GSM―R数字移动通信系统基站天线监测技术运用研究

[摘 要]研究新型的gsm-R基站天线倾角测量系统，用于更加精确、方便、安全地测量GSM-R无线通信基站天线的倾斜角度。实现对GSM-R基站天线的下倾角、方向角进行实时监测，从而判定无线覆盖质量。对GSM-R无线信号强度、无线信号干扰等指标的实时监测，通过空中信号提取来查找干扰源，分析干扰源。开发系统监测结果与G网网管的互联接口，实现天线俯仰角、风速风向、无线场强、无线干扰等监测数据上报至G网网管的功能，为G网监测指标参数的分析提供辅助支持。

[关键词]GSM-R 基站 天线监测 运用

中图分类号：TN929.532 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0274-01

一、现状分析：

随着2014年兰新客运专线的正式开通， GSM-R移动通信技术正式在新疆、甘肃铁路通信领域正式投入使用。目前兰新客运专线300多处GSM-R通信铁塔上安装有基站天线，负责基站附近和通行列车的GSM-R信号的无线覆盖，GSM-R网络对列车运行和铁路维护具有极其重要的作用。由于兰新客运专线地理环境复杂、气候恶劣，加之地处新疆、甘肃5大风区，并长期受到大风、地壳运动、施工工艺不佳、鸟类攻击、恶劣气候环境以及人为破坏等潜在因素等影响，容易造成基站天线下倾角、方向角等天线的物理参数发生改变， GSM-R基站附近存在无线干扰等问题，造成的基站天线损坏或发射功率不够等，将直接影响到列车调度指挥工作、调度员的指令下达、以及站内或附近列车无线通信、铁路维护人员的无线通信等，直接关系到列车的安全运行和铁路的运营管理。

二、解决方案

1. 为了更加准确方便地测量GSM-R无线通信基站天线的倾斜角度，研究一种新型的GSM-R无线通信基站天线倾角测量系统。目前，可以采用芬兰VTI公司SCA100T-D01传感器进行倾斜角度的测量，选取理由：SCA100T-D01是SCA100T系列中一款测量角度为30°的双轴倾角传感器芯片，产品基于3D-MEMS技术，能够提供仪表/仪器级别的水平测量性能。内部两感应元件的测量轴平行于安装平面且相互正交，低温度漂移性、高分辨率、低噪音以及稳健的设计使得SCA100T成为水平仪器的理想选择。村田的倾角传感器能更好地对抗振动影响，且能经受高达20000g的震动冲击。

2. 本系统选定Atmel公司的AVR系列单片机ATmega162作为核心。Atmega162 具有以下特点：⑴高性能，低功耗的AVR

⑵采用8位微控制器。⑶先进的RISC结构。131条指令，大多数单时钟周期执行，32个8位通用工作寄存器，全静态工作，高达16 MIPS的吞吐量为16兆赫。⑷高寿命的非挥发性内存段。16K字节在系统自编程闪存程序存储器，512字节的EEPROM，1K字节内部SRAM，写/擦除周期：10，000 Flash/100，000的EEPROM，数据保存：在85 ° C/100年，20年在25 ° C（1），可选启动代码段与独立锁定位。⑸在系统编程的片上引导程序，真正的了解，同时，写操作，高达64K字节可选外部存储空间，编程软件安全锁的JTAG（IEEE标准。1149.1兼容）接口，边界扫描功能根据JTAG标准，广泛的片上调试支持，闪存，EEPROM，保险丝，并锁定位通过JTAG接口编程。⑹外设特性，两个8位定时器/计数器具有独立预分频器和比较模式，2个16位定时器/计数器具有独立预分频器，比较模式，拍摄模式。⑺实时计数器具有独立振荡器。⑻6个PWM通道。⑼特殊的处理器特点，上电复位和可编程欠压检测，内部RC振荡器校准，外部和内部中断源，五睡眠模式：空闲，电力保存，掉电，待机和扩展待机。⑽宽泛的工作电压： 2.7 - 5.5V。

3. 使用VTI公司的SCA100T-D01传感器测量天线的倾斜角度，由Atmega162单片机控制其他各个模块，并最终将数据发送到手持终端进行显示。本测量系统能够实现基站天线的倾角的测量精度可达0.5°。通过单片机控制各模块，并通过手持触控PC终端显示。同时实现了四种组网测量的方法，可针对不同场景实现有效测量。测量设备的安装方法以及测量数据的统计处理，增强了该测量系统测量的准确性。该测量系统天线俯仰角度测量精度达到0.5°。

4. 采用模块化的设计思想进行倾角测量系统的硬件电路设计，基于硬件平台实现了测量系统的软件程序。进行了硬件电路的调试和软件程序测试，对于出现的问题及时地解决。

5. GSM-R数字移动通信系统基站天线监测，包含子基站天线角度监测子系统、G网信号覆盖及干扰监测两个子系统。利用基站天线角度监测子系统对基站的天线安装和调整进行精确的监控，可以远程实时监测基站天线的角度，及时查询和处理人为因素或自然因素改变天线角度而导致的覆盖变动。利用GSM-R信号覆盖及干扰监测子系统对GSM-R信号强度、覆盖范围以及附近可能对GSM-R信号产生干扰的无线信号进行远程实时监测，并可定位查找干扰源。

6. 采用先进的物联网技术、传感器技术、无线信号监测等技术、基站天线监测技术的系统整合，将对GSM-R基站天线的物理状态、干扰信号进行精确的远程实时监测及定位。系统软件后台的开发可以为GSM-R网网管后台预留接口，为GSM-R天线俯仰角和干扰监测内容上报给G网管后台提供便利，并将监测的结果将基站天线的微小变化及潜在威胁进行及时的告警和预警信息上报给G网网管后台，可以进行查询，实时得到监测结果。快速、准确提供基站天线的监测数据和干扰状态，提供维护建议；降低通信中断等故障的概率，消除磁干扰，避免了由于人工测量误差，为网络规划优化提供精确的数据支持。

三、结束语

通过GSM-R基站天线倾角测量系统的研究与运用，今后可大量应用于兰新客运专线和全国普速铁路G网改造工程。通过实时在线监测，与日常人工巡检形成有效的补充。解决在特殊天气、环境下现场测量困难，基站覆盖范围不合理，干扰，通信质量下降等问题。后期可不进行人工测量天线角度，将节省大量人力物力，提高维护效率，保障铁路安全运营平稳，创造更好的经济效益。

参考文献

[1] 《GSM-R数字移动通信系统》―中国铁道出版社2007年12月出版

[2] 《铁路数字移动通信系统（GSM-R）无线网络规划与优化》―清华大学出版社2003年8月出版

[3] 《传感器原理及其应用》―南京大学出版社2010年2月出版

[4] 《传感器与检测技术》―北京大学出版社2011年8月出版

[5] GSM-R无线通信基站天线倾角测量系统―《计算机技术与发展》2014年06期