CN102496780B - 一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法，涉及基站天线技术领域。本方法是：第1、预先在远端控制器的外扩存储区分别保存其调节角度变化的非线性转动量数据；第2、根据指令确定其控制的天线型号，以及角度调节的类型；第3、对所控制的天线角度进行校准；第4、当接收到调节天线角度指令时，从外扩存储区获取相应的非线性转动量数据；第5、确定调节到目标期望角度所需要的转动步数及转动方向。本发明应用简单且调节精确可靠、适用范围广，可以通用于移动通信中不同型号天线进行多维的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或其它角度的角度调节。

Description

一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法

技术领域

本发明涉及基站天线技术领域，尤其涉及一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法，具体涉及基站天线包括水平方位角、垂直下倾角、俯仰角、定向转角等各种角度调节控制。

背景技术

在基站天线应用系统中，为了实现信号覆盖的实时方便调节，越来越多需要使用控制器系统；根据不同时段及不同话务量需求，在不用更换基站天线的情况下，基于实际的角度调节需要情况，通过调节改变天线的垂直下倾角或水平方位角或俯仰角或其它角度，实现更优的信号覆盖。但在目前的天线控制中，常需要人工手动进行天线的角度调整。虽然也有使用远端控制预先置于天线下端的电机转动的方式调整电调天线垂直电下倾角度，但对于电调天线水平方位角的调整或是其它基站天线的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角的调整，在目前基站普遍工作方式还是采用人工改变每个基站天线的角度。更多的是在天线安装时，就预置了天线的下倾角、方位角、俯仰角、定向转角，若需要改变其覆盖范围是需通过人工方式调整其角度，这样费时费力、缺乏安全性，同时增加了维护成本，降低了调整的效率，所以实际应用中在安装后很少改变天线角度的大小。

而随着移动通信技术的发展，经常会需要改变天线的信号覆盖范围，若是要以遥控调节角度方式实现信号覆盖的改变，往往会根据实际所需改善信号覆盖情况确定所要调节角度类型，再结合基站天线的特点，设计所要调节角度的角度驱动传动机构。而这些所设计的不同基站天线不同角度类型调节的角度调节驱动传动机构形式不一、各个角度的变化也无特定的规律。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法。

本发明的目的是这样实现的：

结合基站天线各维的角度因其调节传动机构的调整形式不同，而形成角度间的变化无特定规律的特点，提供的调节方法应适用于各种不同型号基站天线垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角等各种角度的调节控制，无论其各角度间的变化关系如何复杂，都可以实现简单精确的角度调节，为各种型号基站天线各维度的角度调节提供通用的控制技术平台。应用该调节方法，二维天线或是集束天线，都可以根据实际需要调节角度类型，远程方便地实现各个扇区的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角的调节控制，提高基站天线的工作安全灵活性，降低维护成本，且更好地优化移动通信网络的信号覆盖。

具体地说，本发明的工作平台是远端控制器，远端控制器包括MCU主控模块、RS485通信接口模块、供电模块、外扩存储模块、电机驱动模块和步进电机；

RS485通信接口模块、供电模块和外扩存储模块分别与MCU主控模块连接；

MCU主控模块、电机驱动模块和步进电机依次连接；

所述MCU主控模块为远端控制器的核心部分；

本方法包括以下步骤：

第1、根据不同型号基站天线实际需要控制角度调节情况，预先在远端控制器的外扩存储模块中分别保存其调节角度变化的非线性转动量数据；

第2、当RS485通信接口模块接收到基站天线指令时，根据指令确定所要控制对象的基站天线、天线型号和角度调节的类型；

第3、MCU主控模块对所要控制的天线角度进行校准，寻找到基准位置，同时采用线性抵消的补偿方法，抑制校准过程引起的误差；

第4、当RS485通信接口模块接收到调节天线角度指令时，根据当前所控制的天线型号及角度调节类型信息，从外扩存储模块获取相应的非线性转动量数据；

第5、MCU主控模块根据所需要调节的目标角度以及所获取的转动量数据，确定调节到目标期望角度所需要的转动步数及转动方向。

所述的角度调节包括垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或其它角度调节，与实际应用的情况相关；在接收角度调节命令时，根据角度调节指令和相应的角度调节非线性转动量数据确定转动步数和转动方向后，由(原为又)电机控制模块驱动步进电机转动，实现目标期望角度的实时非线性调节；

所述的角度变化非线性转动数据是和实际的天线角度变化情况相关的，不同型号天线的各个角度间转动量变化关系并无特定的规律，可能是某种函数关系，或是毫无规律变化的非线性关系；

所述的天线型号通过天线的类型、频段、波束宽度、增益四个参数区分，则都可由这四个参数唯一地确定各个型号的基站天线。

本发明与现有技术相比具有下列优点和积极效果：

①应用本方法，远端控制器可以方便实时地控制各种不同型号基站天线垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或其它角度的角度调节。只需要根据所要控制的实际情况重新更换控制对象天线型号及其角度调节类型，就可以简单地实现对目标型号基站天线进行垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角等角度的调节控制，避免一个远端控制器不能同时实现不同型号基站天线的不同角度形式调节的缺陷；

②应用本方法，远端控制器进行校准调节时，当调节寻找到基准位置时，对由基准位置发生形变而引起的校准误差，进行线性抵消补偿，减小由于校准引起的角度误差，提高调节精度以及可靠性和有效性。

③应用本方法，远端控制器具有记忆功能，可以实时记录并保存当前控制的基站天线的天线型号和调节控制角度的类型以及当前的角度等信息，掉电不丢失。

总之，本方法应用简单且调节精确可靠、适用范围广，可以通用于移动通信中不同型号天线进行多维的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或其它角度的角度调节，实现同一个远端控制器对各种不同型号的基站天线的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角的统一调节控制和管理。

附图说明

图1为本发明的工作平台远端控制器的结构方框图；

图2为本发明的流程图；

图3为(800/900M 65°15dBi)二维一体化电调天线控制系统组成示意图；

图4为单极化定向天线的机械倾角调节系统组成示意图。

图中：

10-11-MCU主控模块；12-RS485通信接口模块；13-供电模块；

14-外扩存储模块；  15-电机驱动模块；     16-步进电机。

20-遥控设备；

30-二维一体化电调天线；

40-角度驱动机构；

50-定向天线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明详细说明。

一、关于本发明的工作平台——远端控制器

如图1，本发明的工作平台是远端控制器10，包括MCU主控模块1、RS485通信接口模块2、供电模块3、外扩存储模块4、电机驱动模块5和步进电机6；

RS485通信接口模块2、供电模块3和外扩存储模块4分别与MCU主控模块1连接；

MCU主控模块1、电机驱动模块5和步进电机6依次连接；

所述MCU主控模块1为远端控制器的核心部分，包含有本发明基站天线多维角度调节通用性的方法的软件程序。

工作原理：

应用远端控制器10的整体控制系统包括有近端的遥控设备、远端控制器、基站天线，远端控制器10实现角度调控的工作原理过程：

远端控制器10的RS485通信接口模块2接收由作为发送端的遥控设备发送的控制指令；

远端控制器10的MCU主控模块1对接收到的指令进行解析，并根据解析结果，响应指令的操作；

远端控制器10的MCU主控模块1根据响应的操作指令及从外扩存储模块4获取的基站天线参量，分析计算出相关的控制信号，控制电机驱动模块5输出驱动步进电机6的转动方式；

远端控制器10的步进电机6的转动输出轴和角度传动机构的转动轴连接，根据步进电机6的转动方式实现控制角度传动机构的角度调整；

基站天线作为控制调整对象，由其内部的角度传动机构转动调整角度变化。

二、关于本方法的有关步骤

1、第1步骤

前述，第1步骤是：根据不同型号基站天线实际需要控制角度调节情况，预先在远端控制器的外扩存储模块中分别保存其调节角度变化的非线性转动量数据。

具体地说：

首先，根据实际使用情况，把应用本方法控制的所有基站天线型号及其相关的天线关联参数保存在控制器的外扩存储模块4中，所述关联参数包括天线的类型、天线频段、天线波瓣宽度、天线增益以及保存实际需要调节角度类型；所述角度类型包括垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或是根据实际情况扩充的其它角度；

此外，基于各种不同型号天线其所设计的垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角等角度其各自角度调节驱动的传动机构的角度变化并无同一特定规律的情况，在远端控制器10的外扩存储模块14保存各角度调节的非线性转动量数据；所述转动量数据包括各型号的基站天线垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角的角度调节非线性转动量，这些非线性转动量是跟其相应型号的天线及角度类型的各个调节角度变化相关，不同的角度都有其相应的转动数据，并且同一型号天线的同一维角度的其各个角度间的变化关系是无特定规律的，可能是某种函数关系，或者是毫无规律的非线性关系。

这些基站天线的调节控制资源共建共享，提高了通信网络调整的效率。

2、第2、3、4、5步骤

实现本发明的目的是进行多维角度通用性调节，根据所要调节基站天线的指令确定天线型号及调节角度类型，从外扩存储模块14获取相应的调节电机转动的非线性转动量数据，从而驱动步进电机16转动到达所要调节的目标期望角度位置。

如图2，具体地说，多维角度调节通用性的方法的流程图，其步骤包括：

①开始01：

接收到控制命令，链路连接成功后开始；

②记录所要调节角度类型02：

接收设置调节的角度类型指令，把所要调节角度类型记录在MCU主控模块11中，角度调节的类型是垂直下倾角或是水平方位角或是俯仰角或是定向转角或是其它角度；

③记录所要控制的天线型号03：

接收设置基站天线的天线类型、天线频段、天线波瓣宽度、天线增益关联参数，通过这四个关联参数共同确定唯一的相应天线型号，并把所控制的天线型号也记录在MCU主控模块11中；

④天线校准寻找零位基准04：

寻找基准校准到零位，天线校准过程中当步进电机16转动到其零位基准位置，针对可能由基准位置发生形变而引起的校准误差，驱动步进电机16进行零度位置线性补偿调整后结束校准；

⑤确定当前角度和调节目标角度05：

当接收角度调节命令时，MCU主控模块11解析所接收到通信指令，确定所要调节的天线型号、调节的角度类型，以及当前角度、控制目标期望角度；

⑥由所要控制的天线型号及角度类型，获取相应的非线性调节转动量06：

根据基站天线型号及角度调节类型，从外扩存储模块14获取相应的非线性调节转动量数据；

⑦计算转动步数、转动方向07：

根据当前角度、控制目标期望角度、以及所获取的非线性转动量数据，计算确定调节到目标角度，步进电机16所要的转动步数以及转动方向；

⑧驱动步进电机转动08：

电机驱动模块15驱动步进电机16根据计算所得的步数到达目标角度；

⑨完成，反馈调节信息09：

步进电机16转动到所要调节的目标角度，当前角度即为本次调节的目标期望角度，同时反馈本次调节步进电机16运行状态及其当前角度；

⑩本次调节结束10。

进一步地，每次对角度调节完成后，MCU主控模块11都已经实时记录了当前控制的天线的型号、角度控制类型以及当前的角度，且掉电不丢失，所以再次进行角度的调节时，可以不进行第②步骤02、第③步骤03、第④步骤04，直接进行角度的调节；只有更换了控制器所要控制的天线型号或角度类型时，才需要进行第②步骤02、第③步骤03、第④步骤04，重新设置基站天线关联参数及校准。

三、关于本方法的应用实施例

1、应用实施例1

如图3，为一种二维一体化电调天线控制系统。

二维一体化电调天线30包括调节垂直下倾角传动装置和调节水平方位角传动装置，这两套传动装置分别都和应用本发明方法的工作平台远端控制器10相连接。

控制垂直下倾角移动的移相器结合移相原理和实际情况，其各个下倾角的变化是无规律的，因此需要垂直下倾角的传动机构的输出非线性关系的转动量；水平方位角是需要在水平方向上±30°弧度范围内的角度调节，则其水平的传动机构输出的也必须是非线性关系的转动量。因此，应用本发明通用的多维角度调节的方法，远端控制器10可以方便简单地同时实现了垂直下倾角度0°～14°范围间非线性调节和水平方位角度-30°～30°范围非线性调节。

采用本发明进行电调天线角度调节的具体步骤如下：

①遥控设备20通过控制电缆线与置于天线端的控制器10连接头连接；

②遥控设备20使用的RS485总线传送调节控制命令；

③天线下端的控制器10接收控制命令后，根据指令进行相应的调节控制；

④控制器10执行完指令的控制调节命令后，反馈信息。

2、应用实施例2

如图4，为单极化定向天线的机械倾角调节系统。

系统的角度驱动机构40和应用了本多维角度调节的方法的控制器10相连接。角度驱动机构40的传输轨迹为弧线形式，则实现各个角度之间的调节，需要控制器10输出非线性的转动调节量，应用本方法可以实现实际需要的1°～6°范围的机械倾角调节。

实现的定向天线倾角调节具体步骤和实施例1具体步骤相同。

通过应用本算法，定向天线50在实际应用中，当需要根据定向天线50所需的覆盖范围、基站功率大小和估计用户值等数据调整其机械倾角时，可以给维护人员带来方便，不必要爬到天线安放处就可以实现角度的调节，并且调节更准确，可以简单方便实时的达到网路优化的要求。

通过上述应用实施例1、2证明，本方法，通用性强、使用方便灵活，调节角度范围根据需要可以达到大范围角度的调节，精度高，提升了基站天线各类型角度调节的整体性能、控制质量和可靠性，为各型号基站天线的各维角度调节控制提供了一个通用的技术平台。

Claims (1)

1.一种具有通用性和非线性的基站天线多维角度调节方法，工作平台是远端控制器(10)，包括MCU主控模块（1）、RS485通信接口模块（2）、供电模块（3）、外扩存储模块（4）、电机驱动模块（5）和步进电机（6）； 

RS485通信接口模块（2）、供电模块（3）和外扩存储模块（4）分别与MCU主控模块（1）连接； 

MCU主控模块（1）、电机驱动模块（5）和步进电机（6）依次连接； 

所述MCU主控模块（1）为远端控制器的核心部分； 

其特征在于本方法包括以下步骤： 

第1、根据不同型号基站天线实际需要控制角度调节情况，预先在远端控制器(10)的外扩存储模块(14)中分别保存其调节角度变化的非线性转动量数据； 

第2、当RS485通信接口模块(12)接收到基站天线指令时，根据指令确定所要控制对象的基站天线、天线型号和角度调节的类型； 

第3、MCU主控模块(11)对所要控制的天线角度进行校准，寻找到基准位置，同时采用线性抵消的补偿方法，抑制校准过程引起的误差； 

第4、当RS485通信接口模块(12)接收到调节天线角度指令时，根据当前所控制的天线型号及角度调节类型信息，从外扩存储模块(14)获取相应的非线性转动量数据； 

第5、MCU主控模块(11)根据所需要调节的目标角度以及所获取的转动量数据，确定调节到目标期望角度所需要的转动步数及转动方向； 

所述的第1步骤： 

首先，根据实际使用情况，把应用本方法控制的所有基站天线型号及其相关的天线关联参数保存在控制器的外扩存储模块(4)中，所述关联参数包括天线的类型、天线频段、天线波瓣宽度、天线增益以及保存实际需要调节角度类型；所述角度类型包括垂直下倾角、水平方位角、俯仰角、定向转角或是根据实际情况扩充的其它角度

所述第2、3、4、5步骤： 

①开始（01） 

接收到控制命令，链路连接成功后开始； 

②记录所要调节角度类型（02） 

接收设置调节的角度类型指令，把所要调节角度类型记录在MCU主控模块(11)中，角度调节的类型是垂直下倾角或是水平方位角或是俯仰角或是定向转角或是其它角度； 

③记录所要控制的天线型号（03） 

接收设置基站天线的天线类型、天线频段、天线波瓣宽度、天线增益关联参数，通过这四个关联参数共同确定唯一的相应天线型号，并把所控制的天线型号也记录在MCU主控模块(11)中； 

④天线校准寻找零位基准（04） 

寻找基准校准到零位，天线校准过程中当步进电机16转动到其零位基准位置，针对可能由基准位置发生形变而引起的校准误差，驱动步进电机16进行零度位置线性补偿调整后结束校准； 

⑤确定当前角度和调节目标角度（05） 

当接收角度调节命令时，MCU主控模块（11）解析所接收到通信指令，确定所要调节的天线型号、调节的角度类型，以及当前角度、控制目标期望角度； 

⑥由所要控制的天线型号及角度类型，获取相应的非线性调节转动量（06） 

根据基站天线型号及角度调节类型，从外扩存储模块（14）获取相应的非线性调节转动量数据； 

⑦计算转动步数、转动方向（07） 

根据当前角度、控制目标期望角度、以及所获取的非线性转动量数据，计算确定调节到目标角度，步进电机（16）所要的转动步数以及转动方向； 

⑧驱动步进电机转动（08） 

电机驱动模块15驱动步进电机（16）根据计算所得的步数到达目标角度； 

⑨完成，反馈调节信息（09） 

步进电机（16）转动到所要调节的目标角度，当前角度即为本次调节的目标期望角度，同时反馈本次调节步进电机（16）运行状态及其当前角度； 

⑩本次调节结束（10）； 

进一步地，每次对角度调节完成后，MCU主控模块(11)都已经实时记录了当前控制的天线的型号、角度控制类型以及当前的角度，且掉电不丢失，所以再次进行角度的调节时，可以不进行第②步骤（02）、第③步骤（03）、第④步骤（04），直接进行角度的调节；只有更换了控制器所要控制的天线型号或角度类型时，才需要进行第②步骤（02）、第③步骤（03）、第④步骤（04），重新设置基站天线关联参数及校准。 

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