摘 要： 随着移动网络的发展，电信运营商加强对信号基站的部署，同时特别关注天线的姿态及信号的覆盖情况，需求一种能够提供远程集中管理的系统方案。设计了一种管控主机，能够连接天线姿态传感器获取天线的姿态，同时可以集中管理不同型号的电调，结合天线姿态监控管理系统实现对基站天线姿态的远程监控，使运维人员可以随时随地了解天线姿态情况，给日常运维带来便捷，提高了工作效率。
0 引言
随着社会经济和科技的发展，现在已快速进入移动互联网的时代，手机、平板等许多移动终端都依赖于运营商提供的2G、3G乃至4G的网络，这些网络信号的质量、覆盖范围等直接影响用户的正常通话和上网。为了提高用户的使用体验，运营商特别注重信号基站的部署、网优等，在日常的运维中也特别关心基站天线的姿态，它直接影响无线信号的覆盖，需要做网络优化时还需要到现场调节电调天线的电倾角等。
由于某些历史原因电调天线的协议出现了AISG1.1[1]版本到AISG2.0[2]版本，这些不同时期的版本不能完全兼容。本方案的管控主机在硬件和软件上解决了这两个版本的兼容问题，可集中管理不同厂家的电调，同时还支持天线传感器的接入。管控主机的设计为天线姿态的远程监控及电调的集中管理提供了便捷、有效的方案[3-4]。
1 整体技术方案设计
天线姿态监控管理系统[3]的应用框图如图1所示，应用框架由以下几部分组成：天线基站现场的姿态传感器、电调、管控主机、部署在运营商机房的服务器以及用户经互联网连接服务器的客户端。
远端的姿态传感器监测天线的方位角、下倾角、横滚角等姿态，电调读取或控制天线的电倾角，而管控主机经485总线获取传感器的姿态和电调的控制信息再经无线网络传送到后台服务器，后台服务器软件再做相应的管理及数据存储。在用户端，只要有可上网的终端就可以登录服务器的Web界面，可对基站、天线、电调的信息进行浏览，也可以远程对电调进行控制等，如果出现天线姿态告警情况，可以迅速定位告警的地点或进一步到现场去维护。
在图1的应用框架中，管控主机起到中介桥梁作用，除了要管理分散在基站天线上的姿态传感器和电调外，还要把相关的定位信息、姿态信息、电调控制信息等经GPRS传送到服务器。
在管控主机上需要解决的关键技术有：GPS定位、无线数据传输、AISG协议的处理，其中姿态传感器和电调共用一条485总线，姿态传感器采用标准的AISG2.0协议，而电调由于协议标准的历史原因可能会有不同的版本，如AISG2.0或AISG1.1等，因此管控主机还要在软硬件上支持早期采用AISG1.1协议且已在运营商使用的老的电调。
2 管控主机硬件设计
图2所示是管控主机的硬件功能框图，主要由STM32处理器、电源管理、防雷及保护、485收发控制、GPS模块、无线模块、EEPROM、串口232等部分组成，其中处理器核心部分采用32位ARM系列的Cortex-M3处理器，其1.25 DMips/MHz的运算速度极大地保障了系统的处理性能，它丰富的外设便于外围功能的扩展。
图3是无线数据模块电路，由于实际会应用在GSM网络或CDMA网络中，因此手机模块采用华为的GSM模块MG323或CDMA模块MC323，它们在硬件接口上是完全兼容的，一个硬件版本就支持两种模块。无线模块经串口由STM32进行控制，两个模块的AT命令、处理流程上的不同就由软件进行特殊的处理，实现同一版本软件支持GSM和CDMA网络。
在485接口的定义上最早的AISG1.0定义的A端是PIN3，B端是PIN5，规范升级为AISG1.1后改为A端是PIN5，B端是PIN3，而新的AISG2.0规范中485接口脚位不变只是在通信的链路层和应用层做了修改。在实际应用中既有AISG1.1规范的电调，也有AISG2.0规范的电调。特别是有些厂家为了兼容老版本的接口，接口脚位依然按AISG1.0标准，软件协议却按AISG2.0的规范。这些历史原因导致新老版本的电调硬件和软件都不同。本文设计的主机方案就是要使它们都能接入并被管理，为此采取了以下措施。
图4所示是485接口控制电路，电路中采用半导体芯片对AB线进行软切换，因为寿命等因素不考虑用继电器。图4（c）中采用两片485芯片U3和U4，采用时分工作方式来处理在485总线上AB线正接或反接的设备，这两片485芯片由STM32控制U5 74HC4053模拟开关进行切换，对于STM32也只需要处理一个串口的收发数据。由于AB线的极性可能会频繁地由软件进行切换，为保证通信的质量及空闲时485的A端与B端的电位差大于200 mV，在AB端上加了上下拉电阻R5和R7并且由U2二选一选择器74LVC157进行切换。当软件选择U3时R5为上拉，R7为下拉；反之选择U4时R5为下拉R7为上拉，使得485总线空闲时总是保持稳定的逻辑1状态。图4（d）是485的输出及保护电路，防止被雷击感应等影响而损坏器件。
3 管控主机的软件设计
在软件设计上，管控主机系统软件分IAP和APP两部分。IAP软件主要负责本地的APP软件下载以及远程升级时更新APP软件等，APP软件负责实现具体的应用功能及协议处理等。
管控主机的APP软件采用Keil公司的RTX嵌入式实时操作系统，在RTX操作系统的基础上实现各应用功能，软件的结构框架如图5所示。
管控主机软件结构中包括：（1）管理硬件的底层软件，主要有CPU的基本初始化、硬件接口的处理、特殊芯片的初始化等；（2）RTX操作系统层，是操作系统的内核层，负责系统任务的调度、消息的传递等；（3）BSL层，是介于应用层、驱动层与RTX内核层之间的一层，主要负责应用层及驱动层与RTX的衔接；（4）驱动层，在RTX操作系统下实现各硬件模块的功能以及为应用层提供相应的接口；（5）应用层，实现各应用的基本功能，如AISG协议处理[1-2，5-8]、GPS功能、PC串口配置功能、GPRS协议处理、系统的状态及异常处理等。
其中AISG的任务是处理485总线上相关设备的信息，支持AISG1.1和AISG2.0协议处理。在设备上电初期，任务启动对485总线上的设备进行搜索，其搜索的基本流程图[9]如图6所示。管控主机对485总线总共搜索2次，第一次对正向AB线设备进行搜索，并记录搜索到的新设备信息以及AB线状态；第二次反转AB线进行搜索，同样记录下反向AB线状态下的新设备信息。
两次搜索结束后CPU就了解了485总线的设备情况、版本信息等，如需要对反向AB线设备进行通信时，先选择反向的485芯片，并向485总线发送数据。总线上其他正向AB线的设备也处于接收状态，但由于AB线与此时的管控主机的AB线输出是相对反接的，主机发送逻辑1对端收到的是0，因此对端收到的数据包码流与主机发送的不一样，在链路层数据校验时校验错误并且被丢弃。这样也保证了向正向AB线发送数据时不会影响反接AB线的其他设备。
无线数据模块的基本流程如图7所示，软件同时兼容不同模块的要点是利用模块的AT+CGMM命令来识别模块的型号，如GSM模块当收到AT+CGMM命令后会应答一个MG323字符串，程序对字符串进行比较就可以知道模块的型号。在程序的驱动及接口层可根据模块的型号进行特殊处理，各自走不同的分支，对于应用层的调用可以不管模块的型号，都统一调为相同的API。
4 实测结果及结论
天线姿态监控管理系统在完成研发设计后相继在珠海联通、中山联通、珠海电信、苏州电信等地方进行试用，现场效果良好。管控主机现场与多家电调进行成功对接，有京信、Andrew、Kathrein、桑瑞、盛路等厂家，有AISG1.1版本也有AISG2.0版本，管控主机上电能够搜索到不同型号电调的ID，能够进行电调信息读取、校准、调节电倾角等操作。
较复杂的基站现场，如中山联通试点的一个站点，该基站联通的天线有6面，其中GSM 900 MHz天线3面，1 800~2 100 MHz的双频天线3面。现场安装了6个姿态传感器，接了9个电调，其中3个京信电调、6个Andrew电调。管控主机能够正确搜索到所有的电调和传感器，并实时地上报天线的姿态情况，用户登录服务器Web界面能够查看相应的基站及天线的信息，当出现告警时能及时提醒维护人员，维护人员也可以在Web界面上远程对电调进行调节操作，省去了到现场操作的麻烦，为日常运维提供了便捷的方案，提高了运维效率。
参考文献
[1] Antenna Interface Standards Group Standard No．AISG1：Issue 1.1 30 July 2004，Control interface for antenna line devices[S]． 2004.
[2] Antenna Interface Standards Group Standard No．AISG v2.0 13th june 2006， Control interface for antenna line devices[S]． 2006.
[3] 唐升，张展培.支持电调功能的天线姿态监控系统开发与实现[J].电子技术，2014，43（4）：79-83
[4] 唐升，丁舒钧，张展培，等．支持电调功能的天线姿态监控系统[P].中国：ZL201320038356.5．2013-08-28．
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[7] 3GPP TS 25.462 V8.1.0，UTRAN Iuant interface： signalling transport[S]．
[8] 3GPP TS 25.463 V6.4.0，UTRAN Iuant interface： remote electrical tilting （RET） antenna application prat （RETAP） signaling[S]．
[9] 李文生，罗仁泽，吕燚，等．电调天线设备控制系统的设计与实现[J]．电讯技术，2011，51（1）：68-73.