一種自動獲取基站天線方位角的方法、裝置及系統與流程
2023-06-15 04:42:56
本發明涉及無線技術領域，特別是指一種自動獲取基站天線方位角的方法、裝置及系統。
背景技術：
移動通信系統中，基站天線的工程參數直接影響無線信號的覆蓋方向和範圍，是網絡優化的重要依據。基站天線的工參主要包括方位角、下傾角和掛高。由於基站天線一般為定向天線，方位角直接決定了天線的主覆蓋方向，準確測量天線的方位角對保證網絡覆蓋非常重要。
目前，基站天線的方位角測量一般通過如下手段：
現有方案一：通過指北針測量
通過手持工具進行現場測量是目前工參測量的普遍方式，一般由塔工或網優人員通過指北針進行。測量時，手持工具站立於天線的法線方向，保持眼、指北針和天線在一條直線上，根據指北針的指示位置確定天線的方位角。這種方式具有成本低廉，操作簡單的優點。
但是，需要協調塔工上站或爬塔，存在人員、物業協調等問題，成本高；操作人員經驗和素質對測試結果有較大影響，會引入人工誤差；指北針在外部磁場較強時(如被磁化的鐵塔)易受幹擾，造成讀數不準。
現有方案二：通過電子儀表測量
通過電子儀表進行現場測量可以看作指北針測量方式的升級版。目前市場上最常見的是天線姿態儀。天線姿態儀內置了電子式羅盤、加速度傳感器和GPS等多個傳感器，測量時只需要將機身貼在天線上，即可一次性獲得方位角、下傾角和經緯度信息。相比於指北針和水平儀等傳統機械式工具，使用電子儀表測量速度快，可避免人工讀數引入的誤差。很多天線姿態儀還具備數據回傳的功能，可將測量數據直接上報給後臺。
但是，測量時仍需要上站或爬塔，同樣需要協調人員、物業等；電子儀表內的磁性傳感器在外部磁場較強時仍會收到幹擾，造成讀數偏差較大。雖然通過校準可以消除部分偏差，但很難保證準確補償幹擾。
現有方案三：通過雙GPS天線測量
目前這種方式使用還比較少，可參考的專利如CN 102509902A。雙GPS天線測向系統主要由兩個GPS天線、接收機和數據處理單元組成。在上述專利方案中，將2個GPS天線連線構成的基線與天線成預定位置關係，通過基線的方向來確定天線的方位角。雙GPS天線測向採用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度高，抗幹擾性強，常用於精密大地測量和精密工程測量。
但是，雙天線GPS測向是通過載波相位法測量的，這就對所使用的GPS接收機提出了較高的要求，需要授時精度較高，能夠準確進行相位測量的接收機和天線。一般GPS接收機分為導航型、測地形和授時型三類，精度提升時，設備成本也成倍提升。相對於前兩種方案，通過雙GPS天線測量的成本明顯較高。
另外，該測量方案中，兩個天線的連線，即基線的長度對測量的結果有重要影響。一般地，基線越長，測量的精度也越高。如市場上現有的某款專業性GPS測向儀表，在0.5米、1米、2米基線長度下的測量精度分別為0.25度，0.15度和0.1度(均為平均值)。而基站天線的寬度一般在20～30釐米左右，為了能安裝於天線上進行測量，基線的長度不會超過天線寬度。這在一定程度上限制了該方案的測量精度。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種自動獲取基站天線方位角的方法、裝置及系統，解決現有技術中測量的基站天線方位角精度低的問題。
為了解決上述技術問題，本發明實施例提供一種自動獲取基站天線方位角的方法，包括：
通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；
根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角；
獲取預存儲的所述預設參考方向的方位角，並根據所述預設參考方向的方 位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角。
可選地，在所述通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息之前，所述方法還包括：
測量獲得所述預設參考方向的方位角，並進行預存儲。
可選地，所述根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角的步驟包括：
將兩個第二信號器之間的連線投影到兩個第一信號器所在的平面，所述兩個第二信號器所在原平面與兩個第一信號器所在水平面相平行；
對投影后的兩個第二信號器之間的連線和兩個第一信號器的連線進行處理，並結合所述距離構建直角三角形進行計算得到投影后的平面夾角，作為所述基站天線與預設參考方向之間的夾角。
可選地，所述根據所述預設參考方向的方位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角的步驟包括：
將所述預設參考方向的方位角與所述夾角求和得到所述基站天線的方位角。
可選地，所述第一信號器為信號發射器，第二信號器為信號接收器，或者，第一信號器和第二信號器均為距離傳感器。
本發明還提供了一種自動獲取基站天線方位角的裝置，包括：
第一處理模塊，用於通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到所述預設參考方向的方位角，以及兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；
計算模塊，用於根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角；
第二處理模塊，用於獲取預存儲的所述預設參考方向的方位角，並根據所述預設參考方向的方位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角。
可選地，所述裝置還包括：
第三處理模塊，用於所述第一處理模塊執行操作之前，測量獲得所述預設參考方向的方位角，並進行預存儲。
可選地，所述計算模塊包括：
投影子模塊，用於將兩個第二信號器之間的連線投影到兩個第一信號器所 在的平面，所述兩個第二信號器所在原平面與兩個第一信號器所在水平面相平行；
處理子模塊，用於對投影后的兩個第二信號器之間的連線和兩個第一信號器的連線進行處理，並結合所述距離構建直角三角形進行計算得到投影后的平面夾角，作為所述基站天線與預設參考方向之間的夾角。
可選地，所述第二處理模塊包括：
求和子模塊，用於將所述預設參考方向的方位角與所述夾角求和得到所述基站天線的方位角。
可選地，所述第一信號器為信號發射器，第二信號器為信號接收器，或者，第一信號器和第二信號器均為距離傳感器。
本發明還提供了一種自動獲取基站天線方位角的系統，包括：上述的自動獲取基站天線方位角的裝置，還包括兩個第一信號器和兩個第二信號器。
本發明的上述技術方案的有益效果如下：
上述方案中，所述自動獲取基站天線方位角的方法通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；然後根據距離計算得到基站天線與預設參考方向之間的夾角；再獲取預存儲的預設參考方向的方位角，並根據預設參考方向的方位角和夾角計算得到基站天線的方位角；使得基站天線方位角的測量流程更加簡便、測量過程受到的幹擾更小、測得的方位角精度更高、測量成本更低。
附圖說明
圖1為本發明實施例一的自動獲取基站天線方位角的方法流程示意圖；
圖2為本發明實施例二的天線的方位角定義示意圖；
圖3為本發明實施例二的基站天線寬邊方向示意圖；
圖4為本發明實施例二的參考方向示意圖；
圖5為本發明實施例二的基站天線寬邊與參考方向間關係示意圖；
圖6為本發明實施例二的基站天線寬邊投影參考方向所在平面示意圖；
圖7為本發明實施例二的基站天線寬邊投影參考方向所在平面後與參考方 向間關係示意圖；
圖8為本發明實施例三的自動獲取基站天線方位角的裝置結構示意圖；
圖9為本發明實施例四的部分自動獲取基站天線方位角的系統架構示意圖；
圖10為本發明實施例四的自動獲取基站天線方位角的系統的數據信息傳輸示意圖。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
本發明針對現有的技術中測量的基站天線方位角精度低的問題，提供了多種解決方案，具體如下。
實施例一
如圖1所示，本發明實施例一提供的自動獲取基站天線方位角的方法包括：
步驟11：通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；
步驟12：根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角；
步驟13：獲取預存儲的所述預設參考方向的方位角，並根據所述預設參考方向的方位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角。
其中，第一信號器的數據信息可包含兩個第一信號器彼此之間的距離以及向第二信號器發射信號的時間點，第二信號器的數據信息可包含兩個第二信號器彼此之間的距離以及接收來自每一個第一信號器的信號的時間點，但本發明並不以此為限。
本發明實施例一通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；然後根據距離計算得到基站天線與預設參考方向之間的夾角；再獲取預存儲的預設參考方向的方位角，並根據預設參考方向的方位角和夾角計算得到基站天線的方位角；使得基站天線方位角的測量流程更加簡便、測量過程受到的幹擾更小、測得的方位角精度更高、測量成本更低。
進一步的，在所述通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上 兩個第二信號器的數據信息之前，所述方法還包括：測量獲得所述預設參考方向的方位角，並進行預存儲。
其中，預設參考方向的方位角可以通過現有公知的儀器或工具進行測量，比如技術方案中的雙GPS測量方案，它在基線不受限時是一個精度很高的方案，以此方案實現的工具也有，可以通過這個工具測得預設參考方向的方位角。
具體的，所述根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角的步驟包括：將兩個第二信號器之間的連線投影到兩個第一信號器所在的平面，所述兩個第二信號器所在原平面與兩個第一信號器所在水平面相平行；對投影后的兩個第二信號器之間的連線和兩個第一信號器的連線進行處理，並結合所述距離構建直角三角形進行計算得到投影后的平面夾角，作為所述基站天線與預設參考方向之間的夾角。
對應的，所述根據所述預設參考方向的方位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角的步驟包括：將所述預設參考方向的方位角與所述夾角求和得到所述基站天線的方位角。
可選地，所述第一信號器為信號發射器，第二信號器為信號接收器，或者，第一信號器和第二信號器均為距離傳感器。
綜上，本發明實施例一提供的方案相對現有技術有如下優勢：
1.一個基站上只需要測量一次預設參考方向的方位角就可以(比如將預設參考方向設置在主機上，那麼在安裝主機時測量一次預設參考方向的方位角就可以)，其他的基站天線都是通過預設參考方向來獲得方位角的；測量預設參考方向方位角的工具，可以無限次使用，可以不計入每個天線的方位角測量成本；
2.更重要的是，基站天線經常會調整，而預設參考方向是不會變的，無論基站天線如何調整，通過本方案都可以獲得調整後的天線方位角，這個過程已無需人工上站；這和使用工具每次現場測量天線的方位角是有顯著區別的，節省了人力和物力，並且提高了測量的效率和準確度。
實施例二
由現有技術可知低成本的磁性傳感器測量方位角易受到幹擾，準確性較高的方案成本又較高。為此，本發明實施例二提出一種自動獲取基站天線方位角的方法。
一個基站上往往需要安裝3副以上的天線，如果是多系統，天線數量還會成倍增加。如果能夠在基站上首先定義一個參考方向，只需要測量每個天線和參考方向的夾角即可獲知天線自身的方位角，下面進行具體描述。
參考方向的選取
在基站上選定一個參考方向並獲取其方位角，將基站天線方位角的測量轉換為基站天線與該參考方向的夾角計算，並進一步轉換為距離測量，從而獲得基站天線的方位角。其中，參考方向即是一個固定的水平方向，它可以是下文提到的主機的安裝方向，在選取時可儘量選擇無遮擋的高處，使得傳感器之間不被遮擋，以提高測量的準確性，比如在樓頂基站的場景下，它可以選定為一個位於高處的牆沿；在鐵塔的環境下，也可以就將下文提到的主機的方向定義為參考方向。它的方位角可以通過專業工具一次性測量獲得。參考方向選定後不會隨天線調整而變化，是一個固定的已知方向。
具體求解過程如下：
在基站天線的寬邊方向上取兩個位置點A和B，AB連線在水平面的中垂線方向即為天線的方位角(天線的方位角的定義，如圖2和圖3所示)。如圖4所示，在已知參考方向上取兩個位置點C和D，CD連線即為參考方向。由於天線在安裝時寬邊始終是水平的，參考方向也是水平的(天線安裝時都要保持水平，不能出現一邊高一邊低的歪了的情況，即橫滾角要儘量為0，參考方向也選擇為水平即可，且這一點容易做到)，因此線段AB和CD都平行於水平面，這四個點組成了一個四面體，且點A和點B向CD所在的水平面做投影時，垂線的高度相等，均為h。AB和CD的長度為x和y。同時，線段AC、AD、BC、BD的長度分別為a、b、c、d，如圖5所示。
將AB向CD所在的水平面做投影，設A、B的投影點分別為A』、B』，線段A』C、A』D、B』C、B』D的長度分別為a』,b』,c』,d』；A』B』與CD(或其延長線)的交點為E。由於AB是水平的，因此AA』與BB』的長度相等，定義為h；另外可知A』B』的長度與AB相同，仍為x。在投影的水平面中，從A』和B』向CD做垂線，分別為A』A」和B』B」，其長度分為e、f。B」C和A」D的長度分別為j、k。如圖6和圖7所示，有下列關係：
(y+j-k)2+(e+f)2＝x2
f2+j2＝c′2＝c2-h2
f2+(j+y)2＝d′2＝d2-h2
e2+(y-k)2＝a′2＝a2-h2
e2+k2＝b′2＝b3-h2
上述5個方程中，如果a、b、c、d、x、y均可獲得，未知量為e、f、j、k、h，則通過上述方程即可解出未知量。繼而可知，A』B』與CD的夾角θ滿足，
求解出θ之後，也就可以獲得A』B』的方位角。
綜上所述，本發明實施例二的方案為在已知方位角的參考方向上取已知長度的兩點，在天線上沿其寬邊上取已知長度的兩點，測得其他點與點之間長度，計算獲得天線的方位角。也就是，將測量方位角的問題轉化為已知參考方向求解距離的問題。在具體實踐中，可在參考方向上的固定距離(y)上布置兩個傳感器(C和D)。在基站天線上安裝另外兩個傳感器(A和B)，傳感器的距離固定(x)，並沿著天線的寬邊布置。通過測量傳感器之間的距離(a、b、c、d)，就可以得到被測天線的方位角。
實施例三
如圖8所示，本發明實施例三提供的自動獲取基站天線方位角的裝置包括：
第一處理模塊81，用於通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；
計算模塊82，用於根據所述距離計算得到所述基站天線與預設參考方向之間的夾角；
第二處理模塊83，用於獲取預存儲的所述預設參考方向的方位角，並根據所述預設參考方向的方位角和夾角計算得到所述基站天線的方位角。
其中，第一信號器的數據信息可包含兩個第一信號器彼此之間的距離以及向第二信號器發射信號的時間點，第二信號器的數據信息可包含兩個第二信號器彼此之間的距離以及接收來自每一個第一信號器的信號的時間點，但本發明並不以此為限。
本發明實施例三通過採集預設參考方向上兩個第一信號器和基站天線上兩個第二信號器的數據信息，得到兩個第一信號器和兩個第二信號器每兩者之間的距離；然後根據距離計算得到基站天線與預設參考方向之間的夾角；再獲取預存儲的預設參考方向的方位角，並根據預設參考方向的方位角和夾角計算得到基站天線的方位角；使得基站天線方位角的測量流程更加簡便、測量過程受到的幹擾更小、測得的方位角精度更高、測量成本更低。
進一步的，所述裝置還包括：第三處理模塊，用於所述第一處理模塊執行操作之前，測量獲得所述預設參考方向的方位角，並進行預存儲。
其中，預設參考方向的方位角可以通過現有公知的儀器或工具進行測量，比如技術方案中的雙GPS測量方案，它在基線不受限時是一個精度很高的方案，以此方案實現的工具也有，可以通過這個工具測得預設參考方向的方位角。
具體的，所述計算模塊包括：投影子模塊，用於將兩個第二信號器之間的連線投影到兩個第一信號器所在的平面，所述兩個第二信號器所在原平面與兩個第一信號器所在水平面相平行；處理子模塊，用於對投影后的兩個第二信號器之間的連線和兩個第一信號器的連線進行處理，並結合所述距離構建直角三角形進行計算得到投影后的平面夾角，作為所述基站天線與預設參考方向之間的夾角。
對應到，所述第二處理模塊包括：求和子模塊，用於將所述預設參考方向的方位角與所述夾角求和得到所述基站天線的方位角。
可選地，所述第一信號器為信號發射器，第二信號器為信號接收器，或者，第一信號器和第二信號器均為距離傳感器。
其中，上述自動獲取基站天線方位角的方法的所述實現實施例均適用於該自動獲取基站天線方位角的裝置的實施例中，也能達到相同的技術效果。
綜上，本發明實施例三提供的方案相對現有技術有如下優勢：
1.一個基站上只需要測量一次預設參考方向的方位角就可以(比如將預設參考方向設置在主機上，那麼在安裝主機時測量一次預設參考方向的方位角就可以)，其他的基站天線都是通過預設參考方向來獲得方位角的；測量預設參考方向方位角的工具，可以無限次使用，可以不計入每個天線的方位角測量成本；
2.更重要的是，基站天線經常會調整，而預設參考方向是不會變的，無論 基站天線如何調整，通過本方案都可以獲得調整後的天線方位角，這個過程已無需人工上站；這和使用工具每次現場測量天線的方位角是有顯著區別的，節省了人力和物力，並且提高了測量的效率和準確度。
實施例四
本發明實施例四提供的自動獲取基站天線方位角的系統包括：上述的自動獲取基站天線方位角的裝置，還包括兩個第一信號器和兩個第二信號器。
下面對本發明實施例四提供的系統進行具體應用舉例。
本發明實施例四提供的系統可包括一個主機和若干個數據採集單元。主機負責與數據採集單元及遠端射頻模塊RRU通信並處理數據採集單元返回的數據。如圖9所示，每個數據採集單元由2個傳感器組成，布置於一個矩形平板狀的安裝結構上，傳感器的中心連線與平板的長邊平行，傳感器之間的距離設定為固定值作為已知量。安裝結構可以安裝在基站天線的頂端，兩個傳感器的連線與天線的方位角指向垂直(仍根據方位角的定義)，通過測量傳感器的連線方向即可確定基站天線的方位角。
安裝結構可通過AISG線纜與天線的AISG接口相連(也可以和RRU設備的AISG接口相連)實現供電，其中，AISG是國際天線接口標準化組織的縮寫，AISG定義了天線與主設備之間的通信接口和協議標準。另外，安裝結構也可以考慮採用太陽能電池供電，這樣就不再需要通過AISG線纜供電。
如圖9所示，主機包含了一個單片機，負責處理由傳感器返回的距離數據，計算並得出天線的方位角數據。同時主機上也安裝了參考方向(基線)。參考方向也是由兩個發射裝置組成(發射裝置可以發射測距信號，被傳感器接收後就可以獲得發射裝置和傳感器之間的距離；發射裝置之間的距離可測量獲得)，其連線的方向可以通過專門的測量工具測量獲得作為已知量輸入。主機的安裝位置比較靈活，安裝後一般不會調整。如圖10所示，主機通過AISG線纜與基站天線或RRU相連，由AISG線纜供電，同時主機處理後的數據也可通過AISG線纜傳遞到網管後臺。
此處對系統所使用的傳感器再作一個說明。本系統中所使用的傳感器要求能較準確地測量兩兩之間的距離，作為本發明的一個實施例，這裡可以採用基於DTOA方法的傳感器。這種方法的原理是，測量點C由發射器同時發射一個 RF信號和一個超聲波信號，測量點A接收到RF信號之後開始計時，在接收到超聲波信號之後，所得的時間差乘以超聲波的傳播速度就得到了A和C之間的距離(這裡忽略了RF從C點傳播到A點所需的時間，因為其速度為光速，遠遠高於超聲波的速度)。測量點可將獲得的距離數據發送給主機進行處理。DTOA方法是公知技術，這裡不再贅述。
距離測量的精度對方位角的測量有重要影響。有很多討論DTOA測量精度的資料，其中認為空氣中的溫度對精度有很大影響，因為不同溫度下超聲波的傳播速度也是不同的。這裡給出一個簡單的校準方法，可以避免對溫度進行誤差的補償修正。該方法是在距離C傳感器的已知距離上安裝一個類似於A的傳感器P，通過測量P和C之間的時間來獲得超聲波的傳播速度，用於計算其他測量點之間的距離。通過這種方式可以對距離測量的精度有較好的保證，且計算上簡單易行。
由上可知，本發明實施例四提供的系統通過選定參考方向，對同一個基站上所有天線的方位角測量轉換為對參考方向的方位角測量和一些距離的測量。由於參考方向在選擇時不受天線位置的影響，可以安裝在幹擾小的地方，參考方向上的基線長度也不受限於天線的尺寸，因此更容易地獲得參考方向的方位角。在參考方向可以固定的情況下(實際也基本上可以固定的，與天線相比沒有調整的需要)，此時對參考方向可以只測量一次方位角。
另外，在已知參考方向方位角的情況下，對同一個基站的所有天線的方位角測量都轉換為測量點之間的距離測量，由於距離測量的方案不會受到磁場的幹擾，也不依賴於高精度GPS定位，傳感器的成本可以得到有效控制。當需要新增天線時，有隻需要在新的天線上增加兩個距離傳感器及相應的傳輸即可。
其中，上述自動獲取基站天線方位角的裝置的所述實現實施例均適用於該自動獲取基站天線方位角的系統的實施例中，也能達到相同的技術效果。
需要說明的是，此說明書中所描述的許多功能部件都被稱為模塊/子模塊，以便更加特別地強調其實現方式的獨立性。
本發明實施例中，模塊/子模塊可以用軟體實現，以便由各種類型的處理器執行。舉例來說，一個標識的可執行代碼模塊可以包括計算機指令的一個或多個物理或者邏輯塊，舉例來說，其可以被構建為對象、過程或函數。儘管如此， 所標識模塊的可執行代碼無需物理地位於一起，而是可以包括存儲在不同位裡上的不同的指令，當這些指令邏輯上結合在一起時，其構成模塊並且實現該模塊的規定目的。
實際上，可執行代碼模塊可以是單條指令或者是許多條指令，並且甚至可以分布在多個不同的代碼段上，分布在不同程序當中，以及跨越多個存儲器設備分布。同樣地，操作數據可以在模塊內被識別，並且可以依照任何適當的形式實現並且被組織在任何適當類型的數據結構內。所述操作數據可以作為單個數據集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存儲設備上)，並且至少部分地可以僅作為電子信號存在於系統或網絡上。
在模塊可以利用軟體實現時，考慮到現有硬體工藝的水平，所以可以以軟體實現的模塊，在不考慮成本的情況下，本領域技術人員都可以搭建對應的硬體電路來實現對應的功能，所述硬體電路包括常規的超大規模集成(VLSI)電路或者門陣列以及諸如邏輯晶片、電晶體之類的現有半導體或者是其它分立的元件。模塊還可以用可編程硬體設備，諸如現場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設備等實現。
以上所述的是本發明的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明所述原理前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。