专利名称：一种基站天线参数监测仪及自动监测方法
技术领域：
本发明涉及到无线通信领域
背景技术：
通信基站天线方位角、天线下倾角、天线挂高和精确经纬坐标、天线信号强度和天线本身的性能参数确定了基站的覆盖范围，并且作为天线的主要工程参数(天线方位角、 天线下倾角、天线挂高和精确经纬坐标、天线信号强度)是无线网络规划的重要参数。天线方位角、天线下倾角、天线挂高和精确经纬坐标、天线信号强度合适与否是影响移动用户通信质量的重要因素。精确监测天线基站的天线方位角、天线下倾角、天线挂高和精确经纬坐标、天线信号强度的值及是否变化，对于无线网络的优化和基站分布显得尤为重要。目前，通信基站的天线方位角、天线下倾角、经纬坐标、天线挂高、信号强度的监测大多是人工通过罗盘、倾斜仪、卷尺或者激光测距仪、坡度仪、网管系统或者路测设备获得。 大致方法有监测天线方位角要站在天线的后背，离开天线1米，和天线成一条直线，罗盘拿到手中要平整、水平在中心，三点成为一线，把天线和后背分为1/2，正对中心，方可知道方位角，另外一种监测方位角是站在天线的前方，用反光镜反射下来的天线正面中心点，和罗盘反光镜的中心线一致。监测天线下倾角的方法则是将倾斜仪贴在天线的板面上，然后旋转刻度盘，调整平衡柱中的水泡，水泡在中间就可以读度数，另外采用天线厂家提供的天线调节支架上数值来确定天线下倾角。监测天线挂高的方法则是用卷尺或者激光测距仪分段监测天线到塔基，塔基到地面的距离相加获得，或者通过坡度仪通过测距和测角折算获得。监测经纬坐标是采用单站手持单站GPS测试仪在塔位置较长时间观察获得。监测信号强度采用网管系统，获得的是天线馈线以前的辐射功率，采用路测设备， 获得的是经天线辐射后在特定位置的信号功率。在现有的技术条件下，存在的弊端1、为获得基站天线的下倾角信息，工程技术人员必须直接爬上安装有多层建筑物或者铁塔上的基站天线上，通过目视检查天线的安装架上低精度的刻度标记，识别倾斜度或者通过倾斜仪，调整平衡柱中的水泡水平，获得读度。由于工程人员的技巧和经验差异， 产生不正确或不稳定的监测结果，无法精确的达到设计要求。2、为获得基站天线的方位信息，工程技术人员必须直接爬上安装有多层建筑物或者铁塔上的基站天线上，手动使用罗盘进行人工读数监测，由于铁塔附近存在磁干扰，所以铁塔附近监测会造成较大误差。一般要求离开铁塔一段距离，使用罗盘，防止磁吸。以及通过观测罗盘机械指针所处的刻度线，获得方位角读数。监测精度不高，很难精确重复监测， 无法精确的达到设计要求。3、为获得基站天线的挂高信息，工程技术人员必须采用卷尺或者激光测距仪分段监测天线到塔基，塔基到地面的距离，然后相加获得，或者通过坡度仪通过测距和测角折算获得。由于参考的地表具有随意性，这次和上次可能监测的参考点都不同，其监测精度也难以达到设计要求。4、为获得基站天线的经纬信息，工程技术人员必须手持高精度GPS手持机，在塔位置静止监测一段时间，其精度受到所选用的GPS接收机模块内部精度限制，而高精度的手持GPS价格昂贵，也离不开人的参与。5、为获得基站天线的信号强度信息，工作人员从网管上可以方便的获得进入天馈线前的信号强度信息，随时间推移，因馈线接触不良等原因， 天线实际辐射信号功率可能远低于网管系统上显示的信号强度。通过无线路测设备，可以获得路测设备所在的位置处解调后的无线信号强度。但路测设备一般在运动之中(一般安装在车上)，其监测所依据的GPS经纬坐标不准，其监测无线信号功率的精度也受限于路测终端设备底层解码计算精度的限制。路测设备往往需要很长时间(可能是用户投诉后)才到特定区域监测，测试结果具有滞后性。6、在实际工程维护中，往往需要技术人员需要携带仪器去现场进行手工监测基站天线参数，增加了人力物力，对于某些特殊场合环境下，给技术人员现场监测带来不便。由于工程人员的技巧、经验和操作习惯差异，或者因为监测方法本身的缺陷，导致产生不正确或不稳定的监测结果，无法精确的达到设计要求。以上弊端不仅需要增加人力物力，还易导致基站的实际覆盖与所设计不符，引起基站覆盖范围不合理，或同频及邻频干扰，使得通信服务质量下降，影响客户感知。特别是在基站密度越来越大，WLAN, UMAX, GSM/GPRS/WCDMA，TD-SCDMA, CDMA，CDMA2000,4G, GSM-R 等多种无线信号共存的情况下，迫切需要精确的自动化监测方法与监测仪器，解决上述问题。
发明内容
针对现有基站天线参数监测技术中存在的不足，本发明提出一种基站天线参数自动测试仪和测试方法，本发明的技术方案为一种通信基站天线方位角、天线下倾角、天线挂高、经纬坐标、天线信号强度参数的自动监测方法，利用数字重力加速度传感器监测方位角，角位移传感监测天线下倾角， GPS载波相位差分监测天线挂高和经纬坐标，RMS电压传感器监测信号强度。上述基站天线下倾角监测方法，采用数字重力传感器将倾角信号以脉宽数字信号直接输出，经MCU监测和计算，经温度传感器进行温度补偿和安装误差校准后得到最终下倾角。上述基站天线方位角监测方法，采用角位移传感器，将角度信号转换为电压信号， 在通过A/D转化后由MCU进行计算，经安装误差校准后得到最终方位角。上述基站天线挂高和经纬坐标监测方法，采用GPS载波相位差分传感器，利用参考站和待测站之间的高相关性消除监测误差，经解算出天线挂高和精确经纬坐标。上述基站天线信号强度监测方法，采用带通滤波器选择需要监测的频带，利用RMS 电压传感器监测信号强度，再通过AD采样后由MCU进行计算，并经过误差校准后得到最终信号强度。一种通信基站天线方位角、天线下倾角、天线挂高、精确经纬坐标、天线信号强度参数的自动监测仪，自动测试仪由测试主机和下倾角传感器模块、方位角传感器模块、GPS 载波相位传感器模块、信号强度传感器模块以及后台服务器构成。测试主机与下倾角传感器、方位角传感器、GPS载波相位传感器、信号强度传感器等传感器模块之间以485总线/ CAN总线进行通信，测试主机和远端服务器之间以GPRS/CDMA/3G无线或者以太网有线方式进行通信。测试主机，包括嵌入式操作系统和多任务应用程序模块，Webkrver模块。所述嵌入式操作系统，控制USB总线驱动，SD卡存储驱动，以太网接口驱动，串口驱动，485总线/ CAN总线驱动，文件系统驱动，看门狗驱动，电源管理驱动。所述多任务应用程序模块，包括传感器数据采集和控制模块，GPRS/CDMA/3G拨号模块，文件传输模块，时间同步模块，AISG 天线调整协议模块，数据与指令解析模块，采集数据编码模块，远程调试与数据更新模块。 所述Webserver模块，包括嵌入式TOB服务器模块，CGI接口程序模块，数据显示与解析模块，数据上传和下载模块，测试校准等命令发送模块，便于测试仪的现场安装和调试。后台服务器软件，包括数据解析与编码模块，GPS载波相位数据解算程序模块，地图标注模块，历史数据存储访问模块，文件远程传输模块，告警显示模块。测试主机接收服务器指令，通过485总线/CAN总线与传感器模块交互，所述多任务应用系统模块，包括控制模块，负责给传感器模块发送数据指令，管理各个传感器模块。 数据采集模块负责传感器数据的采集、将采集的数据保存到SD卡上。网络协议模块实现和服务器通信，负责上报测试主机运行情况，远程调试与更新。安装调试模块，负责现场安装调试ο本发明的有益效果通过对现有基站天线安装天线方位角、天线下倾角、天线挂高、精确经纬坐标、天线信号强度参数的自动监测仪，能够达到如下效果1、本发明解决传统方式安装和调整天线的不精确问题；解决人工监测误差和不稳定性；解决不能及时发现天线参数变化问题；解决获取天线参数信息的费时费力问题；解决AISG电调天线远程自动控制问题。2、本发明为无线网络的精确规划提供强有力的数据支持；为无线网络的优化提供强有力的数据依据；为实现基站天馈线系统的集中维护提供强有力的技术支持；为多频多网络优化，基站共建共享提供数据支持；为网络质量的提升提供可靠的保障，为运营商节省人力物力、提高工作效率，降低维护优化成本、提高经济效益。
图1是本发明实施例的数字重力加速度传感器模块原理框图。图2是本发明实施例的角位移传感器模块原理框图。图3是本发明实施例的GPS载波相位差分监测原理框图。图4是本发明实施例的RMS电压传感器模块原理框图。图5是本发明实施例的测试主机软件功能架构框图。图6是本发明实施例的服务器软件功能架构框图。图7是本发明实施例的基站天线参数监测仪的网络拓扑图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。“传感器是监测系统中的一种前置部件，它输入变量转换成可供监测的信号”。根据输出不同，有模拟传感器和数字传感器之分。1、下倾角监测技术方案(1)数字重力加速度传感器工作原理数字重力加速度传感器是用来将重力加速度这一物理信号转变成便于监测的数字电信号的传感器。倾角传感器就是利用重力加速度传感器监测处理加速度的分量，当传感器静止时，即没有水平或垂直方向的加速度时，重力加速度方向和传感器灵敏轴的夹角就是倾角。当传感器的传感轴与重力矢量垂直，即与水平面平行时，重力加速度传感器对斜度十分灵敏，在这个方向上，重力加速度传感器对倾斜度的变化灵敏度最高。而当重力加速度传感器的传感轴与重力方向一致时，对倾斜度变化灵敏度最低。重力加速度传感器的传感轴安装为与被测倾斜角垂直，加速度传感器模块的原理框图见图1。(2)天线下倾角监测方法天线下倾角传感器监测天线下倾角是采用重力加速度计，监测静态重力加速度变化，转换成倾角变化。监测输出传感器相对于水平面的倾斜角度。如图1，根据数字重力加速度传感器输出电压的变化，可以测得下倾角度为
权利要求
1.一种通信基站天线参数自动监测方法，其特征在于利用重力加速度传感器、角位移传感器和GPS载波相位传感器、RMS电压传感器分别测量基站天线的下倾角、方位角、挂高和精确经纬坐标、信号强度；利用GPRS/CDMA/3G或者以太网等网络以IP包方式自动传送测量数据到网管中心。
2.根据权利要求1所述的基站天线下倾角自动检测方法，其特征在于基站天线的下倾角测量方法，采用数字输出的重力加速度传感器将重力转换成数字电信号，MCU处理传感器数字信号，通过程序转换，得到下倾角度；通过温度传感器测量角度传感器所在环境的温度，根据重力加速度传感器温度特性曲线，通过软件进行温度补偿和校准，得到精确的下倾
3.根据权利要求1所述的基站天线方位角自动监测方法，其特征在于基站天线的方位角测量方法，采用角位移传感器将被测信号转换成电信号，再通过A/D采样，MCU处理传感器数字信号，通过计算最终得到方位角。
4.根据权利要求1所述的基站天线挂高、经纬度自动监测方法，其特征在于建立已知精确坐标的GPS参考站，在待测基站天线上安装GPS传感器，通过参考站和待测站的GPS载波相位输出，解算出待测基站的精确经纬坐标，天线挂高。
5.根据权利要求1所述的基站天线信号强度自动监测方法，其特征在于通过离基站天线一定距离的位置上，用天线耦合基站发射的射频信号，用带通滤波器滤波后，经过RMS 电压传感器，再通过A/D采样，MCU处理数字信号，通过计算并进行误差校准后，得到信号的强度。
6.一种基站天线参数自动监测仪，其特征在于自动监测仪由监测主机和下倾角传感器模块、方位角传感器模块、GPS载波相位传感器模块、信号强度传感器模块以及后台服务器软件构成。
7.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪，其特征在于监测主机与下倾角传感器、方位角传感器、GPS载波相位传感器、信号功率传感器等传感器模块之间以485总线/ CAN总线进行通信，监测主机和远端服务器之间以GPRS/CDMA/3G无线或者以太网有线方式进行通信。
8.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的监测主机，包括嵌入式操作系统和多任务应用程序模块，Webserver模块，其特征在于所述嵌入式操作系统，控制USB总线驱动，SD卡存储驱动，以太网接口驱动，串口驱动， 485总线/CAN总线驱动，文件系统驱动，看门狗驱动，电源管理驱动；所述多任务应用程序模块，包括传感器数据采集和控制模块，GPRS/CDMA/3G拨号模块， 文件传输模块，时间同步模块，AISG天线调整协议模块，数据与指令解析模块，采集数据编码模块，远程调试与数据更新模块；所述Webserver模块，包括嵌入式TOB服务器模块，CGI接口程序模块，数据显示与解析模块，数据上传和下载模块，监测校准等命令发送模块，便于监测仪的现场安装和调试。
9.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的后台复位器软件，其特征在于具有数据解析与编码模块，GPS原始载波相位数据解算程序模块，地图位置标注模块，数据存储访问模块，文件传输模块，告警显示模块等。
10.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的下倾角测量方法，其特征在于采用数字输出重力加速度传感器将重力转换成数字电信号，MCU处理传感器数字信号，通过程序转换，得到下倾角度；通过温度传感器测量角度传感器所在环境的温度，根据重力加速度传感器温度特性曲线，通过软件进行温度补偿和校准，得到精确的下倾角。
11.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的方位角测量方法，其特征在于采用角位移传感器将被测信号转换成电信号，再通过A/D采样，MCU处理传感器数字信号，通过计算最终得到方位角度。
12.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的天线挂高、经纬坐标测量方法，其特征在于建立已知精确坐标的GPS参考站，在待测基站天线上安装GPS传感器，通过参考站和待测站的GPS载波相位输出，解算出待测基站的精确天线挂高和经纬坐标。
13.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪的天线信号强度自动监测方法，其特征在于通过离基站天线一定距离的位置上，用天线耦合基站发射的射频信号，用带通滤波器滤波后，经过RMS电压传感器，再通过A/D采样，MCU处理数字信号，通过计算并进行误差校准后，得到信号的强度。
14.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪，其特征在于监测主机、下倾角传感器模块、方位角传感器模块、GPS载波相位传感器模块、信号功率传感器模块都有看门狗监测功能，实时监听系统的运行情况，确保系统的稳定运行。
15.根据权利要求6所述基站天线参数自动监测仪，其特征在于监测主机支持AISG 协议，能接收服务器发来的指令，根据服务器设定策略，自动监测天线的下倾角和调整电调天线下倾角。
全文摘要
本发明公开了一种基站天线参数监测仪及自动监测方法，利用数字重力加速度传感器，通过重力加速度精确测量天线的下倾角；利用角位移传感器，通过角位移传感器内部电阻的线性特性和分压电阻的关系测量天线的方位角；利用GPS载波相位传感器，通过载波相位差分算法精确测量天线的挂高和经纬度坐标；利用RMS电压传感器，通过均方根电压监测天线信号发射功率；利用GPRS/CDMA/3G或者以太网以IP包方式自动传送测量数据到网管中心。本发明解决传统方式安装和调整基站天线精度不高，人工测量误差较大，测量结果不稳的问题；解决不能及时发现天线方位角、下倾角、辐射功率变化的问题；解决AISG电调天线远程自动控制问题；解决获得上述天线信息的费时费力问题。
文档编号H04B17/00GK102170321SQ20111009977
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者李英祥 申请人:李英祥