新型移动基站天线角度监测系统

黎 雱，吕 黎

(南京信息职业技术学院，南京 210046)

0 引言

目前，移动通信基站的天线方位角、下倾角基本是靠人工现场通过罗盘、坡度仪等仪器测量得到的，其主要的测量方法有:

(1)测量天线方位角时，人站在天线的后背，人离开天线约1米，并和天线成一条直线，手拿罗盘，且要平整，水平在中心，三点成一线，把天线和后背分为一半，然后正对中心，就可测得方位角。

(2)测量方位角时，人站在天线的前方，用反光镜反射下来的天线正面中心点，和罗盘反光镜的中心线一致，就可测量其角度。

(3)测量下倾角时，将坡度仪安装在天线板面上，然后旋转刻度盘，调整平衡柱中的水泡，水泡在中间就可以读出下倾角的度数。

(4)采用天线厂家提供的天线调节支架上数值也可测量天线的下倾角［1-9］。

1 现场测量存在的问题

(1)实际工程施工中，由于施工人员的经验及施工方式的不同等因素，总会有一定的安装偏差而无法精确地达到设计要求。

(2)由于人为或自然因素改变，天线角度不能及时被发现并调整，使得方位角及下倾角的实际值与设计值存在偏差。

(3)在实际工程维护中，技术人员需要携带仪器去现场进行工程测量基站天线的角度，增加了人力物力，在某些特殊场合环境下，给现场测量带来不便。

(4)现场人工测量时，如在铁塔附近则存在电磁干扰，测量会造成较大误差。一般要求离开铁塔有一段距离，使用指北针，防止磁吸。

要克服以上缺点，不仅需要增加人力物力，还容易导致基站的实际覆盖与所设计的要求不相符，引起基站覆盖范围不合理，或造成同频及邻频干扰，使得移动通信质量下降，影响客户满意度。

2 硬件系统

新型移动基站天线角度监测系统框图如图1所示，角度测量仪安装实物图如图2所示，系统硬件结构主要由监控中心服务器、安装支架、角度测量仪、被测对象基站天线和辅助装置等组成，其结构单元及功能主要实现水平方向偏移角度(方位角)和垂直方向角度(下倾角)信息量的采集。监测子单元主要包含采集信息量的接收部分、分析处理部分、数据上传部分(本地监控和中心平台)。后台服务器:接收来自各个监测子单元的数据并进行处理。系统监控平台则包含方位角和下倾角的显示、警告部分、定时和分时信息采集、多天线采集部分、日志部分等。

图1 基站天线角度监测系统框图

3 工作原理

基站天线角度测量系统拓扑图如图3所示，主要由现场角度监测仪、监测单元和后台服务器等组成，角度监测仪将测得的数据实时通过RS485通讯协议传给监测单元，客户端连在服务器上实现实时监控，其基本工作原理是:倾角测量传感器由基于其高度成熟的矽电容式3D-MEMS技术研发而来，其输出的电压信号与加速度成正比。通过测量重力加速度测量平面分量在传感器敏感轴上的分量大小，利用三角函数可计算出倾角值的大小。当传感器的敏感轴与重力方向产生倾角时，将会引起输出加速度的变化，进而使传感器的电压信号产生变化，由于电压信号与加速度成正比，那么我们就可以通过这个电压值计算出倾角的大小。

图2 角度监测仪安装实物图

图3 基站天线角度监测系统拓扑图

4 软件系统

监测仪在软件设计上采用了分层设计和模块化的设计思路，并成功的嵌入了μCOS-II操作系统，实现了监测仪的多任务管理机制。软件主要包括系统驱动子程序、通讯接口部分子程序、协议部分和采集控制子程序等。监测仪多任务软件管理结构图如图4所示。

图4 监测仪多任务软件管理结构图

监测仪通过采集任务，将采集到的方位角和下倾角参数放置到一块预先定义的数据存储区域。通信接入任务接收来自基站天线角度监测系统的网管平台消息，经协议处理任务，再经过解包、鉴权，如果为非法消息包，则将其丢弃;鉴权通过的则继续判断消息的命令，如果为查询处理命令，则直接在相应的数据存储区域获取相应的参数值，组应答包经通信接入任务将消息发送回网管平台;如果为设置处理命令，则经控制任务对监测仪进行相应的控制。在操作系统运行的过程中，看门狗保护模块可实时侦听系统的运行情况，以确保系统的稳定运行。新型移动基站天线角度监测系统网络拓扑图如图5所示，可以实现对所需监测数据的全面监控。

图5 移动基站天线角度监测系统网络拓扑图

新型移动基站角度监测仪能够准确实时地测量基站天线的下倾角和方位角，并且通过GPRS将数据传输到系统监控中心，它们是本监测系统的两大关键技术点。通过PC机运行基站天线角度监测系统网管平台软件远程登录监控中心服务器，可对天线监测仪进行实时查询操作，监控中心则是系统的核心设备。

5 结论

(1)利用基站天线角度监测系统可对基站天线的安装和调整进行精确的监控，改善传统的安装方式，提高天线的安装精度。

(2)通过基站天线角度监测系统可远程实时侦测天线的角度，及时查询和处理人为因素或自然因素改变天线角度而导致的覆盖变动。

(3)新型监测方法不用派人去每个基站现场进行人工测量天线的角度，大大节省了人力物力，提高了系统测量效率。

(4)天线角度监测仪可消除磁干扰，并且避免了由于人工测量读数造成的误差，使得数据更加准确，为无线网络规划优化设计提供了精确的数据支持。

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