中国移动多媒体广播智能网络监测系统的设计与实现

摘要：为测试CMMB网络的覆盖情况，文中设计了基于处理器STM32及GPRS无线通信方案的CMMB智能网络监测系统。处理器通过解调模块和GPS模块采集信号质量的相关参数和地理位置信息，并通过GPRS模块将信息发送给服务器，同时接收服务器端的命令，完成终端与服务器的双向通信。终端利用太阳能供电，使其可长期工作在缺少电源、无人监管的状态下。经测试，系统工作性能稳定。
关键词：CMMB；无线通信；GPRS；远程控制

    中国移动多媒体广播(CMMB)是我国自主研发的、具有完全自主知识产权的移动多媒体广播标准。目前，全国各大城市的CMMB网络正在建设和完善当中，而CMMB信号的覆盖测试为网络优化和调整提供了重要的数据依据。数字电视广播网络的建设是一个长期复杂的过程，需要经过不断地调整和优化才能达到一个理想的效果。而只有有效、精确的网络覆盖测试才能为调整、优化提供可靠的依据。一个成熟稳定的CMMB网络覆盖测试系统，对于CMMB的发展具有重大意义。因此，有必要设计一款针对CMMB网络的覆盖测试系统。
    本设计基于高性能单片机STM32和GPRS无线通信方案实现了对测试点CMMB网络覆盖情况的实时监测，并利用GPS接收器将测试终端的地理位子信息上传到服务器端，完成了对监测终端的精准定位。
    终端板卡供电方式采用太阳能供电系统，保障其在无电源和人员看守的情况下长期稳定的工作。最后通过综合测试，能实现所有要求的功能，完全满足本次设计的要求。

1 测试需求分析
    为了对测试点进行实时准确的信息监测，需要做好以下几点。测试地点的地理位置，包括经度、纬度，至少每秒统计一次；终端板卡供电蓄电池电量实时更新；8 M信号带宽内的平均功率，单位为dBm，每秒统计一次，测量精度达到±1 dBm；CMMB信号解码LDPC误包率、RS误包率，每秒统计一次；服务器端可以随时更改信息上报时间间隔，并能对终端调谐器、解调器配置参数进行更改，以适应不同地区解调参数的不同。

2 总体设计
    本系统分为测试终端和服务器端，服务器端只需要一台性能良好的个人计算机，而测试终端主要由以下几个模块构成：射频前端模块模块、功率测量与存储模块、GPS接收器、太阳能供电模块、处理器模块及GPRS无线通信模块。各个模块主要是通过STM32微处理器的GPIO口连接与通信。处理器需要对射频前端的调谐器和解调器进行调谐频道和解调参数设置，并对RS误包率、LDPC误包率等信息进行读取。CMMB信号调谐器主要是对从天线接收的高频信号进行调谐输出中频信号；CMMB调谐解调模块主要是对信号进行解调和信道解码；功率的测量与存储模块负责将信号功率转换为电平信号送给STM32的ADC和将系统设置参数进行存储，GPS接收器用于获取监测点地理位子信息，最后处理器通过GPRS无线模块将信息发送至服务器端并从服务器接收控制命令。系统整体结构如图1所示。

3 系统硬件设计
3．1 射频前端模块
    射频前端模块包括调谐单元和解调单元。
    本系统中RF射频信号的调谐模块采用MXL5007，芯片能够通过天线或有线接收从44～885 MHz连续频段信号，并将输入的RF射频信号进行调谐输出4～44 MHz的中频信号；此芯片还具有对原始的RF射频信号无损耗的环出功能，这使得芯片再输出中频信号给功率测量模块的同时，还能无损耗的环出一路CMMB信号到后级的解调模块，是本系统调谐器的理想选择。
    调谐解调模块选用了创毅视讯公司的IF206型号的芯片，IF206芯片支持CMMB广播信道标准和复用标准；可同时接收卫星信号和地面信号；低功耗、低成本、对前端后端设备无特殊要求。
3．2 GPRS无线通信模块
    本系统选用GPRS无线通信方案，采用Fibocom的G600模块，支持Dual 900／1800或850／1900双频。G600模块外观小巧，功耗低，GPRS数据连接可靠，内置TCP／IP协议栈，G600模块采用串口通信。
3．3 GPS接收器
    监测终端通过GPS接收器采集监测点地理信息，包括：经纬度、海拔等，测试系统根据得到的GPS信息在地图的相应位置显示测试数据。本系统中选用GTS-4E-00模块，采用邮票贴片封装，可适应高温高湿，电磁干扰等恶劣工作环境。其简化的电路图如图2中所示，TXD连接STM32串口1，模块唤醒端连接PA9，J1为接收天线。

3．4 处理器模块
    处理器是整个监测终端的核心，负责采集射频前端的数据以及与服务器端的通信。处理器采用STM32F103RCT6型单片机，该芯片是基于Cortex—M3内核的新型32位嵌入式微处理器，它集合了性能高，实时、低功耗、集成度高等特点，系统时钟高达72 M，开发简便且芯片内集成多种外设。单片机电路图如图2所示。
    其中单片机的PB6、PB7口为其IIC接口，负责与MXL5007、存储芯片AT24C1024通信；PA5-PA7口是其SPI接口，用于与IF206通信；PA10口是串口1接收端，用于接收GPS模块数据，PA9口用于使能GPS模块；PA2、PA3是串口3，用于与GPRS模块G600通信；PC2、PC3分别作为MXL5007的使能和复位端；STM32内部还有两个12位ADC，PC4是内部ADC1模拟输入口，用于测量CMMB信号平均功率。
3．5 太阳能供电模块
    测试终端采用太阳能供电方式，使得终端可以长期稳定的工作在缺少电源、无人管理的状太下。监测终端板卡电源接口采用DC—12 V，采用太阳能供电方式，设计控制器对蓄电池进行充放电管理。本控制器为太阳能直流供电系统设计，并使用了专用电脑芯片的智能化控制器。控制器功能框图如图3所示。

4 系统软件设计
    STM32处理器的软件编程采用C语言编程，开发环境为MDK-4．0，软件基本原理如图4所示。

    开机后系统进行初始化，包括STM32各个外设的初始化、从EEPROM中读取系统之前设置的参数值、对MXL5007和IF206的初始化。系统初始化完成后分别读取太阳能蓄电池剩余电量信息、GPS信息、RS误包率、LDPC误码率、信号平均等信息，之后判断是否与服务器建立连接，连接建立成功后按照设定时间间隔定时向服务器上传这些数据；与此同时时刻查收来自服务器端的命令信息，如设定更改信息上传时间间隔、各参数门限值、调谐及解调芯片的频点等，参数被修改后立即被存入EEPROM中，防止断电信息丢失，下次开机后这些参数再次被读取出来。

5 设备样机与系统联调
    测试终端设备样机与服务器端软件完成后，项目组使用设备样机和服务器软件进行了系统联调。项目组在北京市选取了3个监测点，监测点信息如表1所示，3个监测点分别放置了一台CMMB监测终端，如图5所示。

    各个监测点实时回传监测参数到服务器，服务器通过IP网络获得监测数据，并且根据软件设置进行分析和报警处理，服务器软件的监测界面如图6所示。

    通过设备联调，项目组优化了系统性能，提高了系统的稳定性，经过数天的实验，证明监测系统能够及时有效地反应CMMB网络的信号状况。

6 结论
    该监测系统采用了处理器STM32开发平台和GPRS无线通信方案，成功地实现了对用户端CMMB网络覆盖情况的实时监测，为广大工程技术人员提供了一种高效、便捷的监管手段，达到了设计要求。