摘 要： 隨著移動網(wǎng)絡的發(fā)展，電信運營商加強對信號基站的部署，同時特別關注天線的姿態(tài)及信號的覆蓋情況，需求一種能夠提供遠程集中管理的系統(tǒng)方案。設計了一種管控主機，能夠連接天線姿態(tài)傳感器獲取天線的姿態(tài)，同時可以集中管理不同型號的電調，結合天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實現(xiàn)對基站天線姿態(tài)的遠程監(jiān)控，使運維人員可以隨時隨地了解天線姿態(tài)情況，給日常運維帶來便捷，提高了工作效率。
0 引言
隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，現(xiàn)在已快速進入移動互聯(lián)網(wǎng)的時代，手機、平板等許多移動終端都依賴于運營商提供的2G、3G乃至4G的網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡信號的質量、覆蓋范圍等直接影響用戶的正常通話和上網(wǎng)。為了提高用戶的使用體驗，運營商特別注重信號基站的部署、網(wǎng)優(yōu)等，在日常的運維中也特別關心基站天線的姿態(tài)，它直接影響無線信號的覆蓋，需要做網(wǎng)絡優(yōu)化時還需要到現(xiàn)場調節(jié)電調天線的電傾角等。
由于某些歷史原因電調天線的協(xié)議出現(xiàn)了AISG1.1[1]版本到AISG2.0[2]版本，這些不同時期的版本不能完全兼容。本方案的管控主機在硬件和軟件上解決了這兩個版本的兼容問題，可集中管理不同廠家的電調，同時還支持天線傳感器的接入。管控主機的設計為天線姿態(tài)的遠程監(jiān)控及電調的集中管理提供了便捷、有效的方案[3-4]。
1 整體技術方案設計
天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)[3]的應用框圖如圖1所示，應用框架由以下幾部分組成：天線基站現(xiàn)場的姿態(tài)傳感器、電調、管控主機、部署在運營商機房的服務器以及用戶經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)連接服務器的客戶端。
遠端的姿態(tài)傳感器監(jiān)測天線的方位角、下傾角、橫滾角等姿態(tài)，電調讀取或控制天線的電傾角，而管控主機經(jīng)485總線獲取傳感器的姿態(tài)和電調的控制信息再經(jīng)無線網(wǎng)絡傳送到后臺服務器，后臺服務器軟件再做相應的管理及數(shù)據(jù)存儲。在用戶端，只要有可上網(wǎng)的終端就可以登錄服務器的Web界面，可對基站、天線、電調的信息進行瀏覽，也可以遠程對電調進行控制等，如果出現(xiàn)天線姿態(tài)告警情況，可以迅速定位告警的地點或進一步到現(xiàn)場去維護。
在圖1的應用框架中，管控主機起到中介橋梁作用，除了要管理分散在基站天線上的姿態(tài)傳感器和電調外，還要把相關的定位信息、姿態(tài)信息、電調控制信息等經(jīng)GPRS傳送到服務器。
在管控主機上需要解決的關鍵技術有：GPS定位、無線數(shù)據(jù)傳輸、AISG協(xié)議的處理，其中姿態(tài)傳感器和電調共用一條485總線，姿態(tài)傳感器采用標準的AISG2.0協(xié)議，而電調由于協(xié)議標準的歷史原因可能會有不同的版本，如AISG2.0或AISG1.1等，因此管控主機還要在軟硬件上支持早期采用AISG1.1協(xié)議且已在運營商使用的老的電調。
2 管控主機硬件設計
圖2所示是管控主機的硬件功能框圖，主要由STM32處理器、電源管理、防雷及保護、485收發(fā)控制、GPS模塊、無線模塊、EEPROM、串口232等部分組成，其中處理器核心部分采用32位ARM系列的Cortex-M3處理器，其1.25 DMips/MHz的運算速度極大地保障了系統(tǒng)的處理性能，它豐富的外設便于外圍功能的擴展。
圖3是無線數(shù)據(jù)模塊電路，由于實際會應用在GSM網(wǎng)絡或CDMA網(wǎng)絡中，因此手機模塊采用華為的GSM模塊MG323或CDMA模塊MC323，它們在硬件接口上是完全兼容的，一個硬件版本就支持兩種模塊。無線模塊經(jīng)串口由STM32進行控制，兩個模塊的AT命令、處理流程上的不同就由軟件進行特殊的處理，實現(xiàn)同一版本軟件支持GSM和CDMA網(wǎng)絡。
在485接口的定義上最早的AISG1.0定義的A端是PIN3，B端是PIN5，規(guī)范升級為AISG1.1后改為A端是PIN5，B端是PIN3，而新的AISG2.0規(guī)范中485接口腳位不變只是在通信的鏈路層和應用層做了修改。在實際應用中既有AISG1.1規(guī)范的電調，也有AISG2.0規(guī)范的電調。特別是有些廠家為了兼容老版本的接口，接口腳位依然按AISG1.0標準，軟件協(xié)議卻按AISG2.0的規(guī)范。這些歷史原因導致新老版本的電調硬件和軟件都不同。本文設計的主機方案就是要使它們都能接入并被管理，為此采取了以下措施。
圖4所示是485接口控制電路，電路中采用半導體芯片對AB線進行軟切換，因為壽命等因素不考慮用繼電器。圖4（c）中采用兩片485芯片U3和U4，采用時分工作方式來處理在485總線上AB線正接或反接的設備，這兩片485芯片由STM32控制U5 74HC4053模擬開關進行切換，對于STM32也只需要處理一個串口的收發(fā)數(shù)據(jù)。由于AB線的極性可能會頻繁地由軟件進行切換，為保證通信的質量及空閑時485的A端與B端的電位差大于200 mV，在AB端上加了上下拉電阻R5和R7并且由U2二選一選擇器74LVC157進行切換。當軟件選擇U3時R5為上拉，R7為下拉；反之選擇U4時R5為下拉R7為上拉，使得485總線空閑時總是保持穩(wěn)定的邏輯1狀態(tài)。圖4（d）是485的輸出及保護電路，防止被雷擊感應等影響而損壞器件。
3 管控主機的軟件設計
在軟件設計上，管控主機系統(tǒng)軟件分IAP和APP兩部分。IAP軟件主要負責本地的APP軟件下載以及遠程升級時更新APP軟件等，APP軟件負責實現(xiàn)具體的應用功能及協(xié)議處理等。
管控主機的APP軟件采用Keil公司的RTX嵌入式實時操作系統(tǒng)，在RTX操作系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)各應用功能，軟件的結構框架如圖5所示。
管控主機軟件結構中包括：（1）管理硬件的底層軟件，主要有CPU的基本初始化、硬件接口的處理、特殊芯片的初始化等；（2）RTX操作系統(tǒng)層，是操作系統(tǒng)的內核層，負責系統(tǒng)任務的調度、消息的傳遞等；（3）BSL層，是介于應用層、驅動層與RTX內核層之間的一層，主要負責應用層及驅動層與RTX的銜接；（4）驅動層，在RTX操作系統(tǒng)下實現(xiàn)各硬件模塊的功能以及為應用層提供相應的接口；（5）應用層，實現(xiàn)各應用的基本功能，如AISG協(xié)議處理[1-2，5-8]、GPS功能、PC串口配置功能、GPRS協(xié)議處理、系統(tǒng)的狀態(tài)及異常處理等。
其中AISG的任務是處理485總線上相關設備的信息，支持AISG1.1和AISG2.0協(xié)議處理。在設備上電初期，任務啟動對485總線上的設備進行搜索，其搜索的基本流程圖[9]如圖6所示。管控主機對485總線總共搜索2次，第一次對正向AB線設備進行搜索，并記錄搜索到的新設備信息以及AB線狀態(tài)；第二次反轉AB線進行搜索，同樣記錄下反向AB線狀態(tài)下的新設備信息。
兩次搜索結束后CPU就了解了485總線的設備情況、版本信息等，如需要對反向AB線設備進行通信時，先選擇反向的485芯片，并向485總線發(fā)送數(shù)據(jù)。總線上其他正向AB線的設備也處于接收狀態(tài)，但由于AB線與此時的管控主機的AB線輸出是相對反接的，主機發(fā)送邏輯1對端收到的是0，因此對端收到的數(shù)據(jù)包碼流與主機發(fā)送的不一樣，在鏈路層數(shù)據(jù)校驗時校驗錯誤并且被丟棄。這樣也保證了向正向AB線發(fā)送數(shù)據(jù)時不會影響反接AB線的其他設備。
無線數(shù)據(jù)模塊的基本流程如圖7所示，軟件同時兼容不同模塊的要點是利用模塊的AT+CGMM命令來識別模塊的型號，如GSM模塊當收到AT+CGMM命令后會應答一個MG323字符串，程序對字符串進行比較就可以知道模塊的型號。在程序的驅動及接口層可根據(jù)模塊的型號進行特殊處理，各自走不同的分支，對于應用層的調用可以不管模塊的型號，都統(tǒng)一調為相同的API。
4 實測結果及結論
天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)在完成研發(fā)設計后相繼在珠海聯(lián)通、中山聯(lián)通、珠海電信、蘇州電信等地方進行試用，現(xiàn)場效果良好。管控主機現(xiàn)場與多家電調進行成功對接，有京信、Andrew、Kathrein、桑瑞、盛路等廠家，有AISG1.1版本也有AISG2.0版本，管控主機上電能夠搜索到不同型號電調的ID，能夠進行電調信息讀取、校準、調節(jié)電傾角等操作。
較復雜的基站現(xiàn)場，如中山聯(lián)通試點的一個站點，該基站聯(lián)通的天線有6面，其中GSM 900 MHz天線3面，1 800~2 100 MHz的雙頻天線3面?，F(xiàn)場安裝了6個姿態(tài)傳感器，接了9個電調，其中3個京信電調、6個Andrew電調。管控主機能夠正確搜索到所有的電調和傳感器，并實時地上報天線的姿態(tài)情況，用戶登錄服務器Web界面能夠查看相應的基站及天線的信息，當出現(xiàn)告警時能及時提醒維護人員，維護人員也可以在Web界面上遠程對電調進行調節(jié)操作，省去了到現(xiàn)場操作的麻煩，為日常運維提供了便捷的方案，提高了運維效率。
參考文獻
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