱乐系统和下一代数字电视系统。也可以用于其他移动便携式设备，还可以用于数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。这一系列的处理器具有高效低耗等特点，比较适合配置于各种移动平台。已广泛应用于各种嵌入式工业设备。

ARM Cortex?-A5 处理器是能效最高、成本最低的处理器，能够向最广泛的设备提供 Internet 访问：从入门级智能手机、低成本手机和智能移动终端到普遍采用的嵌入式、消费类和工业设备。

Cortex-A5 处理器可为现有ARM926EJ-S?和ARM1176JZ-S?处理器设计提供很有价值的迁移途径。它可以获得比ARM1176JZ-S更好的性能，比 ARM926EJ-S更好的功效和能效，以及100%的Cortex-A兼容性^[14-15]。

c.天线模块

本系统采用主集天线和分集天线双天线设计。

分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，可以大大提高多径衰落信道传输下的可靠性，在实际的移动通信系统中，终端常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。

分集的基本思想是将接收到的多径信号分离成不相关的(独立的)多路信号，然后把这些多路信号分离信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比。因此，分集接收包括两个方面的内容：一是把接收的多径信号分离出来使其互不相关，二是将分离出来的多径信号恰当合并，以获得最大信噪比。

d.结构设计部分的改进

由于现有的标准尺寸SIM卡的卡槽占用面积较大，导致目前的模块盒设计空间无法满足同时安装两张SIM卡的需要，将现行使用的标准尺寸的SIM卡更换为体积更小的Nano SIM卡。通过这样对SIM卡的改进，同时安装两张Nano SIM卡所占用的面积相对于现有的安装一张标准尺寸的SIM卡所占用的面积不会增加太多，可减低通信模块盒结构设计的改造难度。

单模块和双模块条件下，系统性能对比如表1所示。

2.3 新旧系统性能的对比

改进前后系统性能的对比如表2所示。由以上数据对比可知：改进后的系统运行速度、运算能力、上行接口、上行速率、以太网接口的性能得到极大的提高，大大满足实际需求。

3 总结

本研究采用多模双卡单待的模式，实时检测SIM卡状态，监测三网的信号强度及与后台主站的实时通讯情况，如果主网络不能拨上号或与主站通讯不成功的时候，及时切换到待机网络拨号连接主站。可以使终端在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，良好覆盖地理位置复杂的地区和场所，提供双向、高速、安全的数据通信通道。双网络之间互为备份，无需人工切换模块制式，完全自适应，基于4G技术特点通信速率高、稳定性强、抗干扰能力强。同时，本项目使用了在计量自动化终端领域应用4G移动通信系统的高性能天线技术和多模全网通信技术，提高终端通信速率和可靠性。此外，本系统还可以广泛应用于林业、城市监管、水利、近海岸地形测绘、地质灾害调查、国家安全等遥感遥测领域。

参考文献：

[1]李浩,彭华.多径信道下MIMO系统发送天线数估计[J]. 电子学报,2016,44(7):1539-1547.

[2]尤肖虎,潘志文