基站天線工參感知綜述

摘要：基站天線是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要設(shè)備，其工程參數(shù)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基準(zhǔn)。本文介紹了基站天線工參測(cè)量的基本原理，以及工參設(shè)備與RRU的連接方式，并提出了一種便捷式高精度基站天線工參設(shè)備方案。新的工參設(shè)備方案不僅盤活了現(xiàn)網(wǎng)中的基站天線資源、提高了工參精度，而且為下一步的基站天線智能運(yùn)維奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：基站天線；工參

一、引言

隨著4G、5G網(wǎng)絡(luò)的大量建設(shè)，基站天線數(shù)量越來(lái)越多，給基站天線的管理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及代維均提出了巨大的挑戰(zhàn)。

作為一種感知設(shè)備，天線工參是基站天線工作狀態(tài)的工程信息參數(shù)，包含經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔高度、方位角、機(jī)械下傾角和電子下傾角等，均為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的基礎(chǔ)，基站天線工參的自動(dòng)感知、遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)、告警和遠(yuǎn)程調(diào)整變得愈發(fā)重要。近兩年，在運(yùn)營(yíng)商的推動(dòng)下，基站天線工參感知設(shè)備在移動(dòng)通信基站天線上得到了一定范圍的批量試用。中國(guó)聯(lián)通于2018年發(fā)布了基站天線工參感知設(shè)備的技術(shù)/測(cè)試規(guī)范，并將工參納入了最新的移動(dòng)通信基站天線企標(biāo)中，包括：《QB/CU 228（2018） 中國(guó)聯(lián)通基站天線工參感知模塊技術(shù)規(guī)范V1.0》《QB/CU 229（2018）中國(guó)聯(lián)通基站天線工參感知模塊測(cè)試規(guī)范 V1.0》《QB/CU 182（2020） 中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)通信基站天線技術(shù)規(guī)范V4.0》。

二、基站天線工參感知設(shè)備

傳統(tǒng)的基站天線工參完全依賴于專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，工作任務(wù)繁重、效率低。為了降低基站天線工參的獲取難度，人們?cè)诨咎炀€/站點(diǎn)安裝自動(dòng)測(cè)量設(shè)備。從開始的地面便捷讀數(shù)（不登高）、到后來(lái)的設(shè)備自動(dòng)上報(bào)、遠(yuǎn)程獲取。基站天線工參的獲取逐漸不再依賴于專業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，為將來(lái)的智能運(yùn)維提供了強(qiáng)有力的支撐。

（一）測(cè)量原理

1.經(jīng)緯度、海拔高度

采用氣壓計(jì)獲取海拔高度信息，通過(guò)GPS獲取經(jīng)緯度信息。

一般采用專業(yè)導(dǎo)航級(jí)別 GPS 模塊，并通過(guò)平滑算法獲取高精度的海拔高度。我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)成熟、精度高，所以也可以采用BDS模塊，或者多模使用。

2.機(jī)械下傾角

采用重力加速計(jì)芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，通過(guò)計(jì)算重力矢量及其在軸上的投影確定傾斜角，實(shí)時(shí)測(cè)量，且測(cè)量精度與分辨率高，目前已達(dá)到應(yīng)用要求，成本低廉。

3.方位角

方位角測(cè)量精度欠佳，是當(dāng)前技術(shù)探索的主要方向，主要有地磁感應(yīng)、太陽(yáng)光測(cè)向和差波束測(cè)向和載波相位差分測(cè)向（即雙GPS測(cè)向）四種，不同方位角測(cè)試方法的指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

太陽(yáng)光測(cè)向是基于日光入射偏差成像技術(shù)，通過(guò)日光綜合多傳感器獲取方位角信息[5]。然而，日照受天氣的影響大，在陰天、雨天、夜晚等環(huán)境下，無(wú)法通過(guò)光照測(cè)量，導(dǎo)致太陽(yáng)光測(cè)向的測(cè)量精度變差。

羅盤采用地磁感應(yīng)原理的傳感器獲取高精度的相對(duì)方位角，實(shí)時(shí)性好；但是不能測(cè)量絕對(duì)方位角。羅盤體積小，滿足一體化/小型化的設(shè)計(jì)要求，成本低廉。但是地磁感應(yīng)技術(shù)極容易受到地磁偏角和周邊環(huán)境的影響，在礦山、鋼鐵建筑等環(huán)境下方位角測(cè)試誤差大。同時(shí)，基站天線的電磁屬性也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差。

和差波束側(cè)向的基本原理是利用不同元件接收的信號(hào)相位差異實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)的定位定向。在基站天線位置對(duì)稱布置兩個(gè)接收天線單元，同時(shí)進(jìn)行接收衛(wèi)星信號(hào)。由于和波束與差波束的空間指向不同，對(duì)于同一顆衛(wèi)星，兩種波束的接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度隨衛(wèi)星位置的不同而發(fā)生變化。通過(guò)比較兩種波束的輸出信號(hào)強(qiáng)度的變化，可以判斷衛(wèi)星是否正在通過(guò)差波束的接收凹點(diǎn)，則側(cè)向成功。

雙GPS測(cè)向是采用兩個(gè) GPS 接收機(jī)返回的同一衛(wèi)星的載波相位確認(rèn)行程差，根據(jù)已知的基線長(zhǎng)度計(jì)算出方向角。一般基線長(zhǎng)度越大，測(cè)試精度越高。

無(wú)人機(jī)航拍方案是基于使用圖像識(shí)別算法建立天線圖像模型庫(kù)的云端平臺(tái)，通過(guò)在無(wú)人機(jī)上掛載激光雷達(dá)和攝像頭，獲取天線點(diǎn)云數(shù)據(jù)、圖片和視頻信息并生成點(diǎn)云文件，最后根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中天線結(jié)構(gòu)體內(nèi)的空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)算法計(jì)算得到基站天線的工參。

4.供電方式與數(shù)據(jù)回傳

數(shù)據(jù)回傳包含AISG有線回傳和NB-lot無(wú)線回傳兩種，供電方式有以下三種：

（1）AISG：采用基站設(shè)備供電，電源穩(wěn)定。

（2）太陽(yáng)能：電壓不穩(wěn)，受限于日照。

（3）蓄電池：電量有限。

（二）指標(biāo)要求

在國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的推動(dòng)下，基站天線工參感知設(shè)備采購(gòu)技術(shù)要求如表2所示。

作為基站天線的子部件，在結(jié)構(gòu)工藝方面，工參設(shè)備的防塵、防水、防雷，以及材料選型、加工制造方式等均遵循基站天線，滿足戶外使用要求。

（三）安裝方式

早期的工參感知設(shè)備局限于經(jīng)緯度、海拔高度的測(cè)量，且無(wú)法主動(dòng)上報(bào)，需要專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)讀取。設(shè)備安裝也大多為分布式，即多設(shè)備測(cè)量多參數(shù)；亦或?yàn)槎嗝嫣炀€共用一個(gè)設(shè)備測(cè)試工參，實(shí)際是基站站點(diǎn)的工參，并非每一面基站天線的工參。

近幾年在國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的推動(dòng)下，工參設(shè)備的功能設(shè)計(jì)集中化、安裝方式統(tǒng)一化。如圖1和圖2所示，工參感知設(shè)備統(tǒng)一安裝于基站天線頂部，通過(guò)不同的方式與RRU連接。

三、一種便捷式高精度工參感知設(shè)備

現(xiàn)網(wǎng)中的天線工參感知設(shè)備采用多軸重力加速計(jì)和雙GPS定位定向的方案，安裝方式如圖1和圖2所示：一體化設(shè)計(jì)后安裝于基站天線頂部、通過(guò)AISG控制線纜傳輸數(shù)據(jù)和供電。

一方面，基站天線頂部需預(yù)留安裝孔位給工參感知設(shè)備，所以現(xiàn)網(wǎng)的存量天線需單獨(dú)設(shè)計(jì)安裝組件輔助裝配。然而基站天線廠家眾多、產(chǎn)品型號(hào)多、外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦未標(biāo)準(zhǔn)化，所以安裝組件設(shè)計(jì)難以具備通用性、無(wú)法使用。

另一方面，置于基站天線頂部的工參感知設(shè)備容易受上層安裝的基站天線遮擋，影響GPS搜星、無(wú)法進(jìn)入固定解，從而導(dǎo)致定位定向的精度惡化。

綜上所述，為了提高工參設(shè)備的安裝普適性和工參精度，本文提出了一種便捷式高精度基站天線工參感知設(shè)備方案，不僅可以兼容安裝于現(xiàn)網(wǎng)存量和新入網(wǎng)基站天線，而且定位、定向精度均得到提高。

（一）方案闡述

新方案采用六軸傳感器和BDS導(dǎo)航模組獲取機(jī)械下傾角、定位定向等參數(shù)，采用雙定位天線布局，并將慣導(dǎo)融入載波相位差分測(cè)向算法中，提高了方位角計(jì)算精度。同時(shí)，采用低功耗通信模組，將工參回傳到智能運(yùn)維平臺(tái)上。本文新方案選用的模組、芯片均為市場(chǎng)成熟部件、價(jià)格適中，具有一定的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)構(gòu)方面，新方案由連接桿、主控盒、定位天線和固定件組成。在基站天線后方半環(huán)抱式安裝（兼容現(xiàn)網(wǎng)基站天線結(jié)構(gòu)），可以在不影響基站天線性能基礎(chǔ)上固定更穩(wěn)定。定位天線位于基站天線側(cè)后方，衛(wèi)星視覺空間和重疊空域大，設(shè)備可以快速進(jìn)入固定解。

（二）測(cè)試精度

在500套的實(shí)驗(yàn)局中，新方案工參設(shè)備經(jīng)過(guò)半年的累積測(cè)試，以及與諾瓦泰儀器對(duì)比抽測(cè)，與同一套基站天線安裝的現(xiàn)網(wǎng)方案對(duì)比測(cè)試，結(jié)論如下：

1.除去個(gè)別人為移動(dòng)過(guò)設(shè)備的站點(diǎn)，新方案設(shè)備的結(jié)構(gòu)可靠、固定牢固。

2.除去一個(gè)站點(diǎn)電磁環(huán)境自身干擾大的（站點(diǎn)底噪大）、2～3個(gè)安裝不規(guī)范的（近建筑物、金屬桿安裝，有遮擋）站點(diǎn)，新方案設(shè)備工參的精度遠(yuǎn)高于現(xiàn)網(wǎng)方案。測(cè)試精度對(duì)比如下：

（1）方位角精度：現(xiàn)網(wǎng)為±5°，本文方案為±1°。

（2）機(jī)械傾角精度：現(xiàn)網(wǎng)為±1°，本文方案為校準(zhǔn)前±0.3°、校準(zhǔn)后±0.1°。

（3）海拔高度&經(jīng)緯度精度：現(xiàn)網(wǎng)為±5m，本文方案為±1m。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種便捷式高精度基站天線工參感知設(shè)備方案，歷時(shí)半年累積測(cè)試驗(yàn)證了方案的可靠性和高測(cè)試精度，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。新方案的有益效果是可以快速安裝于現(xiàn)網(wǎng)存量天線，實(shí)現(xiàn)高精度基站天線工參的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)減少了基站維護(hù)的人力和物力，也為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且減少了基站資源清點(diǎn)周期，提高了資源管理效率以及盤活現(xiàn)網(wǎng)基站天線的資源管理。

作者單位：高潔 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣東省分公司

范文博 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司深圳分公司

參考文獻(xiàn)

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