基于STM32的CMMB智能網(wǎng)絡(luò )監測系統的設計與實(shí)現

　　中國移動(dòng)多媒體廣播(CMMB)是我國自主研發(fā)的、具有完全自主知識產(chǎn)權的移動(dòng)多媒體廣播標準。目前，全國各大城市的CMMB網(wǎng)絡(luò )正在建設和完善當中，而CMMB信號的覆蓋測試為網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化和調整提供了重要的數據依據。數字電視廣播網(wǎng)絡(luò )的建設是一個(gè)長(cháng)期復雜的過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)不斷地調整和優(yōu)化才能達到一個(gè)理想的效果。而只有有效、精確的網(wǎng)絡(luò )覆蓋測試才能為調整、優(yōu)化提供可靠的依據。一個(gè)成熟穩定的CMMB網(wǎng)絡(luò )覆蓋測試系統，對于CMMB的發(fā)展具有重大意義。因此，有必要設計一款針對CMMB網(wǎng)絡(luò )的覆蓋測試系統。

　　本設計基于高性能單片機STM32和GPRS無(wú)線(xiàn)通信方案實(shí)現了對測試點(diǎn)CMMB網(wǎng)絡(luò )覆蓋情況的實(shí)時(shí)監測，并利用GPS接收器將測試終端的地理位子信息上傳到服務(wù)器端，完成了對監測終端的精準定位。

　　終端板卡供電方式采用太陽(yáng)能供電系統，保障其在無(wú)電源和人員看守的情況下長(cháng)期穩定的工作。最后通過(guò)綜合測試，能實(shí)現所有要求的功能，完全滿(mǎn)足本次設計的要求。

　　1 測試需求分析

　　為了對測試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)準確的信息監測，需要做好以下幾點(diǎn)。測試地點(diǎn)的地理位置，包括經(jīng)度、緯度，至少每秒統計一次;終端板卡供電蓄電池電量實(shí)時(shí)更新;8 M信號帶寬內的平均功率，單位為dBm，每秒統計一次，測量精度達到±1 dBm;CMMB信號解碼LDPC誤包率、RS誤包率，每秒統計一次;服務(wù)器端可以隨時(shí)更改信息上報時(shí)間間隔，并能對終端調諧器、解調器配置參數進(jìn)行更改，以適應不同地區解調參數的不同。

　　2 總體設計

　　本系統分為測試終端和服務(wù)器端，服務(wù)器端只需要一臺性能良好的個(gè)人計算機，而測試終端主要由以下幾個(gè)模塊構成：射頻前端模塊模塊、功率測量與存儲模塊、GPS接收器、太陽(yáng)能供電模塊、處理器模塊及GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊。各個(gè)模塊主要是通過(guò)STM32微處理器的GPIO口連接與通信。處理器需要對射頻前端的調諧器和解調器進(jìn)行調諧頻道和解調參數設置，并對RS誤包率、LDPC誤包率等信息進(jìn)行讀取。CMMB信號調諧器主要是對從天線(xiàn)接收的高頻信號進(jìn)行調諧輸出中頻信號;CMMB調諧解調模塊主要是對信號進(jìn)行解調和信道解碼;功率的測量與存儲模塊負責將信號功率轉換為電平信號送給STM32的ADC和將系統設置參數進(jìn)行存儲，GPS接收器用于獲取監測點(diǎn)地理位子信息，最后處理器通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)模塊將信息發(fā)送至服務(wù)器端并從服務(wù)器接收控制命令。系統整體結構如圖1所示。

　　CMMB網(wǎng)絡(luò )監測系統結構框圖

　　3系統硬件設計

　　3.1射頻前端模塊

　　射頻前端模塊包括調諧單元和解調單元。

　　本系統中RF射頻信號的調諧模塊采用MXL5007，芯片能夠通過(guò)天線(xiàn)或有線(xiàn)接收從44～885 MHz連續頻段信號，并將輸入的RF射頻信號進(jìn)行調諧輸出4～44 MHz的中頻信號;此芯片還具有對原始的RF射頻信號無(wú)損耗的環(huán)出功能，這使得芯片再輸出中頻信號給功率測量模塊的同時(shí)，還能無(wú)損耗的環(huán)出一路CMMB信號到后級的解調模塊，是本系統調諧器的理想選擇。

　　調諧解調模塊選用了創(chuàng )毅視訊公司的IF206型號的芯片，IF206芯片支持CMMB廣播信道標準和復用標準;可同時(shí)接收衛星信號和地面信號;低功耗、低成本、對前端后端設備無(wú)特殊要求。

　　3.2 GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊

　　本系統選用GPRS無(wú)線(xiàn)通信方案，采用Fibocom的G600模塊，支持Dual 900/1800或850/1900雙頻。G600模塊外觀(guān)小巧，功耗低，GPRS數據連接可靠，內置TCP/IP協(xié)議棧，G600模塊采用串口通信

　　3.3 GPS接收器

　　監測終端通過(guò)GPS接收器采集監測點(diǎn)地理信息，包括：經(jīng)緯度、海拔等，測試系統根據得到的GPS信息在地圖的相應位置顯示測試數據。本系統中選用GTS-4E-00模塊，采用郵票貼片封裝，可適應高溫高濕，電磁干擾等惡劣工作環(huán)境。其簡(jiǎn)化的電路圖如圖2中所示，TXD連接STM32串口1，模塊喚醒端連接PA9，J1為接收天線(xiàn)。

　　單片機借口電路原理圖

　　3.4處理器模塊

　　處理器是整個(gè)監測終端的核心，負責采集射頻前端的數據以及與服務(wù)器端的通信。處理器采用STM32F103RCT6型單片機，該芯片是基于Cortex—M3內核的新型32位嵌入式微處理器，它集合了性能高，實(shí)時(shí)、低功耗、集成度高等特點(diǎn)，系統時(shí)鐘高達72 M，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便且芯片內集成多種外設。單片機電路圖如圖2所示。

　　其中單片機的PB6、PB7口為其IIC接口，負責與MXL5007、存儲芯片AT24C1024通信;PA5-PA7口是其SPI接口，用于與IF206通信;PA10口是串口1接收端，用于接收GPS模塊數據，PA9口用于使能GPS模塊;PA2、PA3是串口3，用于與GPRS模塊G600通信;PC2、PC3分別作為MXL5007的使能和復位端;STM32內部還有兩個(gè)12位ADC，PC4是內部ADC1模擬輸入口，用于測量CMMB信號平均功率。

　　3.5太陽(yáng)能供電模塊

　　測試終端采用太陽(yáng)能供電方式，使得終端可以長(cháng)期穩定的工作在缺少電源、無(wú)人管理的狀太下。監測終端板卡電源接口采用DC—12 V，采用太陽(yáng)能供電方式，設計控制器對蓄電池進(jìn)行充放電管理。本控制器為太陽(yáng)能直流供電系統設計，并使用了專(zhuān)用電腦芯片的智能化控制器?？刂破鞴δ芸驁D如圖3所示。

　　太陽(yáng)能控制器原理框圖

　　4系統軟件設計

　　STM32處理器的軟件編程采用C語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)環(huán)境為MDK-4.0，軟件基本原理如圖4所示。

　　軟件基本原理

　　開(kāi)機后系統進(jìn)行初始化，包括STM32各個(gè)外設的初始化、從EEPROM中讀取系統之前設置的參數值、對MXL5007和IF206的初始化。系統初始化完成后分別讀取太陽(yáng)能蓄電池剩余電量信息、GPS信息、RS誤包率、LDPC誤碼率、信號平均等信息，之后判斷是否與服務(wù)器建立連接，連接建立成功后按照設定時(shí)間間隔定時(shí)向服務(wù)器上傳這些數據;與此同時(shí)時(shí)刻查收來(lái)自服務(wù)器端的命令信息，如設定更改信息上傳時(shí)間間隔、各參數門(mén)限值、調諧及解調芯片的頻點(diǎn)等，參數被修改后立即被存入EEPROM中，防止斷電信息丟失，下次開(kāi)機后這些參數再次被讀取出來(lái)。

　　5 設備樣機與系統聯(lián)調

　　測試終端設備樣機與服務(wù)器端軟件完成后，項目組使用設備樣機和服務(wù)器軟件進(jìn)行了系統聯(lián)調。項目組在北京市選取了3個(gè)監測點(diǎn)，監測點(diǎn)信息如表1所示，3個(gè)監測點(diǎn)分別放置了一臺CMMB監測終端，如圖5所示。

　　監測點(diǎn)測試結果

　　CMMB監測終端樣機

　　各個(gè)監測點(diǎn)實(shí)時(shí)回傳監測參數到服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )獲得監測數據，并且根據軟件設置進(jìn)行分析和報警處理，服務(wù)器軟件的監測界面如圖6所示。

　　CMMB監測服務(wù)器軟件界面

　　通過(guò)設備聯(lián)調，項目組優(yōu)化了系統性能，提高了系統的穩定性，經(jīng)過(guò)數天的實(shí)驗，證明監測系統能夠及時(shí)有效地反應CMMB網(wǎng)絡(luò )的信號狀況。

　　6 結論

　　該監測系統采用了處理器STM32開(kāi)發(fā)平臺和GPRS無(wú)線(xiàn)通信方案，成功地實(shí)現了對用戶(hù)端CMMB網(wǎng)絡(luò )覆蓋情況的實(shí)時(shí)監測，為廣大工程技術(shù)人員提供了一種高效、便捷的監管手段，達到了設計要求。