摘  要： 隨著移動網(wǎng)絡的發(fā)展,，電信運營商加強對信號基站的部署,，同時特別關注天線的姿態(tài)及信號的覆蓋情況，需求一種能夠提供遠程集中管理的系統(tǒng)方案,。設計了一種管控主機,，能夠連接天線姿態(tài)傳感器獲取天線的姿態(tài)，同時可以集中管理不同型號的電調(diào),，結合天線姿態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實現(xiàn)對基站天線姿態(tài)的遠程監(jiān)控,，使運維人員可以隨時隨地了解天線姿態(tài)情況，給日常運維帶來便捷,，提高了工作效率,。

　　關鍵詞： STM32；電調(diào),；AISG,；RTX

0 引言

　　隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，現(xiàn)在已快速進入移動互聯(lián)網(wǎng)的時代,，手機,、平板等許多移動終端都依賴于運營商提供的2G、3G乃至4G的網(wǎng)絡,，這些網(wǎng)絡信號的質量,、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,，運營商特別注重信號基站的部署,、網(wǎng)優(yōu)等,，在日常的運維中也特別關心基站天線的姿態(tài)，它直接影響無線信號的覆蓋,，需要做網(wǎng)絡優(yōu)化時還需要到現(xiàn)場調(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，這些不同時期的版本不能完全兼容,。本方案的管控主機在硬件和軟件上解決了這兩個版本的兼容問題,，可集中管理不同廠家的電調(diào)，同時還支持天線傳感器的接入,。管控主機的設計為天線姿態(tài)的遠程監(jiān)控及電調(diào)的集中管理提供了便捷,、有效的方案[3-4]。

1 整體技術方案設計

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

　　遠端的姿態(tài)傳感器監(jiān)測天線的方位角,、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)絡傳送到后臺服務器,，后臺服務器軟件再做相應的管理及數(shù)據(jù)存儲。在用戶端,，只要有可上網(wǎng)的終端就可以登錄服務器的Web界面,，可對基站、天線,、電調(diào)的信息進行瀏覽,，也可以遠程對電調(diào)進行控制等，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或進一步到現(xiàn)場去維護,。

　　在圖1的應用框架中，管控主機起到中介橋梁作用,，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傳送到服務器,。

　　在管控主機上需要解決的關鍵技術有：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)傳感器采用標準的AISG2.0協(xié)議，而電調(diào)由于協(xié)議標準的歷史原因可能會有不同的版本,，如AISG2.0或AISG1.1等,，因此管控主機還要在軟硬件上支持早期采用AISG1.1協(xié)議且已在運營商使用的老的電調(diào)。

2 管控主機硬件設計

　　圖2所示是管控主機的硬件功能框圖,，主要由STM32處理器,、電源管理、防雷及保護,、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的運算速度極大地保障了系統(tǒng)的處理性能,，它豐富的外設便于外圍功能的擴展。

　　圖3是無線數(shù)據(jù)模塊電路,，由于實際會應用在GSM網(wǎng)絡或CDMA網(wǎng)絡中,，因此手機模塊采用華為的GSM模塊MG323或CDMA模塊MC323，它們在硬件接口上是完全兼容的,，一個硬件版本就支持兩種模塊,。無線模塊經(jīng)串口由STM32進行控制，兩個模塊的AT命令,、處理流程上的不同就由軟件進行特殊的處理,，實現(xiàn)同一版本軟件支持GSM和CDMA網(wǎng)絡。

　　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用層做了修改,。在實際應用中既有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標準，軟件協(xié)議卻按AISG2.0的規(guī)范,。這些歷史原因導致新老版本的電調(diào)硬件和軟件都不同,。本文設計的主機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,，電路中采用半導體芯片對AB線進行軟切換,，因為壽命等因素不考慮用繼電器。圖4（c）中采用兩片485芯片U3和U4,，采用時分工作方式來處理在485總線上AB線正接或反接的設備,，這兩片485芯片由STM32控制U5 74HC4053模擬開關進行切換，對于STM32也只需要處理一個串口的收發(fā)數(shù)據(jù),。由于AB線的極性可能會頻繁地由軟件進行切換,，為保證通信的質量及空閑時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進行切換,。當軟件選擇U3時R5為上拉,，R7為下拉；反之選擇U4時R5為下拉R7為上拉,，使得485總線空閑時總是保持穩(wěn)定的邏輯1狀態(tài),。圖4（d）是485的輸出及保護電路，防止被雷擊感應等影響而損壞器件,。

3 管控主機的軟件設計

　　在軟件設計上,，管控主機系統(tǒng)軟件分IAP和APP兩部分。IAP軟件主要負責本地的APP軟件下載以及遠程升級時更新APP軟件等,，APP軟件負責實現(xiàn)具體的應用功能及協(xié)議處理等。

　　管控主機的APP軟件采用Keil公司的RTX嵌入式實時操作系統(tǒng),，在RTX操作系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)各應用功能,，軟件的結構框架如圖5所示。

　　管控主機軟件結構中包括：（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，負責系統(tǒng)任務的調(diào)度,、消息的傳遞等,；（3）BSL層，是介于應用層,、驅動層與RTX內(nèi)核層之間的一層,，主要負責應用層及驅動層與RTX的銜接；（4）驅動層,，在RTX操作系統(tǒng)下實現(xiàn)各硬件模塊的功能以及為應用層提供相應的接口,；（5）應用層，實現(xiàn)各應用的基本功能，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的任務是處理485總線上相關設備的信息,，支持AISG1.1和AISG2.0協(xié)議處理,。在設備上電初期，任務啟動對485總線上的設備進行搜索,，其搜索的基本流程圖[9]如圖6所示,。管控主機對485總線總共搜索2次，第一次對正向AB線設備進行搜索,，并記錄搜索到的新設備信息以及AB線狀態(tài),；第二次反轉AB線進行搜索，同樣記錄下反向AB線狀態(tài)下的新設備信息,。

　　兩次搜索結束后CPU就了解了485總線的設備情況,、版本信息等，如需要對反向AB線設備進行通信時,，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線的設備也處于接收狀態(tài),，但由于AB線與此時的管控主機的AB線輸出是相對反接的，主機發(fā)送邏輯1對端收到的是0,，因此對端收到的數(shù)據(jù)包碼流與主機發(fā)送的不一樣,，在鏈路層數(shù)據(jù)校驗時校驗錯誤并且被丟棄。這樣也保證了向正向AB線發(fā)送數(shù)據(jù)時不會影響反接AB線的其他設備,。

　　無線數(shù)據(jù)模塊的基本流程如圖7所示,，軟件同時兼容不同模塊的要點是利用模塊的AT+CGMM命令來識別模塊的型號，如GSM模塊當收到AT+CGMM命令后會應答一個MG323字符串,，程序對字符串進行比較就可以知道模塊的型號,。在程序的驅動及接口層可根據(jù)模塊的型號進行特殊處理，各自走不同的分支,，對于應用層的調(diào)用可以不管模塊的型號,，都統(tǒng)一調(diào)為相同的API。

4 實測結果及結論

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

　　較復雜的基站現(xiàn)場,，如中山聯(lián)通試點的一個站點,，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?，F(xiàn)場安裝了6個姿態(tài)傳感器，接了9個電調(diào),，其中3個京信電調(diào),、6個Andrew電調(diào)。管控主機能夠正確搜索到所有的電調(diào)和傳感器,，并實時地上報天線的姿態(tài)情況,，用戶登錄服務器Web界面能夠查看相應的基站及天線的信息，當出現(xiàn)告警時能及時提醒維護人員,，維護人員也可以在Web界面上遠程對電調(diào)進行調(diào)節(jié)操作，省去了到現(xiàn)場操作的麻煩,，為日常運維提供了便捷的方案,，提高了運維效率。

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