CN102238589A - 一种无线网络通信基站天线性能监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其包括安装有网络优化专家服务软件系统的服务器以及与服务器相互通信并固定在基站天线背面的主机，主机连接有一台或者多台同样是固定在基站天线背面的分机，其中主机和分机均包括有微控制器，此微控制器还连接有采集基站天线姿态信息的传感器，获取定位信息的GPS模块以及获取小区性能参数信息的手机模块。本产品可进行大面积基站天线监测，不需安排测试人员进行现场测量，保证了测量数据的精度并且避免了人为误差，所采集姿态信息和小区性能参数信息对于天线性能的准确分析和评估提供了可靠的数据依据，大大减少了日常网络优化测试项目的工作量与人力物力的成本投入。

Description

一种无线网络通信基站天线性能监测装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种无线网络通信基站天线性能监测装置。

背景技术

基站天线是无线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。目前对于基站天线姿态信息以及小区性能参数的采集主要是通过以下方式进行获取：

下倾角使用坡度仪、电子下倾仪等测量工具进行爬塔进行表贴式测量；方向角通过工程人员站在天线覆盖方向位置采用罗盘进行测量；小区性能参数信息由测试人员通过测试手机在本小区来获取。

正是由于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（下倾角、方位角和翻滚角等）的实际数值与规划设计值不相符。易造成信息登记不准确，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，极大地影响了客户感知度及对运营商品牌的信任度。

而网络优化的主要指标力争做到网络的无缝隙覆盖至少达到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。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。

发明内容

针对以上所述的不足和缺点，本发明提出了一种无线网络通信基站天线性能监测装置，对基站天线性能进行全自动远程监测。

本发明采用的技术方案可以描述为：

一种无线网络通信基站天线性能监测装置，包括安装有网络优化专家服务软件系统的服务器以及与所述服务器通过公用无线通信网络相互通信并固定在基站天线背面的主机，其中所述主机含有微控制器和供电的电源模块，所述微控制器还连接有采集基站天线姿态信息的传感器，获取天线定位信息的GPS模块以及获取小区性能参数信息的手机模块。所述主机将收集的天线姿态信息、天线定位信息以及小区性能参数信息通过公用无线通信网络发送给服务器，并通过所述服务器上的网络优化专家服务软件系统对数据进行处理和分析，以完成整个基站天线性能的监测。

作为以上技术方案的一种改进，所述主机连接有一台或多台同样是固定在基站天线背面的分机，所述分机含有微控制器和供电的电源模块，所述微控制器还连接有采集基站天线姿态信息的传感器，获取定位信息的GPS模块以及获取小区性能参数信息的手机模块。所述主机收集所有分机所采集的天线姿态信息、天线定位信息以及小区性能参数信息，并通过公用无线通信网络发送给服务器。

作为以上技术方案的一种改进，所述主机与分机之间通过RS485接口进行通信。

作为以上技术方案的一种改进，所述传感器包括用于测量天线方向角信息的三维磁阻传感器以及用于测量天线的下倾角和翻滚角的重力加速度传感器，所述传感器还包括有将所述磁阻传感器和重力加速度传感器所输出的模拟信号转换成数字信号输出至微控制器的模数转换器模块。

作为以上技术方案的一种改进，所述主机还包括内建在其手机模块中的GPRS/SMS模块，以与服务器通过公用无线通信网络进行通信。

作为以上技术方案的一种改进，如果微控制器获取的传感器的参数不断变化，而且微控制器通过记录参数的变化判断出主机或者分机处于顺时针持续旋转过程，则对传感器进行硬磁干扰校准。

作为以上技术方案的一种改进，在整个硬磁干扰校准过程中，主机或分机必须按顺时针方向持续旋转360°以上。

作为以上技术方案的一种改进，所述微控制器采用16位嵌入式微控制处理芯片。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种无线网络通信基站天线性能监测装置，通过本装置的使用，将带来如下的好处：

1.    本产品集成了磁阻传感器和加速度计来实时感知天线姿态信息的变化，并采用相关算法对于采集角度进行实时校正和偏移补偿，保证了测量数据的精度并且避免了人为误差，对于天线性能分析提供了可靠的数据依据；

2.    本产品安装于基站天线背面，通过GPRS/SMS模块实现数据的远距离无线传输，可进行大面积基站天线监测，不需安排测试人员进行现场测量，避免了人为测量误差，大大提高了测量精度； 

3.    本产品通过手机（SIM卡）模块及GPS模块来获取小区性能参数信息和获取定位信息，可作为工作人员对于路测数据采集分析的有力参考，同时减少了日常网络优化测试项目的工作量与人力物力的成本投入。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的传感器的结构示意图；

图3为本发明中主机的处理流程图；

图4为本发明中分机的处理流程图。

具体实施方式

本发明所提出了一种无线网络通信基站天线性能监测装置，借鉴磁阻传感器在航海航空领域的导航系统中的成熟技术应用，结合移动通信网络优化过程中对于天线姿态测量的问题研究，提出了本项目产品的总体设计思路。基于此思路，本产品包括安装有网络优化专家服务软件系统的服务器1以及与所述服务器1相互通信并固定在基站天线背面的主机2，其中主机2连接有一台或者多台同样是固定在基站天线背面的分机3。所述主机2和分机3均包括有微控制器41和供电的电源模块42，所述微控制器41还连接有采集基站天线姿态信息的传感器43，获取定位信息的GPS模块44以及获取小区性能参数信息的手机模块45。

如图1所示，本产品主要应用于整个移动通信网络的无线基站子系统的天线部分，通过外设硬件传感器43实时感知天线姿态信息，同时监测小区状态信息，将采集信息借助于公共无线通信网络传输给安装在服务器1上的网络优化专家服务软件系统，此网络优化专家服务软件系统根据接收到的天线性能参数结合知识库进行归类，统计，推理，判断，最后提出最优解决方案，以用户界面形式呈现给工作人员。其中基于无线通信网络的数据传输采用GPRS/SMS通信方式，实现各省市移动工程人员对在运行基站天线系统性能的远程监测。随时随地通过网络管理中心的网优专家系统服务软件以及手持终端查询基站天线系统性能。

其中，微控制器41采用低功耗嵌入式微处理芯片作为核心处理装置，在本实施例中其采用16位的嵌入式微控制处理芯片发配所有操作指令和进行信号处理和算法计算。

如图2所示，本产品中的传感器43包括用于测量天线方向角信息的三维磁阻传感器431，用于测量天线的下倾角和翻滚角的重力加速度传感器432，以及将所述磁阻传感器431和重力加速度传感器432所输出的模拟信号转换成数字信号输出至微控制器41的模数转换器模块433。为了提高方向角精度，本产品通过选用三维磁阻传感器431来测量地球磁场在水平坐标系下的三个分量，同时通过选用和重力加速度传感器432取得俯仰角和翻滚角来进行倾角补偿计算，达到提高方向角精度的目的。所述两个传感器将采集信息经过模数转换器模块433的模数转换后传输给微控制器41来进行信号处理和算法计算得出三个角度信息。

GPS模块44用来采集基站天线的定位信息，主要包括经纬度和天线挂高信息。地磁北极和地理北极在地球表面的大部分地区都存在一定的偏差，需通过经纬度信息来查找当前位置的磁偏角，然后对方向角的计算结果进行磁偏角修正来得到真正的地理方向角。天线的挂高信息直接影响着天线的覆盖。

手机模块45用来检测本小区及邻小区性能参数信息。本产品通过手机模块45中的SIM卡来检测本小区以及邻小区的性能参数信息，包括RSSI (接收信号强度) ，PLMN（PLMN ID号），BCC（基站色码）， Chann（BCCH载波的ARFCN (绝对频率信道个数) ），C1（基站小区选择系数），C2（基站小区重选系数）等等。

本发明所提出的监测装置由主机2和分机3组成，主机2和分机3的区别在于主机2所含有的手机模块45中配有实现采集数据的实时远距离无线传输的GPRS/SMS模块46，而分机3中的手机模块45只配有SIM卡模块。

主机2收集完所有天线的数据之后，利用GPRS/SMS模块46将所有信息按照相关协议进行封装，利用现有的公用无线通信网络采用GPRS或SMS方式将其发送回给服务器1上的后台网优专家服务系统软件，专家系统将收到的数据进行解析，归类，存储，然后对其分析，推理。对于故障天线及小区进行告警，并提供解决方案，从而完成天线整体性能检测的目的。

电源模块42主要是为了给各个模块和芯片提供可靠的电源供给来保证他们的正常运行，可靠工作。

一个主机2最多可携带8个分机3，主机2与分机3之间通过RS485接口通信，并可根据监测基站上的具体天线数目来决定分机3的个数。主机2或者分机3分别安装于天线背面来采集各个天线的当前姿态信息以及小区性能参数，并将所有分机3的数据传输给主机2，再统一传输至服务器1。

以下分别从主机2和分机3的处理流程来分析本发明的工作流程：

如图3所示，主机微控制器通过四个进程管理整个系统：手机模块控制进程，GPS信息读取进程，天线参数测量进程和主分机通信进程，其中：

手机模块控制进程负责与安装在服务器1上的后台软件进行信息交互，向上报告主机2和分机3所取得的天线姿态信息、GPS信息，以及主机2和分机3所处小区的性能参数信息。

GPS信息读取进程负责从GPS模块44获取GPS定位信息，包含经纬度信息和高度。

天线参数测量进程负责天线姿态角（方向角，倾斜角、翻滚角）的测量和硬磁干扰校准。微控制器41预先设定好的周期时间获取一次传感器43的天线参数，微控制器41通过这些参数及校准因子计算出天线方向角，倾斜角和翻滚角。

主分机通信进程负责主机2与分机3之间的RS485通信。系统上电时，主机2必须首先知道下面分机3配置信息（分机数量，每个分机的地址）。主机2首先发送广播信息，分机3收到此广播信息后，依次向主机2报告本机地址。主机2将分机3配置信息记录下来，之后主机2每隔1秒钟根据配置信息依次向分机3索取分机天线姿态角信息以及分机所处小区的性能参数信息。

类似地，如图4所示，分机3的微控制器41通过三个进程管理系统：天线参数测量进程，主分机通信进程，手机模块控制进程：

天线参数测量进程与主机天线参数测量进程相同。

在分机3的主分机通信进程中，分机3只能被动应答主机2的请求，收到广播信息后向主机2报告本机地址信息。每隔1秒钟根据主机2请求，向主机2报告分机天线姿态角信息，以及分机所处小区的性能参数信息。

手机模块控制进程负责读取分机所处小区性能参数。

这样，通过本发明的使用，将带来如下的好处：

1.   本产品集成了磁阻传感器和加速度计来实时感知天线姿态信息的变化，并采用相关算法对于采集角度进行实时校正和偏移补偿，保证了测量数据的精度并且避免了人为误差，对于天线性能分析提供了可靠的数据依据；

2.   本产品安装于基站天线背面，通过GPRS/SMS模块实现数据的远距离无线传输，可进行大面积基站天线监测，不需安排测试人员进行现场测量，避免了人为测量误差，大大提高了测量精度； 

3.   本产品通过手机（SIM卡）模块及GPS模块来获取小区性能参数信息和获取定位信息，可作为工作人员对于路测数据采集分析的有力参考，同时减少了日常网络优化测试项目的工作量与人力物力的成本投入。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：其包括安装有网络优化专家服务软件系统的服务器（1）以及与所述服务器（1）通过公用无线通信网络相互通信并固定在基站天线背面的主机（2），所述主机（2）含有微控制器（41）和供电的电源模块（42），所述微控制器（41）还连接有采集基站天线姿态信息的传感器（43），获取天线定位信息的GPS模块（44）以及获取小区性能参数信息的手机模块（45）；所述主机（2）将收集的天线姿态信息、天线定位信息以及小区性能参数信息通过公用无线通信网络发送给服务器（1），并通过所述服务器（1）上的网络优化专家服务软件系统对数据进行处理和分析，以完成整个基站天线性能的监测。

2.根据权利要求1所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：所述主机（2）连接有一台或多台同样是固定在基站天线背面的分机（3），所述分机（3）含有微控制器（41）和供电的电源模块（42），所述微控制器（41）还连接有采集基站天线姿态信息的传感器（43），获取定位信息的GPS模块（44）以及获取小区性能参数信息的手机模块（45）；所述主机（2）收集所有分机（3）所采集的天线姿态信息、天线定位信息以及小区性能参数信息，并通过公用无线通信网络发送给服务器（1）。

3.根据权利要求2所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：所述主机（2）与分机（3）之间通过RS485接口进行通信。

4.根据权利要求1或2所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：所述传感器（43）包括用于测量天线方向角信息的三维磁阻传感器（431）以及用于测量天线的下倾角和翻滚角的重力加速度传感器（432），所述传感器（43）还包括有将所述磁阻传感器（431）和重力加速度传感器（432）所输出的模拟信号转换成数字信号输出至微控制器（41）的模数转换器模块（433）。

5.根据权利要求1所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：所述主机（2）还包括内建在其手机模块（45）中的GPRS/SMS模块（46），以与服务器（1）通过公用无线通信网络进行通信。

6.根据权利要求1或2所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：如果微控制器（41）获取的传感器（43）的参数不断变化，而且微控制器（41）通过记录参数的变化判断出主机（2）或者分机（3）处于顺时针持续旋转过程，则对传感器（43）进行硬磁干扰校准。

7.根据权利要求6所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：在整个硬磁干扰校准过程中，主机（2）或分机（3）必须按顺时针方向持续旋转360°以上。

8.根据权利要求1或2所述的一种无线网络通信基站天线性能监测装置，其特征在于：所述微控制器（41）采用16位嵌入式微处理芯片。

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