（农业电气化与自动化专业论文）小灵通基站后备直流远供电源监控系统.pdf

摘要 摘要 近几年来，小灵通无线市话业务以其独特的市场和服务优势在全国的电信市场蓬勃发 展，给运营商带来巨大的经济利益和社会效益；但是小灵通基站供电不可靠的问题，影响了 小灵通信号的稳定，严重制约着小灵通的进一步发展。为此本文提出以“市电+ 赢流远程供 电”离线式u p s 电源，解决小灵通基站停电问题。 本文选用a t 8 9 c 5 2 单片机作为系统的控制核心。采用复用技术，利用基站控制器和基 站间的通信线路实现i s d n 信号和电力的共同传输；根据线路等效电阻的变化设计探测电路， 来判断开路、短路、市电供电、市电停电等情况；在后各电源工作时，通过电压、电流采样 电路判断电源的运行情况：利用气体放电管的特性实现悬浮系统动力线搭接的检测；采用 r s - 4 8 5 通信方式将采集到的现场信息上传以实现集中监控。 本文采用“市电+ 直流远程供电”方式解决小灵通基站供电问题。基站应以市电供电为 主，后备电源供电为辅，当市电停电时立即切换到后备电源，当市电恢复时再切换到市电供 电，以保证基站不断电。利用基站控制器和基站之间的信号传输线传输电力，节省资源、建 设周期短、收效快。 本文产品样机于2 0 0 4 年8 月通过信息产业部通信产品防护性能质量检验中心的检测， 并于2 0 0 4 年1 0 月初现场安装试运行，受到用户的好评，到目前为止，已有1 5 0 多套产品投 放市场。随着小灵通无线市话业务的发展和完善，小灵通在市场上的占有率将会不断提高， 而基站供电问题却是电信运营商亟待解决的问题，本课题产品小灵通基站电源正是为解决该 问题而设计的，相信随着小灵通的进一步发展，其推广应用必将有阔的市场前景。 关键词直流远供；集中监控；小灵通基站；后备电源 v t h em o n i t o rs y s t e m0 fd c r e m o t er e s e r v ep o w e rs u p p l y o fp a sc e l ls t a t i o n a b s t r a c t i n l a s t f e w y e a r s ，p a s ( p e “o n a l a c c e s ss y s t e m ) ，t h e b u s i n e s so f w i r e l e s s l o c a lc a l l s ，d e v e l o p s r a p i d l yb yt h eu n i q u em a r k e ta n dt h es e r v i c ea d v a n t a g ei nt h ew h o l ec o u n t r y , w h i c hb r i n g st h e h u g ee c o n o m i ci n t e r e s t sa n ds e c t a lb e n e f i t st ot e l e c o m0 d e r a t o r s h o w e v e r ，t h ep r o b l e m so fp a s c e l ls t a t i o np o w e rs u p p l ya f f e c tt h es t a b i l i t yo fi t ss i g n a la n ds e r i o u s l yr e s t r i c ti t sf u r t h e r d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e 。t h i st h e s i sr a i s e s c o m m e r c i a lp o w e ra n dd cr e m o t ep o w e rs u p p l y w h i c hi so f f - l i n ep o w e rm o d eo f u n i n t e r r u p t i b t ep o w e rs u p p l yt or e s o l v et h ep r o b l e m so f p a sc s ( c e l ls t a t i o n ) p o w e rf a i l u r e t h et h e s i sa d o p t sm i c r o c o n t r o l l e ro f a t 8 9 c 5 2a st h ec e n t e ro f s y s t e m a d o p t i n gm u l t i p l e x i n g t e c h n i q u ea n dm a k i n gu s eo f c o m m u n i c a t i o nl i n eb e t w e e nc s c ( c e l ls t a t i o nc o n t r o l l e r ) a n dc st o a c h i e v es i m u l t a n e o u st m n s m i s s i o no f | s d ns i g n a la n de l e c t r i cp o w e r a c c o r d i n gt ot h ev a r i a t i o n o fc i r c u i te q u i v a l e n tr e s i s t a n c et od e s i g nd e t e c t i o nc i r c u i t ，w h i c hc a l lj u d g et h a tt h el i n ei ss h o r t c i r c u i to ro p e nc i r c u i ta n dt h ec o m m e r c i a lp o w e ri sw o r k i n gn o r m a l l yo rf a i l u r e w h e nt h er e s e r v e p o w e rs u p p l yi sw o r k i n g , t h es y s t e mj u d g e si t so p e r a t i o ns t a t u sb yv o l t a g ea n dc u r r e n td e t e c t i o n c i r c u i t m a k i n gu s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i co ft h eg a sd i s c h a r g et u b et oa c h i e v es u s p e n s i o ns y s t e m d e t e c t i o no fp o w e rl i n et o u c h i n g t r a n s m i t t i n gi n f o r m a t i o nc o l l e c t e du pt op cb yr s 4 8 5f o rt h e p u r p o s eo f c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g t h et h e s i sa d o p t s “c o m m e r c i a lp o w e ra n dd cr e m o t ep o w e rs u p p l y ，t or e s o l v et h ep r o b l e mo f p a sc e l ls t a t i o np o w e rs u p p l y c sp o w e rs u p p l ys h o u l da d o p tt h em e t h o dt h a tc o m m e r c i a lp o w e r i sm a i np o w e ra n dt h er e s e r v ep o w e rs u p p l yi sa s s i s tp o w e rw h e nc o m m e r c i a lp o w e ri sf a i l u r e ， t h es y s t e mw i l ls w i t c hi m m e d i a t e l yt or e s e r v ep o w e rs u p p l ya n dw h e nc o m m e r c i a lp o w e rr e t u r n ， w h i c hw i l ls w i t c ht oc o m m e r c i a lp o w e ra g a i nt oe n s u r ec sp o w e rs u p p l yn o tf a i l u r e t h et h e s i s m a k e su s eo f c o m m u n i c a t i o nl i n eb e t w e e nc s ca n dc st oa c h i e v et h ep o w e rt r a n s m i s s i o n ，w h i c h c a r ls a et h er e s o u r c e s s h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o da n dq u i c kr e s u l t s t h ep r o d u c tp r o t o l y p eo ft h i st h e s i sh a db e e ni n s p e c t e di na u g u s t2 0 0 4b yt h em i n i s t r yo f i n f o r m a t i o ni n d u s t r yp r o t e c t i v ep e r f o r m a n c eo fc o m m u n i c a t i o n sp r o d u c t sq u a l i t ys u p e r v i s i n g t e s tc e n t e ra n di n s t a l l e dc o m m i s s i o n i n gi no c t o b e r2 0 0 4a n dh a dg o tt h eu s e r sg o o dc o m m e n t s s of a r , t h e r eh a sb e e n 1 5 0p r o d u c to rm o r ei nt h em a r k e t f o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n ta n d i m p r o v e m e n to f b u s i n e s so f w i r e l e s sl o c a lc a l l s ，t h em a r k e ts h a r eo f t h ep a sg o e so ni m p r o v i n g h o w e v er t h ep r o b l e mo f c sp o w e rs u p p l yi st h em a i np r o b l e mo f t e l e c o mo p e r a t o r s t h es u b j e c t p r o d u c t ，p a sc sp o w e rs u p p l y , i sd e s i g n e dt o r e s o l v et h ep r o b l e m f o l l o w i n gt h ef b r t h e r d e v e l o p m e n to f p a s ，i t ss p r e a d i n ga n da p p l i c a t i o nm u s tb eh a v ew i d e l ym a r k e tp r o s p e c t k e y w o r d s d cr e m o t es u p p l y ；c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g ；p a sc e l ls t a t i o n ；r e s e r v ep o w e rs u p p l y c a n d i d a t e ：l ix i a o h u i m a j o r ：a g r i c u l t u r a le l e c t r i z a t i o na n da u t o m a t i z a t i o n s u p e r v i s o r ：p m f o u y a n gb i n l i n 前言 _ _ _ _ _ ! ! j ! 目! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! _ ! ! ! ! _ 目_ _ e l i e j ! _ e ! l ! 目! = ! g 1前言 1 1 研究的目的与意义 2 0 世纪是全球通信技术飞速发展的时代，尤其是下半叶，通信技术的迅猛发展促进了全 球的信息化革命。2 l 世纪通信技术进入了计算机网络通信的时代信息在网络中传输的速 率已达到g b i t s 的数量级，而且还在向更高速率的方向发展。随着民族科技的振兴，我国的 通信技术在信息化的浪潮中也跻身于世界的前列，并正成为全球信息产业的主力军。信息时 代对信息的基本要求是准确、可靠、高效，这就要求信息数据在网络中进行处理、存储、交 换和传输等的各个环节中误码率尽可能地低，以保证向终端用户提供连续和准确无误的信息 资源。这对通信设备提出了较高的技术要求。不可忽视的是作为通信网络动力基础的通信电 源，其供电质量的优劣和可靠性的高低直接影响着通信设备的运行质量和可靠性，并进而影 响到整个通信网络的运行质量和可靠性( 郑志宏等，2 0 0 2 ) 。 随着我国电信事业的迅速发展，通信网络规模的不断扩大，需要操作与维护的设备种类 和数量大幅度地提高，设备的技术含量和复杂程度也越来越高。相应的对通信电源的稳定性 和可靠性也就提出了更高的要求。为提高我国通信网的整体质量、节约人力资源和能源损耗， 原邮电部于上世纪9 0 年代初提出了对通信电源设备及环境进行集中监控管理的要求，即通过 对通信电源设备及环境运行进行遥测、遥信和遥控，最终实现少人值守或无人值守，以提高 设备维护质量，降低运行维护费用，同时保证系统处于良好的运行工作状态，从而大幅度提 高整体运行效率，提高通信质量及电源系统的管理水平( 陈义明等，2 0 0 4 ) 。通信电源集中监 控管理系统是一个分布式计算机控制系统，它通过对监控范嗣内的通信电源系统和系统内的 各电源设备、空调设备及机房环境进行遥测、遥信，实时监控系统和设备的运行状态，记录 和处理相关数据，及时侦测故障并适时通知维护人员处理：进行必要的遥控操作，改变或调 整设备运行状态：按照上级监控系统或网管中心的要求提供相应的数据和报表，从而实现通 信局( 站) 的少人或无人值守，实现电源、空调及环境的集中监控维护管理，提高供电系统 的可靠性和通信设备的安全性。监控系统是一个集中并融合了现代计算机技术、通信技术、 电子技术、自动控制技术、传感器技术和人机系统技术的最新成果而构成的计算机集成系统 ( 徐小杰，2 0 0 3 ) 。 实施通信电源的集中监控和管理，代表了通信电源先进维护管理技术和手段的发展方向， 对实现与通信技术发展相适应的现代化电源维护和科学管理，有着重要的意义。 第一，通信电源集中监控管理系统的运用解放了劳动力，提高了电源维护上作的效率， 降低了维护成本。 第二，通信电源集中监控管理系统的运用，提高了电源设备运行的稳定性和可靠性。 第三，通信电源集中监控管理系统的运用，提高了电源设各运行的经济性，降低了运行 成本。 第四，通信电源集中监控管理系统的运用，提高了电源维护管理水平。 第五，通信电源集中监控管理系统的运用，为通信机房辅助监控提供了有效的网络平台。 东北农业大学工学硕士学位论文 通信电源集中监控管理系统的运用对原有的维护观念和维护模式都产生了巨大的影响。 它改变了过去人们对电源的浅显认识和错误观念，扩大了通信电源专业的领域，对电源维护 管理人员的技术素质也提出了更高的要求。同时，它也彻底改变了以往人工看守的传统模式。 通信电源集中监控管理系统的运用，对通信电源设备的技术革新也产生了很大的影响。电源 设备为了适应集中监控的需要，其智能化水平进一步提高，脏控模块的设计也更加合理，接 口标准也进一步统一。同时，监控系统的发展也促进了自动化领域的技术发展和革新许多 智能的传感器、交送器纷纷被开发出来，成功的应用于监控系统。这些变化也使得臆控系统 本身更加完善，可靠性进一步提高( 贾继伟等，2 0 0 4 ) 。 1 2 监控系统的现状和发展趋势 1 2 1 监控系统的发展历程 上世纪8 0 年代，国际上已经注意到要对分散在不同地点的电源设备进行集中监控管理， 并且开发出了相应的集中监控系统。但是由于这些系统都是由电源设备生产厂家进行开发的， 因此只能接入单一类型的电源设备这就造成了一个监控中心要运行着诸如开关电源、油机 和空调等多套监控系统，甚至仅开关电源就包括了不同品牌的多套监控系统。这么多系统难 以进行很好地统一管理和集中监控。此外，各系统的功能、机制、协议、接口也存在较大差 异，很难进行互联。针对这种情况，我国原邮电部门提出了建设通信电源集中监控管理系统 的思路和要求。 上世纪9 0 年代初广东省率先建成了国内第一套通信电源集中监控系统，这可认为是我 国通信电源集中监控技术研究和发展的起点。1 9 9 6 年福建泉州电信分公司本地网电源监控 系统l 期1 3 5 个局点完工，系统涵盖泉州、石狮、晋江、南安、惠安、安溪、永春、德化、全 港等九个县市区，至今已有1 8 3 个母局和模块局，覆盖整个地区的每个乡、镇、村。总计3 0 0 万门线路的本地网( 刘晓芳，2 0 0 4 ) 。1 9 9 8 年，广州市电信局长途枢纽楼开始实施通信电源的 集中监控，这是国内通信行业针对通信电源首次立项，并投入现场实际运行的电源集中监控 系统( 陈燕昌1 9 9 9 ) 。江苏省从1 9 9 8 年就开始着手规划移动动力环境集中监控系统，并在 1 9 9 9 年的6 月份开始启动试点工程。2 0 0 0 年正式在全省建设移动通信动力环境集中监控系统， 2 0 0 2 年6 月份全省在1 3 个本地网完成在网运行机房和基站的动力环境集中监控系统的建设( 于 明，2 0 0 2 ) 。1 9 9 9 年浙江省开发了s c 与s s 电源及环境集中监控管理系统联网协议作为省 内标准互联协议并试验成功，并于2 0 0 1 年建成省级监控中心，作为全省的电源管理和技术支 撑中心，进行全省范围内的实时监视和管理。黑龙江省移动基站动力及环境集中监控系统分 两期建设一期建设工程已于2 0 0 2 年完成，共1 2 7 3 个基站、1 6 个交换机房。该监控系统采用 倒树型网络拓扑结构为二级管理结构，分为两个层次。在各地市建立一本地网监控中心 l s c ( l o c a ls u p e r v i s i o nc e n t e r ) 各基站和交换机房建立f s u ( f i e l ds u p e r v i s i o nu n i t ) 单元，各 b s c 实现基站监控数据收敛，组成涵盖整个地区的二级监控网络，设立1 个远程访闯l s c 监控 中心( 侯少丽等，2 0 0 2 ) 。 监控系统的建设大致分为3 个阶段：探索试验阶段、发展建设阶段和运行维护阶段。目 前大多数省市的监控系统建设都处于发展建设阶段。在这个阶段中，各省市逐渐进入监控系 统建设高潮，主要资金和精力都花在了新系统的投入建设和建设系统的不断完善中。各局纷 纷采取积极而谨慎的态度，效仿已建成的地区和局站，来规划、建设自己的监控系统。在未 来的几年里，各省市将进入到全面的运行维护阶段中。监控系统的实际运用、不断优化和悉 心维护将成为维护人员的主要工作，系统的智能化、系统与电源维护体制的结合、系统平台 上新应用的开发将成为主要的探索方向。 1 2 2 监控系统的现状 在我国，监控系统的发展已经经历了十多个年头了。无论在技术、系统建规模上，还是 在系统运行维护上，都有了很大的发展。具体表现在如下几个方面： ( 1 ) 监控系统建设数量不断增加、系统规模不断扩大； ( 2 ) 监控技术日趋成熟、系统模式日趋稳定； ( 3 ) 相关技术不断发展与监控技术相互促进； ( 4 ) 监控系统的发展与运维体制的转变相互促进； ( 5 ) 相关标准规范日趋完善； ( 6 ) 盥控市场逐步走向规范化。 这些变换为通信电源监控技术的进一步发展和监控系统进一步实施e q 造了一个良好的环 境。研制开发通信电源集中系统的厂家、公司、研究所如雨后春笋般涌现出来，如艾默生网 络能源公司( 原华为集团) 自主开发的p s m s 动力设备及环境集中监控系统；中必公司的 z x m l 0 动力设备环境集中监控系统：亿阳集团的b o m o n l 0 0 0 移动局( 站) 动力设备及环 境多媒体集中监控系统：翔浩x h 2 0 0 电信传输机房集中监控系统；国讯国际有限公司的 c p e m s 0 0 0 动力环境监控系统；烟台东方电子信息产业集团有限公司的d f 0 4 0 0 动力设备及 环境集中监控系统；云南盘亚通信系统有限公司的p e s m 2 0 0 0 基站动力环境集中监控管理系 统：武汉普天的洲际正汇通信电源集中晦控系统；香港丰联企业有限公司的联讯一2 0 0 0 通 信电源和空调设备集中监控系统：美国司巴顿公司的p o w e r c o m 动力环境集中监控系统；法 国m g e 公司的b 1 0 0 0 电源监控系统；e r i c s s o n 公司的e n e r g ym a s t e r 系统中的电源监控子 系统；美国p o w e r w a r e 电源有限公司的p o w e r m a n a g e r1 1 远程直流电源管理系统等等，这些 电源监控系统都各具特色，并都已纷纷投向市场。 目前，国内外厂家、公司、研究所在不断完善自己的产品的同时，正致力于将新技术应 用于电源监控系统中，如c a n ( c o n t r o l l e r a r e a n e t w o r k ) b u s ( 张键，2 0 0 2 ) 、l o n ( l o c a l o p e r a t i n g n e t w o r k ) w o r k ( 傅富华，1 9 9 9 ) 等现场总线技术，这些技术的采用解决了集散控制系统 ( d i s t i l b u t e d c o n t r o ls y s t e m ) ( j m n o g i e c ，2 0 0 1 ) 的通信问题( 集散控制系统处于现场的控 制级和检测级仍采用4 2 0 m a 模拟量通信，使得现场采集设备所占的比例晟大，数量也最多， 这就使得一对一的布线方式相当繁泉、安装费用增加、维护量加大) 。现场总线( f i e l db u s ) 是现代计算机、通信和控制技术的集成，即通常人们所称的3 c ( c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o n ， c o n t r 0 1 ) 技术( 候永涛，2 0 0 0 ) 。现场总线技术应用于通信电源、空调及环境的集中监控管 理系统，是电源监控系统发展的一个全新方向。 东北农业大学工学硕士学位论文 1 3 问题的提出 1 。3 。1 新兴的移动通信手段 “小灵通”个人通信接入系统( p a s ，p e r s o n a l a c c e s ss y s t e m ) 是我国电信工程技术人员 根据中国园情在低轨道卫星通信、g s m 、c d m a 、无绳电话和无线环路等众多通信方式的基 础上，选择无线环路技术，通过v 5 接口，并充分利用固定电话网的充裕资源来实现的一种 个人通信接入手段。由于“小灵通”手机以其小巧的机身，卓越的功能，受到越来越多的人 们青睐，目前“小灵通”已经成为人们日常生活中不可缺少的通信工具。其特点是： 物美价廉，按固定电话统一标准收费，真正实现了单项收费； p a s 手机体积小，重量轻，通话时间长； p a s 可以与家庭电话或办公电话共用一个电话号码，一方取机另一方可以自动切断，防 止窃听； p a s 手机杂音小，音质清晰，完全可以和固定电话的音质相媲美，手机发射功率很小， 平均发射功率为1 0 r o w ，被人们称为绿色通信工具，是唯一允许在医院使用的手机( 徐福新， 2 0 0 2 ) 。 1 3 2 存在的问题 “小灵通”无线市话业务以其独特的市场和服务优势在全国的电信市场蓬勃发展，给运 营商带来巨大的经济利益和社会效益。但随着小灵通系统的大规模建设，基站的覆盖范围越 来越广，基站电力供电方面的原因，使小灵通的发展产生了致命的瓶颈，它既使小灵通话务 量减少，又使电信公司服务水平及质量降低。因此，解决小灵通基站供电的问题成为目前运 营商亟待解决的首要任务( 魏光辉，2 0 0 4 ) 。目前，小灵通基站基本上由市电供电，但全国 性的电力供应越来越紧张，这给小灵通的正常运行造成极大的困难，阻碍了小灵通的发展， 严重地损害了小灵通运营商的信誉和小灵通用户的利益。而且基站本地供电存在以下问题： ( 1 ) 必须要电力部门、外单位或市民配合，安装电表和重新布设电源线，接受高价商用 电价，增加建设工程量和维护工作量； ( 2 ) 电力检修或电网故蹲会造成服务中断，严重危害用户利益和公司信誉； ( 3 ) 屯压波动较大，尤其是城乡结合部，影响基站的功效，严重时还会损坏基站设备； ( 4 ) 公共电网的引入也增大了雷电的干扰和破坏： ( 5 ) u p s 电源体积庞大安装麻烦，维护工作量大，需要定期放电，使用寿命短；还须防 盗。 1 3 3 解决方案 小灵通基站的常见供电方式有市电直接供电、“市电+ u p s ”方式和直流远程供电( 于 玮等，2 0 0 3 ) 。 4 前言 1 。3 3 1 市电直接供电 这种供电方式是最简便的一种，其直接投资成本低、维护量小，但缺点也较多： ( 1 ) 交流供电电压不稳； ( 2 ) 交流供电经常受停电困扰； ( 3 ) 经常遭受雷电袭击； ( 4 ) 电源接入困难，须电力部门调配或与物业管理部门协商； ( 5 ) 需要每个基站配电表，进行单站结算，较为麻烦； ( 6 ) 交流输电对通讯的干扰较大。 1 3 3 2 市电q - u p s 这种方式有一定的优点，但由于要引入电池设备并安装于室外，因此也存在许多不足： ( 1 ) 小容量u p s 延时有限： ( 2 ) u p s 主机因环境因素容易损坏： ( 3 ) 使用寿命短： ( 4 ) 安装不便维护量大： ( 5 ) 投资成本费用高。 1 3 3 3 基站直流远程供电 直流远程供电方式有如下优势： ( 1 ) 直流电干净、稳定、可靠，是高效、安全、无干扰的产品： ( 2 ) 解决了市电停电的困扰和电源接入的困难，使得基站的安装更便利、选址更方便， 不受雷电困扰： ( 3 ) 安装、维护、使用方便，维护量小； ( 4 ) 相对节省投资和运营费用： ( 5 ) 不需像u p s 一样必须定期巡检、定期对电池充放电，避免因低温或高温造成电池损 坏，免去每月的人工抄电表的工作量： ( 6 ) 因局端设备可监视基站设备运行的功能减少维护工作量： ( 7 ) 在市电+ 远供方式下，基站设备体积小、重量轻，安装方便，具有防盗功能： ( 8 ) 在市电+ 远供方式下，基站电源远供设备可控性和安全性更高( 因该设备具有超 载、空载、短路、过压保护功能) 。 综上所述，采用“市电+ 直流远程供电”方式解决基站供电不可靠问题为最佳方案，市 电供电为主，作为后备电源的直流电源为辅，当市电断电时启动后备电源进行直流远程供电， 以保证基站不间断供电。 1 4 研究的主要内容 根据中国电信集团公司小灵通基站直流远供系统技术规范( 暂行) 的要求，本文研究 的内容如下： ( 1 ) 设计探测电路。探测电路通过探测信号判断线路的情况( 正常、短路及开路) 、基 站的供电情况( 市电供电或断电) ，另外，在后备电源远程供电时，如出现短路或开路等故 障时，监控系统立即切断后备电源，同时启动探测电路以判断故障何时消失，如果故障消失 再启动后备电源进行远程供电，这相当于电力网中的自动重合闸操作； ( 2 ) 设计8 路单线电流、总电流及输出电压检测电路，8 路电流的极性有正有负，且电 压等级较高因此要求电路具有较强的耐压能力，是本文设计的难点； ( 3 ) 设计悬浮系统的动力线碰触检测电路，在悬浮系统中检测以大地为参考点的动力电 似乎是自相矛盾的，因此该电路的设计也是本文的难点： ( 4 ) 设计远端交直流切换电路，该电路的设计也存在一个难点：在市电供电时允许启动 后备电源以检查后备电源能否正常工作；后备电源供电，市电恢复时，要求延时l o 2 0 s 的 时间再由后备电源切换到市电，这就存在市电与后备电源都加至交直流切换电路上的情况。 因此，难点就是如何区分这两种情况。 另外中国电信集团公司小灵通基站直流远供系统技术规范( 暂行) 中关于后备电源 的性能、电路的防护性能等要求不在本文研究的范围之内。 6 可行性分析及整体设计方案 2 可行性分析及整体设计方案 2 1 可行性分析 后备电源经信号传输线路( 线径为0 4 r a m 的4 对双绞线) 输送到远端，有几个关键的问 题：电源的供电质量、耦台变压器的插入介质损耗、供电线路的发热及线路损耗等。 2 1 1电源的质量 本系统中的后备电源是局站的4 8 v 电源经d c d c 变换，得到输出为2 2 0 3 0 0 v 的可调 电源。因在双绞线上既要传输通信信号，又要传输电力，所以供电电源不能对传输的通信信 号造成干扰、影响通话质量；进行远距离传输要求电源要有一定的功率容量，根据中国电 信集团公司小灵通基站直流远供系统技术规范( 暂行) 的要求，供电电源应满足： 波纹电压：峰峰值 8 5 。 2 1 2 耦合变压器的选择 基站控制器( c s c ，c e l ls t a t i o nc o n t r o l l e r ) 和基站( c s ，c e l ls t a t i o n ) 之间采用i s d n 连接方式( p a n d y a 等，2 0 0 0 ) 。接口为基本接口，接口速率为2 b + d ( 李伟章，2 0 0 3 ) 。 2 1 2 1i s d n 简介 ( 1 ) i s d n 的定义 i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 综合业务数据网( w e t t e r o t h 等，2 0 0 2 ) ，是 以电话综合数字网i d n ( i n t e g r a t e dd i g i t a ln e t w o r k ) 为基础发展演变而成的通信网，能够提 供端到端的数字连接，支持包括话音和非话音在内的多种电信业务，用户能够通过一组有限 的标准的多用途用户网络接口接入网内( a n t t a l a i n e n 等。2 0 0 3 ) 。 ( 2 ) i s d n 的信道类型 信道是提供业务用的有标准传输速率的传输通道，它表示接口信息传输能力。信道根据 速率、信息性质以及容量可以分成几种类型，称为信道类型。 b 信道：b 信道用来传输用户信息，传输速率为6 4 k b i t s 。b 信道上可以建立三种类型的 连接：电路交换连接、分组交换连接、半固定连接。 d 信道：d 信道的速率是1 6 k b i t s 或6 4 k b i t s ，它有两个用途：第一，它可以传送公共信 道信令，而这些信令用来控制同一接口上的b 信道上的呼叫：第二，当没有信令信息需要传 送时，d 信道可用来传送分组数据或低速的遥控、遥测数据。 h 信道：h 信道用来传送高速的用户信息，如高速传真、图像、高速数据、高质量音响 东北农业大学工学硕士学位论文 及分组交换信息等。h 信道有三种标准速率：其中h 。信道为3 8 4 k b i t s 、h 。信道为1 5 3 6 k b i t s 及h ，信道为1 9 2 0 k b i t s 。 ( 3 ) 接口类型 接口结构：1 s d n 用户网络接e l 有两种接口结构，一种是基本接口，一种是基群速 率接口。 基本接口：基本接口( b 刚) ，是把现有电话网络的普通用户线作为i s d n 用户线而规 定的接口，它是i s d n 最常用、最基本的用户网络接口，是为了满足大部分单个用户的 需要设计的。基本接口由两条传输速率为6 4 k b i t s 的b 信道和一条传输速率为1 6 k b i t s 的d 信道构成，即2 b + d 。两个b 信道和一个d 信道分时复用在一对用户线上。用户可以利用的 最高信息传输速率是1 4 4 k b i t s ，再加上帧定位、同步及其它控制比特，基本接口的速率达到 1 9 2 k b i t s 。 基群速率接口：基群速率接口( p i l l ) ，即一次群速率接口，主要面向设有p b x 或者具 有如开电视会议用的高速信道等业务量很大的用户，其传输速率与p c m 的基群相同。由于 国际上有两种规格的p c m 基群速率，即1 5 4 4 k b i t s 和2 0 4 8 k b i f f s ，所以i s d n 用户网络 的基群速率接口也有两种速率。 采用1 5 4 4 k b i f f s 时，接口的信道结构为2 3 b + d ，其中b 信道的速率为6 4 k b i t ，s ，考虑到 基群所要控制的信道数量大，所以规定基群速率接口中d 信道的速率是6 4 k b i f f s 。这样2 3 b + d 的速率为1 5 3 6 k b i f f s ，再加上一些控制比特，其物理速率是1 5 4 4 k b i 讹。 采用2 0 4 8 k b i f f s 时，接口的信道结构为3 0 b + d 。3 0 个b 信道的速率为1 9 2 0 k b i t ，s ，加上 d 信道及一些控制比特3 0 b + d 基群速率接口的物理速率为2 0 4 8 k b i t s ( 赵宏波等，2 0 0 3 ) 。 小灵通基站以i s d n 的2 b + d 或4 b + d 的方式连接到基站控制器上( 万晓榆，2 0 0 3 ) 。 常见的小灵通基站按输出功率分为三种类型：5 0 0 r o w 基站c s 、2 0 0 m w 基站r p 、1 0 m w 基 站r p 。r p 利用一对双绞线与上级设备基站控制器r p c 连接，信息传输速率为4 b + d ；c s 通过4 对双绞线与c s c 连接，信息传输速率为2 b + d ( 孙宇彤，2 0 0 3 ) 。 2 1 2 2 耦合变压器的要求 本文研究的供电系统是针对5 0 0 m w 的基站c s ，其信息的最高传输速率为1 9 2 k b i t s 。因 此要求耦合变压器要有较高的频带响应，根据中国电信集团公司小灵通基站直流远供系统 技术规范( 暂行) 的要求，在特征阻抗为1 2 0 q ，频率范围为5 0 3 0 0 k h z 的范围内变压器 的插入损耗小于i d b 。另外，耦合变压器中心抽头侧应采用双线并绕方式，以消除因电流流 过线圈产生的磁通不能相互抵消丽产生对i s d n 传输信号的干扰影响通话质量。 2 1 3 传输线路的发热计算 传输信号的双绞线的线径一般为0 4 r a m ，每公里线路环阻2 7 8 5 q ( 范敦浩，2 0 0 4 ) ，根 据国标g b 5 0 0 5 8 - 9 2 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第2 5 9 条第二款中明确规定 为：当连接导线采用铜导线连接时，其导线截面积与最大允许电流应符合表2 1 ( 国标 g b 5 0 0 5 8 9 2 中表2 5 9 ) 的规定。从表中可以看出线径0 4 m m 的双绞线，晟大允许的安全电 流超过3 3 a ，表中关于单线线径参数非国标内容。 可行性分析及整体设计方案 表2 1 铜导线截面与最大允许电流 t a b 2 1c r o s s - s e c t i o no f c o p p e rc o n d u c t o ra n dm a x i m u ma c c e p t a b l e 基站的峰值功率般不超过1 4 0 w ，基站 能工作的晟低电压为1 6 0 v ，线路传输等效电路 如图2 - 1 所示。 其中： u 为局端出口电压， 根据中国电信集团公司小灵通基站直流 远供系统技术规范( 暂行) 的要求，其最大值 不能超过2 8 0 v ； 尼为基站等效负载，u ，为基站的工作电 压，其值一般不能低于1 6 0 v ； r 为线路环阻，r = 2 7 8 ，5 ，l 南线路 长度( k m ) ，n 为双绞线的对数。 根据基尔霍夫电压定律得 u = r + u l 设基站功率为p ，则 p l = ul f 将( 2 - 2 ) 代入( 2 - 1 ) 消去u 。得 融l u i + p l = 0 解得 图2 - 1 线路传输等效电路图 f i g 2 - 1 t h ee q u i v a l e m c i r c u i td i a g r a mo f t r a n s m i s s i o nl i n e ( 2 一1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ，= 去p 一腼) 沼a ， 根据( 2 4 ) 的约束关系将线路长度、环阻r 、电流，、基站电压u 。等列于表2 - 2 。其 中：己，= 2 8 0 v ，= 4 ，p 为局站的输出功率，p = u 1 。 9 东北农业大学工学硕士学位论文 由表2 - 2 可以看出采用四对线，基站最大功率为1 4 0 w 时，传输最远距离为1 9 7 k i n ，基 站功率为1 0 0 w 时，传输晟远距离为2 7 6 k i n ，可以满足大部分基站的供电，基站功率越小则 传输的距离越远，如果要想提高传输距离，则需增加双绞线的线对。从表中还可以看出电流 的最大值不超过l a ，每根线上的电流不超过2 5 0 m a 远小于线路能承受的最大电流值( 3 3 a ) ， 满足国标要求；局端的最大发出功率不超过3 0 0 w ，但是局端电源的功率应留有余地，最好 能达到3 5 0 w ，实践证明功率大也有利于基站的启动。综上所述，后备电源采用复用方式传 输是可行的。 2 2 整体结构框图 系统设计分为两部分，局端和远端，如图2 - 2 所示。局端部分包括直流后备电源( d c d c 变换) 、探测电路、复用电路搭接检测电路、通信电路及单片机监控电路；远端部分包括解复 用电路和交直流转换电路。现对各部分电路的作用说明如下： 后备电源：将局端的- - 4 8 v 电源变换成输出可调的直流电源，输出电压范围为2 2 0 3 0 0 v ，其性能指标应满足中国电信集团公司小灵通基站直流远供系统技术规范( 暂行) 的要求： 探测电路：通过发出1 2 v 的探测电压来判断系统的运行情况，包括短路、开路、基站是 否由市电供电等； 单片机监控电路：包括电压、电流采集电路，探测电路、d c d c 变换模块的输出控制电 路，搭接检测电路( 检测在后备电源供电时是否有动力线混入供电系统) r s 4 8 5 通信电路 等； 复用电路：将信号和直流电源耦合到双绞线上； 解复用电路：将信号和直流电源分离； 交直流切换电路：实现市电与后备电源的相互切换，市电断电时立即切换到后备直流电 源，市电恢复供电时延时1 0 2 0 s 再切换到市电。 1 0 - 信号输入 信号输出 2 3 运行原则 图2 - 2 整体结构框图 f i g 2 - 2 t h ei n t e g r a t e ds t r u c t u r ed i a g r a m ( 1 ) 以市电供电为主，后备电源供电为辅：正常时基站应以市电( a c 2 2 0 v 电源) 供电 为主，当市电断电时，立即启动后备电源进行远程供电；当市电恢复时，应延时1 0 2 0 s 再 切换到市电供电。 ( 2 ) 市电供电正常时，可人为启动后备电源进行自检。因为对于市电比较可靠的地方， 甚至半年以上的时间都不会发生停电事故，这时为检验后备电源的可靠性可人为启动后备电 源进行远程供电阻检查后备电源能否正常工作，如果后备电源工作正常，退出自检过程，如 果后备电源不能正常工作应及时进行维修，以防万一。 ( 3 ) 市电供电时，探测电路处于工作状态：实时监视基站的工作情况，一旦市电断电， 立即启动后备电源。 ( 4 ) 市电断电，后备电源供电时：通过电压采样电路、电流采样电路、搭接检测电路等 实时监控系统的运行情况，如出现开路、短路等故障时，立即切断输出，然后启动探测电路， 判断故障何时消失，如故障消失则重新启动后备电源，否则将一直探测线路情况直到故障 消失为止。同时将采集到的运行信息通过r s 4 8 5 通信电路传到监控中心以便于集中监控。 3 监控系统电路设计 监控系统电路的设计分为两部分：局端电路的设计和远端电路的设计。 3 1 局端电路的设计 局端电路系统组成如图3 1 所示。电路设计分为九部分：复用电路，探测电路，电压、 电流采样电路动力线搭接检测电路，模数( a d ) 转换电路，键盘显示电路，通信电路 单片机系统电路，辅助电源。 3 1 1 复用电路 图3 - 1 局端电路结构框图 f i g 3 - l t h el o c a la r e ac i r c u i ts t r u c t u r ed i a g r a