GPRS通信原理

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1、引言近年來(lái),通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,使得自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。GSM網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)后，技術(shù)人員很快把GSM模塊嵌入到各種儀表儀器中，如多功能電能表、故障測(cè)錄儀、抄表系統(tǒng)和用電負(fù)荷監(jiān)控等，從而使這些儀表儀器具有遠(yuǎn)程通信功能。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù),支持TCP/IP協(xié)議，可以與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（Internet等）直接互通。GPRS無(wú)線傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎可以涵蓋所有的中低業(yè)務(wù)和低速率的數(shù)據(jù)傳輸，尤其適合突發(fā)的小流量數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。本文設(shè)計(jì)的GP

2、RS無(wú)線通信模塊，內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，采用工業(yè)級(jí)的GPRS模塊，適用于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)沒(méi)有TCP/IP協(xié)議棧，但使用串口通信的情況。1GPRS通信原理及應(yīng)用特點(diǎn)1.1GPRS簡(jiǎn)介GPRS是通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)（GeneralPacketRadioSystem）的縮寫(xiě)，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時(shí)，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬

3、件改動(dòng)，只需作軟件升級(jí)。有了GPRS，用戶(hù)的呼叫建立時(shí)間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”。此外，GPRS是以營(yíng)運(yùn)商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)費(fèi)，從而令每個(gè)用戶(hù)的服務(wù)成本更低。1.2基本工作原理GPRS是在原有的基于電路交換（CSD）方式的GSM網(wǎng)絡(luò)上引入兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）。SGSN和MSC在同一等級(jí)水平，并跟蹤單個(gè)MS的存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過(guò)幀中繼連接到基站系統(tǒng)。GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS

4、骨干網(wǎng)和SGSN連通。圖1給出了GPRS與Internet連接原理框圖。GPRS終端通過(guò)接口從客戶(hù)系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過(guò)GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信。GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。5若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個(gè)GPRS終端，則數(shù)據(jù)由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN，再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。2嵌入式GPRS通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)2.1GPRS模塊的硬件設(shè)計(jì)嵌入式GPRS無(wú)線通信

5、模塊主要由嵌入TCP/IP的單片機(jī)（MSC1210Y5）、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部分組成。圖2是系統(tǒng)的硬件框圖。MSC1210控制GPRS模塊接收和發(fā)送信息，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器（比如數(shù)據(jù)采集端）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。用軟件實(shí)現(xiàn)中斷，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。2.1.1單片機(jī)模塊單片機(jī)采用美國(guó)德州儀器公司最新推出的基于8051內(nèi)核的MSC1210Y5。該芯片具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，時(shí)鐘頻率為33MHz，指令運(yùn)行速度實(shí)際上與運(yùn)行在99MHz時(shí)鐘頻率下的標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核相當(dāng)。32KBF

6、lash程序存儲(chǔ)器，256B內(nèi)部RAM和1024B片上SRAM，2KB啟動(dòng)ROM，支持串行和并行的在系統(tǒng)編程。雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1可加快數(shù)據(jù)塊的移動(dòng)速度。①通過(guò)AT指令初始化GPRS無(wú)線模塊，使之附著在GPSR網(wǎng)絡(luò)上，獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商動(dòng)態(tài)分配其主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：的GPRS終端IP地址，并與目的終端建立連接。②通過(guò)串口0擴(kuò)展MAX232標(biāo)準(zhǔn)串口和外部控制器（例如數(shù)據(jù)采集端）連接，外部控制器端接出標(biāo)準(zhǔn)串口，按照約好的協(xié)議可很容易利用本設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行通信。③復(fù)用P1.2和P1.3，也就是串口1分別和G

7、PRS模塊的TXD0和RXD0連接，P1口的其他6個(gè)端口分別接到GPRS模塊對(duì)應(yīng)的剩余RS232通信口，通過(guò)軟件置位完成對(duì)MC35的初始化和控制GPRS模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)。2.1.2擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器部分5MSC1210的Flash存儲(chǔ)器可全部作為Flash程序存儲(chǔ)器，也可以全部作為數(shù)據(jù)Flash程序。因?yàn)橐度雽?shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要一定的空間，因此將其全部用作程序存儲(chǔ)器，而通過(guò)74HC573作為地址鎖存器，擴(kuò)展6264作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間足夠程序正常運(yùn)行。圖3給出了MSC1210與數(shù)據(jù)存

8、儲(chǔ)器之間的硬件連接圖。2.1.3GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊GPRS無(wú)線模塊作為終端的無(wú)線收發(fā)模塊，把從單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的IP包或基站傳來(lái)的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后再轉(zhuǎn)發(fā)。GPRS模塊采用德國(guó)Simens公司生產(chǎn)的MC35模塊。MC35模塊主要由射頻天線、內(nèi)部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIF插座組成。GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當(dāng)于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統(tǒng)通過(guò)串口發(fā)送AT