高書(shū)超, 李英祥, 周賢至, 龔重彰

(成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院,四川成都610225)

0 引言

隨著中國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)特別是3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè),電調(diào)天線設(shè)備(Antenna Line Devices,ALD)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信基站天線的傾角、方位角、電下傾角等參數(shù)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理,使基站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化變得困難[1-2]。電調(diào)天線設(shè)備的應(yīng)用,克服人工爬桿調(diào)整機(jī)械下傾角帶來(lái)的不便,不同基站的電調(diào)天線參數(shù)可以隨時(shí)調(diào)整。后臺(tái)服務(wù)器能夠?qū)崟r(shí)配置、管理天線參數(shù),可以在不同時(shí)段對(duì)天線參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而實(shí)時(shí)地改變天線的覆蓋范圍,提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[1-2]。

移動(dòng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商比較關(guān)心如何統(tǒng)一管理不同廠家的電調(diào)天線設(shè)備,實(shí)現(xiàn)不同電調(diào)天線與控制系統(tǒng)能夠兼容,對(duì)電調(diào)天線集群控制。幾個(gè)世界著名的天線設(shè)備生產(chǎn)商成立了天線接口標(biāo)準(zhǔn)組織(AISG)。AISG協(xié)議是在3GPP相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上為了實(shí)現(xiàn)不同電調(diào)天線與控制系統(tǒng)能夠兼容而提出的天線接口標(biāo)準(zhǔn)。最早在2003年提出了AISG1.0協(xié)議,由于AISG1.0版本的協(xié)議不嚴(yán)謹(jǐn),很快分別在2004年、2006年提出了AISG1.1版本和AISG2.0版本[3-4]。目前,大多運(yùn)營(yíng)商和天線廠商使用AISG1.1或者AISG2.0版本。論文以項(xiàng)目為基礎(chǔ),討論了電調(diào)天線嵌入式系統(tǒng)AISG協(xié)議的分析與實(shí)現(xiàn)方法。

1 ALD嵌入式控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)

控制系統(tǒng)的客戶端是一個(gè)基于ARM處理器的嵌入式主機(jī)系統(tǒng),采用嵌入式Linux系統(tǒng)作為系統(tǒng)運(yùn)行的軟件平臺(tái)。主機(jī)硬件平臺(tái)由ARM處理器,內(nèi)存SDRAM,存儲(chǔ)區(qū)FLASH,SD卡,GPRS模塊等組成。主機(jī)與電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器之間的接口遵循AISG接口標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

控制系統(tǒng)的服務(wù)器端使用LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)構(gòu)架,基于LAMP構(gòu)建的高性能Web應(yīng)用平臺(tái)為用戶提供了更好的人機(jī)交互界面,對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)資源的利用和管理起到很好的作用[5-8]。服務(wù)器系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 控制系統(tǒng)客戶端的連接方式

圖2 控制系統(tǒng)服務(wù)器框圖

控制系統(tǒng)的主要功能:一方面RET安裝現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)Web瀏覽器掃描RET的唯一序列號(hào),可以現(xiàn)場(chǎng)對(duì)RET進(jìn)行掃描、校準(zhǔn)、讀電下傾角、設(shè)置電下傾角等基本操作;另一方面從遠(yuǎn)程服務(wù)器端的網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面中輸入命令通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給RET完成掃描、校準(zhǔn)、讀電下傾角、設(shè)置電下傾角等基本操作。

2 AISG協(xié)議結(jié)構(gòu)分析

AISG協(xié)議采用分層的思想,包括3層,對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的7層模型中的第1層:物理層,第2層:數(shù)據(jù)鏈路層和第7層:應(yīng)用層[1]。這個(gè)簡(jiǎn)化的協(xié)議棧定義了ALD的通信接口如圖3所示。

物理層:電氣上使用RS485標(biāo)準(zhǔn)或者共用射頻饋線的Modem方式。數(shù)據(jù)鏈路層:AISG的第2層采用了高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(HDLC)。應(yīng)用層:電調(diào)天線設(shè)備包括RET和TMA,應(yīng)用層規(guī)定了這些設(shè)備的功能函數(shù)。文中只討論RET設(shè)備的功能,包括驅(qū)動(dòng)器校準(zhǔn)、讀取電下傾角、設(shè)置電下傾角、設(shè)備告警、異常處理等[9]。

圖3 AISG協(xié)議的3層模型

3 AISG協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

3.1 物理層的實(shí)現(xiàn)

AISG協(xié)議的物理層支持RS485和Modem兩種連接方式。RS485連接方式采用多芯屏蔽電纜,采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,抗共模干擾能力增強(qiáng),數(shù)據(jù)傳輸距離更遠(yuǎn)。

目前對(duì)于RET都采用RS485方式,默認(rèn)的波特率是9600bps。針對(duì)控制器的防雷問(wèn)題,將多芯屏蔽電纜的屏蔽層通過(guò)控制器的外殼接到大地,將感應(yīng)雷的浪涌電流引到大地。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)

AISG協(xié)議規(guī)定天線的控制和響應(yīng)數(shù)據(jù)首先從物理層收發(fā)數(shù)據(jù),然后傳輸至數(shù)據(jù)鏈路層,這一層使用的是高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭@以層后,對(duì)數(shù)據(jù)解析處理,最后數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作控制。

3.2.1 數(shù)據(jù)鏈路層的狀態(tài)模型

RCU設(shè)備連接狀態(tài)主要包括:無(wú)地址狀態(tài)、地址分配完成狀態(tài)、建立鏈接狀態(tài)。操作主要包括:分配地址、建立鏈接、斷開(kāi)鏈接、鏈接超時(shí)[10]。

3.2.2 高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀格式

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀格式如表1所示。主要包括幀首部標(biāo)記、從設(shè)備地址、控制位、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀數(shù)據(jù)域(最大74字節(jié))、CRC校驗(yàn)、幀尾部標(biāo)記。

圖4 數(shù)據(jù)鏈路層狀態(tài)模型

表1 HDLC幀格式

控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器之間所有的通信幀以0x7E為幀頭和幀尾作為一幀的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志。

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀中的從設(shè)備地址域用于表示電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器從設(shè)備的地址,地址范圍為0x00～0xFF,其中0x00表示無(wú)地址狀態(tài),0xFF表示廣播地址。

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀中的控制域根據(jù)不同的代碼表示不同類型的幀,或者記錄輪詢標(biāo)志以及發(fā)送和接收幀的序號(hào)[10]。主要幀類型的不同代碼如表2所示。

表2 主要幀類型

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層幀的數(shù)據(jù)域字段用于封裝控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器的通信消息,數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度不是固定的,根據(jù)幀格式的不同,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也不相同。

3.2.3 建立鏈接

(1)掃描設(shè)備

控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器通信時(shí),控制系統(tǒng)首先向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令,這些幀是XID幀,驅(qū)動(dòng)器回應(yīng)也是XID幀。對(duì)于設(shè)備掃描的具體算法,AISG協(xié)議沒(méi)有給出,所以不同天線生產(chǎn)廠商有不同的掃描算法。XID幀含有信息域,其格式如圖5所示。

一個(gè)完整的XID命令幀格式見(jiàn)表3所示[11]。設(shè)備掃描程序如下:

圖5 XID幀格式

表3 控制系統(tǒng)發(fā)送的掃描幀格式

設(shè)備掃描函數(shù)傳入的參數(shù)為RCU的序列號(hào)。

(2)分配地址

控制系統(tǒng)向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令后會(huì)接收到控制單元的響應(yīng),再立即向總線發(fā)送地址分配的命令。分配地址也是XID幀,驅(qū)動(dòng)器回應(yīng)是UA幀?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送地址分配的XID幀格式如表4所示[11]。

表4 控制系統(tǒng)發(fā)送地址分配XID幀格式

表6 I幀格式

3.3 AISG應(yīng)用層

控制系統(tǒng)向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令后,逐個(gè)對(duì)總線上的ALD分配地址(從0x01開(kāi)始),然后逐個(gè)對(duì)ALD建立鏈接。建立鏈接后控制系統(tǒng)就可以對(duì)ALD進(jìn)行基本功能的控制。

AISG2.0中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的操作主要是控制系統(tǒng)向ALD發(fā)送I幀。I幀主要用作應(yīng)用層命令的發(fā)送與響應(yīng)。I幀格式如圖6所示。

AISG應(yīng)用層的操作主要有調(diào)整電下傾角、驅(qū)動(dòng)器校準(zhǔn)、讀取電下傾角、告警等。設(shè)置角度代碼如下:

4 AISG1.1與AISG2.0版本的區(qū)別

最早的版本是AISG1.0,與后面的版本相比做了很大的改動(dòng)。目前市場(chǎng)上的電調(diào)天線產(chǎn)品大都是AISG1.1版本和AISG2.0版本,AISG1.1大部分內(nèi)容就是按照3GPP規(guī)范設(shè)計(jì),但有些微小的差別,只支持對(duì)RCU的控制和通信,可以說(shuō)AISG1.1版本是一個(gè)不成熟的協(xié)議。2006年AISG在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出AISG2.0版本,幾乎完全采用的3GPP的標(biāo)準(zhǔn),比前幾個(gè)版本嚴(yán)謹(jǐn)了很多,還增加了針對(duì)塔頂放大器(TMA)的控制通信協(xié)議。AISG1.1版本與AISG2.0版本在幀格式上差別:

(1)控制系統(tǒng)主機(jī)向RCU發(fā)送掃描幀時(shí),AISG1.1版本是主機(jī)發(fā)送XID幀,RCU回應(yīng)UA幀;AISG2.0版本是主機(jī)送XID幀,RCU回應(yīng)XID幀。

(2)應(yīng)用層處理程序主要對(duì)HDLC幀的INFO域進(jìn)行解析,AISG1.1版本的INFO域包括4個(gè)字段:AISG版本號(hào)字段、命令字段、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度字段、數(shù)據(jù)域字段;AISG2.0版本的INFO域包括3個(gè)字段:命令字段、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度字段、數(shù)據(jù)域字段。

控制系統(tǒng)要同時(shí)兼容AISG1.1與AISG2.0,可以根據(jù)幀格式的不同區(qū)分電調(diào)天線設(shè)備是AISG1.1還是AISG2.0。

圖7 指定RCU序列號(hào)掃描結(jié)果和讀取電下傾角

5 控制系統(tǒng)測(cè)試

控制系統(tǒng)測(cè)試時(shí),MCU主機(jī)給電調(diào)天線控制器發(fā)送測(cè)試幀,RCU返回MCU回應(yīng)幀,表明通信成功。控制系統(tǒng)的測(cè)試主要有控制系統(tǒng)對(duì)電調(diào)天線控制器進(jìn)行設(shè)備掃描、分配地址、建立鏈接、控制器初始化、讀取電下傾角、設(shè)置電下傾角、天線校準(zhǔn)、故障告警等功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試,這些功能完全符合AISG協(xié)議要求,能夠兼容京信、摩比等廠家開(kāi)發(fā)的電調(diào)天線驅(qū)動(dòng)器。圖7是指定RCU序列號(hào)掃描結(jié)果和讀取電下傾角。

6 總結(jié)

主要討論了ALD嵌入式控制系統(tǒng)AISG協(xié)議棧的分析與實(shí)現(xiàn)。以實(shí)際項(xiàng)目為背景,分析了AISG協(xié)議棧的3層結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信幀格式進(jìn)行解析。最后在兩家主流的天線廠商的RCU上做了測(cè)試和分析,能很好的控制RCU幾種動(dòng)作。同時(shí)控制系統(tǒng)主機(jī)與服務(wù)器的遠(yuǎn)程通信也進(jìn)行了聯(lián)調(diào),很方便基站天線的集群管理。

[1] 馬小路.電調(diào)天線遠(yuǎn)程控制單元設(shè)計(jì)[D].西安:西安電子科技大學(xué)碩士論文.2011.

[2] 吳松,葛海平,繆金迪.遙控電調(diào)傾角天線及其在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].電信科學(xué),2007,23(4).

[3] Antenna Interface Standards Group.Standard No.AISG Issue1.1[S/OL].http://www.aisg.org.uk,2004-7-30.

[4] Antenna Interface Standards Group.Standard No.AISG V2.0:control interface for antenna line devices[S/OL].http://www.aisg.org.uk,2006-06-13.

[5] 基于ARM處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].北京郵電大學(xué)碩士論文.2007.

[6] 基于ARM平臺(tái)的嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)碩士論文.2010.

[7] 基于ARM和LAMP技術(shù)的抄表系統(tǒng)終端服務(wù)器的研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文.2010.

[8] 基于LAMP平臺(tái)的WEB服務(wù)器架構(gòu)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2011,22.

[10] 李文生,羅仁澤,呂炎炎,等.電調(diào)天線設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電訊技術(shù),2011(1).

[11] 3GPP TS 25.462 V6.3.0:UTRAN iuant interface:signalling transport[S/OL].http://www.3gpp.org,2005-09.

[12] 3GPP TS 25.463 V6.4.0:UTRAN iuant interface:remote electrical tilting(RET)antennas application part(RETAP)signalling[S/OL].http://www.3gpp.org,2005-09.