【摘要】：本文探讨多模移动信号检测技术应用的实现与前景，在应用实现方面：目前在电力系统采集里已经实现对三大运营商的信号强度检测功能，显示最优的信号强度、运行制式及移动运营商，移动通信卡GPRS通讯功能检测，主站通讯链路状态及显示通讯链路状态。在应用前景方面：车联网领域与市政设施领域（远程路灯控制）的应用。
【关键词】：物联网卡；多模移动信号检测技术的应用实现；多模移动信号检测技术的应用前景；
一、移动物联网卡的使用现状
1、物联网卡使用发展历程
什么是物联网卡？物联网卡指的是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单来说通讯物联网卡就是借助于某种场景的智能设备（手机终端、车载设备等）通过通信传输网络，来链接人、物（资源）、服务，从而高效实现某种特定需求，是运营商基于物联网公共服务网络，面向物联网用户提供的移动通信接入业务。三大运营商采用各自物联网专用号段，通过专用网元设备支持包括短信、GPRS数据及语音等基础通信服务，提供用户自主的通信连接管理和终端管理等智能连接服务，各在领域有效助力社会经济发展。
2、物联网通信发展瓶颈
物联网卡应用十分广泛，但物联网卡信号覆盖不均衡限制了其发展。目前主要有中国移动、中国联通、中国电信三大运营商提供的公、专信号，其覆盖区域基本已经能满足人们的日常生活通讯需求，但各运营商所建设的信号覆盖设施投入安装位置、多少不同，导致在一些区域信号覆盖还是存在不同的盲点，由于用户的计量自动化情况复杂，就会造成部分采集终端设备会安装在无信号覆盖区域。目前对出现因无信号问题造成的采集故障的这种情况往往是先建设投运，对于出现的故障联系运营商进行解决，解决周期较长且部分问题一直得不到解决，这样就造成对于这部分用户采集监控不到位，采集指标低的问题。
信号是GRPS通讯关键点，没有信号或者信号弱都会导致通讯不畅或者无法通信。所以，我们在安装终端设备时，需要提供了解当地的信号强度问题及信号所用的制式。同时，因信号弱、盲点问题造成远程检测不到位，出现问题无法及时处理等问题，造成用户体验感比较差，而且耗时耗力，造成资源浪费，阻碍物联网的发展。
二、多模移动信号检测技术介绍
1、多运营商信号同时检测技术的重要性
目前主要有中国移动、中国联通、中国电信三大运营商提供的公、专信号，目前，针对不同运营商之间信号不均衡的问题，市场上还没有同时具备对三个运营商的信号检测设备，且各设备的信号强度显示方式众多，应用时要携带多款设备对不同运营商信号进行检测，使用十分不方便。
另外，对于轮换拆除的终端和故障终端需要将移动通信卡拆除后进行二次利用。这部分移动通信卡中有部分已故障，主要有移动通信卡失效检测不到网络、移动通信卡信号指示正常但不能连接网络等问题，一旦安装配送出去就会造成运维人员进行现场检测更换，造成人力物力上的浪费。现有检测方式为使用手机进行逐个检测，但只能分析出移动通信卡是否能检测网络，对于失效不能登录主站的这些移动通信卡无法检测（除非开发专用的手机应用软件），且手机检测比较繁琐，且不能很好的适应三种制式，除非全部配备全网通手机，这样就增加了难度；如果使用专用采集终端设备进行检测，设备体积都比较大，且需要接入交流电进行测试，测试过程不安全，且登陆主站比较慢，可能因终端配置等问题造成部分测试结果存在问题。这两种方法实施起来都比较费时费力，且只能做简单测试。
2、多模移动信号检测技术原理简介
多模移动信号检测技术，利用一个或两个多模的GPRS通讯模块，同时对现场空间的无线信号进行检测，能够在极短的时间里将空间内的无线信号情况测试出来，同时将检测出三网信号，通过算法快速准确计算出三网各自的信号质量，把结果在LCD上显示出来。两个信号检测模块上均设有移动通信卡卡槽（3个卡槽），由MCU统一管理，通过精确算法与计算技术，合理分配每张卡的测试时间，保证测试数据的正确性；另外，为了能保证不出现需信号的情况或者现场只语信号而无数据信号情况，终端设备可以通过菜单操作手动单独检测某个移动通信卡的状态，及与主站的通讯状态。终端设备的每一次测试结果都会进行自动保存，便于对维护记录的查询。
本设计有如下特点：
1）结构采用便携式手持结构，其长宽高为：153.5mm*74mm*15mm。
2）硬件设计上采用模块化设计，核心芯片选用高性能的工业级STM32芯片，该芯片是Cortex M3架构ARM7级别芯片；
3）外置专用看门狗芯片，保证系统稳定可靠运行，出现故障后自动进行修复处理。
4）使可插拨的活动电池供电(可用锂电池和干电池)，便于携带。设计中还有电池管理模块，整体为低功耗设计，保证设备电池较长的续航使用能力，最长待机时间为72小时。
5）工业级点阵屏，利于在户外使用；液晶显示模块为工业级160×160点阵LCD。
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6）按键接口，方便操作；
7）多模组设计，保证快速检测多种移动通信卡；
3、该产品能实现功能
1）无线信号质量检测；终端通过双多模组GPRS模块对空间GPRS信号进行检测，配备三卡槽，可以同时插入三家运营商的不制式的物联网卡，同时检测。20秒内将各运营的现场信号强度，信号制式显示出来。其强度的表示范围：0-12表示信号弱；13-20表示一般；20-31表示强。
2）移动通信卡故障检测；配备了三卡槽，可以在不停电的状态下，将通信卡插入卡槽，终端在30秒内对卡的状态进行检测，检测结果为正常或异常。
3）运行参数配置；终端可配置三套不同类型的通信参数，避免在通讯方式切换时，重新配置参数。
4）远程通信测试；终端具备主站连接通信功能，其过程为：选择通信方式->拨号连接->登录主站->在线。在不使用时，处于空闲状态。处于在线状态时，终端可以接受远程主站系统，读取终端时间。
5）显示输出。终端配备工业级160×160点阵LCD，对检测的结果与连接的状态进行显示。
三、多模移动信号检测技术解决的实际问题和应用前景
1、电能量数据采集终端-提高远程数据采集成功率和稳定性
随着智能电网的建设，电力终端设备的不断安装投入，同时，采集的数据越来越多，从而提高远程数据采集成功率和保证数据通讯的稳定性事关重要。
目前的终端设备98%以上全部采用无线通讯方式。这样给终端采集数据这块增加很多困难。因为无线信号覆盖率与信号质量远远没有达到100%的要求，盲点的死区，仍然存在，为了能够事先发现问题，并解决好问题，而多模移动信号检测技术出现很好的解决了该问题。该技术支持多个运营商的信号同时检测，能够在极短的时间内将信号质量与通信制式输出，保证了信号质量的选择，从而可以提高了数据通讯的稳定性及数据采集的成功率。
2、车联网领域实时监控-提高数据传输的稳定性
车联网就是汽车物联网，它是指车辆各种感知系统，通过移动通讯技术、汽车导航技术、智能终端设备，与信息网络平台是车与路、车与车、车与人、车与城市之间实时联网，实现信息互联互通，从而对车、人、物、路、位置等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。
车联网中最关键的就移动通讯技术，而移动通讯技术的关键又是无线信号质量的问题。只有信号优质，才能保证数据的传输。
多模移动信号检测技术对多运营商的信号质量进行检测，再通过计算机技术，给终端设备配置多套通信参数，从而在检测到优质信号后，做到无缝切换最优运营商，保证数据通讯的完整性与稳定性。
3、市政设施（如路灯远程控制）-实现远程开关电灯，提高远程通信可靠性
远程路灯控制系统通过监控中心和现场远程分布式终端设备，借助强大无线移动通讯网络，完成对市政路灯的远程控制、远程调光、远程监视、远程实时动态管理（遥测），主要包括了：
1）远程控制路灯的开关；
2）远程测量路灯配电柜的所有电气参数和单灯电气参数（单灯监控功能）；
3）设备故障信息和自诊断信息实时自动回传，便于管理部门及时处理；4）根据时间、经纬度和照度远程调光实现节能最大化。
实现上述的功能其实最主要还是要借助于强大移运通讯网络，但我们日常所见的路灯杆分布在每个角角落落，难免会出现部分无线信号未覆盖或者部分运营商的信号覆盖。影响了正常的使用，同时，远程控制对数据传输的可靠性要求特别，如果控制命令下发后，不能及时的传输到现场的终端设备，势必会造成控制的不及时与不安全等等情况。
多模移动信号检测技术很好的解决了这些问题，在安装时，或者现场勘察时，就可以预先知道该安装地点无线信号情况，选择最优运营商的物联网卡，从而保证了信号传输的可靠性。
三、结束语
本文介绍的移动检测终端具有网络信号强度检测功能、移动通信卡检测功能及与主站通讯等功能，可以同时对移动、联通和电信三大运营商的网络信号强度进行检测，并显示各信号的强弱；具有移动通信卡检测功能，方便工程人员对故障移动通信卡的检测判断，为电力系统通信采集终端设备检测提供了极大的便利，提高了工作效率。
将来在通讯领域这一块，5G移动通信技术肯定独占鳌头，风靡全球，虽然现在还没普及，但是可以预计在2020年，它将以一种全新的技术推广并应用。在全球范围内，大多数5G网络部署将从2020年开始启动，2024年，5G网络将覆盖全球40%以上的人口。寻找无线智能制造的重要挑战是，制造商通常不认为连接是一个痛点，传统网络的局限性及其对未来运营目标的影响未被充分意识到，需要从流程、场景、控制、协作等方面入手，数字化程度较高的制造商正在积极寻找无线替代方案。值得注意的是，不同运营商之间信号覆盖差异问题，也伴随而来，及早谋划多模移动信号检测技术在5G领域的研究，具有非常重要的意义。
参考文献
1、《中国南方电网有限责任公司计量自动化终端上行通信规约》
2、《广东电网有限责任公司计量自动化终端远程通信模块接口协议（2016版）》
3、《嵌入式LINUX系统设计与应用》[M] 王学龙 北京清华大学
4、《GPRS技术》[M] 吕捷 北京邮电大学出版社
5、《串行数据采集无线数据传输模块的设计》[J] 李文江, 杨昌胜
6、《单片机应用系统设计技术----基于 C 语言》[M] 张齐, 杜群贵 北京电子工业出版社,
论文作者:黄博伟
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：信号论文; 终端论文; 运营商论文; 终端设备论文; 移动通信论文; 通信论文; 多模论文; 《中国电业》2019年9月18期论文;