中國移動多媒體廣播智能網絡監測系統的設計與實現

張旭輝，董恩成，陳增吉

（1.哈爾濱理工大學 黑龍江 哈爾濱 150080；2.華電能源哈爾濱第三發電廠 黑龍江 哈爾濱 150024）

中國移動多媒體廣播（CMMB）是我國自主研發的、具有完全自主知識產權的移動多媒體廣播標準。目前，全國各大城市的CMMB網絡正在建設和完善當中，而CMMB信號的覆蓋測試為網絡優化和調整提供了重要的數據依據[1]。數字電視廣播網絡的建設是一個長期復雜的過程，需要經過不斷地調整和優化才能達到一個理想的效果。而只有有效、精確的網絡覆蓋測試才能為調整、優化提供可靠的依據。一個成熟穩定的CMMB網絡覆蓋測試系統，對于CMMB的發展具有重大意義[2]。因此，有必要設計一款針對CMMB網絡的覆蓋測試系統。

本設計基于高性能單片機STM32和GPRS無線通信方案實現了對測試點CMMB網絡覆蓋情況的實時監測，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能供電系統，保障其在無電源和人員看守的情況下長期穩定的工作。最后通過綜合測試，能實現所有要求的功能，完全滿足本次設計的要求。

1 測試需求分析

為了對測試點進行實時準確的信息監測，需要做好以下幾點。測試地點的地理位置，包括經度、緯度，至少每秒統計一次；終端板卡供電蓄電池電量實時更新；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；服務器端可以隨時更改信息上報時間間隔，并能對終端調諧器、解調器配置參數進行更改，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器端，服務器端只需要一臺性能良好的個人計算機，而測試終端主要由以下幾個模塊構成：射頻前端模塊模塊、功率測量與存儲模塊、GPS接收器、太陽能供電模塊、處理器模塊及GPRS無線通信模塊。各個模塊主要是通過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誤包率等信息進行讀取。CMMB信號調諧器主要是對從天線接收的高頻信號進行調諧輸出中頻信號；CMMB調諧解調模塊主要是對信號進行解調和信道解碼；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行存儲，GPS接收器用于獲取監測點地理位子信息，最后處理器通過GPRS無線模塊將信息發送至服務器端并從服務器接收控制命令。系統整體結構如圖1所示。

圖1 CMMB網絡監測系統結構框圖Fig.1 Structure diagram of the CMMB network monitoring system

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，芯片能夠通過天線或有線接收從44～885 MHz連續頻段信號，并將輸入的RF射頻信號進行調諧輸出4～44 MHz的中頻信號；此芯片還具有對原始的RF射頻信號無損耗的環出功能，這使得芯片再輸出中頻信號給功率測量模塊的同時，還能無損耗的環出一路CMMB信號到后級的解調模塊，是本系統調諧器的理想選擇[4]。

調諧解調模塊選用了創毅視訊公司的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、對前端后端設備無特殊要求。

3.2 GPRS無線通信模塊

本系統選用GPRS無線通信方案[4]，采用Fibocom的G600模塊，支持Dual 900/1800或850/1900雙頻。G600模塊外觀小巧，功耗低，GPRS數據連接可靠，內置TCP/IP協議棧，G600模塊采用串口通信。

3.3 GPS接收器

監測終端通過GPS接收器采集監測點地理信息，包括：經緯度、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境。其簡化的電路圖如圖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。

3.4 處理器模塊

處理器是整個監測終端的核心，負責采集射頻前端的數據以及與服務器端的通信。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，實時、低功耗、集成度高等特點，系統時鐘高達72 M，開發簡便且芯片內集成多種外設[5]。單片機電路圖如圖2所示。

圖2 單片機接口電路原理圖Fig.2 Schematic of microcontroller interface circuit

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 12位ADC，PC4是內部ADC1模擬輸入口，用于測量CMMB信號平均功率[6]。

3.5 太陽能供電模塊

測試終端采用太陽能供電方式，使得終端可以長期穩定的工作在缺少電源、無人管理的狀太下。監測終端板卡電源接口采用DC-12 V，采用太陽能供電方式，設計控制器對蓄電池進行充放電管理。本控制器為太陽能直流供電系統設計，并使用了專用電腦芯片的智能化控制器。控制器功能框圖如圖3所示。

圖3 太陽能控制器原理框圖Fig.3 Block schematic of solar controller

4 系統軟件設計

STM32處理器的軟件編程采用C語言編程，開發環境為MDK-4.0，軟件基本原理如圖4所示。

圖4 軟件設計流程圖Fig.4 Flow chart of the software design

開機后系統進行初始化，包括STM32各個外設的初始化、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器建立連接，連接建立成功后按照設定時間間隔定時向服務器上傳這些數據；與此同時時刻查收來自服務器端的命令信息，如設定更改信息上傳時間間隔、各參數門限值、調諧及解調芯片的頻點等，參數被修改后立即被存入EEPROM中，防止斷電信息丟失，下次開機后這些參數再次被讀取出來。

5 設備樣機與系統聯調

測試終端設備樣機與服務器端軟件完成后，項目組使用設備樣機和服務器軟件進行了系統聯調。項目組在北京市選取了3個監測點，監測點信息如表1所示，3個監測點分別放置了一臺CMMB監測終端，如圖5所示。

表1 監測點測試結果Tab.1 Test result of monitoring points

圖5 CMMB監測終端樣機（真武家園）Fig.5 CMMB monitoring terminal prototype（zhen wu jia yuan）

各個監測點實時回傳監測參數到服務器，服務器通過IP網絡獲得監測數據，并且根據軟件設置進行分析和報警處理，服務器軟件的監測界面如圖6所示。

通過設備聯調，項目組優化了系統性能，提高了系統的穩定性，經過數天的實驗，證明監測系統能夠及時有效地反應CMMB網絡的信號狀況。

6 結 論

圖6 CMMB監測服務器軟件界面Fig.6 Software interface of monitoring server

該監測系統采用了處理器STM32開發平臺和GPRS無線通信方案，成功地實現了對用戶端CMMB網絡覆蓋情況的實時監測，為廣大工程技術人員提供了一種高效、便捷的監管手段，達到了設計要求。

[1]中華人民共和國廣播電影電視行業標準GY/T220.1-2006-GY/T220[S].2-2006.

[2]解偉.移動多媒體廣播與標準[J].現代電信技術，2008（6）:22-27.XIE Wei.Mobile multimedia broadcasting standards[J].Modern telecommunications technology，2008（6）:22-27.

[3]鄭煒.便攜式多媒體終端硬件設計[D].浙江：浙江大學，2008.

[4]艾山江-克里木.嵌入式系統中無線通信技術的應用研究[D].無錫：江南大學，2009.

[5]李寧.基于MDK的STM32處理器開發應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[7]周潤景，袁偉亭.Candence allegro高速電路板設計與仿真[M].電子工業出版社，2009.