GPRS替代无线电台说明

 

数 传电台在工业控制领域的应用已经很广泛了，目前仍然是工业控制领域的主要传输手段。凭借GPRS等网络覆盖广、数据传输可靠性高、组网便捷、成本低廉等因 素，GPRS等网络的数据传输称为近两年来迅速崛起的数传方式。本文将从传输机制、组网方式等多方面进行比较分析，并提供数传电台网络向GPRS等数传网 络迁升的方案。本文也可作为用户选择数传媒介的参考。

数传电台组网方式及其特点

根据国家无线电管理委员会频率规划，将223.025M～235.000MHz作为遥测、遥控、数据传输等业务使用的频段，其中 229.0M～235.0MHz频段在北京地区用于射电天文业务。其他业务不得对其产生有害干扰。用于近距离（1000米以内）操作时≤0.5瓦，设置在 城区、近郊区时：≤5瓦，设置在远郊区、野外时：≤25瓦。

数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里，而且，超长距离的发送需要大功率发射，需要提供大功率电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内。

数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查 询数据，轮询周期与电台数量有密切关系。假设访问一个站点需要0.5秒，轮询等待超时时间设定为3秒，系统有100个终端，那么在所有终端工作正常情况下 轮询周期是0.5×100=50秒，如果有一台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败，系统在此终端将等待3秒，轮询的最长周期可能是3× 100=300秒。

数传电台的轮询模式以及覆盖，决定了网络的容量有一定限度。

数传电台的建设成本，除了数传电台的采购成本，还需要包括架设塔台、架天线等基站建设成本，传输距离越远，基站建设成本就越大。数传电台由用户单位自行建造，无需缴纳通信费用，但是频率占用费以及对电台设备的维护费用也是笔不小的开销，电台数量越少，单位成本就越高。

数传电台建设受城市建设影响极大，建设好的数传网络很可能受城市中新增的高楼大厦所阻挡，楼群对电波的反射、折射也有很大的影响，自建电台数据传 输网络必须针对城市建设中出现的情况不断调整网络，包括移动天线位置、增加天线高度等，必要时可能还要根据无线电管理机构的要求调整频率。这些在后期运行 成本中占据很大的份额，并且永远也不知道下一步会有哪些需要的工作及开支。

GPRS数据传输网络构成与优势

GPRS网络已经组成了覆盖全国的数据网络，它是利用“分组交换（Packet-Switched）”概念所发展的一套无线传输方式。是一种新型的分组数据传输业务。

GPRS在数传领域采用DTU+网络接入的方式组网，GPRS等网络已经形成了覆盖全国的数据网络，采用这种方式组成数据传输网络极其方便，只要 附近有GPRS等网络基站，就可以架设数据采集终端，没有通信距离的限制，GPRS等网络终端的发射功率都很小，一般<2W，加上电源管理等功能， 可满足部分依靠太阳能电池供电的采集点使用。

在一个应用系统中，两台或多台数传电台组网，每个数据网络占用一个频率，当此频率受到干扰时，将严重影响数据传输。

GPRS与GSM共用频段，GSM采用TDMA/FDMA多址工作方式，每个频道有8个时隙（8信道）。依据小区用户数量（密度），GSM 可采用不同的小区频率复用方式。由于GPRS可用频段宽，容易满足组建公网对信道数的需要。GPRS等网络是公众生活中的一个重要交流工具，其工作频率也 受到无线电管理委员会的重点保护，频率受干扰的机会非常少。并且GPRS等网络的跳频机制能有效地解决当某一频率受到干扰的问题。

GPRS采用卷积编码，推荐4种编码方式：CS-1~CS-4（CS-1，码率1/2；CS-2，码率2/3），通过减少纠错比特适应不同传输信道质量要求。目前使用的CS-2编码纠错能力强，即使传输信道质量比较差，也能满足数据传输要求。

GPRS等网络采用分组交换，在数据带宽满足的情况下，中心可以几乎同时向全部终端发出查询数据，组成上述电台组网案例中相同规模的 GPRS数据传输网络，整个轮巡周期就是3~5秒，而且这个周期不随着终端数量的增长而增长，个别终端故障，不影响整个系统的轮询周期。如果针对GPRS 的网络特点，改变传统的轮询模式，采用终端主动发送数据的方式，数据采集效率更高。

在GPRS网络上组建数据传输网络，根据总的带宽需求，申请合适的中心接入方式与带宽，对终端数量没有限制。从而在电力、气象、水文等行业里实现大范围、大容量的检测网络成为可能。

GPRS网络属于蜂窝网络结构，高大建筑对网络无线信号的影响只局限在小块区域，而且，移动运营商有专门的网络优化部门，根据网络上的流量、通信故障等情况，及时调整网络，用户根本不必关心网络的调整，更不需要为网络调整付出额外的支出。

实现方案

使用GPRS DTU开发新的数据传输网络，只需要按照GPRS DTU的组网方案实施，方便易行。在此不再赘述。现有大量的数传电台网络，需要改造成GPRS等网络数传网络。本文将重点探讨如何改造，并在改造过程中最 大限度地减少工作量，充分利用原有资源，降低改造成本。

网络规划，这是改造过程的第一步，重点是计算整个数据网络中的带宽需求，从而选择合适的终端与中心接入方式。GPRS DTU理论上可以满足13.4K~ 53.6 Kbps，但在实际应用中，建议考虑应用的带宽需要在9600Kbps以下。对GPRS等网络的选择还要考虑当地网络的覆盖情况，目前在大部分地区， GPRS等网络都能做到全面覆盖。数传电台网络中，通常中心接入设备带宽与终端带宽相同，如果改造后的GPRS等网络同样沿用传统的轮询模式，则中心带宽 的需求同样与终端相同。如果需要改变轮询模式，对终端同时发送查询指令，则中心带宽是所有终端带宽的总和。对于特别大型的项目，可以考虑对GPRS DTU分组，合理利用中心带宽。

终端改造也许是整个改造过程中最轻松的环节，数传电台与DTU通过RS-232、RS-485等接口连接，改造所要做的是就是从接口上拔掉电台， 插上设置好的GPRS DTU。剩下的工作就是观察这个安装地点GPRS等网络信号状况、记录DTU运行状态、调整天线等，直至终端正常运行并与中心连接。

现在很多中心接入点都可以很方便接入INTERNET，利用互联网接入方式是大多数工程的首选。部分终端数量大、项目安全性和可靠性要求高的项目可以选用GPRS等网络专线接入。

改造过程中的难点是在中心接收软件上，数传电台网络的中心软件一般通过一个RS-232口与中心电台连接，通过这个串行口与所有终端数据连接。改造方案如下：

方案1：部分软件可以重新改写，中心软件将原先调用的串行口数据收发的函数替换成GPRS DTU配套的中心连接库函数，就可以方便地实现从数传电台到GPRS数传网络的转换。

方案2：部分软件已不便于重新改写，如国外的软件、未保留源码的软件等等，这样的项目改造，只能采用增加中间件的方案实现，即增加一个中间处理软 件，将网络接收到的数据转换成串口数据，通过虚拟串行口或者实际串口转发给原有软件，从而实现从数传电台到GPRS数传网络的平稳过渡。此方案已经在多个 项目上实现，让几个已经瘫痪的数传电台网络通过GPRS等网络改造后重新投入运行。

随GPRS等网络的发展，随着适于各种应用的终端产品的不断出现，同数传电台相比，GPRS等网络数据传输在建设成本、维护成本上有很大的优势。 利用公用网络组建数据网络也是一种趋势。