摘 要： 隨著移動網絡的發展，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方案。設計了一種管控主機，能夠連接天線姿態傳感器獲取天線的姿態，同時可以集中管理不同型號的電調，結合天線姿態監控管理系統實現對基站天線姿態的遠程監控，使運維人員可以隨時隨地了解天線姿態情況，給日常運維帶來便捷，提高了工作效率。
0 引言
隨著社會經濟和科技的發展，現在已快速進入移動互聯網的時代，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的網絡，這些網絡信號的質量、覆蓋范圍等直接影響用戶的正常通話和上網。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、網優等，在日常的運維中也特別關心基站天線的姿態，它直接影響無線信號的覆蓋，需要做網絡優化時還需要到現場調節電調天線的電傾角等。
由于某些歷史原因電調天線的協議出現了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，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的遠程監控及電調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
天線姿態監控管理系統[3]的應用框圖如圖1所示，應用框架由以下幾部分組成：天線基站現場的姿態傳感器、電調、管控主機、部署在運營商機房的服務器以及用戶經互聯網連接服務器的客戶端。
遠端的姿態傳感器監測天線的方位角、下傾角、橫滾角等姿態，電調讀取或控制天線的電傾角，而管控主機經485總線獲取傳感器的姿態和電調的控制信息再經無線網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據存儲。在用戶端，只要有可上網的終端就可以登錄服務器的Web界面，可對基站、天線、電調的信息進行瀏覽，也可以遠程對電調進行控制等，如果出現天線姿態告警情況，可以迅速定位告警的地點或進一步到現場去維護。
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傳感器和電調外，還要把相關的定位信息、姿態信息、電調控制信息等經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、無線數據傳輸、AISG協議的處理，其中姿態傳感器和電調共用一條485總線，姿態傳感器采用標準的AISG2.0協議，而電調由于協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協議且已在運營商使用的老的電調。
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是無線數據模塊電路，由于實際會應用在GSM網絡或CDMA網絡中，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，實現同一版本軟件支持GSM和CDMA網絡。
在485接口的定義上最早的AISG1.0定義的A端是PIN3，B端是PIN5，規范升級為AISG1.1后改為A端是PIN5，B端是PIN3，而新的AISG2.0規范中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規范的電調，也有AISG2.0規范的電調。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，軟件協議卻按AISG2.0的規范。這些歷史原因導致新老版本的電調硬件和軟件都不同。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數據。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定的邏輯1狀態。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軟件負責實現具體的應用功能及協議處理等。
管控主機的APP軟件采用Keil公司的RTX嵌入式實時操作系統，在RTX操作系統的基礎上實現各應用功能，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操作系統層，是操作系統的內核層，負責系統任務的調度、消息的傳遞等；（3）BSL層，是介于應用層、驅動層與RTX內核層之間的一層，主要負責應用層及驅動層與RTX的銜接；（4）驅動層，在RTX操作系統下實現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，實現各應用的基本功能，如AISG協議處理[1-2，5-8]、GPS功能、PC串口配置功能、GPRS協議處理、系統的狀態及異常處理等。
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；第二次反轉AB線進行搜索，同樣記錄下反向AB線狀態下的新設備信息。
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總線發送數據。總線上其他正向AB線的設備也處于接收狀態，但由于AB線與此時的管控主機的AB線輸出是相對反接的，主機發送邏輯1對端收到的是0，因此對端收到的數據包碼流與主機發送的不一樣，在鏈路層數據校驗時校驗錯誤并且被丟棄。這樣也保證了向正向AB線發送數據時不會影響反接AB線的其他設備。
無線數據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，對于應用層的調用可以不管模塊的型號，都統一調為相同的API。
4 實測結果及結論
天線姿態監控管理系統在完成研發設計后相繼在珠海聯通、中山聯通、珠海電信、蘇州電信等地方進行試用，現場效果良好。管控主機現場與多家電調進行成功對接，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的ID，能夠進行電調信息讀取、校準、調節電傾角等操作。
較復雜的基站現場，如中山聯通試點的一個站點，該基站聯通的天線有6面，其中GSM 900 MHz天線3面，1 800~2 100 MHz的雙頻天線3面。現場安裝了6個姿態傳感器，接了9個電調，其中3個京信電調、6個Andrew電調。管控主機能夠正確搜索到所有的電調和傳感器，并實時地上報天線的姿態情況，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界面上遠程對電調進行調節操作，省去了到現場操作的麻煩，為日常運維提供了便捷的方案，提高了運維效率。
參考文獻
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