随着我国通信技术的进步和社会的发展,越来越多的生产和生活领域进入了物联网时代。基于ZigBee、WiFi、Bluetooth等局域连接方式的小范围覆盖的智能产业早已如火如荼的展开,并取得了不错的成绩。然而在需要超大范围网络覆盖、低功耗、低资费、广连接的场景中,以上的技术统统失效。即使有以2G/3G/4G为代表的传统通用分组无线服务技术可以满足其部分条件,也由于资费高、能耗大、穿透能力弱等原因而被舍弃,其中典型的应用环境就是农场。传统的农场监测也只是停留在了棚区,并且也是以ZigBee、WiFi等通讯技术共存的监测方式,不仅农场环境没有得到有效监测,而且增加了系统的复杂度。对于这个问题,本论文对光载无线交换机以及NB-IoT技术进行研究、改进以及融合,并增加GPS技术来完善系统,主要成果如下:1、针对现有的光载无线交换机远近端上下行信号之间存在的收发隔离度低、器件体积大、功率损耗过大和激光器易烧毁的问题。用以下方法解决问题:近端设计耦合电路控制射频开关器件,远端通过探测器电压信号控制上下行放大器电路的通断来增加收发隔离度;远端放大器电路采用放大器复用电路设计来降低功率;以射级跟随器为基础设计激光器保护电路。其中系统收发隔离度从原有的23dB增大到60dB,5个放大器缩减为3个放大器,近端模块体积降低三分之二。2、开发了以STM32、BC95、ESP8266WiFi模块为主体的以超低功耗为亮点的终端数据通信板,WiFi通信协议和NB-IoT协议在终端板实现智能选择。其中硬件设计中将各模块用跳线连接,在系统工作时可物理断开未用电路。软件部分设定为瞬时发送数据后立即进入待机的工作模式,同时保证系统待机电流在uA级别,实现一节AA电池可让系统工作数年目标。同时引出MCU多个引脚,可供系统拓展功能。3、对于GPS定位数据在特定场所会出现错误的情况,提出一种GPS信号路径纠错算法,通过计算当前点与前一权威点的权重在应用层实现对数据的识别、纠错、显示的功能。基于以上设计,终端板即可以实现超低功耗,又可以与光载无线交换机实现通信融合。整个通信系统结构简单,方便维护。