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1、附件4华南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告论文题目基于ARM嵌入式的移动网络自动检测系统终端班 级 06级微电子1班 姓 名 学 号 指导教师 填表日期 二0一0 年 三 月姓 名开题时间2010-3-5学 制本科专 业电子科学与技术(微电子)指导教师论文题目：基于ARM嵌入式的移动网络自动检测系统终端开题报告内容一、 选题背景和意义随着我国移动通信技术的发展，提高网络质量，提高电信业务能力，是我国移动通信运营商共同面对的必然要求。为了维护网路哦的良好运行，运维部门必须采用新的技术手段，提高工作效率。网络的运行状况可以通过不同的层面表现出来，主要可以分为无线网络指标和用户满意度两方面。同常
2、我们有以下四种手段：操作维护中心、信令仪表、师弟路测、用户申告。从实效来说，目前应用最广泛的是操作维护中心与实地路测。目前路测的常规方法是，专业测试工程师携带路测仪表（笔记本电脑加测试手机加GPS），同时要有车辆、驾驶员的配合。测试完成之后，将测试文件导入后台分析软件，进行分析处理，这种做法难以保证大量细致长期的测试，单次测试的偶然性大，有时候做测试带有一定的盲目性。而且传统路测方法的人力成本，设备成本都非常高，是运营商网优部门的一项很大的日常开支。本系统着力与建立一套结合传统常规模式的自动化网络质量检测系统，整套系统的出发点在于路测的自动化解决方案，采用无人值守的方式，将发现网络问题的工作留
3、给终端及系统完成，而维护人员则可以专注于解决问题。而且在对路测实现自动化的基础上，创新地提出结合基于用户感知的语音质量评估算法PESQ，更全面地保障了路测数据不仅是网络指标，而且是结合用户体验的。这对于提高移动通信网络的网络质量意义重大。综合来讲，本系统致力于解决以下问题：（1）从用户感知的角度对移动网络业务服务质量进行直接评估，反映了用户实际使用业务服务的质量，是对现有系统基于网元指标进行间接评估的改进。（2）日常测试以高度自动化的方式完成整个测试流程，基本无需人工参与，是对现有系统测试过程中需要大量人工参与的改进。（3）本系统可以进行24x7的全天候连续测试，是对现有系统只能在特定时间进行
4、测试的改进。（4）本系统可以进行大覆盖面积的测试，包括特定路段（长途车，公交车），随机路段（出租车）等，是对现有系统只能覆盖少量地段的改进。（5）本系统的测试终端价格低廉，只有现有路测设备价格的几十分之一到几百分之一，因此可以大规模部署，是对现有系统由于测试设备昂贵，只能配置很有限的测试设备的改进。（6）本系统测试完全自动化，安装简单，测试时也不会对车辆有任何影响。测试终端可以大规模安装在社会车辆上（如公交车，出租车），可与充分整合社会资源来进行网络测试，是对现有路测自能利用运营商自己的车辆资源完成测试工作的改进。二、工作任务分析根据项目的目标分解为应完成的项目：（1）学习和掌握STM32嵌入
5、式系统。通过购买STM32实验版，并结合实验教程，用项目目标法来进行STM32嵌入式系统设计及编程的学习，应达到深刻理解STM32单片机体系结构、掌握其典型外围电路的设计方法、掌握其丰富的外设的驱动与使用方法、结合设计中使用的GSM模块设计出稳定、可靠、低成本的嵌入式系统。（2）学习电子电路设计技术，掌握电路调试方法。结合以往参加比赛的经验，以及相关电子线路课程的知识，做好设计电路，调试电路的准备。掌握Altium Designer等开发软件的使用方法。（3）熟悉移动终端自动测试内容与要求。 阅读路测的相关技术文献，了解市场上相关的现成产品，学习其设计思路，在本系统上融会贯通，并做到自己的创新
6、独特之处。（4）设计移动自动测试终端的电路并制作终端。 利用protel软件绘制终端硬件的电路图，并联系PCB生产厂家，完成电路制作。（5）调试自动测试终端，故障排查和撰写调试报告。在系统集成的基础上完成整机软件设计与调试，排除故障，进一步提高系统的稳定性与可靠性，在大量实验的基础上完成调试报告。（6）将终端与系统后台联合调试，得出实际测试数据。注意终端通讯接口协议与后台程序的连接部分，使之能够准确、安全、高效率地与后台程序实现联调，完成系统的后台应用平台。 （7）根据毕业设计要求撰写毕业论文，答辩。 在以上工作的基础上，仔细严谨地完成毕业论文，并准备答辩。三、调研报告（一）当前网络业务质量监
7、测技术手段在移动通信网络的运营当中，业务服务质量监测占据了很重要的位置，良好的业务质量服务能够留住现有客户，吸引新客户，从而提升移动通信网络的价值。业务服务质量监测又是一个循环的过程，因为网络在不断的变化，环境在不断变化，只有不断的测试、优化，不断根据实际情况做出调整，才能把业务服务质量维持在一个较高的水平上。在移动通信网络运营中，了解基于移动通信网络的业务服务质量是一项费时、费力和需要大量资金的工作，同时也是不容易做好的工作。现有移动运营商采用的主要技术方案是通过路测的方法来测试移动通信网络的部分参数,从而间接地评估业务服务质量。所谓路测，就是网络维护人员携带专用的测试设备，用车载或人力的形
8、式，在移动网络中移动，测试出移动网络中的不同点的无线信号的强度，信号质量等需要测试的参数，同时记录测试的地理位置。然后利用专用工具软件来分析整个网络的信号覆盖,信号质量,信号干扰等情况。根据路测的测试结果可以绘制出移动通信网络中基站覆盖信号强度的阶梯图，信号质量波动曲线等参数图,网络维护人员可以根据结果调整网络的参数。路测的实施基于路测设备。所谓路测设备，就是为网络优化、规划工作而专门生产的软、硬件设备，常见的路测设备包括数据采集前端、全球定位系统（ Global Position system ，简称“ GPS ）、笔记本电脑及专用测试软件等。目前的数据采集前端多为内部有特殊软件的测试手机，
9、这种手机外观上与普通手机一样，但是手机内部装有专门的软件，可以依靠网络来完成一些特殊功能，如锁频、强制切换、显示网络信息等；也可以不依靠网络来完成一些功能如全频段扫频和选频点扫频等；同时还可以通过计算机与手机之间的通信电缆来接受计算机发来的指令，并且将采集到的数据传输给计算机存储起来，供计算机进一步处理。 GPS 和数字地图配合可以把路测数据放在地图上，得到网络的覆盖情况等信息供网络规划参考。（二）现有技术的缺点及本系统待解决的技术问题在实际应用中，上述技术手段存在以下缺点：（1）需要大量的人工参与，不能自动进行。（2）只能定期进行，不能全天候监测，这样只能测试到某一些时间段。（3）只能测试到
10、很有限的路段或地点的网络质量，不能反映出全网的质量状况。（4）路测数据不能真实反映出实际用户感受到的业务服务质量。只能通过测试到的网络参数来间接评估业务服务质量,而这两者实际上经常是不等同的（如经常存在路测数据显示网络状况很好，但是仍然会有用户投诉通话质量差的情况），这样会造成评估不准确。（三）造成上述缺点的主要原因在于：（1）移动通信网络的覆盖面积一般很大，导致测试需要耗费很长时间；（2）移动通信路测的测试仪器价格昂贵，处于成本上的考虑，运营商不能大量采购测试仪器 ，使得测试覆盖率不够。（3）路测的测试仪器不能自动完成测试工作，测试过程必须需要大量人力参与，导致测试效率不高；（4）移动通信网
11、络的特性随外界因数的影响很大，如不同的气候条件对无线信号的衰减不同，同时移动网络是不断的变化的，如新的基站的建设、现有设备的故障都对移动网络的网络特性带来影响，而路测的测试结果只是在特定的时间进行了测试，因此时效性太强，不利于持续监测。（5）路测测试结果只能体现出部分移动通信网络信号方面的部分指标,如信号强度,信号质量等.而实际用户使用移动通信业务时感受到的业务服务质量是受多方面因素所影响的一个综合性指标,路测系统所测试的移动通信网络信号方面的部分指标并不能反映出实际用户使用移动业务的质量感受，有时指标反映出质量很好，但是由于其它网络干扰等因素的存在，实际用户体验的业务服务质量并不一定会很好。
12、四、方案拟定与分析（一）系统方案分析（1）由于需要实现语音质量评估上下行分离，故必须要设计功能相匹配的移动测试终端。由于要得到更深入的GSM网络参数，因此对GSM模块从新选型，大唐的DTM6211模块功能比较强大，但稳定性等其他现实问题未知，需要在后面工程实践中检验。（2）关于主控芯片，考虑到终端的成本与可拓展性，可以有以下几种方案：a.采用51、mega16、mega128等单片机。时钟主频在20M以下，处理能力在20MIPS以下，好处是成本很低(不会超过20元)，开发人员对这些单片机也比较熟悉，开发门槛低。但处理能力太差，外设不够丰富，功能的拓展性不够强。b.采用STM32、LM3S113
13、8等基于ARM结构Cortex-M3内核体系的先进CPU。时钟主频一般在50M、70M、100M左右，这些CPU都能达到1MIPS/M的高效，而且浮点运算等数字运算能力较强(带硬件乘法器)，为语音数字压缩算法奠定了一定的基础。另外我对这款单片机还是比较熟悉的。而且这两款单片机的资料齐全，用的人很多，也有相应的I2S例程，可以缩短开发周期。其中STM32更是有USB控制器，可以实现更强的拓展功能，而且支持USB更新固件(不用编程器，不过还没掌握相关技术)；还有DMA控制器，有利于数据传输的同时，进行数字处理运算，降低数据存取对CPU的占用率(主要是在音频播放与采样上，可以在SD卡与芯片之间简历直
14、接数据通道，不用占用CPU时间)c.采用ARM9体系的CPU如2410(100M)2440(400M)这些，这些都是性能非常强的嵌入式处理器，好处是可以很大程度的增强系统的功能与拓展性，而且加入嵌入式linux后，开发会变得更容易。但也有很多的弊端，成本过高，布线难度很大，开发周期较长，而且我也还没掌握嵌入式linux的应用与编程。(3)关于操作系统的方案有：、a.采用单片机直接跑程序，好处是难度相对较小，程序直观，问题是因为涉及到几个模块的通信，还有部分的数字处理算法，系统资源的调用比较难以调配，但也不是不能实现。b.嵌入式UC/OSII系统，好处是可以提高终端系统的效率，但问题是我对这个不
15、熟悉。c.嵌入式linux，好处是功能强大，但系统成本会提高，而且我对这个也不熟悉。(4)关于系统存储的方案加入SD卡槽，用单片机或者ARM处理器的IIC接口就可以实现低成本、大容量的数据存储。(5)关于基于用户体验的语音质量评估相关系统的设计a.鉴于ADT项目上行与下行语音质量评估的要求，故需要在终端上加上语音采样与产生的模块。b.GSM模块的语音数据流是PCM格式，但由于模块讲移动通信底层协议屏蔽，而引出的是模拟音频的输出输入端子，故需要考虑外加模块采集、产生模拟语音，才能实现语音评估目标信号的采集与回播。c.可以选用ADC+AMP的方式对GSM模块输出的模拟语音进行采集，用DAC+Fil
16、ter+AMP的产生语音回放到GSM模块的模拟语音输入端口，以使后台接收到语音。但分离各部分造成了系统设计的很多不确定性，由于模数、数模转换过程中，放大过程中引入的噪声很多，可能会直接影响语音质量评估的效果，并且电路实现复杂，可靠性降低。d.鉴于以上考虑，提出可以采用音频编解码芯片的方案：音频编解码方案总体上，可以分为音频硬MP3,wma等文件格式解码方案(方案1)，与音频PCM硬解码，mp3,wma软解码等方式(方案2)。方案1的好处是集成度高，并且语音信号经过mp3,wma等方式的音频压缩，可以节省数据上传对GPRS/TD网络的带宽占用，提高与后台通信的效率，但同时也带来了系统成本提高的问
17、题。典型的方案芯片有VS1003(￥20)。方案2又可以分为Philips的I2S和AC97两种方案，这两个方案的输出语音文件都是PCM，未对音频进行压缩，只是进行ADC量化，但好处是成本较低。另外如果采用比较高级的主控芯片，就可以对音频信号进行软压缩，这有利于提高系统的效率，降低成本。典型的方案芯片有UDA1341TS,WM9712L（二）终端硬件设计本系统终端硬件主要由嵌入TCP/IP协议栈的DTM6211、SIM卡座、音频解码编码模块、扩展数据存储器(SD卡)和GPS模块等部分组成。下图是系统的硬件框图。DTM6211TD-SCDMA模块RS232接口电路GPS模块扩展数据存储器(SD卡
18、)音频解码编码模块STM32F103RBT6单片机终端硬件总体框图(1)GSM/GPRS/TD模块DTM6211是一款TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块产品，其支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求；采用2.9mm装配高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中，内部集成H.324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；内部集成TCP/IP协议，可以方便连接Internet，可
19、以广泛应用不同的行业领域。(2)主控芯片模块 STM32是一系列32位的基于ARM公司的Cortex-M3体系的先进的微控制器，具有丰富的外设，并且系统时钟主频能达到72MHz，可以为本设计注入强劲的心脏动力。(3)GPS模块Hammerhead是一款由英飞凌科技公司和Global Locate公司合作开发的高集成度单片GPS接收机IC，片内集成了低噪声放大器、混频器、自动增益控制器、A/D、线 性稳压器、锁相环、数字基带。由于它的超大规模集成度，Hammerhead片外只需很少的元件即可构成一个GPS接收机，大大降低了元件成本以及PCB面积。五、毕业论文撰写提纲及实施计划毕业论文撰写提纲1绪
20、论1.1 课题的背景和意义1.2 国内外研究现状1.3论文的主要工作与组织安排2网优路测概述2.1 网优路测的概念和系统结构2.1.1网优路测的概念2.1.2网优路测的系统结构2.1.3网优路测的发展历程2.2 基于嵌入式系统的自动网优路测终端 2.2.1 自动网优路测终端的概述 2.2.2 自动网优路测终端的基本结构 2.2.3 自动网优路测终端的关键技术2.3 本章小结3. 基于嵌入式系统的自动网优路测终端的硬件开发3.1 系统硬件简介及需求分析3.2 系统硬件方案3.2.1 系统硬件总体架构3.2.2 系统硬件总体功能架构3.3 网优路测系统的分析与设计 3.3.1 终端电源模块的分析与
21、设计 3.3.2嵌入式主控模块的分析与设计 3.3.3移动网络接入模块与相关外围电路的分析与设计3.3.4语音编码解码模块的分析与设计3.3.5 GPS定位模块的分析与设计3.4终端硬件的调试和测试 3.4.1 硬件的调试 3.4.2 硬件的测试方法 3.4.3 硬件的性能评价3.5本章小结4. 基于嵌入式系统的自动网优路测终端的软件开发4.1 系统软件简介及结构分析4.2 系统软件方案4.2.1 软件流程图4.2.2 软件总体功能架构4.3各模块软件的分析与设计 4.3.1主控模块软件的分析与设计 4.3.2移动网络接入模块相关软件的分析与设计 4.3.3语音编码解码模块软件的分析与设计4.
22、3.4 GPS定位模块软件的分析与设计4.4软件的调试和测试 4.4.1 软件的调试 4.4.2 软件的模块化、系统化设计 4.4.3软件的性能评价4.5本章小结5. 系统测试数据分析5.1 系统测试策略的分析与实现5.1.1 硬件测试策略的分析与实现5.1.2 软件测试策略的分析与实现5.2 系统测试数据的分析与结论 5.2.1 硬件测试数据的分析与结论 5.2.2 软件测试数据的分析与结论 5.2.3 系统总体数据的分析与结论5.3 本章小结6总结与展望6.1 论文工作的总结6.2 研究的展望6.3 致谢7. 参考文献论文撰写的实施计划：（一） 系统方案研究对本系统的相关资料进行研读，参照
23、现有市场产品进行系统设计，研究过程中完成笔记。（二） 系统硬件设计针对系统的各项要求，设计出稳定、可靠、高效的硬件，完成电路并制作实物，在中期验收前调试好硬件。（三） 系统软件设计在终端硬件的基础上设计软件，并进行调试，软件的流程图，框架图，关键模块要形成论文。（四） 系统调试报告、实验数据分析利用终端进行实际路测，验收系统的成果，并记录大量的实测数据，对数据进行分析，借以进一步提高系统的稳定性，并形成数据分析报告。（五） 系统效果综述对项目进行总结，完成论文。指导教师意见：签 名： 年 月 日备注：1、 要有10篇以上相关文章的阅读量。2、 理、工科开题报告撰写不少于2500字，人文社科开题报告不少于3500字，包括论文选题的背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、文献综述（理、工科可不提交文献综述）等。3、 电脑打印，用A4纸，页边距左边3.2cm，右边2.54cm,上下边距2.54cm，在左边装订；内容为小四号宋体，行距为固定值20磅。4、 文献综述（按文献综述格式打印）附在开题报告后面一起装订。
