CN104040788B - 基于方位校正调节的电调天线及电调天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种基于方位校正调节的电调天线及系统，所述电调天线主体为至少一个电调天线本体，包括姿态传感装置，固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角；及连接于姿态传感装置的天线控制单元，用于调节所述电调天线本体的电下倾角并向外部传送所述姿态传感装置感应的水平方位角及机械倾角信息。本发明创造的基于方位校正调节的电调天线及系统，通过采用在电调天线本体上设置姿态传感装置的技术手段，从而达到了实时方便地获知电调天线本体当前的如电下倾角、水平方位角及机械倾角等物理方位信息，并结合理想状态下的角度信息进行维护和调试的技术效果。

Description

基于方位校正调节的电调天线及电调天线系统
技术领域
本发明创造涉及无线通信基站天线领域，具体的说是涉及一种基于方位校正调节的电调天线及电调天线系统。
背景技术
移动通信基站天线的技术发展很快，最初国内主要使用普通的定向和全向型天线，目前电调天线越来越普及，所谓电调天线，即指可调节电子下倾角度的基站天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图形状基本保持不变，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1°-5°变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5°-10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有不同；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当电调天线下倾15°后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向图下倾角进行调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高( 为0.1° )，因此可以对网络实现精细调整。
电调天线的以上特性决定了要实现下倾角的精确调节，就必须保证天线振子机械倾角的理想化设置，否则单纯通过电下倾角的调节并不能获得理想的方向图。然而，现有的电调天线如遇台风或安装固定件老化导致天线的初始建站安装位置变化不能及时发现，新建基站站点时天线安装位置出现偏差，及不能远程控制进行水平方位角和机械倾角的调整，均由于电调天线并不能进行水平方位角和机械倾角的有效监控，工作人员不能及时获取对应的角度信息导致，为电调天线的施工和维护带来了不便。
发明内容
本发明创造的目的在于：提供一种基于方位校正调节的电调天线及系统，通过侦测电调天线本体的物理方位数据，以实现对电调天线本体相应角度的精确调节。
本发明创造提供了一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，所述电调天线包括：姿态传感装置，固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角；及连接于姿态传感装置的天线控制单元，用于调节所述电调天线本体的电下倾角，水平方位角，机械倾角并向外部传送所述姿态传感装置感应的水平方位角及机械倾角信息。从而，借由所述姿态传感装置及天线控制单元，用户可实时方便地获知电调天线本体当前的如电下倾角、水平方位角及机械倾角等物理方位信息，并结合理想状态下的角度信息进行维护和调试；尤其是对机械倾角，水平方位角的实时获取，为电调天线的准确安装提供了参考。
进一步地，所述电调天线还包括水平方位角和机械倾角控制单元和用于调节所述电调天线本体的水平方位角和机械倾角的机械装置，所述机械装置设置有驱动电机及连接于驱动电机的输出轴与电调天线本体的转轴之间的传动副，所述水平方位角和机械倾角控制单元连接并向驱动电机发送角度控制信号。作为一种实施方式，所述驱动电机为步进电机或伺服电机，所述传动副为齿轮组。从而，借由所述水平方位角和机械倾角控制单元和安装于电调天线本体下方的机械装置，实现了水平方位角和机械倾角的精确调节。
进一步地，所述的姿态传感装置是电子罗盘。
进一步地，所述电子罗盘具有三轴磁传感器和三轴重力加速度传感器。从而，借由三轴磁传感器和三轴重力加速度传感器实现了对电调天线本体的全姿态监控。
进一步地，所述电调天线具有用于调节电下倾角的远程控制单元，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息。从而，借由所述可读写存储器，用户可方便地查询电调天线对应的配置数据，为调节、维护等提供方便。
本发明创造还提供了另一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，所述电调天线包括：姿态传感装置，固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角；用于调节电下倾角的远程控制单元，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息；及连接于姿态传感装置及远程控制单元的手持终端，所述手持终端用于调节电调天线的电下倾角、水平方位角及机械倾角，还用于电调天线的参数设置。具体地，所述手持终端通过AISG线缆进行供电和通信。从而，借由所述手持终端，实现了便携、灵活方便地对电调天线进行控制调节的效果。
此外，本发明创造提供了一种基于方位校正调节的电调天线系统，其包括如上所述的电调天线，还包括至少一个终端控制装置，该终端控制装置控制连接于所述天线控制单元的第一接口，且与该天线控制单元建立通信链路，每一个终端控制装置分别控制一个或多个天线控制单元；终端控制装置包括用于显示姿态传感装置感应的天线姿态信息的显示模块。本实施例的终端控制装置是PC或CCU（Central Control Unit，中央控制单元）。从而，借由所述终端控制装置及其显示模块，实现了对电调天线的水平方位角、机械倾角及电下倾角的实时有效地远程监控，如以电子地图形式显示每一基站电调天线的当前情况，并根据需要及时进行维护、调节等。
进一步地，所述终端控制装置还包括：存储有预先设置的水平方位角和机械倾角中的至少一种对应角度范围的存储模块；连接于存储模块的、用于比较判断所述姿态传感装置感应的水平方位角和/或机械倾角超出所述角度范围时产生报警信号的比较模块；及连接于比较模块的、根据所述报警信号进行声、光及短信中的至少一种方式报警的报警模块。从而，借由所述终端控制装置的报警功能，实现了电调天线机械倾角和水平方位角的异常变化的实时检测并及时告警。
进一步地，所述终端控制装置还包括：用于根据用户输入操作以产生对应电调天线本体的水平方位角、机械倾角及电下倾角中的至少一种的调节指令的输入控制模块，所述天线控制单元根据所述调节指令控制电调天线本体进行对应的角度调节。从而，借由所述输入控制模块，实现了用户对电调天线的水平方位角、机械倾角及电下倾角的远程控制。
进一步地，所述终端控制装置中还设有用于显示所述电调天线所属基站的物理方位信息的地图数据库、信息数据库及应用数据库，终端控制装置通过短信与天线控制单元通信。从而，借由所述短信进行通信的方式，只要有手机号码即可实现，相对于使用GPRS的还要建立站点，准备服务器地址而言，使用简单方便，应用范围广。
本发明创造的基于方位校正调节的电调天线及系统，通过采用在电调天线本体上设置姿态传感器的技术手段，从而达到了实时方便地获知电调天线本体当前的如电下倾角、水平方位角及机械倾角等物理方位信息，并结合理想状态下的角度信息进行维护和调试的技术效果。
附图说明
图1 是本发明创造的电调天线系统的结构示意图。
图2是图1中终端控制装置的功能模块示意图。
图3 为本发明创造的电子罗盘控制板在第一位置时的结构示意图。
图4 为本发明创造的电子罗盘控制板在第二位置时的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参照图1至图2，本发明创造提供了一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，所述电调天线包括姿态传感装置、天线控制单元、水平方位角和机械倾角控制单元及机械装置（图未示出）。
所述姿态传感装置固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角。作为一种实施方式，所述的姿态传感装置是电子罗盘。进一步地，所述电子罗盘具有三轴磁传感器和三轴重力加速度传感器。
本发明创造的电调天线采用的电子罗盘具有以下特点。
一、支持AISG（Antenna Interface Standards Group，天线接口标准组织）2.0通信协议，通过自定义的指令（如按预定的时间周期）实时获取电调天线的电倾角，水平方位角和机械倾角等信息。
二、通过水平方位角及机械倾角的实时获取，可以为水平方位角和机械倾角控制单元调角过程提供位置反馈，形成闭环控制系统。
三、通过机械倾角，水平方位角的实时获取，在新建基站站点时，提供天线安装参考。
四、报警功能。对机械倾角或水平方位角的变化进行检测并告警。一方面，天线的初始建站安装位置变化（如遇台风或安装固定件老化），超过设定范围，主动告警。天线在塔上由风吹引起摆动，超过设定幅度范围，主动告警。
电子罗盘的传感器采用霍尼韦尔各向异性磁阻(ARM) 技术，具有轴向高灵敏度和线性高精度，集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘航向精度精确到1°～ 2°。普通的电子罗盘对被测件水平度有比较高的要求，一旦电子罗盘有点倾斜，读数就会有误差。我们选用高精度电子罗盘传感器内部具有倾斜补偿功能，其结合三轴磁传感器和三轴加速度传感器，加上内置的补偿算法，可以融合多种传感器读数后，提供稳定的读数。在再崎岖的路面都能稳定的提供系统当前的朝向和倾角。特别适合室外应用或需要稳定读数的场合。因此可用于电调天线的天线定位，并嵌入到AISG 协议中。系统内部供电电压2.0V～3.6V，体现了系统低功耗。
该电子罗盘主要用于电调天线的天线定位，电子罗盘固定在电调天线的某一固定位置，在天线安装完毕时对电子罗盘进行校准，在进行校准期间，罗盘和固定罗盘的听台以稳定的速度旋转360 度，该过程根据终端用户平台来决定从60S 到3Min，校准程序用于收集地磁场磁铁畸变的校正数据。这些磁铁效应用于磁阻传感器部分附近被磁化的材料，这些材料位于终端用户平台固定的位置。在退出校准模式时，效验后的磁力仪的偏移和比例系数得到了更新，使用户得到更准确的数据。我们可以通过手持控制器或Acslient 软件查询天线当前的位置偏移情况。通讯协议遵从AISG 协议。该设计硬件结构简单、稳定性好，省去用AD 转换的很多外围电路以及避免了由于AD 和外围电路而引起的精度误差。
天线控制单元连接于姿态传感装置，用于调节所述电调天线本体的电下倾角，水平方位角，机械倾角并向外部传送所述姿态传感装置感应的水平方位角及机械倾角信息。
机械装置用于调节所述电调天线本体的水平方位角和机械倾角，所述机械装置设置有驱动电机及连接于驱动电机的输出轴与电调天线本体的转轴之间的传动副，所述水平方位角和机械倾角控制单元连接并根据控制指令向驱动电机发送角度控制信号。
优选地，所述电调天线还具有用于调节电下倾角的远程控制单元，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息。
作为一种实施方式，本发明创造还提供了另一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，所述电调天线包括姿态传感装置、远程控制单元及手持终端。也即，与上述实施方式不同在于，天线控制单元改为便携的、方便地进行控制的手持终端。
姿态传感装置固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角。
远程控制单元用于调节电下倾角，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息。
手持终端连接于姿态传感装置及远程控制单元，所述手持终端用于调节电调天线的电下倾角、水平方位角及机械倾角，还用于电调天线的参数设置。
此外，本发明创造提供了一种基于方位校正调节的电调天线系统，其包括如上所述的电调天线，还包括至少一个终端控制装置，该终端控制装置控制连接于所述天线控制单元的第一接口，且与该天线控制单元建立通信链路，每一个终端控制装置分别控制一个或多个天线控制单元；终端控制装置包括用于显示姿态传感装置感应的天线姿态信息的显示模块。
作为一种实施方式，所述终端控制装置还包括存储模块、比较模块及报警模块。
存储模块中存储有预先设置的水平方位角和机械倾角中的至少一种对应角度范围。
比较模块连接于存储模块，用于比较判断所述姿态传感装置感应的水平方位角和/或机械倾角超出所述角度范围时产生报警信号。
报警模块连接于比较模块，根据所述报警信号进行声、光及短信中的至少一种方式报警。
作为一种实施方式，所述终端控制装置还包括输入控制模块，所述输入控制模块用于根据用户输入操作以产生对应电调天线本体的水平方位角、机械倾角及电下倾角中的至少一种的调节指令；所述天线控制单元根据所述调节指令控制电调天线本体进行对应的角度调节。
作为一种实施方式，所述终端控制装置中还设有用于显示所述电调天线所属基站的物理方位信息的地图数据库、信息数据库及应用数据库，终端控制装置通过短信与天线控制单元通信。所述数据库用于为所述系统提供告警监控、信息统计及配置信息等数据支持。
综上，本发明创造的电调天线系统是对基站天线信息(位置、电下倾角、机械倾角及水平方位角等)采集与管理，对天线的调节(如电下倾角、水平方位角及机械倾角等)的远程控制为核心功能，建立的基于Web电子地图的天线信息集中智能管理平台，便于网络优化与维护。
所述电调天线系统包含天线信息管理与控制两大子系统，交互接口为远端集中控制机房的终端控制装置和本地站点的天线控制单元之间的GSM短信，终端控制装置面向最终用户，采用B/S结构设计。
请参考图3和图4，对应的电子罗盘控制板安装在如图3所示的电调天线本体的顶端右侧位置，测试时，电子罗盘精度最高，基本无误差。安装在图4所示电调天线本体的顶端左侧位置，测试时，电子罗盘误差角度为1-2°。安装在其它位置控制器的测量精度会更差些。
尽管已经示出和描述了本发明创造的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明创造的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明创造的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (9)

1.一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，其特征在于，所述电调天线包括：
姿态传感装置，固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角；
连接于姿态传感装置的天线控制单元，用于调节所述电调天线本体的电下倾角、水平方位角和机械倾角，并向外部传送所述姿态传感装置感应的水平方位角及机械倾角信息；
与天线控制单元连接的，用于调节电下倾角的远程控制单元；
与天线控制单元连接，并根据控制指令向驱动电机发送角度控制信号的水平方位角和机械倾角控制单元；及
用于调节所述电调天线本体的水平方位角和机械倾角的机械装置，所述机械装置设置有驱动电机及连接于驱动电机的输出轴与电调天线本体的转轴之间的传动副；
所述的姿态传感装置是电子罗盘，所述的电子罗盘具有三轴磁传感器和三轴重力加速度传感器，所述电子罗盘具有倾斜补偿功能。
2.根据权利要求1所述的基于方位校正调节的电调天线，其特征在于，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息。
3.一种基于方位校正调节的电调天线，主体为至少一个电调天线本体，其特征在于，所述电调天线包括：
姿态传感装置，固定于所述的电调天线本体上，用于实时感应所述电调天线本体的水平方位角及机械倾角；
用于调节电下倾角的远程控制单元，所述远程控制单元包括可读写存储器，可读写存储器中存储有电调天线的配置数据，所述配置数据至少包括安装日期和频段信息；
连接于姿态传感装置及远程控制单元的手持终端，所述手持终端用于调节电调天线的电下倾角、水平方位角及机械倾角，还用于电调天线的参数设置；
与手持终端连接，并根据控制指令向驱动电机发送角度控制信号的水平方位角和机械倾角控制单元；及
用于调节所述电调天线本体的水平方位角和机械倾角的机械装置，所述机械装置设置有驱动电机及连接于驱动电机的输出轴与电调天线本体的转轴之间的传动副；
所述的姿态传感装置是电子罗盘，所述的电子罗盘具有三轴磁传感器和三轴重力加速度传感器，所述电子罗盘具有倾斜补偿功能。
4.一种包括如权利要求1至3中任一项所述天线的电调天线系统，其特征在于，所述电调天线系统还包括：
至少一个终端控制装置，该终端控制装置控制连接于所述天线控制单元的第一接口，且与该天线控制单元建立通信链路，每一个终端控制装置分别控制一个或多个天线控制单元；终端控制装置包括用于显示姿态传感装置感应的天线姿态信息的显示模块。
5.根据权利要求4所述的电调天线系统，其特征在于，所述终端控制装置还包括：
存储有预先设置的水平方位角和机械倾角中的至少一种对应角度范围的存储模块；
连接于存储模块的、用于比较判断所述姿态传感装置感应的水平方位角和/或机械倾角超出所述角度范围时产生报警信号的比较模块；及
连接于比较模块的、根据所述报警信号进行声、光及短信中的至少一种方式报警的报警模块。
6.根据权利要求4所述的电调天线系统，其特征在于，所述终端控制装置还包括：用于根据用户输入操作以产生对应电调天线本体的水平方位角、机械倾角及电下倾角中的至少一种的调节指令的输入控制模块，所述天线控制单元根据所述调节指令控制电调天线本体进行对应的角度调节。
7.根据权利要求4所述的电调天线系统，其特征在于，所述终端控制装置中还设有用于显示所述电调天线所属基站的物理方位信息的地图数据库、信息数据库及应用数据库，终端控制装置通过短信与天线控制单元通信。
8.根据权利要求4所述的电调天线系统，其特征在于，所述天线的电调天线系统是对基站天线信息的采集与管理，其中，所述基站天线信息包括位置、电下倾角、机械倾角及水平方位角。
9.根据权利要求8所述的电调天线系统，其特征在于，所述天线的电调天线系统是对基站天线信息的管理包括建立基于Web电子地图的天线信息集中智能管理平台。
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