CN106705931B

CN106705931B - 一种自动获取基站天线方位角的方法、装置及系统

Info

Publication number: CN106705931B
Application number: CN201510784088.5A
Authority: CN
Inventors: 曹景阳
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: CN106705931A

Abstract

本发明提供了一种自动获取基站天线方位角的方法、装置及系统，其中，自动获取基站天线方位角的方法包括：通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角；获取预存储的所述预设参考方向的方位角，并根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角。本发明提供的方案能够使得基站天线方位角的测量流程更加简便、测量过程受到的干扰更小、测得的方位角精度更高、测量成本更低。

Description

一种自动获取基站天线方位角的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无线技术领域，特别是指一种自动获取基站天线方位角的方法、装置及系统。

背景技术

移动通信系统中，基站天线的工程参数直接影响无线信号的覆盖方向和范围，是网络优化的重要依据。基站天线的工参主要包括方位角、下倾角和挂高。由于基站天线一般为定向天线，方位角直接决定了天线的主覆盖方向，准确测量天线的方位角对保证网络覆盖非常重要。

目前，基站天线的方位角测量一般通过如下手段：

现有方案一：通过指北针测量

通过手持工具进行现场测量是目前工参测量的普遍方式，一般由塔工或网优人员通过指北针进行。测量时，手持工具站立于天线的法线方向，保持眼、指北针和天线在一条直线上，根据指北针的指示位置确定天线的方位角。这种方式具有成本低廉，操作简单的优点。

但是，需要协调塔工上站或爬塔，存在人员、物业协调等问题，成本高；操作人员经验和素质对测试结果有较大影响，会引入人工误差；指北针在外部磁场较强时(如被磁化的铁塔)易受干扰，造成读数不准。

现有方案二：通过电子仪表测量

通过电子仪表进行现场测量可以看作指北针测量方式的升级版。目前市场上最常见的是天线姿态仪。天线姿态仪内置了电子式罗盘、加速度传感器和GPS等多个传感器，测量时只需要将机身贴在天线上，即可一次性获得方位角、下倾角和经纬度信息。相比于指北针和水平仪等传统机械式工具，使用电子仪表测量速度快，可避免人工读数引入的误差。很多天线姿态仪还具备数据回传的功能，可将测量数据直接上报给后台。

但是，测量时仍需要上站或爬塔，同样需要协调人员、物业等；电子仪表内的磁性传感器在外部磁场较强时仍会收到干扰，造成读数偏差较大。虽然通过校准可以消除部分偏差，但很难保证准确补偿干扰。

现有方案三：通过双GPS天线测量

目前这种方式使用还比较少，可参考的专利如CN 102509902A。双GPS天线测向系统主要由两个GPS天线、接收机和数据处理单元组成。在上述专利方案中，将2个GPS天线连线构成的基线与天线成预定位置关系，通过基线的方向来确定天线的方位角。双GPS天线测向采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高，抗干扰性强，常用于精密大地测量和精密工程测量。

但是，双天线GPS测向是通过载波相位法测量的，这就对所使用的GPS接收机提出了较高的要求，需要授时精度较高，能够准确进行相位测量的接收机和天线。一般GPS接收机分为导航型、测地形和授时型三类，精度提升时，设备成本也成倍提升。相对于前两种方案，通过双GPS天线测量的成本明显较高。

另外，该测量方案中，两个天线的连线，即基线的长度对测量的结果有重要影响。一般地，基线越长，测量的精度也越高。如市场上现有的某款专业性GPS测向仪表，在0.5米、1米、2米基线长度下的测量精度分别为0.25度，0.15度和0.1度(均为平均值)。而基站天线的宽度一般在20～30厘米左右，为了能安装于天线上进行测量，基线的长度不会超过天线宽度。这在一定程度上限制了该方案的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动获取基站天线方位角的方法、装置及系统，解决现有技术中测量的基站天线方位角精度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种自动获取基站天线方位角的方法，包括：

通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；

根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角；

获取预存储的所述预设参考方向的方位角，并根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角。

可选地，在所述通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息之前，所述方法还包括：

测量获得所述预设参考方向的方位角，并进行预存储。

可选地，所述根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角的步骤包括：

将两个第二信号器之间的连线投影到两个第一信号器所在的平面，所述两个第二信号器所在原平面与两个第一信号器所在水平面相平行；

对投影后的两个第二信号器之间的连线和两个第一信号器的连线进行处理，并结合所述距离构建直角三角形进行计算得到投影后的平面夹角，作为所述基站天线与预设参考方向之间的夹角。

可选地，所述根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角的步骤包括：

将所述预设参考方向的方位角与所述夹角求和得到所述基站天线的方位角。

可选地，所述第一信号器为信号发射器，第二信号器为信号接收器，或者，第一信号器和第二信号器均为距离传感器。

本发明还提供了一种自动获取基站天线方位角的装置，包括：

第一处理模块，用于通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到所述预设参考方向的方位角，以及两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；

计算模块，用于根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角；

第二处理模块，用于获取预存储的所述预设参考方向的方位角，并根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角。

可选地，所述装置还包括：

第三处理模块，用于所述第一处理模块执行操作之前，测量获得所述预设参考方向的方位角，并进行预存储。

可选地，所述计算模块包括：

投影子模块，用于将两个第二信号器之间的连线投影到两个第一信号器所在的平面，所述两个第二信号器所在原平面与两个第一信号器所在水平面相平行；

处理子模块，用于对投影后的两个第二信号器之间的连线和两个第一信号器的连线进行处理，并结合所述距离构建直角三角形进行计算得到投影后的平面夹角，作为所述基站天线与预设参考方向之间的夹角。

可选地，所述第二处理模块包括：

求和子模块，用于将所述预设参考方向的方位角与所述夹角求和得到所述基站天线的方位角。

本发明还提供了一种自动获取基站天线方位角的系统，包括：上述的自动获取基站天线方位角的装置，还包括两个第一信号器和两个第二信号器。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，所述自动获取基站天线方位角的方法通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；然后根据距离计算得到基站天线与预设参考方向之间的夹角；再获取预存储的预设参考方向的方位角，并根据预设参考方向的方位角和夹角计算得到基站天线的方位角；使得基站天线方位角的测量流程更加简便、测量过程受到的干扰更小、测得的方位角精度更高、测量成本更低。

附图说明

图1为本发明实施例一的自动获取基站天线方位角的方法流程示意图；

图2为本发明实施例二的天线的方位角定义示意图；

图3为本发明实施例二的基站天线宽边方向示意图；

图4为本发明实施例二的参考方向示意图；

图5为本发明实施例二的基站天线宽边与参考方向间关系示意图；

图6为本发明实施例二的基站天线宽边投影参考方向所在平面示意图；

图7为本发明实施例二的基站天线宽边投影参考方向所在平面后与参考方向间关系示意图；

图8为本发明实施例三的自动获取基站天线方位角的装置结构示意图；

图9为本发明实施例四的部分自动获取基站天线方位角的系统架构示意图；

图10为本发明实施例四的自动获取基站天线方位角的系统的数据信息传输示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的技术中测量的基站天线方位角精度低的问题，提供了多种解决方案，具体如下。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供的自动获取基站天线方位角的方法包括：

步骤11：通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；

步骤12：根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角；

步骤13：获取预存储的所述预设参考方向的方位角，并根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角。

其中，第一信号器的数据信息可包含两个第一信号器彼此之间的距离以及向第二信号器发射信号的时间点，第二信号器的数据信息可包含两个第二信号器彼此之间的距离以及接收来自每一个第一信号器的信号的时间点，但本发明并不以此为限。

本发明实施例一通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；然后根据距离计算得到基站天线与预设参考方向之间的夹角；再获取预存储的预设参考方向的方位角，并根据预设参考方向的方位角和夹角计算得到基站天线的方位角；使得基站天线方位角的测量流程更加简便、测量过程受到的干扰更小、测得的方位角精度更高、测量成本更低。

进一步的，在所述通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息之前，所述方法还包括：测量获得所述预设参考方向的方位角，并进行预存储。

其中，预设参考方向的方位角可以通过现有公知的仪器或工具进行测量，比如技术方案中的双GPS测量方案，它在基线不受限时是一个精度很高的方案，以此方案实现的工具也有，可以通过这个工具测得预设参考方向的方位角。

具体的，所述根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角的步骤包括：将两个第二信号器之间的连线投影到两个第一信号器所在的平面，所述两个第二信号器所在原平面与两个第一信号器所在水平面相平行；对投影后的两个第二信号器之间的连线和两个第一信号器的连线进行处理，并结合所述距离构建直角三角形进行计算得到投影后的平面夹角，作为所述基站天线与预设参考方向之间的夹角。

对应的，所述根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角的步骤包括：将所述预设参考方向的方位角与所述夹角求和得到所述基站天线的方位角。

综上，本发明实施例一提供的方案相对现有技术有如下优势：

1.一个基站上只需要测量一次预设参考方向的方位角就可以(比如将预设参考方向设置在主机上，那么在安装主机时测量一次预设参考方向的方位角就可以)，其他的基站天线都是通过预设参考方向来获得方位角的；测量预设参考方向方位角的工具，可以无限次使用，可以不计入每个天线的方位角测量成本；

2.更重要的是，基站天线经常会调整，而预设参考方向是不会变的，无论基站天线如何调整，通过本方案都可以获得调整后的天线方位角，这个过程已无需人工上站；这和使用工具每次现场测量天线的方位角是有显著区别的，节省了人力和物力，并且提高了测量的效率和准确度。

实施例二

由现有技术可知低成本的磁性传感器测量方位角易受到干扰，准确性较高的方案成本又较高。为此，本发明实施例二提出一种自动获取基站天线方位角的方法。

一个基站上往往需要安装3副以上的天线，如果是多系统，天线数量还会成倍增加。如果能够在基站上首先定义一个参考方向，只需要测量每个天线和参考方向的夹角即可获知天线自身的方位角，下面进行具体描述。

参考方向的选取

在基站上选定一个参考方向并获取其方位角，将基站天线方位角的测量转换为基站天线与该参考方向的夹角计算，并进一步转换为距离测量，从而获得基站天线的方位角。其中，参考方向即是一个固定的水平方向，它可以是下文提到的主机的安装方向，在选取时可尽量选择无遮挡的高处，使得传感器之间不被遮挡，以提高测量的准确性，比如在楼顶基站的场景下，它可以选定为一个位于高处的墙沿；在铁塔的环境下，也可以就将下文提到的主机的方向定义为参考方向。它的方位角可以通过专业工具一次性测量获得。参考方向选定后不会随天线调整而变化，是一个固定的已知方向。

具体求解过程如下：

在基站天线的宽边方向上取两个位置点A和B，AB连线在水平面的中垂线方向即为天线的方位角(天线的方位角的定义，如图2和图3所示)。如图4所示，在已知参考方向上取两个位置点C和D，CD连线即为参考方向。由于天线在安装时宽边始终是水平的，参考方向也是水平的(天线安装时都要保持水平，不能出现一边高一边低的歪了的情况，即横滚角要尽量为0，参考方向也选择为水平即可，且这一点容易做到)，因此线段AB和CD都平行于水平面，这四个点组成了一个四面体，且点A和点B向CD所在的水平面做投影时，垂线的高度相等，均为h。AB和CD的长度为x和y。同时，线段AC、AD、BC、BD的长度分别为a、b、c、d，如图5所示。

将AB向CD所在的水平面做投影，设A、B的投影点分别为A’、B’，线段A’C、A’D、B’C、B’D的长度分别为a’,b’,c’,d’；A’B’与CD(或其延长线)的交点为E。由于AB是水平的，因此AA’与BB’的长度相等，定义为h；另外可知A’B’的长度与AB相同，仍为x。在投影的水平面中，从A’和B’向CD做垂线，分别为A’A”和B’B”，其长度分为e、f。B”C和A”D的长度分别为j、k。如图6和图7所示，有下列关系：

(y+j-k)²+(e+f)²＝x²

f²+j²＝c′²＝c²-h²

f²+(j+y)²＝d′²＝d²-h²

e²+(y-k)²＝a′²＝a²-h²

e²+k²＝b′²＝b³-h²

上述5个方程中，如果a、b、c、d、x、y均可获得，未知量为e、f、j、k、h，则通过上述方程即可解出未知量。继而可知，A’B’与CD的夹角θ满足，

求解出θ之后，也就可以获得A’B’的方位角。

综上所述，本发明实施例二的方案为在已知方位角的参考方向上取已知长度的两点，在天线上沿其宽边上取已知长度的两点，测得其他点与点之间长度，计算获得天线的方位角。也就是，将测量方位角的问题转化为已知参考方向求解距离的问题。在具体实践中，可在参考方向上的固定距离(y)上布置两个传感器(C和D)。在基站天线上安装另外两个传感器(A和B)，传感器的距离固定(x)，并沿着天线的宽边布置。通过测量传感器之间的距离(a、b、c、d)，就可以得到被测天线的方位角。

实施例三

如图8所示，本发明实施例三提供的自动获取基站天线方位角的装置包括：

第一处理模块81，用于通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；

计算模块82，用于根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角；

第二处理模块83，用于获取预存储的所述预设参考方向的方位角，并根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角。

本发明实施例三通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；然后根据距离计算得到基站天线与预设参考方向之间的夹角；再获取预存储的预设参考方向的方位角，并根据预设参考方向的方位角和夹角计算得到基站天线的方位角；使得基站天线方位角的测量流程更加简便、测量过程受到的干扰更小、测得的方位角精度更高、测量成本更低。

进一步的，所述装置还包括：第三处理模块，用于所述第一处理模块执行操作之前，测量获得所述预设参考方向的方位角，并进行预存储。

具体的，所述计算模块包括：投影子模块，用于将两个第二信号器之间的连线投影到两个第一信号器所在的平面，所述两个第二信号器所在原平面与两个第一信号器所在水平面相平行；处理子模块，用于对投影后的两个第二信号器之间的连线和两个第一信号器的连线进行处理，并结合所述距离构建直角三角形进行计算得到投影后的平面夹角，作为所述基站天线与预设参考方向之间的夹角。

对应到，所述第二处理模块包括：求和子模块，用于将所述预设参考方向的方位角与所述夹角求和得到所述基站天线的方位角。

其中，上述自动获取基站天线方位角的方法的所述实现实施例均适用于该自动获取基站天线方位角的装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

综上，本发明实施例三提供的方案相对现有技术有如下优势：

实施例四

本发明实施例四提供的自动获取基站天线方位角的系统包括：上述的自动获取基站天线方位角的装置，还包括两个第一信号器和两个第二信号器。

下面对本发明实施例四提供的系统进行具体应用举例。

本发明实施例四提供的系统可包括一个主机和若干个数据采集单元。主机负责与数据采集单元及远端射频模块RRU通信并处理数据采集单元返回的数据。如图9所示，每个数据采集单元由2个传感器组成，布置于一个矩形平板状的安装结构上，传感器的中心连线与平板的长边平行，传感器之间的距离设定为固定值作为已知量。安装结构可以安装在基站天线的顶端，两个传感器的连线与天线的方位角指向垂直(仍根据方位角的定义)，通过测量传感器的连线方向即可确定基站天线的方位角。

安装结构可通过AISG线缆与天线的AISG接口相连(也可以和RRU设备的AISG接口相连)实现供电，其中，AISG是国际天线接口标准化组织的缩写，AISG定义了天线与主设备之间的通信接口和协议标准。另外，安装结构也可以考虑采用太阳能电池供电，这样就不再需要通过AISG线缆供电。

如图9所示，主机包含了一个单片机，负责处理由传感器返回的距离数据，计算并得出天线的方位角数据。同时主机上也安装了参考方向(基线)。参考方向也是由两个发射装置组成(发射装置可以发射测距信号，被传感器接收后就可以获得发射装置和传感器之间的距离；发射装置之间的距离可测量获得)，其连线的方向可以通过专门的测量工具测量获得作为已知量输入。主机的安装位置比较灵活，安装后一般不会调整。如图10所示，主机通过AISG线缆与基站天线或RRU相连，由AISG线缆供电，同时主机处理后的数据也可通过AISG线缆传递到网管后台。

此处对系统所使用的传感器再作一个说明。本系统中所使用的传感器要求能较准确地测量两两之间的距离，作为本发明的一个实施例，这里可以采用基于DTOA方法的传感器。这种方法的原理是，测量点C由发射器同时发射一个RF信号和一个超声波信号，测量点A接收到RF信号之后开始计时，在接收到超声波信号之后，所得的时间差乘以超声波的传播速度就得到了A和C之间的距离(这里忽略了RF从C点传播到A点所需的时间，因为其速度为光速，远远高于超声波的速度)。测量点可将获得的距离数据发送给主机进行处理。DTOA方法是公知技术，这里不再赘述。

距离测量的精度对方位角的测量有重要影响。有很多讨论DTOA测量精度的资料，其中认为空气中的温度对精度有很大影响，因为不同温度下超声波的传播速度也是不同的。这里给出一个简单的校准方法，可以避免对温度进行误差的补偿修正。该方法是在距离C传感器的已知距离上安装一个类似于A的传感器P，通过测量P和C之间的时间来获得超声波的传播速度，用于计算其他测量点之间的距离。通过这种方式可以对距离测量的精度有较好的保证，且计算上简单易行。

由上可知，本发明实施例四提供的系统通过选定参考方向，对同一个基站上所有天线的方位角测量转换为对参考方向的方位角测量和一些距离的测量。由于参考方向在选择时不受天线位置的影响，可以安装在干扰小的地方，参考方向上的基线长度也不受限于天线的尺寸，因此更容易地获得参考方向的方位角。在参考方向可以固定的情况下(实际也基本上可以固定的，与天线相比没有调整的需要)，此时对参考方向可以只测量一次方位角。

另外，在已知参考方向方位角的情况下，对同一个基站的所有天线的方位角测量都转换为测量点之间的距离测量，由于距离测量的方案不会受到磁场的干扰，也不依赖于高精度GPS定位，传感器的成本可以得到有效控制。当需要新增天线时，有只需要在新的天线上增加两个距离传感器及相应的传输即可。

其中，上述自动获取基站天线方位角的装置的所述实现实施例均适用于该自动获取基站天线方位角的系统的实施例中，也能达到相同的技术效果。

需要说明的是，此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块/子模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块/子模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种自动获取基站天线方位角的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息之前，所述方法还包括：

测量获得所述预设参考方向的方位角，并进行预存储。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离计算得到所述基站天线与预设参考方向之间的夹角的步骤包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设参考方向的方位角和夹角计算得到所述基站天线的方位角的步骤包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一信号器为信号发射器，第二信号器为信号接收器，或者，第一信号器和第二信号器均为距离传感器。

6.一种自动获取基站天线方位角的装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于通过采集预设参考方向上两个第一信号器和基站天线上两个第二信号器的数据信息，得到两个第一信号器和两个第二信号器每两者之间的距离；

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二处理模块包括：

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一信号器为信号发射器，第二信号器为信号接收器，或者，第一信号器和第二信号器均为距离传感器。

11.一种自动获取基站天线方位角的系统，其特征在于，包括：如权利要求6至10任一项所述的自动获取基站天线方位角的装置，还包括两个第一信号器和两个第二信号器。