1 概述
我國的3G網絡基本建設完成，3G信號已基本能覆蓋各大中城市。相比2G/2.5G網絡，3G網絡的最大優點是打破了無線帶寬瓶頸的限制，使無線應用不再受網絡帶寬的限制。當前國內三種3G網絡(TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO)標準可達到幾百K到幾兆位的帶寬，基本能滿足如視頻傳輸等各種需要高帶寬的應用，大大拓展了無線網絡的應用領域。
由于PC機系統功能強大，集成了各種驅動和網絡協議棧并具有USB主機接口，使用一般USB接口的3G上網卡即可連接網絡。而嵌入式設備運行的程序軟件大多是前后臺模式或者是精簡的實時操作系統，一般只有RS-232、RS-485或CAN等接口，無法像PC機一樣直接使用USB接口的3G上網卡進行連接網絡，而且用于PC機無線上網的3G上網卡一般都是民用級設計，不能勝任嵌入式設備苛刻的工業級應用。
目前讓嵌入式設備連接無線網絡的最佳解決方案是通過外接3G DTU，只要有串口就能實現無線聯網。3G DTU是專門針對各種嵌入式設備無線聯網需求而設計的，對嵌入式設備要求簡單，不需要集成驅動和網絡協議棧，通過嵌入式設備的串口即可向網絡無線透明發送數據，而且3G DTU采用工業級設計方案，可以穩定可靠地應用在各種苛刻、惡劣的工業現場。
本文主要講解由廣州致遠電子有限公司設計及生產的3G DTU，該3G DTU是一款基于3G WCDMA網絡的無線數據傳輸終端設備，其提供了全透明的數據通道，可以方便地實現用戶嵌入式設備遠程、無線、網絡化的通信方式。
2 產品特點
由廣州致遠電子有限公司設計及生產的WCDMA 3G DTU型號為ZWW-36A，如圖1所示。該DTU由獨立的32位高性能工業級ARM9處理器和工業級3G模塊組成，內部采用完善的系統，集成了各種硬件驅動和網絡協議棧，網絡通信性能優異。
ZWW-36A使用高性能ARM9處理器完成各種網絡協議處理及用戶數據交換，避免由于處理器速度慢導致丟失數據或由于處理能力差導致傳輸速度慢等現象。
ZWW-36A使用的是WCDMA網絡，WCDMA網絡的HSDPA模式（下行鏈路）理論值可達7.2 Mb/s，HSUPA（上行鏈路）理論值可達5.76 Mb/s，完全可以滿足高速數據傳輸的應用。
ZWW-36A具有如下特點：
· 工業級高速RS-232電平串行接口，最高波特率921 600 b/s；
· 超大數據緩存區設計（收發各10 MB），采用動態劃分技術，高效使用緩存區；
· 支持串口配置和USB接口配置，方便沒有串口的計算機使用；
· 支持短信配置與維護；
· 使用工業級WCDMA模塊；
· 內嵌完備可靠的協議棧，數據全透明傳輸，用戶無需了解復雜的TCP/IP、PPP等協議；
· 支持數據中心動態域名或IP地址訪問；
· 支持備用數據中心；
· 支持斷線自動重連功能；
· 具有連接時機可控功能，節約流量；
· 支持本地和遠程圖形化向導式配置與維護；
· 支持數據中心虛擬串口功能，無縫銜接現有上位機軟件；
· 在主流組態軟件中集成驅動，使用簡便；
· 多重軟硬件可靠設計，復合式看門狗技術，使設備安全運行；
· +6 V～+26 V寬范圍供電；
· 可適應高溫和低溫工作環境，溫度范圍-20 ℃~+70 ℃。
2.1 傳輸速度
ZWW-36A支持的最大串口波特率為921 600 b/s，解決了傳統DTU串口速度慢的瓶頸。其內置高性能ARM9處理器，能快速處理各種網絡協議數據。傳統的DTU設計方案主控制器和無線模塊之間都是采用串口的通信方式，串口波特率低導致整個DTU設備的速度上不去，而ZWW-36A打破了傳統DTU的設計方案，其與3G模塊之間直接采用全速的USB2.0接口，通信速度大幅提高。
2.2 大緩存設計
ZWW-36A內置上下行各10 MB的緩存，避免出現由于網絡不通導致用戶數據丟失的現象。另外，ZWW-36A的大容量緩存采用動態劃分技術，用戶可以根據實際要求設置最大包長，從而提高緩存的利用率。
如最大網絡數據包設置為1 460 B，10×1 024×1 024 B≈1 460×7 182，這種配置使設備10 MB的緩存使用網絡負載為1 460 B為一幀的方式存儲，最多可存儲7 182幀的數據。這種方式主要應用在需要高速大數據量傳輸的應用，減少了網絡負荷，提高了網絡數據包的利用率，進而提高了網絡傳輸速度。
如最小網絡數據包設置為64 B，10×1 024×1 024 B≈64×163 840，這種配置使設備10 MB的緩存使用網絡負載為64 B為一幀的方式存儲，最多可存儲163 840幀的數據。這種方式主要應用在頻繁的小數據量傳輸的應用，相對于固定幀長度的傳統方法，該方案極大地提高了10 MB緩存的利用率。
2.3 多種工作模式選擇
ZWW-36A支持三種工作模式：永遠在線、空閑下線和空閑掉電。這三種工作模式的各工作參數對比如表1所示。
2.4 支持硬件流控
ZWW-36A支持的串口波特率高達921 600 b/s，對于嵌入式系統的應用，串口的高波特率意味著需要用戶的嵌入式設備具有比較強的處理能力。而普通的DTU不支持硬件流控，對于高速的串口波特率，用戶的嵌入式設備如果處理不過來會導致串口出現丟數的現象。ZWW-36A支持硬件流控，可以根據用戶需要進行配置是否使能硬件流控。
禁止串口硬件流控功能后的硬件接線圖如圖2所示，根據用戶的嵌入式設備的處理能力，一般低波特率（≤115 200 b/s）可使用這種方式。
使能串口硬件流控的硬件接線圖如圖3所示，這種方式主要是針對串口高波特率（＞115 200 b/s）的應用，使能串口硬件流控杜絕了用戶嵌入式設備在高波特率下超負荷處理導致丟數的現象。
2.5 性能穩定可靠
ZWW-36A使用了雙重看門狗技術，并在軟件的各個層面建立錯誤處理機制，確保設備能有多重的軟硬件保護，防止設備出現死機、不上線等現象，滿足工業現場的應用。
3 應用示例
社會的安全問題日漸得到人們的重視，建立安全城市關系到社會經濟的穩定發展。城市公交作為一個重要的公共場所，安全問題尤為重要，本文利用3G DTU建立了一個城市公交的無線視頻監控系統，如圖4所示。
城市公交視頻監控系統的主控制板采用TI的達芬奇系列處理器工控主板，該主板負責采集各種傳感信號（如溫度、煙霧等），并處理視頻攝像頭的視頻信號，通過3G DTU把各種傳感信號和視頻信號發送到監控中心，由監控中心進行管理和監控。
4 小結
3G DTU具有操作簡單方便、穩定可靠等特點，為用戶的嵌入式系統設備提供串口間高速的無線聯網功能，使用戶完全擺脫繁瑣復雜的設備聯網操作，更能專注于行業的應用。