（机械电子工程专业论文）直放站自动选频综合监控系统的设计.pdf

摘要 随着移动通讯的发展，特别是3 g 时代的来临，直放站监控系统需要监控的 数掂量逐渐增多，对监控的实时性要求越来越高，原有的基于单片机的监控终端 不能够满足这样的发展趋势：集中监控中心监控的项目不多，操作维护的效率低 下，是目前集中监控中心存在的不足：现有选频直放机不能够及时地随着小区频 点的改变而改变，严重影响网络的质量。 从成本和发展的趋势考虑，课题选用t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 作为监控终端的微处 理器。采用模块化的设计方法设计了基于t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的监控板，完成信号 的采集及其同集中监控中心的通讯。由于t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 片上集成了1 6 路1 0 位a d 转换器，设计的电路板没有必要扩展a d 转换芯片，电路板的尺寸较原 来的电路板尺寸减小了4 0 ，大大降低了成本。采用c c s 仿真，根据监控系统 的要求编写了监控终端软件。按照统一监控管理协议规范，采用v i s u a lb a s i c 和 a c c e s s 设计了监控中心软件。增加了监控中心的监控量。 针对选频直放站不能够迅速地完成直放站与基站的频率匹配问题。本课题从 实现自动选频的成本和效率上重点论述了自动选频的实现方法。采用监控中心读 取网管中心直放站所在小区的频点信息，然后通过短消息的方式发送设置命令的 方法来实现自动选频。自动选频功能的实现提高了移动网络的质量。 关键词：直放站监控监控终端数据库自动选频短信 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ec o m i n go f 3 g ，t h e n u m b e rt h a tt h er e p e a t e rc o n t r o l l i n gs y s t e mw a n tt os u p e r v i s ei sm o r ea n dm o r ea n d t h er e q u e s to fr e a l t i m ei sm o r ea n dm o r eh i g h a sar e s u l tt h ec o n t r o l l e rc a n tb ea b e t t e rc h o i c en o w a d a y s n o wt h es h o r t a g eo fc o n t r o l l i n gc e n t e ri sl a c ko fm u c hm o r e n u m b e ro fc o n t r o la n dt h ei n e f f i c i e n to fo p e r a t i o n n o w a d a y st h er e p e a t e ro fs e l e c t i n g f r e q u e n c yc a n t n o tc h a n g et h ef r e q u e n c yi nt i m ea st h ef r e q u e n c yo fa r e ah a s c h a n g e d t h i sp a p e rs e l e c t st m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 aa st h ec o n t r o l l e r sc p uf o ri t s c o s ta n dt h e d e v e l o p m e n to fc o n t r 0 1 w eh a v ed e s i g nt h ec i r c u i tb o a r dw h i c hi sb a s e do nt h e t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a ，w h i c hc a ng e tt h es i g n a la n dc o m m u n i c a t ew i t hc e n t e rc o n t r o l ， a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o ls y s t e m ，w eh a v ew r i t et h ep r o g r a mo ft e r m i n a lc o n t r o lb yt h e c c s a st h et m $ 3 2 0 l f 2 4 0 7 ah a v et h es i x t e e nc h a n n e l sw h i c hi st e nb i t w eh a v e n o tt h en e c e s s a r yt oe x t e n dt h ea dc o n v e r t ，s ot h eb o a r d s s i z er e d u c et os i x t y p e r c e n to ft h eo r i g i n a lb o a r d a n da c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lm a n a g e m e n tp r o t o c o l ，w e h a v ef i n i s ht h es o f t w a r eo fc e n t e rc o n t r o lb yt h ev ba n da c c e s s t h i s p a p e rh a v e d i s c u s st h ew a yt h a th o wt od o s e l e c t i n gf r e q u e n c y a u t o m a t i c a l l yf r o mt h ec o s ta n de f f i c i e n c yi no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mt h a t t h e s e l e c t i n gf r e q u e n c yr e p e a t e r c a n t c h a n g ei t sf r e q u e n c ya st h eb a s e s t a t i o n s f r e q u e n c yc h a n g e w eu s ec o n t r o lc e n t e rt og e tt h ef r e q u e n c ys i g n a lo ft h ea r e ao f r e p e a t e r ，a n ds e n dt h es h o r tm e s s a g et oc h a n g et h ef r e q u e n e yo ft h er e p e a t e r t h e f u n c t i o no fs e l e c t i n gf r e q u e n c ya u t o m a t i c a l l yc a l lm a k et h em o b i l en e t w o r kb e a e r s i l i nz h u m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g l d i r e c t e db yv p r o f g u o p i n gl i u k e yw o r d ：c o n t r o lo fr e p e a t e r t e r m i n a lc o n t r o l d a t a b a s e s e l e c tf r e q u e n c ya u t o m a t i c a l l y s h o r tm e s s a g e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 教育机构的学位或证书而使用过的材料。 也不包含为获得南昌大学或其他 与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字同期： 扫6 年 g 月l 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：葛批 签字日期：驴k 毛月 1 日 日 导师签名： 棚、葫邳 l 签字日期：步厂年月，二珍 学位论文作者毕业后去向：m 否 工作单位：；磐再w s 下纠毒代状 电话： 通讯地址：纠暑沛竽 匕佝降韶彦多芋却尹邮编：炉p 力弓蟮吻 第章引南 第一章引言 本章先介绍了课题的意义和目的，提出了本论文的研究内容，并对直放站和 直放站监控系统的现状和发展做了论述。 1 1 课题意义和目的 在移动通信迅速发展的今天，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号 区和卣区，而对一些偏远地区和用，- ! - 一数不多的盲区，要架设模拟或数字基站成本 太高，基础设施也较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功 能的经济有效的设备直放站是很有必要的。为此，移动通信服务商们开始在 基地之外的建筑物内部及地下等电波茸区设置直放站，以最大限度地满足用户刺 于通话服务的要求。 随着移动通讯网络的迅速发展，直放站设备数量不断增加。直放站监控系统 本着“集中监控、集中维护、集中管理”的原则，对多厂商环境下的直放站设备 进行集中统一的监控管理与操作维护，对设备性能参数进行统计和分析，以保证 直放站设备的正常运行。 由于在直放站监控方蕊没有一个严格的规范，同时监控数据也没有很好地被 利用，存在着协议不统一、功能简单、操作维护矸i 方便、二次开发困难、对现场 维护成本没有有效降低等问题。本课题都展开了研究。并在考虑上述问题的基础 上展丌设计。 对于选频直放机，如果直放站所在小区的频点发生变化，而直放站的频点却 没有发生变化的话，将严重影响直放站所覆盖的区域的网络信号，所以当直放站 所在小区的频点发生变化，直放站的频点要及时的发生变化，而目前的直放站监 控系统大多采用手工修改频点的方式，效率低下，影响网络质量，所以急需解决 此问题，这是开展本课题的主要目的之一。 解决直放站的自动选频问题，可以提高维护效率，降低维护成本，提高网络 质量。 南昌大学坝土学位论义 1 2 直放站概述 直放机是基站与手机的中继设备。它属于一种同频放大设备，是在无线通信 传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。氩放机的基本功能就是增 强劓频信号功牢。直放机的i ：作原理是：在f 行链路巾，从施主天线现有的覆盖 区域中提取信号，所提取的信号经过带通滤波器，带通滤波器能剥带通外的信号 进行极好的隔离，然后将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上 行链路中，覆盖区域内的移动手机的信号以同样的j ：作方式山上行放大链路处理 后发射到相应基站，从而达到基立占与手机的信号传递”1 。当前氲放机的结构和 功用主要分：收发天线、双工器、低噪声放大器( l n a ) 、窄带滤波器、高增益放 大器、双工器和收发天线等，如图1 1 所示 直放站的种类有很多：从传输信号分有g s m 直放站和c d v i a 直放站，从安装 场所来分有室内机型和室外机型，从传输带宽来分有宽带直放站和选频( 选信道) 直放站，从传输方式来分有商放式直放站、光纤传输龃放站和移频传输直放站等。 一上仃 图i i直放站结构 1 3 直放站监控系统概述 由于直放站分布较分散，如果没有监控，直放站是否停电、功放是否发生故 障、频率是否失锁等都无法判断，会造成直放站经常处于非正常工作状态，在没 有监控系统的时候，都足靠维护人员反映才能够知道直放机出了故障。这样就会 2 第一章引高 影响网络质量。这情况对于乡镇的直放站更加严重，给生产商和运营商带来经 济损失和用户的投诉。直放站网络监控系统一般由监控中一心( 上位机) 、通信信 道和直放站监控终端( 下位机) 三部分组成。目前，一般的直放站监控系统原理 框图见图1 2 。 幽1 2 直放站监控系统组成 监控中心的主要职能是对直放站进行“集中控制，统一监管”。监控中心对 直放站的操作主要包括参数设置、数据查询、告警处理三种业务。监控中心进行 操作维护管理、对数据库进行处理，收集各个运行的直放站的运行状态和告警信 息，使维护人员可以通过终端查询各直放站的运行情况。可以进行直放站的参数 设置，通过远程更改直放站的增益、衰减量、频点等参数来对直放站的工作状态 进行更改。同时它需要有友好的人机交互界面，方便操作维护。如上图所示，其 网管服务器实际上起可监控中心的作用。 直放站作为被监控中心监管的对象，在被动应答来自监控中心的命令外还必 须将当前故障信息以告警命令的形式主动上报给监控中心。在直放站远端有监控 模块对直放站的有源器件进行监控，收集本地的告警、测量各部分的运行参数、 通过通信接口与近端或监控中心进行通信，接收监控中心的指令，进行相应的操 作，现多采用a t 8 9 c 5 1 单片机来作为监控模块的c p u 。 南昌大学硕十学位沦义 髓控中心和直放站的通讯方式可以是r s 一2 3 2 串口直连、( s 数据传输和g s m 短信方式等，监控中心通过局域网与短信中心连接，可与直放站监控模块进行短 信互通，进行小数掘量的通讯，如传递告警、状态和参数信息等。当需要在上、 下位机传递较大数据量的信息时，就需要使用如g p r s 方式等的无线数据传输方 式。图中的多串口卡无线m o d e m 就是可用于这种情况，同时若监控中心无法与短 信中心连接，也可以单独使用无线m o d e m 方式。同理，有些情况也可只使用与短 表l1 直放站监控的常川项目 查询项目告警项目控制项p l 直放站名称电源掉电丌关远端机 赢放站类型电源故障告警丌关设备的工作电源 直放站编号白激告警设置功放丌关 直放站型号门禁告警调整上下行增益 直放站设备编号上行低噪放故障选择和设定通信方式 设置上行衰减量下行低噪放故障s i m 卡号码 设置下行衰减量上行功放丌关短信中心号码 上行输入功率门限下行功放丌关查询控制电话 下行输出功率门限信道失锁信源信息参数 上行输出功率监控电源告警站点经纬度 下行输出功率交流电压告警用户的权限管理 上行最大增益过流告警报表的生成 下行最大增益上行功放过功率一定的统计功能 上行衰减量下行功放过功率轮巡参数的设定 下行衰减量上行功放过温度 上行电压低阀值 下行功放过温度 交流电压高阀值上行功放驻波比 电流高阀值下行功放驻波比 设置上行选段信道收发信号告警 设置下行选段信道 光收发模块故障 选频信道 4 第一章引音 信中心连接的方式。目前监控中，b s n l 。i _ 控终端的数据交换主要包括：监控l 辛心 的套询项目、监控终端的主动告警项i ：d 和龄控中心的控制项i | 。具体如表1 1 。 现在g s m 直放站是比较成熟的，各厂家的型号、功能也大同小异，监控系统 也有相应的功能和一定的作用，给设备运行和维护带来方便。但也存在着不足， 我们与先创公司的技术人员进行探讨，查阅了不少厂商的资料，并在我们的系统 中进行改进。 1 、单一的监控系统，数据共享性差，没有很好地利用移动通信不i 司系统的 信息。直放站系统也是移动通信无线网络系统的重要组成部分，剥网络的建设、 维护和优化需要考虑全面，需要各个系统协调运行，目前，各个直放站生产厂家 的一l f 位机的数掘没有被很好地利用，未能很好地与t m n 网管系统共享。 2 、通信的协议规范不统一，不同厂商的上下位机之间互连存在问题。一个 运营商在同一地区可能使用几个厂商生产的直放站发备，如果协议规范不统一， 就要为每个厂商的设备设立监控平台，不仅麻烦而且不利于管理。统一平台、统 一协议规范、这对整个系统是至关重要的。 3 、表1 1 所列的直放站监控项目的内容还不够丰富，在实际使用中仍需要 根据运营商的要求和生产商技术人员的保障要求新增一些新的管理项目，如位置 图片、分类分级统计、不同生产厂家和不同运营商的区分等。 4 、目前国内所有的直放站监控系统的远程监控模块均是单一的数据采集和 控制模块，二次丌发能力不强，不能满足实时性要求很高的、需大数据处理的要 求，如远程测试等的要求。d s p 是适应高速数据处理要求的微处理器，广泛应用 于国民经济的各个部分，考虑今后产品的扩展性，如3 g 的要求，在进行该项目 开发中采用t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 作为远程监控模块的主控芯片。 5 、选频直放站不能随着基站的频率调整进行频率更新，不能智能地进行选 频工作。这个功能非常有用，特别是选频直放站数目较多，全网进行大规模频率 调整的时候，如果靠手工记录，直放站一个一个进行频率更新，不仅效率很慢， 而且容易遗漏和出错。依靠这个功能，可以在短时间内完成频率调整工作，减少 人力物力的投入。这也是本课题开展的原因之一。 1 4 小结 从发展的角度出发，提出了优化监控终端性能的要求，从系统的应用的角度 南昌大学硕十学位论义 出发，提出了监控中心统一管理各种不同类型的直放站和自动选频的要求，这两 个“要求”可以满足移动网络的发展，提高设备商的竞争力。 6 第二章系统总体方案设i 第二章系统总体方案设计 本章先介绍了一般直放站监控系统的组成，接下来介绍了直放站自动选频监 控系统的功能，从直放站自动选频监控系统的功能、实现功能的难易程度、开发 的成本和效率出发探讨并得出了系统的总体方案。 2 1 直放站临控系统的组成 直放站监控系统一般由监控中心、通信信道和直放站三部分组成。对应于本 课题也是由三个部分组成：监控中心软件丌发、通信信道协议的编程和l 瞌控终端 软硬件的丌发。 监控中心主要由数据库服务器、操作维护中心和通信服务器组成，对单机板 的监控系统，这三部分可集中在一台电脑或服务器中。数据库服务器用于存放直 放站的基本参数、直放站运行参数的设置值、直放站的运行状态、解析各短信的 内容。同时数据库也是直放站监控系统与其他网管系统联系的桥梁，方面它在 系统问起安全隔离的作用，另一方面，不同网管系统数据的共享，可提升直放站 监控系统的功能。 操作维护中心是为了对直放站监控系统进行操作维护管理。按照工程技术人 员的要求和习惯进行操作管理，项目完备、人机界面友好，可与数据库服务器、 通信服务器进行管理和数据的通讯。操作维护中心还要考虑到直放站监控软件对 一些操作和故障的处理流程，不要造成误操作和无效的操作。 通信服务器的目的是上下位机之间的通信，监控中心和直放站的通信方式可 以是r s 2 3 2 串口直连、无线m o d e m 拨号和短信方式等。目前的远程监控单元的 r s 2 3 2 串1 ：3 分为两路，一路可直接与现场维护的电脑直连，另一路通过移动无线 m o d e m ，可进行短信或g p r s 与监控中心进行数据联系。接口协议是至关重要的， 在考察中国联通直放站网络管理技术规范版本1 0 ，我们按照先创公司的要 求，采用其先创g s m 直放站网管技术规范( 2 1 ) 。 监控终端采集直放站的状态信号通过m o d e m 把信号发送到骼控中心，并且 通过m o d e m 接收监控中心的控制信号设置直放站。操作维护人员可以通过监控 终端上的液晶显示屏和键盘查看和设黄直放站的运行状态和参数。原本地一远程 7 南昌大学硕十学位论义 峪控单元( g 3 v 1 1 a ) 采用8 9 c 5 i 单片机系统，我们新殴计的远程熊控单元采用 1 1 m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的d s p 系统，根据直放站各部件到 | i 【控单元的引线接i - 7 ，我们 的新系统也是采集和处理这些数据，j i ej t , t 控中心的控制下，依照接口i 办议规范 进行相应的操作。这部分涉及到软硬件的设计。这部分将在第三章和第四章进行 沦述。 2 2 直放站自动选频监控系统功能 直放站自动选频监控系统【l 勺功能主要包括配置管理功能、操作维护功能、故 障告警管理功能、安全管理功能雨i 自动选频五个部分。 2 2 1 配置管理功能 包括创建网元、关联指配配置、配置修改、配置删除、配置统计、配置修改 自动上报的功能，用于直放站设备新增、修改、统计等：翻里性管理。 1 、创建网元一一h j 于新增网元纳入网络管理的情况，主要用r 人工创建网 元的基本信息。可创建的配置信息应包括站点基本信息( 指施丰小区信息、设备 生产厂家、设备类型、设备编号、电话号码、站点描述等) 。 2 、关联指配配置峪控中心可将各网元设备的配置信息相关联。包括网 元与其他网元没备之间的关系，即指配网元主设备与相关从设备的对应关系，以 及直放站与关联小区的对应关系，其关联需在电子地图上呈现其拓扑关系。 3 、配置修改对于属于人工配置的数据，允许通过特定界面进行单个数 掘的修改。对于批量数据修改，要求实现批量网元配置信息导入导出，导入 导出字段可以进行人工设置。对于网元设备上的配置参数，在进行更改时应保持 监控中心和网元设备数据的一致：要求实现人工更改监控中一l b , 的配置数据，并同 步至网元设备：对于各种原因( 非监控中心向下配置情况的) 引起的网元设备配 置参数变化，要求通过一定策略实现监控中心配置数据的及时更新。当监控中心 收到设备的更新信息时，须向设备返回成功消息。 4 、配置删除根据实际中的直放站设备需要被搬迁、拆除和更换情况， 要进行对应的配置信息删除。当删除对应站点配置信息时，根据站点配置信息的 关联关系，同时删除关联信息( 历史配置数据、告警数据均不受影响) 。 第二章系统总体方案设i 5 、配置统计提供按业务区、设备类别、j 一家名称等条件统计被管网元 的数量，并形成最终报表的功能。对已查嘲的站点参数可进行可选择性的统计、 导出、报表打印。 6 、配置修改自动上报在非监控中心向下配置情况引起的网元设备配置 参数变化( 设备硬件变化影ij 向到设备监控参数变化时，如选频直放站的载波数发 生变化) ，能够实现网元i j ； 备向监控中心自动上报剥应的各项配筒数据。监控中 心应能根据设备上报的配置修改情况对监控中心配置信息进行相应的同步更新 以反映设备的真实情况。 2 2 2 自动选频功能 e l 前如果直放站所在小区的信号频点发生改变，需要人工输入直放站的新频 点，其缺点是效率低下，如果没有及时修改还会影响网络质量。作为本课题的研 究的重点内容，我们将在以后的章节介绍。 2 2 3 操作维护管理功能 操作维护管理功能是对直放站的设备的运行进行相应的操作、维护，完成对 直放站的一些控制功能，是监控的主要方面。主要进行的操作有： 1 、参数查询提供对设备的配置信息的数据查询功能，可查洵各网元设 备之问的关联关系，并以拓扑形式进行显示。可以组合查询设备的所有信息内容 ( 包括基本信息、告警信息、参数信息等) 。 2 、参数设置提供对设备的配置参数的数据修改功能，可实现对设备功 放开关、信道频率、增益、门限的远程控制功能。监控中心具备对无线网络资源 动态配置系统定时切换的控制功能。 3 、定时轮询定时轮询提供对选定的单个或多个设备的部分或全部参数 进行周期性查询的功能。定时轮询包括对设备的配罱参数、性能参数、工作状态 进行查询，并保存到数据库中，同时生成定时轮洵同志，记录轮询的执行情况。 2 2 4 故障告警管理功能 故障管理提供对直放站故障告警信息进行集中监视和管理。能够实现对告警 数据的实时采集和集中监视，辅助运维人员和值班人员快速地发现网络问题和定 位故障。 9 南昌大学硕二 学位沦文 l 、告警分类一需要采集的告警包括故障告警( 直放站的故障告警) 、闽 值告警( 宜放站的性能参数超出预先设定的范围时触发性能越限告警) 、监控中 心自身告警( 当某一网元设备持续一定时间不响应监控中心时，临控中心自动生 成该网元设备的通信连接告警) 及其它与监控中心设备有关的告警。 2 、告警处理包括：告警列表、告警查询、告警统计分析、告警确认与 清除等功能。监控中心在接收到设备告警信息后，应首先向设备返回一条确认信 息表示收到告警。 2 2 5 安全管理功能 安全管理的功能主要是负责接入和授权管理及列全网安全起保证作用，其主 要功能包括：权限管理功能、用户及用户组管理和日志管理。 1 、用户权限管理包括基于用户的添加，修改，删除，查看权限管理： 基于用户组的添加，修改，删除，查看权限管理；基于告警的提示方式，删除， 查看权限管理；基于直放站的添加，修改，删除，查看，控制信息下发，性能查 询权限管理；基于系统日志的查看，删除，备份权限管理； 2 、用户及用户组管理定义用户组：监控中心根据不同的工作需要把不 同的功能权限赋予用户组，不同的用户组拥有不同的管理权限。定义用户：将不 同的管理权限分配给不同的用户组，再把用户分配到用户组里，一个用户可以同 时属于多个用户组，这样不同的用户就拥有了不同的管理权限。 3 、目志管理一提供系统访问日志和系统操作日志等管理功能。 2 3g s m 直放站数据包协议 监控中心和直放站都是以数据包的形式进行交互，一个完整的命令包由起使 标志单元、命令单元、c r c 校验单元、结束标志单元4 部分组成。详见表2 1 。 表2 1j i | 【控中心和直放站信息交且命令包通用格式 厂t 一 起始标志单元命令单元 校验单元结束标志单元 表2 1 各单元详细说明如下： 1 起始标志单元：1 字节长度，表示一个完整数据包( 分组) 起始标志， 固定为a s c i i 字符x ( 0 x 5 8 ) 。 2 命令单元：由命令控制头和命令体两部分组成。命令控制头包括：协议 版本号、总包数、包序号、设备类别型号、命令编号、直放站编号、设备编号、 1 0 第二章系统总体方案设计 应答标志、命令体长度9 个字段组成，共1 2 个字节长度。命令体的解析方法和 实际长度由控制部分的“命令编号”字段和“命令体长度”确定。 3 校验单元：针对协议中的“命令单元”进行校验( 从“命令单元”的第 一个字节计算到最后一个字节) ，采用c c i t t 推荐的1 6 位的 x 1 6 + x 1 2 + x 5 + i ( o x l 0 2 1 ) 。生成2 字节的c r c 校验和( 低字节在前，高字节在后) 。 4 结束标志单元：1 字节长度，表示一个完整数据包( 分组) 起始标志， 固定为a s c i i 字符x ( 0 x 5 8 ) 。 2 4 系统总体方案的选择 2 4 1 监控板智能模块获取频点信息方案 针对本课题需要解决自动选频的问题，同时考虑到降低系统的成本，我们提 出了两种方案。 1 、 监控板智能模块获取频点信息方案 监控终端的监控板采用微处理器，同时开发智能获取频点信息模块，如从 g s m 中的b c c h 信道上的小区广播消息( s y s r 眺i n f o 姒t i o n 3 ) 中得到小区的频 率信息，再由监控板定时获取由智能获取频点信息模块所采集到的频点信息，并 通过i o 口设置直放站的选频器件，达到自动选频的目的。这对微处理器的要求 很高，同时现有的能够读取小区信令信息的模块一般是专业的测试手机，开发成 本很大。 2 、利用监控中心获取频点信息方案 由于基站的监控中心有直放站所在小区的频点信息，所以我们考虑直放站 监控中心采用一定的通讯方式把基站的频点信息读取过来，然后通过发送设置命 令设置各个直放站的频点信息，从而达到自动选频目的。监控终端微处理器采用 t m $ 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 。 2 4 2 本课题系统的总体方案 一、下位机微处理器选择 下位机微处理器有两个选择：t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 和a t 8 9 c 51 。t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 有处理速度快( 4 0 m i p s ) 、外设集成度高、程序存储器大的特点。片内有高达 3 2 k 字的f l a s h 程序存储器，高达1 5 k 字的数据程序r a m ，5 4 4 字双口r a m ( d a r a m ) 和2 k 字的单口r a m ( s a r a m ) 。3 。集成了1 6 路l o 位a d 转换器，转换时间为5 0 0 n s ， 具有自动排序功能，使最大为1 6 路的转换在同一转换期间进行而不会影响c p u 南昌大学硕斗j 学位沦义 的丌销。较大的片内数据程序空倒和片上a d 转换器可以提高电路板的集成度。 可以减少硬件成本。而a t 8 9 c 5 1 却没有如此好的优良性能，其片内只有4 k 的 酽p r o m ，没有集成的a d 转换器，外设集成度低。所以从直放站监控系统硬件列 级的要求，同时降低硬件成本方而考虑，我们采用t m s 3 2 0 1 ，f 2 4 0 7 a 作为下位机的 微处理器。 二、自动选频功能的实现方式选择 两利，方案中的自动选频的实现方式有两个选择：第一是在舱控终端丌发智能 获取频点信息模块，第二是开发集中监控中心软件，通过一定的方式读取基站监 控中心中的各个直放站所在小区的频点信息。从以f 两个方面来考虑我们选择何 种方式。 开发成本 从”发成本上来看，第一个方案需要丌发获取频点信息模块硬件，这样就增 加了 睦终端的硬件成本而第二个方案只需要丌发懿控中心获取频点信息软 件，较第一个方案其成本小的多。 开发周期 从丌发周期来看，第一和第二个方案要丌发获取频点信息模块硬件和相应的 软件，而第二个方案只需要丌发监控中心的软件，其开发周期要比第一个方案短 得多。 综合以上两点考虑，采用集中监控中心软件获取频点信息的方式比在监控终 端丌发智能模块更合理。 三、本课题总体方案论述 综合以上方案的比较论述，得到本课题的方案，总体方案框图如图2 1 所示。 集中监控中心：集中监控中心负责设置各直放站的运行参数，查询运行参数，接 收报警信息并处理。集中监控中心软件用v b 6 0 开发，后台数据库采用a c c e s s 建立。软件集中管理各个直放站的运行。首先读取数据库中各个直放站站点的设 置信息，通过m o d e m 以短消息的方式发送到监控终端。此后如果某个站点的设置 信息有改动，再以短消息的方式发送到监控终端。然后定时采集各个站点的运行 参数并存入数据库。同时监控中心软件还接收监控终端的报警信息存入数据库， 工作人员可打印报警信息。 1 2 第二章系统总体方案设i 幽2l 直放站综台监控系统总体方案 监控终端：微处理器采用t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a ，监控终端负责采集赢放站运行参 数，接收来自集中监控中心的信息，并响应信息。如有报警信息及时发送到集中 监控中心。同时监控终端定时更新直放站所在小区的频点信息，通过控制信号线 设置直放站的选频模块，直放站监控终端分以下几个模块：微处理器、电源管理 模块、模拟信号采集模块、d a 模块、数字量输入输出模块、同m o d e m 的接口模 块、存储器扩展模块、键盘、液晶显示模块和获取频点信息模块。其硬件框图如 图2 2 所示。 l 模拟信号 oa d s p i i 告割言号睁z o ， i o 障 i 0t m s 3 2 0 l 控制信号k =i 0 l f 2 4 0 7 as c i l 步懈程l 。 嬲擂d o - d 1 5 嘛储器r _ 图2 2 监控终端硬件框图 通信信逍：由于短消息通讯的方式稳定，可靠，所以本课题采用短消息的方 式通讯，通讯协议遵循中国联通直放站网络管理技术规范版本1 0 。 南昌大学硕l 学位沦义 2 e l 小结 提出了两个实现自动选频的方案并从成本和实现的难易程度的角度考虑选 择了本课题的系统方案，即直放站监控r j 心从o m c 读取频点信息通过短消息的 方式来实现自动选频。 1 4 第三章监控终端硬件的设i 第三章监控终端硬件的设计 本章首先阐述了选择t m s 3 2 0 l f 2 d 0 7 a 作为监控终端下位机微处理的原因。 接着根据监控终端要实现的功能洋细介绍了各模块电路的设计。 3 1 微处理的选择 原有监控终端的微处理器是a 1 8 9 c 5 l ，随着移动通讯的迅猛发展。特别是3 g 时代的到来，监控系统必然朝着监控内容多，监控实时性强的方向发生，原有的 基于a 1 、8 9 c 5 1 的直放站监控系统越来越不能够满足以上的要求。而出于成本考虑 和处理速度的要求，我们选择了1 1 i 公司的t m s 3 2 0 1 f 2 4 0 7 a 这款d s p 处理器。其 片上集成的1 6 路1 0 位a d 可以降低成本。除了集成a d 之外，。i m s 3 2 0 1 。f 2 4 0 7 a 还有众多的优点。 t m s 3 2 0 1 。f 2 4 0 7 a 的硬件资源相当丰富，如图4 2 所示，其中包括： l 、时钟4 0 m i l z ，速度为4 0 m i p s 。 2 、片内有高达3 2 k 字的f l a s h 程序存储器，高达1 5 k 字的数据程序r a m ， 5 4 4 字双口r a m ( d a r a m ) 和2 k 字的单口r a m ( s a r a m ) 。 3 、两个事件管理器模块e v a 和e v b 。每个模块包括两个1 6 位通用定时器： 8 个1 6 位的脉宽调制( p w m ) 通道；3 个捕获单元；片内光电编码器接口电路： 1 6 通道a d 转换器。 4 、可扩展的外部存储器( l f 2 4 0 7 a ) 总共1 9 2 k 字空间：6 4 k 字程序存储器 空间：6 4 k 字数据存储器空间；6 4 k 字i o 寻址空阳j 。在本设计中，我们只对6 4 k 字程序存储器空间进行扩展。 5 、w d 看门狗定时器。 6 、a d 一模数转换器，1 0 位a d 转换器最小转换时间为5 0 0 n s ，可选择由 两个事件管理器来触发两个8 通道输入a d 转换器或一个1 6 通道输入的a d 转 换器。 7 、控制器局域网络( c a n ) 2 0b 模块。 8 、s c i 一串行通信接口，经过电平转换后，s c i 可用作r s 一2 3 2 通信。 1 5 直墨叁堂塑：i 二：兰鱼坠塞 9 、s p i 1 6 位的串行外设接口，带有同步时钟，可用来连接些带有s p l 器件，如串行e 2 p r o m 等，电可用做器件刚高速串行通信。 10 、p l l 一基于锁相环的刚钟发生器，用来倍频和分频品振输入，在l i ? 2 4 0 7 a 中，1 = ) l l 的设置在系统寄存器s c s r l 中。 、高达4 0 个可单独编程或复用的通用输a 输出引脚( g m o ) 。 【2 、5 个外部中断。 13 、电源管理包括3 种低功耗模式。 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 也有丰富的软件资源。 1 、丰富的指令系统 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的汇编语- d 。指令集特别适合于数字信号处理。每一条指令列 应一条机器码。指令集共有8 7 条指令，这些指令按功能i j 以分为六类：累加器、 算术和逻辑运算指令、辅助寄存器指令、t r e g p r e g 和乘法指令、i o 和存储器 指令、转移指令和控制指令。 2 、灵活的程序控制 t m s 3 2 0 1 。f 2 4 0 7 a 提供相当灵活的程序流控制。软件的程序控制包括重复、跳 转、凋用、返回及中断等。 3 、流水线操作 流水线操作是t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 具有高性能的特性之一。t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的流 水线有4 个独立的阶段：耿指令( f ) 、指令译码( d ) 、取操作数( r ) 和执行 指令( e ) 。流水线操作就是一个基本指令的取指、译码、读操作数和执行的并 行操作。 4 、寻址方式多样 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 支持3 类寻址方式，分别是：立即寻址方式；直接寻 址方式；间接寻址方式。其中立即寻址方式分两种类型：短立即寻址方式和长 立即寻址方式。 3 2 监控终端的硬件电路设计 硬件电路的设计主要包括：电源部分、显示和键盘、外部扩展器件( e 2 p r o m 和r o m ) 、扩展i o 电路、d a 转换电路、a d 的信号调理电路和直放机选频电 路，下面逐一论述设计的过程。 1 6 第三章监控终端硬件的设i 3 2 1 电源 考虑到在实际应用中会发生停电现蒙，所以采用了双电源方案：一是取2 2 0 v 然后经电源i c 供电，二是采用了备用电池。 在样机中，整个直放站的直流电源部分采用深圳会威源电子技术有限公司生 产的g p a d t 8 3 0 0 2 玎关电源，提供直放站各部件工作的直流电源，其参数为输入 1 6 0 2 7 5 v a c ，输i j j + 1 2 v d c 3 a 。由于存在停电的可能，所以在样机中还加装了一 块备用电池，能够提, f j + 9 v 的直流电。针对上述已有的电源设备，在新的直放站 监控板上安排了2 个电源输入口：j 电源和j 备用电源。其中j 电源是作引进 + 1 2 v d c 之用：j 备用电源是作引进+ 9 v d c 之用。 综合考虑整块监控板的器件，需要用到的电源不仅有数字电源还有模拟电 源，种类可分为：数字+ 5 v ；模拟+ 5 v ；数字+ 3 3 v ；模拟+ 3 3 v 。为了得到电 路中所需要的电源，在电路中使用了l 7 8 0 9 、l m 2 9 3 1 和t p s 7 3 3 3 三块：毒片。下面 简单介绍这三块芯片的作用： l 7 8 0 9 属于三端口电压调整器，选用t o 一2 2 0 的封装形式。 此芯片具有：外围电路简单、电路短路保护、输出误差小、芯片具有过热保 护等特点。此块芯片在电路中的作用是将j 电源输入进来的+ 1 2 v 电压转换成+ 9 v 电压输出。这样就和j 备用电源的+ 9 v 输出端分时为后面的电路服务。 l m 2 9 3j 也是一块用来进行电压调整的芯片，选用t o 一2 2 0 的封装形式。其作 用是将来自l 7 8 0 9 的+ 9 v 或来自j 备用电源的+ 9 v 电压转换为+ 5 v 输出，为整块 监控板上的+ 5 v 元器件提供电源。其有电路短路保护；输出稳定等特点。 t p s 7 3 3 3 是用来向t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 供电的芯片，采用s o p 一8 的封装形式。它 在此处的作用是通过输出+ 5 v 电压来输出+ 3 3 v 的电压，因为t m s 3 2 0 1 f 2 4 0 7 a 只 能够接受+ 3 3 v 的电压，之所以选用这块芯片的原因是它能够准确稳定的输出 + 3 3 v 的电压。 综合以上所述：整个电源部分的工作流程如下： 1 + 1 2 v 输入日l 7 8 0 9 c ： l m 2 9 3 1c = t p s 7 3 3 3 t = = + 3 3 v 输出 以上是在正常条件下的工作流程，在此流程中可得至u + 9 v 、+ 5 v 、+ 3 3 v 等电 压值。 2 j 备用电源+ 9 v 输入日l m 2 9 3 i r ：= t p s 7 3 3 3 日+ 3 3 v 输出 1 7 南昌大学硕十学位论文 这是在停电并使用备用电源条件下的： 作流程，电源部分的电路图如图3 】。 图3 1 电源模块详图 1 8 第三章监控终端硬件的设i 3 2 2l c d & 键盘 1 、液晶模块 该系统中采用了上海恒方电子有限公司 的液晶模块i i f 2 0 0 2 a ，它是一种字符液晶显示 器。可显示2 0 * 2 个字符。模块和 t m s 3 2 0 1 f 2 4 0 7 a 的接口电路如图3 2 所示。 2 、键盘 在直放机监控板的硬件设计中采用了6 个按键，分别是“复位”、“l ”、“f ”、 12 34 56 7 8 9 l o l l 1 2 1 31 4 1 51 6 g n d 图3 2 液晶模块的接口电路图 “一”、“调整”及“确认”( 这 6 个按键分别由t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的通用i o 口i o p d o 、i o p f 2 、i o p f 3 、i o p f 4 、i o p f 5 、 i o p f 6 分别控制) 。在查询和修改参数的过程中，这6 个键分别起着如下的作用： “复位”回复到修改参数附的状态，不记录“复位”按键按下前的修改 在查询或修改状态下 向后翻页； “f ”在查询或修改状态下 向前翻页； “一”由此按键确定是查询参 数或是修改参数； “调整”调整参数时使用： “确认”记录所修改的参数并将 修改后的参数通过s p i 方式存入e 2 p r o m 。 在这个设计中，键盘是否按下。 是根据查询相应的6 个i o 是否为低电 平而得出的，在一般状态下，这6 个1 0 口是保持高电平的。键盘部分的电路图如 图3 3 所示。 1 9 图3 3 键盘接口电路图 塑墨丕兰堡堂垡垒塞 ：j 2 3 外部扩展存储器 l 、阳，r o m ( x 2 5 6 5 0 ) 因为常常会遇见停电现象，为了保证在来电之后直放站能j 二常工作，所以需 要一块阴，r o m 来保存已经修改好的各项参数，这罩所用的e 2 p r o m 是x 2 5 6 5 0 ( 8 k 8 ) 来存储需要保存的各项参数。x 2 5 6 5 0 是种8 k