CN111800815A - 一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，所述系统包括：BRU模块、定位定时模块、RTC模块、嵌入式系统核心板模块、Type‑C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块显示屏及物理按键模块；BRU模块、定位定时模块、RTC模块、Type‑C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块、显示屏及物理按键模块与所述嵌入式系统核心板模块相连接。

Description

一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统。

背景技术

无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。由于电磁波信号的物理特性，导致密集城区内的电磁波信号强度在没有测试仪表的情况下无法得出结论。而目前230MHz离散载波通信领域的测试仪表仍属于行业空白，在网络部署时工程师只能凭经验判断信号的好中差点。

电力终端通信接入网是一项关乎国计民生的工程，终端位置安装的好坏直接影响接入网的稳定性。在城区密集区，电磁波信号复杂，会产生大量反射、折射、衍射等物理现象，若仅凭工程师的经验判断信号强度则无法量化，必然产生以下问题：

1、终端天线位置处信号弱甚至失真，导致终端掉线率和重装率大大提升；

2、终端是否安装成功，需要同主站侧人员进行联合调试，极大降低工作效率，并浪费大量人力资源；

3、现场勘测人员相关专业性要求较高；

4、信号参数无法量化，测试数据可信度不高。

发明内容

本发明技术方案提供一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，以解决如何对230MHz离散载波通信网络的进行定点测试的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，所述系统包括：BRU模块、定位定时模块、RTC模块、嵌入式系统核心板模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块显示屏及物理按键模块；BRU模块、定位定时模块、RTC模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块、显示屏及物理按键模块与所述嵌入式系统核心板模块相连接；

ARM核心板通过串口发送至AT指令至所述BRU模块，通过所述BRU模块接收的AT指令获取无线网络的参考值；所述BRU模块为230MHz，通过串口发送AT指令方式进行通信；

所述ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取所述系统的位置信息及实时时钟；

所述ARM核心板通过12C接口与RTC模块进行通信，获取所述系统时间；当所述实时时钟与所述系统时间不一致时，将所述实时时钟写入到所述RTC模块；

所述嵌入式系统核心板模块包括处理器和核心板；

所述ARM核心板通过所述Type-C和以太网接口模块与上位机进行通信；

通过所述PMIC模块通过12C总线接口与所述ARM核心板通信，实现电池电量监测；

通过影像记录模块采集测试点的记录图像，所述影像记录模块通过MIPI接口与所述ARM核心板进行通信；

通过显示屏及物理按键模块显示网络参数，并通过菜单及物理按键实现用户与所述系统的信息交互。

优选地，所述系统的UI界面用于：信号测量数据图形化、测试点电力终端信息输入和数据库存储、记录图像预览、记录图像存储、输入需查询的电力终端信息并查询数据库、数据库列表显示、显示查询的记录图像、显示查询的具体信号测量数据和数据库数据删除并刷新已显示数据列表。

优选地，所述ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取所述系统的位置信息及实时时钟，包括：

定义GPS信号的$GPRMC结构；

基于定义的$GPRMC结构，对接收的GPS信号进行解析，获取定位导航参数。

优选地，230MHz信号信息数据结构包括：BRU模块Cellid、已连接230MHz频谱子带号Subindex、信号与干扰加噪声比SINR、参考信号接收功率RSRP、串口通信结束符OK；

对所述230MHz信号信息数据进行解析，包括：

所述ARM核心板打开所述BRU模块的对应串口，发送AT指令至所述BRU模块；

所述BRU模块根据接收到的信号信息数据的BRU模块Cellid读取数据，直到信号信息数据读取结束；

根据接收到的信号信息数据中各字段意义对信号信息数据进行解析，获取解析后的230MHz信号信息。

优选地，所述230MHz信号信息数据的各字段之间用逗号分隔，当识别出所述230MHz信号信息数据后，根据经历的逗号个数判断当前正在处理的所述230MHz信号信息数据的信号参数。

优选地，通过所述BRU模块接收的AT指令获取无线网络SNR和无线网络RSRP的连续值，采用曲线绘图的形式实时动态地呈现；

无线网络SNR为接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号的强度的比值；

无线网络RSRP无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求。

优选地，通过所述BRU模块设置包括待机模式。

本发明技术方案提供的一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，主要用于LTE 230MHz电力无线专网的定点测试，主要是指CQT(Call Quality Test)测试，其测试指标包括覆盖指标、接入和移动性能性能指标、性能指标。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统结构图；

图2为根据本发明优选实施方式的路测仪UI界面跳转示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的$GPRMC信息提取及解析流程示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的230MHz信号信息获取及解析流程示意图；以及

图5为根据本发明优选实施方式的V4L2编程模式示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统结构图。为了填补230MHz离散载波通信领域的测试仪表的空白，本发明提供一种适用于230MHz离散载波通信网络的定点测试工具，测试人员可以在现场通过手持仪器实时测试数据，以判断当前信号的发送和接收情况。本发明提供了一种230MHz离散载波通信网络的定点测试工具，它是一款不需要笔记本电脑配合即可完成定点测试功能的手持式测试分析仪，具有精准的测试能力和强大的处理能力。本发明结合该仪表的系统总体设计图和PCB电路图提出了其硬件电路设计方案，并给出了UI界面、GPS信号、230MHz信号及摄像头的详细介绍。

如图1所示，本发明提供一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，系统包括：BRU模块、定位定时模块、RTC模块(RTC(Real-Time Clock)，中文名称：实时时钟)、嵌入式系统核心板模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块(PMIC(Power Management IC)，中文名称：电源管理集成电路)、影像记录模块显示屏及物理按键模块；BRU模块、定位定时模块、RTC模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块、显示屏及物理按键模块与嵌入式系统核心板模块相连接；

ARM核心板通过串口发送至AT指令至BRU模块，通过BRU模块接收的AT指令获取无线网络的参考值；BRU模块为230MHz，通过串口发送AT指令方式进行通信；优选地，通过BRU模块接收的AT指令获取无线网络SNR和无线网络RSRP的连续值，采用曲线绘图的形式实时动态地呈现；无线网络SNR为接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号的强度的比值；无线网络RSRP无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求。优选地，通过BRU模块设置包括待机模式。

本发明系统总体设计框图如图1所示。该系统主要包括BRU模块、GPS+北斗模块、RTC模块、嵌入式系统核心板模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、高清摄像头模块、液晶显示屏及物理按键模块，分别对应8个子系统，以下详细说明各子系统的设计方案：

本发明ARM核心板通过串口发送AT指令给BRU模块，实现获取SNR、RSRP、Cellid和Subindex四个与无线网络相关的参考值。

BRU是已有成熟的230MHz的模块，其对外通信接口目前只留有串口，所以系统设计只能采用串口发送AT指令的方式进行通信。

为了便于用户直观查看SNR和RSRP的连续值，采用曲线绘图的形式实时动态地呈现给用户，为用户对信号质量做出评估提供方便。

BRU模块的功耗约为1.6W，为了降低系统功耗延长设备工作时间，设计有待机模式，在待机模式下，系统将会通过BRU模块的电源，待重新进入工作模式时，重新接通BRU模块电源。BRU的天线接口设计在外壳上，工作时需要手动安装连接天线。

ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取系统的位置信息及实时时钟。本发明子定位定时模块为GPS+北斗模块，ARM核心板通过串口发送指令给GPS+北斗模块，实现双星定位以及实时时钟，系统检查到系统时间与有效的实时时钟不一致时，系统自动根据GPS+北斗模块的有效时间进行对时。为了提高该模块的有源天线的采样效率，将其天线设计在设备的上方，直接朝向天空方向，该天线为设备内置天线，用户无需安装。

当用户在室内使用设备时，因为没有GPS和北斗的信号，此时系统的定位功能失效，自动对时功能也同时失效，如果系统时间不准确，需要用户到户外系统才能够进行自动对时操作。

使用PMIC的电源对其供电，只要设备的锂电池没有完全耗光，即使在设备关机的情况下，PMIC仍能够对其供电，避免GPS+北斗模块的“冷启动”，实现设备开机后快速定位。

ARM核心板通过12C接口与RTC模块进行通信，获取系统时间；当实时时钟与系统时间不一致时，将实时时钟写入到RTC模块。本发明ARM核心板通过I2C接口与RTC模块通信，实现系统实时时钟的显示。当系统从GPS+北斗模块获取到有效的实时时间时，系统将对比从RTC模块获取到的时间，二者若不一致，则以GPS+北斗模块的时间为准，自动更改系统时间并将该时间写入到RTC模块。

使用PMIC的电源对其供电，RTC模块保证系统在没有卫星信号启动时，能够为系统提供实时时钟。

嵌入式系统核心板模块包括处理器和核心板；嵌入式系统核心板模块是设备的核心模块，系统其他的所有模块都以该模块为核心进行连接、扩展，以实现相关的特定功能。

该模块集成了freescale i.MX6处理器，CortexTM-A9核心板，主频为1GHz、内存为1GB的DDR3 SDRAM，4GB EMMC，能够满足路测仪对硬件的需求。

ARM核心板通过Type-C和以太网接口模块与上位机进行通信。本发明为兼容ARM升级后仍能够采用同款外壳，特设计采用Type-C的通信接口，因为目前的ARM核心板只能支持USB2.0协议，故该接口的其他引脚没有定义。系统通过该接口实现与上位机的通信，设备将作为外存储设备，上位机可直接对设备数据进行读写操作。系统还采用该接口对设备进行充电。设备还预留有一个RJ-45千兆以太网接口，通过使用网线与上位机进行网络通信，完成设备调试与配置等功能。

通过PMIC模块通过12C总线接口与ARM核心板通信，实现电池电量监测。

本发明通过PMIC模块完成系统的电源管理，锂电池充放电管理，具有I2C总线接口与ARM通信，实现电池电量监测、系统软关机以及各个模块的电源控制。PMIC是单芯锂电池与ARM核心板的桥梁，统一了ARM对电源管理的接口，隔离了具体锂电池的控制细节，方便设计、维护与升级。PMIC外接了设备的开关机电源按键，通过短按/长按来实现设备的开/关机功能。该模块还提供一个电池充电的指示灯，用于对锂电池充电状态的指示。

通过影像记录模块采集测试点的记录图像，影像记录模块通过MIPI接口与ARM核心板进行通信。在电力无线专网建设过程中，需要拍摄记录测试点的照片，为此设计采用500万像素的OV5640 V2.0摄像头模块，采用MIPI接口与ARM通信，实现视频预览和拍照功能。系统自动将所拍摄的照片存入系统数据库中，统一保存和管理。

本发明以摄像头(V4L2)为例对采集图像进行说明，V4L2操作流程如图5所示：

1)打开设备(open_device())。

2)初始化设备(init_device())：查询视频设备功能，参数类型为V4L2的能力描述类型struct v4l2_capability；执行成功时，函数返回值为0，函数执行成功后，structv4l2_capability结构体变量中返回当前视频设备所支持的功能。

3)缓冲区内存申请(init_mmap())：为缓冲区申请内存，并将缓冲区mmap到用户空间；申请视频的缓冲区有两种获取方式，一个是read方式，即直接读取图像信息，适用于静态图像的获取，但路测仪需要实时显示图像，所以使用mmap方式。

4)开始拍照(start_capturing())：投放一个空的视频缓冲区到视频缓冲区输入队列中，并启动视频采集命令，调用VIDIOC_STREAMON启动视频采集命令后，视频设备驱动程序开始采集视频数据，并把采集到的视频数据保存到视频驱动的视频缓冲区中。

5)图像帧采集(get_frame())：从视频缓冲区的输出队列中取得一个已经保存有一帧视频数据的视频缓冲区。

通过显示屏及物理按键模块显示网络参数，并通过菜单及物理按键实现用户与系统的信息交互。本发明的系统采用5英寸的720*1280分辨率LCD液晶屏作为显示设备，直观明了地显示SNR和RSRP动态实时曲线，同时显示系统时间、地理位置和Subindex、Cellid等信息，并以菜单配合物理按键操作的形式实现人机交互。

考虑到工程实时的使用情况，本发明的系统没有采用电阻式或者电容式触摸屏的输入方式，通过使用特殊的材料有效保护了液晶屏的平面，防止裂屏、碎屏情况的发生。物理按键能够很好适应户外严寒、戴手套操作等苛刻条件，降低操作难度、增加设备适应范围。

本发明的UI界面跳转示意图如图2所示，各界面的说明如下：

Main：信号测量数据图形化；GPS信息、时间、电量可视化；数据库存储；

Input：测试点电力终端信息输入；数据库存储；

Camera：拍摄预览；

PhotoSave：所拍照片存储/重拍；

Search：输入需查询的电力终端信息并查询数据库；支持全部查询和模糊查询；

TableView：数据库数据列表显示；列表翻页、回顶等操作；数据库“删查”操作；

Check：显示所查询照片；

CheckMore：显示所查询具体信号测量数据；

Delete：数据库数据删除并刷新已显示数据列表。

优选地，ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取系统的位置信息及实时时钟，包括：

定义GPS信号的$GPRMC结构；

基于定义的$GPRMC结构，对接收的GPS信号进行解析，获取定位导航参数。

本发明$GPRMC结构为：$GPRMC，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，(10)，(11)，(12)*cc(CR)(LF)。各个字段都是使用ASCII码来传输，各字段释义如下：

1)表示UTC时间，结构格式为hhmmss(时分秒)；

2)表示定位状态，A表示有效定位，V表示无效定位；

3)表示纬度，采用ddmm.mmmm(度分)格式；

4)表示纬度半球，N表示北半球，S则表示为南半球；

5)表示经度，采用dddmm.mmmm(度分)格式；

6)表示经度半球，E表示东经，W则表示西经；

7)表示地面速率，其取值为000.0到999.9；

8)表示地面航向，参考基准为北方，取值大小为000.0到359.9度；

9)表示UTC时间，采用ddmmyy(日月年)格式；

10)表示磁偏角，取值为000.0到180.0度；

11)表示磁偏角方向，E表示方向为东，W表示方向为西；

12)表示模式指示，A表示自主定位，D表示差分，E表示估算，N表示数据无效。

接收GPS信息后，提取及解析方法如图3所示：

1)判断起始符$GPRMC的地址位，并从该起始符开始读取数据，直到数据读取结束；

2)根据上述各字段意义对$GPRMC数据进行解析，得到所需要的信息。

由于$GPRMC信息内各字段之间用逗号分隔，因此在处理缓存数据时，对GPS信息头$GPRMC进行识别后，再对所经历逗号的个数判断当前正在处理的定位导航参数，并根据需要做出相应处理。

在解析出GPS信息后，仍需判定定位状态字段，如果定位有效(pos_state＝V),则存储解析出的经纬度信息，如果定位无效(pos_state＝A)，则忽略此次解析数据。

优选地，230MHz信号信息数据结构包括：BRU模块Cellid、已连接230MHz频谱子带号Subindex、信号与干扰加噪声比SINR、参考信号接收功率RSRP、串口通信结束符OK；

对230MHz信号信息数据进行解析，包括：

ARM核心板打开BRU模块的对应串口，发送AT指令至BRU模块；

BRU模块根据接收到的信号信息数据的BRU模块Cellid读取数据，直到信号信息数据读取结束；

根据接收到的信号信息数据中各字段意义对信号信息数据进行解析，获取解析后的230MHz信号信息。

优选地，230MHz信号信息数据的各字段之间用逗号分隔，当识别出230MHz信号信息数据后，根据经历的逗号个数判断当前正在处理的230MHz信号信息数据的信号参数。

本发明230MHz信号结构包括Cellid、Subindex、SINR、RSRP、OK。

1)Cellid：已连接基站ID号；

2)Subindex：已连接230MHz频谱子带号；(LTE 230MHz频段为223～235MHz，共分为480个子带，每子带带宽为25kHz)

3)SINR：信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio)是指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号(噪声和干扰)的强度的比值；

4)RSRP：参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power)是LTE网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一，是在某个符号内承载参考信号的所有RE(资源粒子)上接收到的信号功率的平均值；

5)OK：串口通信结束符。

LTE 230MHz信号信息获取及解析方法如图4所示：

1)核心板打开230模块对应串口后，发送对应AT指令集(“AT+CPITINFO\r\n”)；

2)缓冲区接收数据后，判断信息头Cellid，并从该起始符开始读取数据，直到数据读取结束；

3)根据上述各字段意义对信号信息数据进行解析，得到所需要的信息。

由于230信号信息内各字段之间用逗号分隔，因此在处理缓存数据时，对230信号信息进行识别后，再对所经历逗号的个数判断当前正在处理的信号参数，并根据需要做出相应处理。

本发明整合GPS/北斗模块、230MHz模块、核心模组等硬件电路，以适应现场测试环境；本发明优化了硬件布局减少了设备整体体积，提高设备可操作度；根据现场测试需要进行UI设计及优化，提高测试效率；通过加入数据库，方便本地数据管理；添加摄像头设备以提高测试可靠性及便利性。

本发明具有如下优点：

1、测量数据量化显示，提高数据可信度；

2、手持式设备可提高测试效率；

3、简明的UI界面降低对测量人员的专业要求；

4、采用GPS/北斗精确定位；

5、测量数据精准，阈值判断准确，终端重装率和掉线率大大降低。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (7)

1.一种230MHz离散载波通信网络的定点测试系统，所述系统包括：BRU模块、定位定时模块、RTC模块、嵌入式系统核心板模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块显示屏及物理按键模块；BRU模块、定位定时模块、RTC模块、Type-C和以太网接口模块、PMIC模块、影像记录模块、显示屏及物理按键模块与所述嵌入式系统核心板模块相连接；

ARM核心板通过串口发送至AT指令至所述BRU模块，通过所述BRU模块接收的AT指令获取无线网络的参考值；所述BRU模块为230MHz，通过串口发送AT指令方式进行通信；

所述ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取所述系统的位置信息及实时时钟；

所述ARM核心板通过12C接口与RTC模块进行通信，获取所述系统时间；当所述实时时钟与所述系统时间不一致时，将所述实时时钟写入到所述RTC模块；

所述嵌入式系统核心板模块包括处理器和核心板；

所述ARM核心板通过所述Type-C和以太网接口模块与上位机进行通信；

通过所述PMIC模块通过12C总线接口与所述ARM核心板通信，实现电池电量监测；

通过影像记录模块采集测试点的记录图像，所述影像记录模块通过MIPI接口与所述ARM核心板进行通信；

通过显示屏及物理按键模块显示网络参数，并通过菜单及物理按键实现用户与所述系统的信息交互。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统的UI界面用于：信号测量数据图形化、测试点电力终端信息输入和数据库存储、记录图像预览、记录图像存储、输入需查询的电力终端信息并查询数据库、数据库列表显示、显示查询的记录图像、显示查询的具体信号测量数据和数据库数据删除并刷新已显示数据列表。

3.根据权利要求1所述的系统，所述ARM核心板通过串口发送指令至定位定时模块，获取所述系统的位置信息及实时时钟，包括：

定义GPS信号的$GPRMC结构；

基于定义的$GPRMC结构，对接收的GPS信号进行解析，获取定位导航参数。

4.根据权利要求1所述的系统，230MHz信号信息数据结构包括：BRU模块Cellid、已连接230MHz频谱子带号Subindex、信号与干扰加噪声比SINR、参考信号接收功率RSRP、串口通信结束符OK；

对所述230MHz信号信息数据进行解析，包括：

所述ARM核心板打开所述BRU模块的对应串口，发送AT指令至所述BRU模块；

所述BRU模块根据接收到的信号信息数据的BRU模块Cellid读取数据，直到信号信息数据读取结束；

根据接收到的信号信息数据中各字段意义对信号信息数据进行解析，获取解析后的230MHz信号信息。

5.根据权利要求4所述的系统，所述230MHz信号信息数据的各字段之间用逗号分隔，当识别出所述230MHz信号信息数据后，根据经历的逗号个数判断当前正在处理的所述230MHz信号信息数据的信号参数。

6.根据权利要求1所述的系统，通过所述BRU模块接收的AT指令获取无线网络SNR和无线网络RSRP的连续值，采用曲线绘图的形式实时动态地呈现；

无线网络SNR为接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号的强度的比值；

无线网络RSRP无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求。

7.根据权利要求1所述的系统，通过所述BRU模块设置包括待机模式。

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