CN111142130A - 一种5g基站gps天线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的一种5G基站GPS天线监测系统，借助现有设备的预留标准接口进行取电和数据传输，对接完成后，可在OMC网管系统远程读取天线工作参数包括：方位角、下倾角、经纬度、海拔等参数，实现对天线的远程精细化管理功能。终端设备与OMC网管系统进行平台对接后，OMC网管平台将完成对天线数据参数的透传，有利于对天线姿态信息的智能管理及分析，减少网络优化的工作量，实现天线工参的远程采集及管理，无需人员上站；且在平台上完成数据的查询、校验、验证分析及调整功能，在满足日常优化采集的同时，还可以实现数据共享，实时管理，覆盖仿真等工作。天线工参的智能化监测产品是未来智能网优趋势，将具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及5G基站GPS天线安全技术领域，特别是涉及一种5G基站GPS天线监测系统。
背景技术
运营商基站GPS天线的工参数据不仅关系到信号的覆盖范围，还关系到信号覆盖质量等关键网络性能。台风、地震、材料老化等不可预测的因素会直接影响到基站GPS天线的姿态，进而影响信号覆盖，造成通话质量差、话务吸收不足等问题，严重影响网络性能、增加客户投诉率。
长期以来，运营商基站GPS天线工参信息采集及录入管理存在测量不准、手工录入容易出错、实时性差及无法确定数据有效性等问题。现有GPS天线工参监测产品有的依靠地磁感应技术获得地磁方位角，然后通过的磁偏角补偿来获得GPS天线方位角大小，而在基站周围，磁场分布不均匀，造成采集的数据，特别是方位角，存在较大误差，无法精确采集GPS天线工参数据；有的是利用太阳光感传感器采集该处太阳的入射角，并通过GPS计算该处海拔，结合两个数据进行综合计算得出该GPS天线的方位角，但是太阳能方案维护难度大，夜间无法使用，太阳光感传感器受天气变化影响大，无法保持数据的准确性。本文提出的基站GPS天线工参监测终端方案能够智能精确监测基站GPS天线的方位角、下倾角、经纬度、海拔等工作参数，监测数据信息上传遵循AISG协议，保证数据的完整性和稳定性，实现在OMC对GPS天线工参信息的远程智能化采集及管理。后台将GPS天线工参远程采集的数据应用于日常优化中，对工参数据进行验证对比分析、集中参数管理、集中分析与优化，打造“远程集中+属地支撑”集中优化体系，实现集中优化，提高工作效率，降低维护和优化成本。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种5G基站GPS天线监测系统，以解决现有技术中，对5G基站GPS天线监测的实时性差且无法确定数据。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种5G基站GPS天线监测系统，包括：电源、定位模块、GPS天线、倾角传感器模块、通信模块、处理器、运算模块、后台服务器；
所述运算模块具有浮点运算的处理能力；所述处理器连接所述定位模块、所述GPS天线、所述通信模块、所述运算模块；
所述电源分别连接所述定位模块、所述通信模块、所述GPS天线、所述传感器模块、所述运算模块；所述GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线；
所述GPS天线用于接收RF信号；所述运算模块集成在所述处理器上；
所述倾角传感器模块用于检测5G基站GPS天线的倾斜角信息；所述倾角传感器模块将所述倾斜角信息发送至所述运算模块，所述运算模块用于对所述RF信号进行处理，并输出载波相位原始观测量；
所述通信模块连接所述处理器，所述通信模块无线连接所述后台服务器；所述处理器封装载波相位原始观测量，并通过所述通信模块发送至所述后台服务器。
可选的，所述定位模块为：两个GPS卫星导航定位模块、两个BDS卫星导航定位模块、一个GPS卫星导航定位模块以及一个BDS卫星导航定位模块中的任一种。
可选的，所述后台服务器为OMC管理平台。
可选的，所述倾角传感器模块包括六轴陀螺仪、加速度传感器；所述六轴陀螺仪、所述加速度传感器分别连接所述运算模块。
可选的，所述通信模块为AISG通信模块。
可选的，所述运算模块根据卡尔曼滤波算法处理所述倾角传感器模块感测的倾斜角信息。
可选的，所述运算模块通过串口或IIC总线与所述倾角传感器模块连接。
可选的，所述处理器通过串口或IIC总线与所述通信模块连接。
本发明实施例提供的一种5G基站GPS天线监测系统，包括处理器，电源，通信模块、GPS天线，倾角传感器模块、运算模块、后台服务器、定位模块，上述通信模块可以是AISG通信模块。上述运算模块具有浮点运算的处理能力，以实现处理大量数据以及进行大量运算的功能；处理器包括CPU、DDR、Flash，实现数据处理，算法实现及模块控制功能；电源分别连接定位模块、通信模块、GPS天线、传感器模块；电源实现给终端各个单元提供可靠电源供电，并对电路提供保护；GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线天线，采用上述GPS天线，缩小了整个系统的体积，且减小系统的安装空间；定位模块采用两个GPS/BDS卫星导航定位模块，接收GPS天线的RF信号，通过运算模块输出稳定的载波相位原始观测量，其中，运算模块采用模块射频和基带处理的方法对上述RF信号进行处理；将上述算法搭载于强大的运算模块上，基于GPS载波相位差分定向技术(RTK)，运算模块通过对载波相位的原始观测量进行解算处理，解决方位角监测的的实时性及准确性问题；倾角传感器模块采用六轴陀螺仪及加速度传感器，并采用卡尔曼滤波算法，实现下倾角的准确监测；AISG通信模块通过RS485串口和处理器及RRU进行链接，通过AISG接口直接接入运营商现网，数据上传遵循AISG协议，保证数据的完整性和稳定性；实现现网OMC即可采集管理数据的便捷性。处理器通过串口及IIC与GPS天线及倾角传感器模块进行数据通信，如果OMC网管端需要对现在基站GPS天线的工作参数进行监测，处理器对数据进行采集处理后，通过AISG通信单元和RRU建立的链路，把基站GPS天线工参的动态数据，采用RAE协议作为自身的软件协议封装，直接接入OMC管理平台，实现OMC管理平台实时智能对基站GPS天线的方位角、下倾角、经纬度及海拔等工参进行有效监测管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的一种5G基站GPS天线监测系统模块连接图；
图2为本发明实施例提供的一种5G基站的工程参数拓扑图；
图3为本发明实施例提供的一种嵌入式系统的硬件设计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
本发明实施例所涉及的专业术语解释：
GPS：Global Positioning System，全球定位系统是一种以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息；
AISG接口：antenna interface standards group世界几大厂商Kathrein、Argus、Andrew成立了AISG，生产符合AISG的电调天线设备；
DDR：存储器，DDR3是计算机内存的规格，最新的规格为DDR5；
Flash：固态存储器与动画编辑器；
CPU：central processing unit，中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元；
RTK：Real-time kinematic，实时动态，载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标；
OMC：Operation and Maintenance Center，操作维护中心：操作维护系统中的各功能实体；
IIC：Inter-Integrated Circuit，其实是IICBus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构；
RAE：基于AISGLTE网络远程天线姿态感知系统传输协议。
为了解决现有技术中，对5G基站GPS天线监测的实时性差且无法确定数据，本发明实施例提供了一种5G基站GPS天线监测系统。
实施例1
请参见图1，本发明实施例提供了一种5G基站GPS天线监测系统，包括：电源、定位模块、GPS天线、倾角传感器模块、通信模块、处理器、运算模块、后台服务器；
所述运算模块具有浮点运算的处理能力；所述处理器连接所述定位模块、所述GPS天线、所述通信模块、所述运算模块；
所述电源分别连接所述定位模块、所述通信模块、所述GPS天线、所述传感器模块、所述运算模块；所述GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线；
所述GPS天线用于接收RF信号；所述运算模块集成在所述处理器上；
所述倾角传感器模块用于检测5G基站GPS天线的倾斜角信息；所述倾角传感器模块将所述倾斜角信息发送至所述运算模块，所述运算模块用于对所述RF信号进行处理，并输出载波相位原始观测量；
所述通信模块连接所述处理器，所述通信模块无线连接所述后台服务器；所述处理器封装载波相位原始观测量，并通过所述通信模块发送至所述后台服务器。
具体的，本发明实施例提供的一种5G基站GPS天线监测系统，包括处理器，电源，通信模块、GPS天线，倾角传感器模块、运算模块、后台服务器、定位模块，上述通信模块可以是AISG通信模块。上述运算模块具有浮点运算的处理能力，以实现处理大量数据以及进行大量运算的功能；处理器包括CPU、DDR、Flash，实现数据处理，算法实现及模块控制功能；电源分别连接定位模块、通信模块、GPS天线、传感器模块；电源实现给终端各个单元提供可靠电源供电，并对电路提供保护；GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线天线，采用上述GPS天线，缩小了整个系统的体积，且减小系统的安装空间；定位模块采用两个GPS/BDS卫星导航定位模块，接收GPS天线的RF信号，通过运算模块输出稳定的载波相位原始观测量，其中，运算模块采用模块射频和基带处理的方法对上述RF信号进行处理；将上述算法搭载于强大的运算模块上，基于GPS载波相位差分定向技术(RTK)，运算模块通过对载波相位的原始观测量进行解算处理，解决方位角监测的的实时性及准确性问题；倾角传感器模块采用六轴陀螺仪及加速度传感器，并采用卡尔曼滤波算法，实现下倾角的准确监测；AISG通信模块通过RS485串口和处理器及RRU进行链接，通过AISG接口直接接入运营商现网，数据上传遵循AISG协议，保证数据的完整性和稳定性；实现现网OMC即可采集管理数据的便捷性。处理器通过串口及IIC与GPS天线及倾角传感器模块进行数据通信，如果OMC网管端需要对现在基站GPS天线的工作参数进行监测，处理器对数据进行采集处理后，通过AISG通信单元和RRU建立的链路，把基站GPS天线工参的动态数据，采用RAE协议作为自身的软件协议封装，直接接入OMC管理平台，实现OMC管理平台实时智能对基站GPS天线的方位角、下倾角、经纬度及海拔等工参进行有效监测管理。
进一步的，所述定位模块为：两个GPS卫星导航定位模块、两个BDS卫星导航定位模块、一个GPS卫星导航定位模块以及一个BDS卫星导航定位模块中的任一种。
进一步的，所述后台服务器为OMC管理平台。
进一步的，所述倾角传感器模块包括六轴陀螺仪、加速度传感器；所述六轴陀螺仪、所述加速度传感器分别连接所述运算模块。
进一步的，所述通信模块为AISG通信模块。
可选的，所述运算模块根据卡尔曼滤波算法处理所述倾角传感器模块感测的倾斜角信息。
进一步的，所述运算模块通过串口或IIC总线与所述倾角传感器模块连接。
进一步的，所述处理器通过串口或IIC总线与所述通信模块连接。
具体的，本文提出的监测系统，借助现有设备的预留标准接口进行取电和数据传输(利用现有天线的有线传输链路)，对接完成后，可在OMC网管系统远程读取天线工作参数(方位角、下倾角、经纬度、海拔等参数)，实现对天线的远程精细化管理功能。终端设备与OMC网管系统进行平台对接后，OMC网管平台将完成对天线数据参数的透传，有利于对天线姿态信息的智能管理及分析，减少网络优化的工作量，实现天线工参的远程采集及管理，无需人员上站；且在平台上完成数据的查询、校验、验证分析及调整功能，在满足日常优化采集的同时，还可以实现数据共享，实时管理，覆盖仿真等工作。天线工参的智能化监测产品是未来智能网优趋势，将具有广阔的市场应用前景。
本发明实施例提供的一种5G基站GPS天线监测系统，包括处理器，电源，通信模块、GPS天线，倾角传感器模块、运算模块、后台服务器、定位模块，上述通信模块可以是AISG通信模块。上述运算模块具有浮点运算的处理能力，以实现处理大量数据以及进行大量运算的功能；处理器包括CPU、DDR、Flash，实现数据处理，算法实现及模块控制功能；电源分别连接定位模块、通信模块、GPS天线、传感器模块；电源实现给终端各个单元提供可靠电源供电，并对电路提供保护；GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线天线，采用上述GPS天线，缩小了整个系统的体积，且减小系统的安装空间；定位模块采用两个GPS/BDS卫星导航定位模块，接收GPS天线的RF信号，通过运算模块输出稳定的载波相位原始观测量，其中，运算模块采用模块射频和基带处理的方法对上述RF信号进行处理；将上述算法搭载于强大的运算模块上，基于GPS载波相位差分定向技术(RTK)，运算模块通过对载波相位的原始观测量进行解算处理，解决方位角监测的的实时性及准确性问题；倾角传感器模块采用六轴陀螺仪及加速度传感器，并采用卡尔曼滤波算法，实现下倾角的准确监测；AISG通信模块通过RS485串口和处理器及RRU进行链接，通过AISG接口直接接入运营商现网，数据上传遵循AISG协议，保证数据的完整性和稳定性；实现现网OMC即可采集管理数据的便捷性。处理器通过串口及IIC与GPS天线及倾角传感器模块进行数据通信，如果OMC网管端需要对现在基站GPS天线的工作参数进行监测，处理器对数据进行采集处理后，通过AISG通信单元和RRU建立的链路，把基站GPS天线工参的动态数据，采用RAE协议作为自身的软件协议封装，直接接入OMC管理平台，实现OMC管理平台实时智能对基站GPS天线的方位角、下倾角、经纬度及海拔等工参进行有效监测管理。
实施例2
在上述实施例1的基础上，对服务于本发明实施例技术方案的软件进行嵌入式设计。
请参见图2，嵌入式软件采用ucos iii操作系统,包括内核空间和应用空间,其中内核空间主要包括硬件驱动,即传感器模块驱动,GPS/BDS模块驱动，AISG通讯模块驱动，以及系统存储空间的驱动等，而用户空间主要包括RTK算法的解算进程，以及与后台RRU通讯的AISG通讯进程。各模块的具体功能如下：(1)传感器模块，通过I2C总线获取传感器模块数据，主要为X/Y/Z轴方向的重力加速度(2)GPS/BDS模块，通过UART接口，获取GPS/BDS模块的原始观测量数据(3)AISG模块，通过485芯片，获取485总线的控制数据(4)RTK进程，是RTK核心算法的实现，包括三个线程，主线程进行RTK解算，其余两个线程分别做倾角计算和socket通讯维护(5)AISG通讯进程，实现与后台RRU通讯的功能，与RTK进程间通讯采用socket方式。各个模块之间通讯如下：用户空间线程与内核空间模块间通讯，采用sysIO方式，即系统IO和系统调用；用户空间进程间通讯，采用socket方式。
现网LTE基站中的RRU都支持AISG协议，用于远程电调RET设备。主控单元对数据进行处理后，通过AISG通信单元和RRU建立的链路，把基站天线工参的动态数据，采用RAE协议作为自身的软件协议封装，直接接入OMC管理平台,先发送XID数据帧进行设备扫描，智能检测终端收到扫描帧后，发送回应帧，OMC网管端再发送地址分配帧，智能检测终端发送地址回应帧，OMC网管端再发送SNRM帧设置响应模式，智能检测终端发送UA帧回应响应模式，OMC网管端发送RR帧确认连接正常，智能检测终端发送RR帧回应连接正常，这样链路建立完成，后续OMC网管端通过发送I帧携带0x75标识符查询智能检测终端的天线工参动态数据。
实施例3
本发明实施例在上述实施例1的基础上，对RTK算法实现的方法进行详细阐述。
载波相位差分技术又称RTK(Real Time Kinematic)，是使用卫星载波相位进行差分定向中的关键技术。差分GPS的基本工作原理主要是依据卫星时钟误差、卫星星历误差、电离层延时与对流量延时所具有的空间相关性和时间相关性这一事实。
RTK需要基于两路天线同时对导航卫星信号进行跟踪，从而获取计算所必须的载波相位观测量(载波相位观测量是接收机测量得到的卫星信号载波与测量时刻天线接收机产生的本振载波相位的差值。由于相位测量只能测量不足一周的小数部分，历元间整周部分通过多普勒积分得到，而历元初始的整周部分未知，因而载波相位测量只相应于卫星和天线接收机之间的部分距离观测量)及伪距等观测量(伪距观测量是通过测量卫星信号从发射时刻到天线接收机接收时刻的延时，然后乘以光速得到的距离观测量，按精度可以分为精码(P码或Y码)伪距和粗码(C/A码)伪距)，然后进行观测量之间的双差计算以消除各种公共误差。使用消除了公共误差的观测量再进行浮点解计算和整周模糊度搜索(整周模糊度即整周未知数，其中有很多解算算法，包括LSS(最小二乘搜索方法)，FARA(快速模糊度解算方法)，FASF(快速模糊度搜索滤波方法)，LAMBDA(最小二乘模糊度去相关)，ARCE，modified cholesy decomposition(乔里斯分解)等)，即可计算出精确的基线向量信息，也就得到了两个天线之间精确的相对位置。将上述基线向量转换为地理位置的方位角，就实现了高精度测向的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，包括：电源、定位模块、GPS天线、倾角传感器模块、通信模块、处理器、运算模块、后台服务器；
所述运算模块具有浮点运算的处理能力；所述处理器连接所述定位模块、所述GPS天线、所述通信模块、所述运算模块；所述倾角传感器模块连接所述运算模块；
所述电源分别连接所述定位模块、所述通信模块、所述GPS天线、所述传感器模块、所述运算模块；所述GPS天线为基于相位中心为25CM的短基线；
所述GPS天线用于接收RF信号；所述运算模块集成在所述处理器上；
所述倾角传感器模块用于检测5G基站GPS天线的倾斜角信息；所述倾角传感器模块将所述倾斜角信息发送至所述运算模块，所述运算模块用于对所述RF信号进行处理，并输出载波相位原始观测量；
所述通信模块连接所述处理器，所述通信模块无线连接所述后台服务器；所述处理器封装载波相位原始观测量，并通过所述通信模块发送至所述后台服务器。
2.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述定位模块为：两个GPS卫星导航定位模块、两个BDS卫星导航定位模块、一个GPS卫星导航定位模块以及一个BDS卫星导航定位模块中的任一种。
3.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述后台服务器为OMC管理平台。
4.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述倾角传感器模块包括六轴陀螺仪、加速度传感器；所述六轴陀螺仪、所述加速度传感器分别连接所述运算模块。
5.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述通信模块为AISG通信模块。
6.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述运算模块根据卡尔曼滤波算法处理所述倾角传感器模块感测的倾斜角信息。
7.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述运算模块通过串口或IIC总线与所述倾角传感器模块连接。
8.根据权利要求1所述的5G基站GPS天线监测系统，其特征在于，所述处理器通过串口或IIC总线与所述通信模块连接。
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