摘  要： 隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,，電信運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)對(duì)信號(hào)基站的部署，同時(shí)特別關(guān)注天線的姿態(tài)及信號(hào)的覆蓋情況,，需求一種能夠提供遠(yuǎn)程集中管理的系統(tǒng)方案,。設(shè)計(jì)了一種管控主機(jī)，能夠連接天線姿態(tài)傳感器獲取天線的姿態(tài),，同時(shí)可以集中管理不同型號(hào)的電調(diào),，結(jié)合天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站天線姿態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使運(yùn)維人員可以隨時(shí)隨地了解天線姿態(tài)情況,，給日常運(yùn)維帶來便捷,，提高了工作效率。

　　關(guān)鍵詞： STM32,；電調(diào),；AISG；RTX

0 引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,，現(xiàn)在已快速進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代,，手機(jī)、平板等許多移動(dòng)終端都依賴于運(yùn)營(yíng)商提供的2G,、3G乃至4G的網(wǎng)絡(luò),，這些網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的質(zhì)量,、覆蓋范圍等直接影響用戶的正常通話和上網(wǎng)。為了提高用戶的使用體驗(yàn),，運(yùn)營(yíng)商特別注重信號(hào)基站的部署,、網(wǎng)優(yōu)等，在日常的運(yùn)維中也特別關(guān)心基站天線的姿態(tài),，它直接影響無線信號(hào)的覆蓋,，需要做網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)還需要到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)電調(diào)天線的電傾角等。

　　由于某些歷史原因電調(diào)天線的協(xié)議出現(xiàn)了AISG1.1[1]版本到AISG2.0[2]版本,，這些不同時(shí)期的版本不能完全兼容,。本方案的管控主機(jī)在硬件和軟件上解決了這兩個(gè)版本的兼容問題，可集中管理不同廠家的電調(diào),，同時(shí)還支持天線傳感器的接入,。管控主機(jī)的設(shè)計(jì)為天線姿態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及電調(diào)的集中管理提供了便捷、有效的方案[3-4],。

1 整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)

　　天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)[3]的應(yīng)用框圖如圖1所示,，應(yīng)用框架由以下幾部分組成：天線基站現(xiàn)場(chǎng)的姿態(tài)傳感器、電調(diào),、管控主機(jī),、部署在運(yùn)營(yíng)商機(jī)房的服務(wù)器以及用戶經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)器的客戶端。

　　遠(yuǎn)端的姿態(tài)傳感器監(jiān)測(cè)天線的方位角,、下傾角,、橫滾角等姿態(tài)，電調(diào)讀取或控制天線的電傾角,，而管控主機(jī)經(jīng)485總線獲取傳感器的姿態(tài)和電調(diào)的控制信息再經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺(tái)服務(wù)器,，后臺(tái)服務(wù)器軟件再做相應(yīng)的管理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在用戶端,，只要有可上網(wǎng)的終端就可以登錄服務(wù)器的Web界面,，可對(duì)基站、天線,、電調(diào)的信息進(jìn)行瀏覽,，也可以遠(yuǎn)程對(duì)電調(diào)進(jìn)行控制等，如果出現(xiàn)天線姿態(tài)告警情況,，可以迅速定位告警的地點(diǎn)或進(jìn)一步到現(xiàn)場(chǎng)去維護(hù),。

　　在圖1的應(yīng)用框架中，管控主機(jī)起到中介橋梁作用,，除了要管理分散在基站天線上的姿態(tài)傳感器和電調(diào)外,，還要把相關(guān)的定位信息、姿態(tài)信息,、電調(diào)控制信息等經(jīng)GPRS傳送到服務(wù)器,。

　　在管控主機(jī)上需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：GPS定位,、無線數(shù)據(jù)傳輸、AISG協(xié)議的處理,，其中姿態(tài)傳感器和電調(diào)共用一條485總線,，姿態(tài)傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的AISG2.0協(xié)議，而電調(diào)由于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的歷史原因可能會(huì)有不同的版本,，如AISG2.0或AISG1.1等,，因此管控主機(jī)還要在軟硬件上支持早期采用AISG1.1協(xié)議且已在運(yùn)營(yíng)商使用的老的電調(diào)。

2 管控主機(jī)硬件設(shè)計(jì)

　　圖2所示是管控主機(jī)的硬件功能框圖,，主要由STM32處理器,、電源管理、防雷及保護(hù),、485收發(fā)控制,、GPS模塊、無線模塊,、EEPROM,、串口232等部分組成，其中處理器核心部分采用32位ARM系列的Cortex-M3處理器,，其1.25 DMips/MHz的運(yùn)算速度極大地保障了系統(tǒng)的處理性能,，它豐富的外設(shè)便于外圍功能的擴(kuò)展。

　　圖3是無線數(shù)據(jù)模塊電路,，由于實(shí)際會(huì)應(yīng)用在GSM網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)中，因此手機(jī)模塊采用華為的GSM模塊MG323或CDMA模塊MC323,，它們?cè)谟布涌谏鲜峭耆嫒莸?，一個(gè)硬件版本就支持兩種模塊。無線模塊經(jīng)串口由STM32進(jìn)行控制,，兩個(gè)模塊的AT命令,、處理流程上的不同就由軟件進(jìn)行特殊的處理，實(shí)現(xiàn)同一版本軟件支持GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò),。

　　在485接口的定義上最早的AISG1.0定義的A端是PIN3,，B端是PIN5，規(guī)范升級(jí)為AISG1.1后改為A端是PIN5,，B端是PIN3,，而新的AISG2.0規(guī)范中485接口腳位不變只是在通信的鏈路層和應(yīng)用層做了修改。在實(shí)際應(yīng)用中既有AISG1.1規(guī)范的電調(diào),，也有AISG2.0規(guī)范的電調(diào),。特別是有些廠家為了兼容老版本的接口，接口腳位依然按AISG1.0標(biāo)準(zhǔn),，軟件協(xié)議卻按AISG2.0的規(guī)范,。這些歷史原因?qū)е滦吕习姹镜碾娬{(diào)硬件和軟件都不同,。本文設(shè)計(jì)的主機(jī)方案就是要使它們都能接入并被管理，為此采取了以下措施,。

　　圖4所示是485接口控制電路,，電路中采用半導(dǎo)體芯片對(duì)AB線進(jìn)行軟切換，因?yàn)閴勖纫蛩夭豢紤]用繼電器,。圖4（c）中采用兩片485芯片U3和U4,，采用時(shí)分工作方式來處理在485總線上AB線正接或反接的設(shè)備，這兩片485芯片由STM32控制U5 74HC4053模擬開關(guān)進(jìn)行切換,，對(duì)于STM32也只需要處理一個(gè)串口的收發(fā)數(shù)據(jù),。由于AB線的極性可能會(huì)頻繁地由軟件進(jìn)行切換，為保證通信的質(zhì)量及空閑時(shí)485的A端與B端的電位差大于200 mV,，在AB端上加了上下拉電阻R5和R7并且由U2二選一選擇器74LVC157進(jìn)行切換,。當(dāng)軟件選擇U3時(shí)R5為上拉，R7為下拉,；反之選擇U4時(shí)R5為下拉R7為上拉,，使得485總線空閑時(shí)總是保持穩(wěn)定的邏輯1狀態(tài)。圖4（d）是485的輸出及保護(hù)電路,，防止被雷擊感應(yīng)等影響而損壞器件,。

3 管控主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

　　在軟件設(shè)計(jì)上，管控主機(jī)系統(tǒng)軟件分IAP和APP兩部分,。IAP軟件主要負(fù)責(zé)本地的APP軟件下載以及遠(yuǎn)程升級(jí)時(shí)更新APP軟件等,，APP軟件負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用功能及協(xié)議處理等。

　　管控主機(jī)的APP軟件采用Keil公司的RTX嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，在RTX操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用功能,，軟件的結(jié)構(gòu)框架如圖5所示。

　　管控主機(jī)軟件結(jié)構(gòu)中包括：（1）管理硬件的底層軟件,，主要有CPU的基本初始化,、硬件接口的處理、特殊芯片的初始化等,；（2）RTX操作系統(tǒng)層,，是操作系統(tǒng)的內(nèi)核層，負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)度,、消息的傳遞等,；（3）BSL層，是介于應(yīng)用層,、驅(qū)動(dòng)層與RTX內(nèi)核層之間的一層,，主要負(fù)責(zé)應(yīng)用層及驅(qū)動(dòng)層與RTX的銜接；（4）驅(qū)動(dòng)層，在RTX操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)各硬件模塊的功能以及為應(yīng)用層提供相應(yīng)的接口,；（5）應(yīng)用層,，實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用的基本功能，如AISG協(xié)議處理[1-2,，5-8],、GPS功能、PC串口配置功能,、GPRS協(xié)議處理,、系統(tǒng)的狀態(tài)及異常處理等。

　　其中AISG的任務(wù)是處理485總線上相關(guān)設(shè)備的信息,，支持AISG1.1和AISG2.0協(xié)議處理,。在設(shè)備上電初期，任務(wù)啟動(dòng)對(duì)485總線上的設(shè)備進(jìn)行搜索,，其搜索的基本流程圖[9]如圖6所示,。管控主機(jī)對(duì)485總線總共搜索2次，第一次對(duì)正向AB線設(shè)備進(jìn)行搜索,，并記錄搜索到的新設(shè)備信息以及AB線狀態(tài),；第二次反轉(zhuǎn)AB線進(jìn)行搜索，同樣記錄下反向AB線狀態(tài)下的新設(shè)備信息,。

　　兩次搜索結(jié)束后CPU就了解了485總線的設(shè)備情況,、版本信息等，如需要對(duì)反向AB線設(shè)備進(jìn)行通信時(shí),，先選擇反向的485芯片,，并向485總線發(fā)送數(shù)據(jù)?？偩€上其他正向AB線的設(shè)備也處于接收狀態(tài),，但由于AB線與此時(shí)的管控主機(jī)的AB線輸出是相對(duì)反接的，主機(jī)發(fā)送邏輯1對(duì)端收到的是0,，因此對(duì)端收到的數(shù)據(jù)包碼流與主機(jī)發(fā)送的不一樣，在鏈路層數(shù)據(jù)校驗(yàn)時(shí)校驗(yàn)錯(cuò)誤并且被丟棄,。這樣也保證了向正向AB線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)影響反接AB線的其他設(shè)備,。

　　無線數(shù)據(jù)模塊的基本流程如圖7所示，軟件同時(shí)兼容不同模塊的要點(diǎn)是利用模塊的AT+CGMM命令來識(shí)別模塊的型號(hào),，如GSM模塊當(dāng)收到AT+CGMM命令后會(huì)應(yīng)答一個(gè)MG323字符串,，程序?qū)ψ址M(jìn)行比較就可以知道模塊的型號(hào)。在程序的驅(qū)動(dòng)及接口層可根據(jù)模塊的型號(hào)進(jìn)行特殊處理,，各自走不同的分支,，對(duì)于應(yīng)用層的調(diào)用可以不管模塊的型號(hào)，都統(tǒng)一調(diào)為相同的API,。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果及結(jié)論

　　天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)在完成研發(fā)設(shè)計(jì)后相繼在珠海聯(lián)通,、中山聯(lián)通,、珠海電信、蘇州電信等地方進(jìn)行試用,，現(xiàn)場(chǎng)效果良好,。管控主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)與多家電調(diào)進(jìn)行成功對(duì)接，有京信,、Andrew,、Kathrein、桑瑞,、盛路等廠家,，有AISG1.1版本也有AISG2.0版本，管控主機(jī)上電能夠搜索到不同型號(hào)電調(diào)的ID,，能夠進(jìn)行電調(diào)信息讀取,、校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)電傾角等操作,。

　　較復(fù)雜的基站現(xiàn)場(chǎng),，如中山聯(lián)通試點(diǎn)的一個(gè)站點(diǎn)，該基站聯(lián)通的天線有6面,，其中GSM 900 MHz天線3面,，1 800~2 100 MHz的雙頻天線3面。現(xiàn)場(chǎng)安裝了6個(gè)姿態(tài)傳感器,，接了9個(gè)電調(diào),，其中3個(gè)京信電調(diào)、6個(gè)Andrew電調(diào),。管控主機(jī)能夠正確搜索到所有的電調(diào)和傳感器,，并實(shí)時(shí)地上報(bào)天線的姿態(tài)情況，用戶登錄服務(wù)器Web界面能夠查看相應(yīng)的基站及天線的信息,，當(dāng)出現(xiàn)告警時(shí)能及時(shí)提醒維護(hù)人員,，維護(hù)人員也可以在Web界面上遠(yuǎn)程對(duì)電調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，省去了到現(xiàn)場(chǎng)操作的麻煩,，為日常運(yùn)維提供了便捷的方案,，提高了運(yùn)維效率。

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