一種高效率塔頂放大器的智能監(jiān)控系統(tǒng)

劉志芳王忠文

(1.廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510520；2.京信通信技術(shù)〈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(hào)，擴(kuò)充信號(hào)覆蓋范圍，加強(qiáng)覆蓋深度。為了便于設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和升級(jí)維護(hù)，提出了一種智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)軟件，還可以遠(yuǎn)程查詢?cè)O(shè)備的狀態(tài)，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，并且當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)上報(bào)告警信息到指定手機(jī)或者監(jiān)控中心，對(duì)設(shè)備采取各種保護(hù)措施進(jìn)行自動(dòng)旁路處理，還能根據(jù)檢測(cè)到的狀態(tài)嘗試自動(dòng)恢復(fù)設(shè)備的正常工作，是一種高效率的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該監(jiān)控系統(tǒng)包含了遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，設(shè)備的檢測(cè)單元、處理單元、控制單元和通訊單元。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以采用 OMT（Operation Maintenance Terminal，現(xiàn)場(chǎng)操作維護(hù)終端）或者OMC（Operation Maintenance Center，監(jiān)控中心）進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)，讀取系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，發(fā)出各種控制指令。

檢測(cè)單元：檢測(cè)輸入的基站信號(hào)，返回輸入輸出功率，檢測(cè)告警信息以及監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)單元的運(yùn)行狀態(tài)；

處理單元：計(jì)算并處理檢測(cè)的輸入輸出信號(hào)，分析各個(gè)單元的運(yùn)行狀態(tài)信息，處理各種告警信息和邏輯控制，記錄和存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)；

控制單元：處理需要的各種控制操作，執(zhí)行實(shí)際的控制動(dòng)作，保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)作；

通訊單元：傳遞遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的各種命令信息、上載設(shè)備記錄的各種數(shù)據(jù)、下載升級(jí)軟件。由各個(gè)單元共同建立起了一個(gè)完善的監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 接口設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心只需要在遠(yuǎn)端電腦設(shè)備安裝好OMT或者OMC監(jiān)控軟件，就可以通過(guò)網(wǎng)口、USB口、WIFI或者無(wú)線MODEM與塔放設(shè)備通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控設(shè)備。設(shè)備采用了ARM9260為主控制器，協(xié)調(diào)各個(gè)單元的密切配合，完成遠(yuǎn)程操控的實(shí)際動(dòng)作，下面詳細(xì)介紹各個(gè)單元接口的具體設(shè)計(jì)。

2.1 檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

檢測(cè)單元的設(shè)計(jì)主要分為兩部分：功率檢測(cè)和告警檢測(cè)，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(guò)SPI總線與MCU之間傳遞數(shù)據(jù)；告警采樣包括：電源相關(guān)告警、低噪放告警、功放故障告警和門禁告警等，告警檢測(cè)采用一片HC166實(shí)現(xiàn)，也通過(guò)SPI總線與MCU通信。具體的接口電路如圖2所示。

圖2 檢測(cè)單元接口圖

2.2 控制單元設(shè)計(jì)

控制單元的接口設(shè)計(jì)主要包括兩部分：開關(guān)量的控制和衰減值的設(shè)置。衰減值的設(shè)定采用一片DAC104來(lái)實(shí)現(xiàn)，將MCU的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量來(lái)控制系統(tǒng)的衰減，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率；開關(guān)量的控制用HC595來(lái)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的TTL高低電平，控制外圍的開關(guān)電路，執(zhí)行具體的開關(guān)動(dòng)作。兩部分與MCU的通訊都采用SPI總線形式，具體的接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 控制單元接口圖

2.3 通訊單元設(shè)計(jì)

通訊單元主要包含了4部分：以太網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)、WIFI模塊設(shè)計(jì)、USB模塊設(shè)計(jì)和MODEM模塊設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要是本地用來(lái)下載程序和聯(lián)機(jī)測(cè)試，滿足高速下載的要求；USB主要是用作燒寫程序，在設(shè)備第一次燒寫軟件時(shí)使用，也可以作為聯(lián)機(jī)測(cè)試的接口；WIFI的作用是短距離的無(wú)線通訊，滿足設(shè)備上塔后的聯(lián)機(jī)調(diào)試和軟件升級(jí)，讓工程人員在塔下就能完全處理設(shè)備的各種操作；MODEM用于監(jiān)控中心遠(yuǎn)程的聯(lián)機(jī)監(jiān)控和設(shè)備告警狀態(tài)的上報(bào)，做一些簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制動(dòng)作。各個(gè)模塊與MCU都是獨(dú)立并行的通信方式，其架構(gòu)如圖4所示。

圖4 通訊單元接口圖

3 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式控制軟件和上層界面軟件。

嵌入式控制軟件包括驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，按照守護(hù)進(jìn)程和主機(jī)監(jiān)控進(jìn)程進(jìn)行設(shè)計(jì)；上層界面軟件則有OMT和OMC，其中OMT與監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通訊和短距離的無(wú)線通訊，OMC則與監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的無(wú)線通訊。整體的軟件架構(gòu)如圖5所示。

圖5 軟件架構(gòu)圖

從上面的程序架構(gòu)設(shè)計(jì)已知應(yīng)用程序設(shè)計(jì)有兩個(gè)進(jìn)程：系統(tǒng)啟動(dòng)及守護(hù)進(jìn)程和主機(jī)監(jiān)控進(jìn)程。主要的軟件流程為：1）系統(tǒng)首先啟動(dòng)守護(hù)進(jìn)程，由守護(hù)進(jìn)程喚醒主機(jī)進(jìn)程；2）守護(hù)進(jìn)程啟動(dòng)后，依次加載相應(yīng)的線程模塊：?jiǎn)?dòng)進(jìn)程間通訊線程以及系統(tǒng)守護(hù)線程；

3）主機(jī)進(jìn)程啟動(dòng)后，依次加載相應(yīng)的線程模塊：通信線程（UDP、TCP、RS232、USB、進(jìn)程間通訊）、時(shí)間控制線程、開關(guān)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(hù)進(jìn)程與主機(jī)進(jìn)程之間采用進(jìn)程間通訊方式進(jìn)行通訊，主機(jī)監(jiān)控進(jìn)程崩潰、其它復(fù)位請(qǐng)求，由守護(hù)進(jìn)程進(jìn)行復(fù)位操作，主機(jī)進(jìn)程不直接復(fù)位系統(tǒng)。

各個(gè)功能模塊則按線程劃分完成相應(yīng)的功能。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)是將遠(yuǎn)端應(yīng)用軟件與嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的綜合設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)的智能化嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了塔放設(shè)備的實(shí)時(shí)采樣、高效存儲(chǔ)、智能控制和遠(yuǎn)程通訊，突破了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的局限性。該塔放設(shè)備的智能監(jiān)控系統(tǒng)突顯了較強(qiáng)的優(yōu)越性，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的了解設(shè)備狀態(tài)，在線進(jìn)行軟件升級(jí)，遠(yuǎn)程解決了許多工程現(xiàn)場(chǎng)才能解決的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)效率，減少了日常維護(hù)的費(fèi)用，取得了較好的效果。

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