基于Android的通信基站塔下测量系统的设计与实现

2018年第2期信息通信2018 (总第182 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 182)
基于Android的通信基站塔下测量系统的设计与实现
杨家信，席兵，张治中
(重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室，重庆400065)
摘要:鉴于移动通信基站工程参教采集工作的高空攀爬测量危险性较高的缺点，提出一种基于Android设备的塔下测量 系统，使得操作人员手持采集终端设备站在地面上即可完成对高空天线等通信设备工程参教采集的工作，大大降低基站 检测工作的危险程度。

测量结果表明，该塔下测量系统对移动通信基站工程参数的采集满足测量精度的要求。

关键词:基站;工程参数采集;塔下测量;Android开发;智能手机
中图分类号:TN929.5 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2018 )02-0056-03
Design and Realization of M easurement System of C ommunicatioii Base Ibwer Based on Android
Yang Jiaxin.X i Bing»Zhang Zhizhong
(Key Lab on Communication Networks and Testing Technology,Chongqing University
o f P osts and Teleconimunications,Chongqing,400065,China)
Abstract:In view o f t he hi^i risk o f h igh-altitude climbing construction o f t he mobile commumcation base station engineering parameters acquisition work,this paper proposes a tower measurement system based on Android device,which enables the op­erator to collect the terminal equipment on the ground to complete the work o f c ollecting fhe engineering parameters o f f he high-altitude antenna and other communication facilities,greatly reducing the risk o f base station detection work.The measurement results show that the tower under the measurement system to the mobile communication base station engineering parameters to meet the measurement accuracy requirements.
Key words:Base station；Engineering parameter acquisition；Measuring system o f t ower；Android development；Smart phone
0引言
移动通信基站的检测、维护工作对发展我国通信事业、提 高产业经济效益起着至关重要的作用n l。

移动通信基站的天线参数包括:经纬度、海拔高度、挂高、方位角、下倾角、TACr a (Tracking Area Code，跟踪区編码)、LACB I(location area code，位 置区编码)、CIw(Local CelllD，扇区在基站下的编号)等,这些数 据都是基站维护、网络优化过程的重要参数。

其中，天线的方 位角影响实际信号的覆盖区域[w a,天线下倾角对于网络能量效 率有着重要影响[7)，天线挂髙则与基站的信号覆盖范围有关' 传统的工程参数检测需要测量员携带大量测量工具(皮尺、坡 度仪、机械罗盘、GPS、手机、相机等)。

工程参数信息采用人工 »+人工记录的方式，导致测量员操作时间长且工作强度大。

同时權外基站之间相隔距痛远，新采集的工程参数信息不 能及时录入后台管理系统，人工录入也容易出现差错。

目前出 现了一款手持式智能化专业工S参数采集终端，采用先进的传 感器模块，可实现多种类型的数据:包括方位角、下倾角、经炜 度、海拔髙度等参数的快速采集,并通过运营商网络完成采集 终端与后台服务器的信息交互，大大改进了后续维护工作。

但 是，这两种方式都无法避兔测量时人工攀爬的问题，难以确保 工作人员安全，导致人工成本很难降低到理想水平。

移动智能终端的普及，让移动计算w正取代传统桌面计算，成为越来越重要的信息处理与获取的方式。

由于Android系 统手机开源、免费、强大的软硬件功能和低廉的价格，使其发 展迅速。

据调査，在我国的所有手机用户中，Android手机用 户占78%[1°]。

因此，Android手机可以作为一种随时随地获取 信息和处理信息的工具。

本文基于Android系统的智能手机 设计一套移动通信基站天线塔下测量系统，测量员可通过随 身携带的Android手机在基站下完成基站天线工程参数的测 量。

本文设计的移动通信基站天线塔下测量系统，不仅无需 人工攀爬测量，大大减少人工投入和降低测量员的安全隐患，而且测量流程固化，系统使用难度低。

1系统分析与设计
1.1基站天线塔下测量原理
传感器是一神检测装置，它通过感知被测目标物理量的 各种信息并将感知到的信息按照一定的规律转换成电信号等 形式输出叫。

通常情况，传感器框架使用标准的3轴坐标系统 来表达数据值。

对于大多数传感器，坐标系统是相对于设备 被保持在默认方向时的设备的屏幕来定义的。

如图1所示，当设备被保持在默认方向时，X轴是水平向右、Y轴是垂直向 上、Z轴是指向屏幕面板的外部。

随着现代科技的发展，智能 手机中嵌入的传感器越来越多气本系统采用基于Android系 统的智能手机作为采集设备，通过调用手机上惯性传感器(三 轴加速度传感器，三轴磁通传感器，三轴陀螺仪传感器等）的 数据，在地面上完成对天线工程参数的测量。

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图1传感器A PI使用的坐标系统
1.2基站天线塔下测量系统算法
搭建通信基站天线的环境复杂，不同的环境对于天线挂 髙的测量结果具有不同影响，应该采取不同的算法。

本文根 据环境的不同分为平地、均勻斜坡两种情况进行讨论。

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(1)平地与均勻斜坡地形测量天线挂髙。

平地测量天线挂 髙的算法如下图2所示，公式如下：
H=hi+h2(1) Li=L»2=hi*cot(2) lh=L2*taii〇(3) H=(cot* tan+l)*hi(4)式中:H为天线挂髙,为观测时手机摄像头距离地面的
高度,lh为手机摄像头中心到天线中部平面的垂直距离,U为 水平距离，为通过加速度传感器测定加速度转换得到的天线 底角，为通过加速度传感器测定加速度转换得到的天线顶角。

图2平坦地区和均匀斜坡天线挂高测量原理
(2)均勻斜坡。

均勻斜坡地形釆用的算法与平地相同，但 是在选择观测位置的时候需要选择垂直于坡向的平坦位置进 行观测。

1.3基站天线塔下测量系统设计
本系统主要由Android客户端和基站工程参数管理系统 两大部分组成，如图3是系统整体方案图。

测量员在现场使 用Android客户端完成对基站天线的测量后，通过运营商网络 或Wi-F i实时将测量数据发送到服务器存储。

后台管理者可 通过Internet从P C端登录后台管理系统读取这些测量数据, 并根据这些信息判断基站天线是否需要维护，通过管理系统 下发进一步的指令到客户端，指引测量员完成指定操作，从而 提高了检测工作的效率。

本文的核心在于Android客户端的设计。

如图4所示，本系统的Android客户端功能模块设计主要包括：测量准 备模块、巡检模块和测量记录模块。

测量准备模块实现设 备的消磁和平台髙度的设置功能；巡检模块实现对小区基 站参数的检查与测量功能；测量记录模块显示本机保存成 功后的测量记录的详细信息，并实现信息存储和上传至服 务器等功能。

图3系统整体方案图
图4客户端功能模块
2系统实现
2.1测量准备功能的实现
为了提髙测量数据的准确性，每次测量前都需要对仪表 进行初步校准。

在测量准备模块中主要分为仪表消磁和获取 平台高度两部分。

在仪表消磁部分，通过磁通传感器测量三个轴上的磁场 强度，合成空间中磁场的大小和方向，并将磁场数值实时显示 在仪表消磁界面上。

因为磁强计的零偏和标度因数每次开机 的随机变化比较大，所以在使用前要进行校准。

本系统使用 八字校准法对磁强计进行校准。

测量员手持仪表在远离磁场 干扰的地方按照“8”字形状缓慢(1次摇动“8”字时间在2秒左 右)摇动仪表，循环操作10次以上，完成磁强计校准。

获取平台髙度的原理主要利用手机内置的温度传感器和 气压传感器，将温度、气压等传输参数经过处理后将大气压值 转换成海拔髙度值。

测量员分别在建筑物的底层和顶层使用 仪表记录当前的一个海拔髙度，两次测量的海拔高度差即为 平台高度的数值。

2.2巡检功能的实现
巡检模块中主要由G PS信息、小区巡检信息、手动参数、塔下测量等子模块组成。

G PS信息模块调用Android中的LocationManager类，选 择GPS卫星定位或网络定位两种不同的定位方式确定当前位 置的经纬度。

默认情况下以卫星定位为主，在卫星定位达不 到要求的情况下则会自动开启网络定位。

测量员可在G PS信 息模块下査看定位方式、经缔度以及精确度等信息。

小区巡检信息模块调用Android的TelephoneManager类 获取基站基本信息。

在本模块下可以査看小区名、网络类型 参数(2G/3G/4G)和基站的信息(TAC、LAC、C I等信息)。

同时 可通过自动和手动两种方式获取基站信息：在自动方式下可 以自行获取以G PS定位为准最近的基站信息；手动方式把天 线的选择类型分为2G、3G、4G，并将附近所有天线按照方位角 的标记以列表的形式呈现出来以供用户选择。

手动参数模块中可以在输入待测天线的物理参数及周围 现场环境，完善天线的巡检过程。

测量员根据现场环境，对天 线的一系列参数选择，包括天线支撑类型(包括抱杆、路灯杆、铁鹪)，美化方式(包括美化罩、美_、美化树等)，共址情况, 是否城区，是否共RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)，是 否共天馈，是否遮挡,是否天线外放，是否闲置，是否刮歪等。

塔下测量模块主要完成天线的方位角、下倾角和挂髙等 参数的测量，并完成对天线的拍摄。

塔下测量时需要将手机 固定在三脚架上，其目的是为了排除测量时测量员的手抖动 问题。

在塔下测量模块中，模块调用V iew类的子类Surface-View,打开手机摄像头并展示实时摄像头预览在屏幕上，辅助 完成塔下测量。

(1)方位角的测量。

在摄像头预览界面中央添加两条用
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于辅助测量的蓝色辅助线A 和红色辅助线B ,起始时基准线 A 、B 重合且竖直，辅助线A 始终固定，辅助线B 可绕固定的 底端进行转动。

调用手机中的方向传感器，读取此时手机位 置的方位角数值并实时显示在屏幕上。

测量员站到天线的背 面，调整三脚架的位置使得辅助线A 与天线的抱杆重合，点击
确定按钮后手机自动记录此时的方位角读数并显示在界面上
(2) 下倾角的测量。

测量员站到天线侧面，调整三脚架的 位置使得辅助线A 与天线的抱杆重合，划动辅助线B 对准天 线重叠，确认下倾角参数。

(3) 天线挂髙的测量。

调整三脚架位置使得手积凝像头的 预览界面上可观测到天线的整体情况。

天线挂高的测量界面中， 在摄像头的预览界面中央添加一个基准线图标辅助完成天线挂 髙的测量。

根据天线挂髙的测量原理，输入摄像头距离地面的 髙度，分别获取计算所需的俯角和仰角，即可得出天线的髙度。

完成测量后可査看测量结果，测量结果包括LAC -CI 、制
式、下倾角、方位角、经缂度、平台髙度、天线髙度等。

保存测 量结果后，界面相应跳转到拍摄模块。

(4) 天线拍摄。

天线拍摄模块主要完成在塔下对天线的拍 摄，方便后期对天线的情况有一个更直观的了解。

测量员可在 拍摄模块下直接打开手机的摄像头完成对天线的多角度拍摄。

每拍摄完成一张图片，拍摄模块都将调用Android 的Bitmap 类 完成对图像的处理，在图片的左下角添加经纬度、定位时间、测 试号码和拍照时间等照片水印信息，测量员不能对水印信息进 行修改。

照片的水印信息可有效防止测量造假的现象发生。

至此，完成对天线的巡检过程。

2.3测量记录功能的实现
测量记录模块把测量结果保存于数据库中。

考虑到手机 自带的SQLite 数据库容量有限，系统将数据库中全部信息以 文本方式保存到用户的S D 卡上。

同时采用防止文件自动覆 盖技术，即读取系统当前的时间(年、日、月、时、分、秒单位)， 提炼出关键信息作为保存文件的文件名，这样不同时刻保存 的文件名称都有所不同。

在测量记录模块中，将显示该手机保存成功后的测量记 录，并根据测量时闾的先后对记录进行排序，同时还可以对测 试记录的关键字进行搜索。

测量员筛选出所需要的测量记录 后，点击该测量记录可査看具体的测量信息，确认测量记录是 否完整，确认无误后可将该测量记录上传至管理平台。

3实验结果
以上内容介绍了基于Android 的通信基站塔下测量系统 的设计与实现过程，现在对整个系统进行演示与测试。

图5为 测量准备模块的界面，在该界面上可实现仪表消磁和设置髙 度功能。

图6为巡检模块界面，在该界面上完成对通信基站 的检测与测量过程。

图7为测量结果界面，在该界面上可以 査看详细的测量记录信息并上传至服务器。

同时还需要验证 本文设计的基站天线塔下测量系统的测量数据是否满足精度 要求。

使用本系统和手持式智能化专业工程参数采集终端对 位于重庆市某大楼上的多个移动通信基站天线进行测量，对 比本系统所采集的天线工程参数结果是否在天线工程参数的 误差范围内。

实验结果表明：通过本系统和终端的测量结果 的对比,L A O C I 参数和经纬度的测量结果相一致，方位角的 误差范围在±5°内，天线挂高的误差范围在±3m ,机械下倾角误 差范围在±1°内。

由此可得本移动通信基站天线塔下测量系统 满足设计要求。

4结语
移动通信基站工程参数是进行基站维护与网络优化的重
要依据，本文介绍了基站工程参数塔下测量系统的设计与实 现过程。

本系统基于Android 操作系统，实现基站工程参数的
集中采集、处理和传输。

实验结果表明，移动通信基站天线工
参塔下测量系统能对基站工程参数进行采集，其精准度在有 效范围之内：经讳度±10m ,挂高±3m ,方位角±5°，机械下倾
角±1°等;同时参数可以远程传输至后台管理系统进行管理。

整个系统对于基站工程参数测量有重要现实意义。

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基金项目：LTE /TD -SCDMA /WCDMA /GSM 频率评估研究及 无线测试系统研发(2014ZX 03001027)作者简介:杨家信(1992-),男，硕士研究生，主研方向:通信网 测试技术;席兵（1972-),男，副教授，研究方向为光通信与网 络;张治中(1972-)，男，博士生导师，研究方向为第三代移动通 信测试技术、宽带信息网络、：NGN 网络等。

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