一種高效率塔頂放大器的智能監控系統

劉志芳王忠文

(1.廣東工程職業技術學院 廣東 廣州 510520；2.京信通信技術〈廣州〉有限公司 廣東 廣州 510663)

0 概述

塔頂放大器（TMS：Tower Mounted Solution）主要用于放大基站的下行信號，擴充信號覆蓋范圍，加強覆蓋深度。為了便于設備的遠程監控和升級維護，提出了一種智能化的遠程監控系統。該系統不僅可以遠程升級系統軟件，還可以遠程查詢設備的狀態，實時檢測設備的運行情況，并且當設備出現異常時主動上報告警信息到指定手機或者監控中心，對設備采取各種保護措施進行自動旁路處理，還能根據檢測到的狀態嘗試自動恢復設備的正常工作，是一種高效率的智能化監控系統。

1 系統結構

該監控系統包含了遠程監控中心，設備的檢測單元、處理單元、控制單元和通訊單元。

遠程監控中心可以采用 OMT（Operation Maintenance Terminal，現場操作維護終端）或者OMC（Operation Maintenance Center，監控中心）進行遠程聯機，讀取系統的各個參數，發出各種控制指令。

檢測單元：檢測輸入的基站信號，返回輸入輸出功率，檢測告警信息以及監控系統中各個單元的運行狀態；

處理單元：計算并處理檢測的輸入輸出信號，分析各個單元的運行狀態信息，處理各種告警信息和邏輯控制，記錄和存儲相關數據；

控制單元：處理需要的各種控制操作，執行實際的控制動作，保護設備的正常運作；

通訊單元：傳遞遠程監控中心的各種命令信息、上載設備記錄的各種數據、下載升級軟件。由各個單元共同建立起了一個完善的監控系統，其系統架構圖如圖1所示。

圖1 系統架構圖

2 接口設計

遠程監控中心只需要在遠端電腦設備安裝好OMT或者OMC監控軟件，就可以通過網口、USB口、WIFI或者無線MODEM與塔放設備通訊，實現遠程操控設備。設備采用了ARM9260為主控制器，協調各個單元的密切配合，完成遠程操控的實際動作，下面詳細介紹各個單元接口的具體設計。

2.1 檢測單元設計

檢測單元的設計主要分為兩部分：功率檢測和告警檢測，與MCU之間的通訊都采用SPI總線形式。功率采樣包括兩路輸入功率、兩路反射功率和兩路輸出功率，采用一片ADC108匯總，通過SPI總線與MCU之間傳遞數據；告警采樣包括：電源相關告警、低噪放告警、功放故障告警和門禁告警等，告警檢測采用一片HC166實現，也通過SPI總線與MCU通信。具體的接口電路如圖2所示。

圖2 檢測單元接口圖

2.2 控制單元設計

控制單元的接口設計主要包括兩部分：開關量的控制和衰減值的設置。衰減值的設定采用一片DAC104來實現，將MCU的數字量轉換為模擬量來控制系統的衰減，從而調節系統的功率；開關量的控制用HC595來設計，將系統的數字量轉換為相應的TTL高低電平，控制外圍的開關電路，執行具體的開關動作。兩部分與MCU的通訊都采用SPI總線形式，具體的接口設計如圖3所示。

圖3 控制單元接口圖

2.3 通訊單元設計

通訊單元主要包含了4部分：以太網模塊設計、WIFI模塊設計、USB模塊設計和MODEM模塊設計。以太網的設計主要是本地用來下載程序和聯機測試，滿足高速下載的要求；USB主要是用作燒寫程序，在設備第一次燒寫軟件時使用，也可以作為聯機測試的接口；WIFI的作用是短距離的無線通訊，滿足設備上塔后的聯機調試和軟件升級，讓工程人員在塔下就能完全處理設備的各種操作；MODEM用于監控中心遠程的聯機監控和設備告警狀態的上報，做一些簡單的遠程控制動作。各個模塊與MCU都是獨立并行的通信方式，其架構如圖4所示。

圖4 通訊單元接口圖

3 軟件實現

軟件系統包括嵌入式Linux操作系統、嵌入式控制軟件和上層界面軟件。

嵌入式控制軟件包括驅動程序和應用程序，按照守護進程和主機監控進程進行設計；上層界面軟件則有OMT和OMC，其中OMT與監控設備進行現場通訊和短距離的無線通訊，OMC則與監控設備進行遠程的無線通訊。整體的軟件架構如圖5所示。

圖5 軟件架構圖

從上面的程序架構設計已知應用程序設計有兩個進程：系統啟動及守護進程和主機監控進程。主要的軟件流程為：1）系統首先啟動守護進程，由守護進程喚醒主機進程；2）守護進程啟動后，依次加載相應的線程模塊：啟動進程間通訊線程以及系統守護線程；

3）主機進程啟動后，依次加載相應的線程模塊：通信線程（UDP、TCP、RS232、USB、進程間通訊）、時間控制線程、開關控制線程、模擬采樣線程、告警控制線程、電池充電控制線程、Modem控制線程；

4）守護進程與主機進程之間采用進程間通訊方式進行通訊，主機監控進程崩潰、其它復位請求，由守護進程進行復位操作，主機進程不直接復位系統。

各個功能模塊則按線程劃分完成相應的功能。

4 結論

本系統是將遠端應用軟件與嵌入式監控系統有機結合的綜合設計，利用設計的智能化嵌入式系統，實現了塔放設備的實時采樣、高效存儲、智能控制和遠程通訊，突破了傳統監控系統的局限性。該塔放設備的智能監控系統突顯了較強的優越性，能夠遠程實時的了解設備狀態，在線進行軟件升級，遠程解決了許多工程現場才能解決的問題，提高了系統效率，減少了日常維護的費用，取得了較好的效果。

［1］楊水清，張劍，施云飛.ARM嵌入式Linux系統開發技術祥解[M].北京:電子工業出版社，2008.

［2］夏新仁，劉振雄.塔頂放大器+基站功率放大器在GSM網絡信號覆蓋優化中的應用[J].移動通信，2007（5）:39-42.

［3］吳迪.移動通信塔頂放大器在網絡優化中的應用[J].科技信息，2007（17）:57.

［4］金亮.塔頂放大器原理及其在具體工程中的應用[J].電信技術，2007（2）:41-43.