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1、 移动通信系统天线性能及姿态监控装置目录一，背景31，背景32，基站天线运行现状3二，技术方案41，端到端系统拓扑52，产品硬件平台63，产品应用软件平台8A, 软件流程图8B, 软件界面10C，软件功能10三，产品特点10一， 背景1， 背景随着移动网络建设的飞速发展，以及用户的不断增加，网络规模的不断扩大，我们所面临的网络环境也变的越来越复杂，各种新技术的不断升级演进，加上原有网络的更新，在给最终用户提供更加丰富和优质的网络服务的同时，也面临着网络建设和维护等方面的一系列挑战。天线是移动通信系统的重要组成部分，直接关系到移动通信网络的覆盖范围和服务质量。而网络优化的主要指标力争做到网络的无
2、缝隙覆盖至少达到90%，覆盖区无盲区，同时保证照射区内低电平，减少干扰，降低掉话率，提高切换成功率，这些都与天线的优化密切相关，包括天线的规划以及选型，天线参数的优化及频繁调整，天线维护及故障发现，天线覆盖等等。显然天线优化是移动通信网络优化中的重要课题。在网络优化过程中根据实际情况对其进行合理的调整，对网络优化的成功起着至关重要的作用。2， 基站天线运行现状 在无线移动通信网络中，基站天线容易受到大风和暴雨等自然天气状况的影响，以及人为施工等各种原因引起的基站天线姿态（方位角，抱杆倾角和下倾角）的实际数值与规划设计值不相符，导致基站的实际覆盖与规划不相符，引起基站覆盖范围不合理，或同频及邻频
3、干扰，切换关系混乱，使得移动通信质量下降，并引发大量投诉，影响客户感知度，极大地影响了用户对运营商品牌的信任度。目前，在无线移动通信网络中影响基站天线参数发生变化的因素是多方面的。首先，在进行基站天线优化过程中，天线下倾角的测量必须通过工程人员爬塔使用坡度仪，罗盘以及电子下倾仪等测量仪器进行近距离测量，方位角度也是通过工程人员使用罗盘或者指南针在塔下或者基站附近进行测量，这样误差比较大，往往造成实际测量值与规划数据不相符；其次，基站天线在使用中长期受到大风、暴雨、飞鸟等其他各种外力因素影响导致天线角度发生变化而导致天线参数产生误差，造成登记信息不准确，给基站天线参数分析人员对天线姿态的准确评估
4、造成一定的影响。而且需要经常定期安排工程人员进行现场测试调整，增加了天线优化的工作量，促使运营商必须投入大量的人力以及财力去维持日常的天线优化工作来保证网络的高质量运行。基于上述现状，我们进行了天线姿态监测系统产品的开发，以便实时感知检测和反馈天线姿态的变化状态并将所采集的状态信息反馈给基站维护人员，从而更加快捷方便地纠正基站天线的姿态信息，保证网络通信质量，大大减少基站维护人员的工作量，节省了人力和资金支出。图1. 人为测量图2外力因素导致角度发生变化二， 技术方案本产品以单片机以及GPRS通信模块为核心，通过重力加速度传感器原理精确测量天线下倾角和抱杆倾角，采用磁阻传感器原理精确测量基站天
5、线方位角，通过SIM卡来监测小区信号电平，并将参数信息反馈给天线姿态监测客户端，从而完成天线性能和姿态的监测工作。总控制中心位于后台服务器，上位机软件和硬件监测设备之间通过GPRS或者短信方式进行通信，双方各自分配于指定的SIM卡号（ID识别号）。本设计基于一般三小区模式，如下图3所示，采用一个主机串联2个分机（可扩展至一个主机携带8个分机），每面天线上安装一个设备来监测天线姿态信息，上位机软件以短信或者GPRS方式发送指令给硬件设备，设备通过GPRS或短信收发模块收到上位机的查询指令之后，传递给单片机处理芯片，单片机查询各个传感器（加速度传感器和磁阻角度传感器）的当前数据。将采集好的数据通过
6、计算反馈给单片机芯片组，然后再通过GPRS或者短信方式发送回给上位机软件进行数据处理，而软件系统将收回的数据格式进行相应的解析，以比较直观的方式展现给工程维护人员，对于故障基站天线（方位角，抱杆倾角和下倾角度信息不符合规范的情况下）进行告警提示，同时对于日常的查询进行记录保存，便于工程人员进行日后的数据参考。 图3.三小区配置下的示意图和天线照片1， 端到端系统拓扑图4，端到端系统拓扑结构图 本设备主要应用于整个移动通信网络的无线基站子系统的天馈部分，借助于移动通信网络实现无线远距离传输，软件可安装于无线网络管理中心的计算机上。本设备是基于无线M2M协议的典型物联网应用，无线通信方式采用SMS
7、/GPRS，实现各省市移动工程人员对天线姿态信息以及小区电平信息的远程监控操作。硬件外设实时感知角度状态，随时随地通过网络管理中心的服务软件以及手持终端查询基站天线姿态信息。软件操作简单，可管理多个地区所有基站姿态信息。2， 产品硬件平台硬件设备主要由电源，CPU，传感器，控制模块，通信模块等4大部分组成。a) 电源模块主要是给各个部分进行供电，设备所需的额定电压为12V直流电源，电源转换模块将12V输入电压转换为3.3V或者2.5V电压分别给CPU和传感器以及GPRS模块进行供电，保证各个模块的正常运行。b) CPU采用单片机芯片来进行指令操作支配传感器传输实时角度信息。以及将收集到的角度信
8、息通过串口发送给GPRS通信模块。c) 传感器部分包含重力加速度传感器和磁阻传感器，重力加速度传感器通过重力原理获取水平方向的角度信息，通过公式计算来获取天线下倾方向的角度信息以及抱杆的倾斜角度信息；磁阻传感器以地磁原理来判断天线方位方向的角度信息，以正北方向为基准0，顺时针方向进行测量。d) 控制模块。主要由电机和角度调节模块组成（正在研发）。e) GPRS通信模块主要采用了华为EM310 GPRS通信模块，通过AT指令来操作模块将各个单片机所传输回来的角度信息以短信的方式发送回给上位机软件进行处理。目前选用的通信方式为短消息通信方式，后面会采用GPRS通信方式，主要是基于其永久在线的特点，
9、能实时保持角度信息的传输。模块上面配有跟手机模块一样的SIM卡槽来安装SIM卡，通过此卡来启动GPRS/SMS功能，以及AT指令操作来测量本小区和邻小区的信号电平值以及邻区干扰信息。天线性能及姿态监控装置硬件部分框图如下图所示。图5. 天线性能及姿态监控系统硬件结构图产品展示： 主机 主机携带1个分机 现场安装效果图3， 产品应用软件平台本软件是结合天线姿态监测硬件设备而采用VC+编写的一个管理软件。主要运行于Windows XP， Win 7 等操作系统上。此管理软件可以实现远程操作监控大面积基站天线姿态信息。计算机需配有两个RS232串口来分别连接两个GPRS通信模块，两个通信模块分别配备
10、独一无二的SIM卡号来区分，设立两个专用的独立数据传输信道，一个用于发送查询指令，另一个用于接收硬件设备发送回来的数据信息，独立工作可大大提高通讯效率，避免数据拥塞。通过GPRS短信通信模块发送查询指令”CHUANGYUAN+phone number（接收模块的SIM卡号）”给基站上的硬件设备，设备在收到指令之后，将所采集的信息发送回给软件的接收模块，模块通过串口将信息提交给软件，软件进行字符串分割，解析，分配，然后将结果显示到软件界面的列表框里，对于下倾角过大的基站天线，将进行报警，通知天线维护人员进行现场调整纠正。A, 软件流程图图6. 天线姿态监测系统管理软件流程图B, 软件界面C，软件
11、功能 本软件支持不同地区的基站群查询；支持在选择地区之后，本地区下单个基站天线姿态信息的查询，支持最大告警阈值设置功能，可以根据实际情况设置最大下倾角阈值来进行告警；支持不同的告警类别，在正常状态下查询天线姿态信息，以不同的告警类别显示（正常，一般告警，严重告警四种告警级别），统计告警结果，真正起到监测天线姿态变化的目的；支持历史记录的查询，用户可根据查询日期选择当天的历史查询记录；支持列表信息另存为EXCEL表格功能，可以将现场查询结果或者历史查询结果导出另存为EXCEL表格，能给天线优化人员对天线参数的分析提供有利的参考依据；支持显示基站相关信息，例如基站名称，CELLID 经纬度信息，厂
12、家，挂高，天线个数等等。三， 产品特点本天线姿态监测系统具有以下显著特点：1， 稳定性好，测量精度高。由于本设备采用12V直流电源供电，满足了各个模块对电压不稳定而敏感的特点，尤其是给传感器工作提供了稳定的电压，下倾角和抱杆倾斜角度测量精度可达0.1，在无磁源情况下，方位角精度可达0.5。2， 室外防水防尘设计。本设备外壳采用PVC材料制作，外壳接口处采用高强度防水密封胶，防水等级达到IP65，工作温度可达- 20-60，外观设计美观大方，质量轻巧便于安装。3， 便于安装部署。使用强力胶将设备按照设备上的箭头指示方向垂直粘帖于天线背面，保持各个分机之间使用短线串联。4， 使用年限长。一次安装到天线上，使用寿命可达5年以上。5， 智能化软件系统管理。由于两端采用了GPRS/短消息无线通讯模块，可以实现远距离操作监控，近在一个市区，省外也可以实现现场查询，一台服务器可实现多个地区基站群天线姿态的监控。天线优化人员也可凭借个人手机对单个或者多个基站进行现场查询监控，方便快捷。6， 节能减排，符合国家低碳方针。
