（广东电网有限责任公司佛山供电局）
一、项目研究领域目前存在的问题：
问题1：目前用电现场负荷管理终端主要是基于GPRS无线公网通讯与计量自动化主站通信，通信过程存在链路节点多，易受到外界干扰等弊端。随着城市发展建设，各通讯运营商之间竞争激烈，通讯环境愈加复杂多样化，2G通信信号不稳定，尤其是在城区，不同网络变化多端，工作人员需要频繁到现场更换不同运营商的SIM卡，以使终端能在特定运营商网络通畅时保持上线，否则就会出现终端在线率低下情况。通信问题成为影响数据采集的关键问题。
问题2：目前终端采用的通信方式存在一定的局限性，在未来图像、视频等多媒体传输以及更加丰富数据应用情况下，现有2G通信技术难以满足数据传输的需要，势必需要采用通信速率更快更可靠通信技术。
二、国内外研究现状及发展方向等
2.1现状：国内市场暂无此类产品研究，国内厂商、研究机构暂未有此技术方面的研究。
2.2国内技术方向、技术水平和关键技术：电力负荷管理终端多制式公网通信自适应接口连接在电力负荷管理终端主板电路与公网通信子板电路之间，实现公网通信子板电路与主板电路之间的插拔式连接，可在电力负荷管理终端电路中实现不同制式的公网通信模块的互换。其可不用更换终端，仅更换通信模块，即可实现不同制式网络的互换。该种方法相当由人工进行网络的选择和切换。
三、研究内容
3.1、基于双模技术的内核技术研究
研究要点、技术目标： 研究基于双模技术的内核技术，使之能够同时支持双模双卡无线通讯模块，对模块的电源、GPRS驱动、4G模块驱动进行支持，并开发相应接口，使应用层软件能方便的调用 。
3.2、动态网路切换及通信模块设计技术开发
兼容联通FDD-LTE和移动TD-LTE模式，并向下兼容2G或3G模式，在没有4G网络的情况下，可相互进行切换。各模块通过串口与核心板通讯，同时可以单独控制任一模块的上断电来保证系统的稳定性、可靠性 。
3.3、拟解决的主要技术难点
技术难点1：双模双卡模块供电电源管理
技术难点2：双模双卡模块RF干扰
四、项目研究（开发）方案
4.1终端硬件设计：
硬件设计框图
为减少改造成本和现场工作量，硬件部分的改造工作主要体现在现有的负荷管理终端上行通信模块盒上，届时只需要现场对终端的模块盒进行更换即可完成硬件升级。为使该模块盒能适应本项目的需要，需要对其电子电路设计和盒子结构设计进行重新设计。
电子部分改进：将现有的只支持GPRS制式的通信模块更换为支持五模网络
制式的数据通信模块，所谓的五种制式分别为TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、EDGE/GPRS，通过更换该通信模块，使现有的负荷管理终端可以接入国内现有的所有主流的移动通信网络，大大提高了终端对移动网络的适应性。该五模通信模块将具有以下规格：
不仅如此，为了同时兼容中国移动和中国联通/电信的数据网络，电子部分还增加了第二张SIM卡卡座，改造后的上行通信模块将可以同时装入中国移动SIM卡和中国联通/电信SIM卡，实现对移动运营商的自动切换功能，由于通信模块采用双卡单待设计，所以终端将根据现场的基站信号强度和质量智能选其中一个运行商基站进行注册和数据交互。
结构设计的改进：
由于现有的上行通信模块盒的结构设计中，安装SIM卡用的开窗设计开口较小，该空间尺寸只允许操作一个SIM卡座来安装SIM卡，无法满足本项目改造后上行通信模块将同时安装两张SIM卡的需要操作，所以有必要重新修改上行通信模块的结构设计，通过增加安装SIM卡的开窗尺寸，使之可以满足本项目同时操作安装两个SIM卡的需要。
由于现有的标准尺寸SIM卡占用面积较大，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，可以考虑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，大大减低了通信模块盒结构设计的改造难度。
天线设计改进：
采用双天线和分集接收技术设计，分集接收技术主要是为了抵消快衰落对接收信号的影响，由于信号在传输过程中因反射等干扰产生多径分量信号，接收端利用多天线同时接收不同路径的信号，然后将这些信号选择、合并成总的信号，以减轻信号衰落的影响，这叫分集接收。分集就是把分散得到的信号集中合并，只要几个信号之间是相互独立的，经恰当的合并后就能得到最大的信号增益。
4.2终端嵌入式软件设计：
终端上网流程图
首先，由于硬件部分更换的通信模块为关键的通信设备，需要修改操作系统中的底层驱动程序，增加对该新增的五模数据通信模块的驱动支持，包括UART接口驱动、对自定义AT协议的开发等。
其次，由于增加了同时对中国移动和中国联通/电信通信网络的支持，需要修改终端的上网流程。在上网流程中增加对负控终端安装周边的基站信息进行收集和分析处理，需要收集的基站信息包括基站所属运营商、基站制式、基站信号强度（RSSI值）、基通信站频率等。通过对以上信息进行分析，得到当前信号质量最好的运营商和网络制式，启用该运营商的SIM卡并启动上网流程。
终端在后台主站系统建立连接后，终端软件会定时查询当前的网络通信质量，发现通信可靠性不佳或者网络信号强度低于设定值的时候，将重新启动周边基站的搜索流程，如果搜索到信号强度和通信质量更好的网络时，将自动切换至新的网络，保证终端在线的可靠性，从而提供终端的在线率。
4.3后台主站软件.
采用B/S网络架构的主站设计：B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式），是WEB兴起后的一种网络结构模式，WEB浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器，如Google Chrome或Internet Explorer，服务器安装SQL Server、Oracle等数据库。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互。
5、结束语
本项目采用双模双卡单待的硬件和软件设计，实时检测SIM卡状态及监测双网的信号强度，及与后台主站的实时通讯情况，如果主通讯模块不能拨上号或与主站通讯不成功的时候，及时切换到待机通讯模块拨号连接主站。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。双模块之间互为备份，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。
同时本项目使用了首次在计量自动化终端领域应用4G移动通信系统的智能天线技术和核心网技术，提高终端通信速率和可靠性。此外，成果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。
本文由中国南方电网有限责任公司《基于4G技术的双模双卡单待负控终端研发》科技项目：K-GD2014-179(GD-2014-2-0136)提供。
作者简介：
王鹏，男，高级工程师、高级技师。1980年9月出生，籍贯湖北当阳市，华北电力大学本科毕业。目前工作于广东电网有限责任公司佛山供电局计量中心，长期从事电能计量自动化运行管理工作，主要研究方向是计量自动化终端运行故障诊断、终端通信技术等。
傅子明，男，高级工程师、高级技师。1967年3月出生，籍贯江西南昌市，华中科技大学本科毕业，华南理工大学硕士研究生学历。目前工作于广东电网有限责任公司佛山供电局计量中心，长期从事电能计量管理工作，主要研究方向是计量设备运维技术、通信技术等。
刘攸坚：男，助理工程师、高级技师。1981年4月出生，籍贯广东三水市，长沙理工大学本科毕业。目前工作于广东电网有限责任公司佛山供电局计量中心，长期从事电能计量自动化运行管理工作、电能装置校验及运维工作，主要研究方向是计量自动化终端运行故障诊断、终端通信技术等。
论文作者:王鹏,傅子明,刘攸坚
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：终端论文; 模块论文; 通信论文; 信号论文; 技术论文; 公网论文; 制式论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;