自主無線天線傳感器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】包含用于處理天線位置信息的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法包含：在天線近處定位至少一個磁強計傳感器，以測量天線的對齊；在接近支撐天線的塔的地面站處，周期地從至少一個傳感器接收天線對齊信息；并且，向控制站發(fā)送所述對齊信息，以確定天線的對齊是否符合天線規(guī)范。
【專利說明】自主無線天線傳感器系統(tǒng)
[0001]對于相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2011年4月28日提交的美國專利申請N0.13/096，478的權益，該美國專利申請是在2009年12月24日提交的美國專利申請N0.12/647，084的部分連續(xù)，該美國專利申請N0.12/647，084要求在2008年12月24日提交的美國臨時申請N0.61/140，723在35USC 119(e)下的權益。上述申請的每個的公開特此通過引用被整體包含在此。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種無線通信的領域，并且更具體地涉及用于改善無線通信基礎結構的魯棒性的遙測的應用。
【背景技術】
[0004]無線服務提供商的業(yè)務的一個必要部分是其向其客戶提供足夠的通信能力的能力。為了提供這樣的能力，無線服務提供商在塔、屋頂、建筑物和其他高層結構上部署通信天線。這樣的結構的高度允許無線電信號從每一個通信天線傳播幾英里，建立了其中可以向客戶提供服務的地理區(qū)域。無線服務提供商通常每一個站點安裝幾個定向通信天線，因為需要多個定向通信天線來用于增大的容量和接收。
[0005]為了貫穿限定的區(qū)域提供所需的無線電信號，每一個定向天線意欲面向相對于真北的特定方向(稱為“方位”)，以在該方位的平面中以相對于水平的特定向下角度傾斜(稱為“下傾”)，并且相對于水平垂直地對齊(稱為“斜度”)。在方位、下傾和偏斜中的不期望的改變有害地影響定向天線的覆蓋范圍。這些對齊可以被比作通常用于描述飛機的高度的軸。方位對應于飛機圍繞垂直軸的偏航；斜度對應于飛機繞其縱軸的旋轉；并且，下傾對應于飛機的機頭在水平面上方或下方(或圍繞以直角水平地延伸通過飛機到達縱軸的橫軸)的縱搖。通常，安裝越精確，則可以在由天線服務的區(qū)域內獲得的網絡性能越好。通過塔公司來執(zhí)行定向天線安裝，該塔公司使用認證的爬塔者來執(zhí)行這樣的安裝。
[0006]天線的方位、下傾和/或斜度可以隨著時間改變，因為存在大風、腐蝕、不良的初始安裝、振動、颶風、龍卷風、地震或其他因素。通常，無線服務提供商進行它們的通信天線的定期檢查，以保證每一個天線還沒有顯著地偏離其期望的方位、下傾和/或斜度。無線服務提供商頻繁地雇傭第三方塔公司來執(zhí)行檢查，并且進行任何必要的調整以保持期望的方位、下傾和斜度。然而，這樣的檢查可能是勞動密集的和危險的，頻繁地要求認證爬塔者物理地檢查每一個天線，并且采取適當的測量以確定相對于期望定位的任何偏離。如果作為颶風或風暴的結果影響許多塔，則該任務可能變得更耗時，在該情況下，會需要2至4個月之間來確定哪些塔已經被影響，因為必須逐個地檢查天線。
[0007]在現有技術的情況下，在本領域中需要用于遠程和連續(xù)監(jiān)控以確定是否和在什么程度上已經改變了天線的期望的物理定位的手段。

【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明包括一種自主無線天線傳感器系統(tǒng)，其向無線服務提供商提供了對于在可能已經改變了天線的定位的事件后的周期檢查或點查看的替代方式。在此使用的“天線”可以包括下述兩者:物理天線饋線，其發(fā)送或感測電磁能；以及，通常為拋物線狀的“碟”，其通常用于將在一般圓形區(qū)域內的電磁能聚焦在天線饋線上，或從天線向遠處發(fā)送這樣的能量。本發(fā)明的自主無線天線傳感器系統(tǒng)測量在通信天線的方位、下傾或斜度上的物理改變。本發(fā)明的所述系統(tǒng)可以例如當它檢測到在足以要求天線的重新對齊的在通信天線的方位、下傾或斜度上的改變時或當它檢測到不可接受的傾斜時，啟動對于無線服務提供商的
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[0009]本發(fā)明的所述自主無線天線傳感器系統(tǒng)可以包括三個子系統(tǒng):無線天線傳感器、遠程傳感器控制站和遠程圖形用戶界面(“GUI”)。所述系統(tǒng)也可以包括中繼器或中繼裝置，用于向所述遠程傳感器控制站重發(fā)傳感器信號。在本發(fā)明的一個實施例中，一種無線天線傳感器通過使用陀螺儀微芯片和加速度計微芯片或兩者的組合來測量在天線方位、下傾或斜度上的改變?？梢允褂弥T如Zigbee IEEE 802.15.4、Bluetooth或WiFi的任何低功率無線通信媒介來將關于在天線對齊上的改變的信息從附接到所述通信天線的無線天線傳感器中繼到位于天線塔的腳下的所述無線服務提供商的基站附近的所述遠程傳感器控制站。如果期望，則諸如下面的AISG標準之一的有線連接也可以用于該目的。
[0010]在本發(fā)明的另一個實施例中，可以通過感測在天線相對于圍繞所述天線的磁場的定向上的改變來確定在天線的方位、下傾或斜度上的變化。通過參考周圍的磁場最容易檢測到在偏航上的變化，雖然可以通過使用適當地敏感的磁強計來檢測在任何方向軸上的改變。與一些其他感測方法一樣，磁強計有益于當將天線適當地定向時建立環(huán)境磁場，并且用于當所述天線的定向改變時檢測和測量在環(huán)境磁場上的改變。這僅是在天線的相對定向上的改變，這個改變可能在確定天線是否經歷在定向上的改變并且必須被重新定位中關鍵。因此，在金屬塔上的給定天線可能受到在地球的磁場上的本地失真的影響或可能在那個環(huán)境中存在其他本地磁場的情況不折中本發(fā)明的有益性。目標是僅檢測相對于天線的先前的滿意定向的相對改變，并且如果可獲得示出相對于在磁環(huán)境內的先前定向的改變的信息，則可以實現這一點。
[0011]本發(fā)明的一個目的是提供一種用于遙控在塔上或其他難以訪問的位置上安裝的天線的定位上的改變，以便可以應用適當和及時的校正的方法。
[0012]本發(fā)明的另一個目的是提供遠離多個天線站點的用戶界面，由此，可以檢測在一個或多個天線的位置上的改變，并且可以應用適當的補救處理。
[0013]本發(fā)明的另一個目的是向在天線上的微芯片提供電力，而不要求延伸從基于地的電力網向所述天線的電線。
[0014]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于遠程測量天線的不對齊程度，使得可以采取適當的校正措施，而不需要進行完全的重新對齊過程的方法。
[0015]在下面的附圖和本發(fā)明的說明中，本發(fā)明的這些和其他目的將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是圖示根據本發(fā)明的至少一個實施例的、在自主無線天線傳感器系統(tǒng)中使用的天線塔和天線的示意圖；[0017]圖2是圖示根據本發(fā)明的一個實施例的、向天線安裝無線天線傳感器的示意圖；
[0018]圖3是圖示根據本發(fā)明的一個實施例的、用于自主無線天線傳感器系統(tǒng)的組件和通信介質的示意圖；以及
[0019]圖4是圖示根據本發(fā)明的一個實施例的、用于獲得天線對齊信息的第一方法的示意圖。
[0020]圖5是圖示天線與在塔上安裝的磁傳感器和環(huán)境磁場的的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下面的詳細說明，最佳地明白本發(fā)明以及上述的目的和優(yōu)點。本發(fā)明的自主無線天線系統(tǒng)可以包括三個子系統(tǒng):無線天線傳感器、遠程傳感器控制站和遠程圖形用戶界面(“GUI”)。該系統(tǒng)也可以包括中繼器或中繼裝置，用于向所述遠程傳感器控制站重發(fā)傳感器信號。在本發(fā)明的一個實施例中，一種無線天線傳感器通過使用陀螺儀微芯片和加速度計微芯片或兩者的組合來測量在天線方位、下傾或斜度上的改變。在本發(fā)明的一個實施例中，可以使用陀螺儀微芯片來測量在方位上的變化，并且可以使用加速度計微芯片來測量在下傾或斜度上的改變。在其中這樣的微芯片具有高精度和靈敏度的實施例中，來自兩個傳感器的信號可以被用作到處理器的輸入，該處理器的輸出組合并且處理傳感器信息以提供用于確定和測量天線的方位、下傾或斜度的改變的更精確的手段。例如，通過相對于長期陀螺信息交叉引用瞬時的加速度計信息，可以通過信號處理來減少或消除可以是誤警告的在天線對齊上的變化。
[0022]在本發(fā)明的一個替代實施例中，可以使用一個或多個磁強計來通過感測在天線周圍的磁場上的變化來確定在天線的定向上的改變。除了感測在天線的定向上的改變之外，關于在本地磁場中的改變的信息可以被用作要與諸如陀螺或加速度計信息的其他信息組合的信息的一個來源，以提供天線的定向已經改變的數量的更精確和準確的分析和解釋以及這樣的改變的可能原因。
[0023]當前站的遠程傳感器控制站可以經由有線或無線通信鏈路來中繼天線對齊數據。以這種方式，遠程傳感器控制站可以向觀看圖形用戶界面的遠程定位的用戶提供天線對齊信息。在一個實施例中，用于監(jiān)控以及記錄對齊信息和改變的軟件提供了用于確定何時足夠的不對齊已經出現以要求無線服務提供商采取校正行為(例如，通過聯(lián)系天線維護公司以正確地對齊天線)的基線。
[0024]在本發(fā)明的一個實施例中，無線天線傳感器和其無線通信系統(tǒng)可以以低功率要求運行，可以以多種方式的任何一種來滿足該低功率要求。隨著以低功率運行的傳感器的發(fā)展，并且特別是使用不要求恒定功率而是可以僅偶爾被啟動以采樣磁環(huán)境的磁強計的傳感器，電池適合于對于傳感器供電以測量在天線定向上的改變。在其他實施例中，可以從由天線站點本身發(fā)射的RF信號獲得射頻(“RF”)能量，以提供用于運行無線天線傳感器和其無線通信系統(tǒng)的電力。替代地，與電池或存儲電容器耦合的太陽能、風力能量或壓電能量(例如，當風力移動塔時從機械應力產生)可以產生足以運行系統(tǒng)的電力。如果期望，則可以通過在塔上的新的或現有的電線來提供來自基站的電力?？梢宰裱瑼ISG標準的有線選項可能要求另外的電線來延伸到塔上。
[0025]本領域內的普通技術人員可以明白，用于本發(fā)明的傳感器可以是從第三方購買并加裝適合安裝在現有的天線的獨立組件；或者，它們可以在制造期間或之后作為不可分離的組件被完全集成到天線(或碟)內。因為傳感器測量相對移動或定向并且不提供相對于全局網的位置或定向信息，所以一旦已經安裝和正確地對齊了天線，則僅必須建立基本定向測量?？梢韵鄬τ诨径ㄏ虼_定和測量所有變化，并且可以采取適當的校正行為。
[0026]因為在天線上使用的一些無線天線傳感器可能具有唯一的電子序號，所以本發(fā)明的系統(tǒng)不僅僅限于指示何時天線變得不對齊，而是也可以具體識別從其獲得測量的天線。無線服務提供商可以使用天線標識信息來精確地管理天線資產。因此，本發(fā)明的優(yōu)點之一是與當前可能的通過由大多數第三方塔維護公司當前使用的隨意天線維護過程相比更容易和精確地實現維護或替換。
[0027]—旦安裝了本發(fā)明的系統(tǒng)的組件，則無線服務提供商不再需要雇傭第三方塔公司來通過可視觀察或手動現場測量來驗證天線方位、下傾或斜度。本發(fā)明的使用允許當在定
位上的改變-諸如在附接到天線的傳感器的高度上的改變-出現時的天線定位的感
測?？梢詫⑻炀€位置改變中繼到遠程傳感器控制站，并且也可以經由例如遠程GUI向無線服務提供商通知任何不期望的改變。
[0028]圖1圖示了本發(fā)明的無線天線系統(tǒng)的兩個實施例。該無線天線系統(tǒng)可以被改裝在支撐多個天線30、31的塔10上，該多個天線30、31在RF范圍40中接收和輻射電磁能。天線30、31也可以在其他頻帶中輻射。
[0029]圖1不出在塔10的基座處的基站收發(fā)彳目站80,基站收發(fā)彳目站80也可以容納和電支持遠程接收器控制單元20。電纜50可以向和從天線30、31傳導通信信號，并且可以是原始天線設備的一部分。
[0030]圖2圖示了本發(fā)明的另一個方面，其中，天線30、31附接到天線塔10，并且包括直接緊固到天線的微芯片傳感器60、61和70、71。對于每一個天線，一個微芯片(70，71)可以作為加速度計，用于測量在作為沿著X和Y軸的兩個方向上的天線移動，諸如下傾或斜度，并且第二微芯片(60，61)可以作為陀螺儀，用于測量角移動，諸如在方位上的變化。在一個替代實施例中，來自附接到天線的微芯片的信號的組合當被CPU處理時也可以提供關于在天線定位上的改變的精確的信息，而不觸發(fā)誤警告。
[0031]圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的操作的示意描述，其中，對于兩個天線30,31監(jiān)控相對于期望的定向的移動離開。如圖3中所示，移動傳感器60、61、70、71產生被饋送到較小天線150、151并且被其發(fā)送到在地面站20處的接收天線110的信號。在一個替代實施例中，由天線150和151發(fā)送的信號被中繼器21 (圖1)接收，中繼器31繼而可以以相同或不同的頻率向天線110重發(fā)這些信號。中繼器可以被定位在天線150和151的覆蓋范圍內的任何位置。
[0032]傳感器(例如，60、61、70或71)可以被在天線附近的塔10上的一個或多個RF能量
獲得90和存儲裝置100驅動。在一個實施例中，無線天線傳感器可以位于外殼內以防止產生潮氣?？梢允褂萌魏蝹鹘y(tǒng)附接方法將傳感器附接到天線。替代地，可以使用工業(yè)強度膠帶來用于將無線天線傳感器附接到它們各自的通信天線30、31。
[0033]傳感器和/或無線天線可以具有唯一的電子序號，該電子序號可以用于識別特定天線或傳感器。無線天線傳感器可以將測量的天線對齊信息(例如，在方位、下傾或斜度上的改變)與天線或傳感器標識信息一起發(fā)送到遠程傳感器控制站20或中繼站21。在一個實施例中，無線天線傳感器通過其對應的天線(例如，150或151)經由Zigbee IEEE 802.15.4無線標準或其等同物通過空中與遠程傳感器控制站20進行通信。
[0034]遠程傳感器控制站20可以被安裝在傳統(tǒng)上位于地平面之上或附近的無線服務提供商的基站收發(fā)信臺80中或周圍。在本發(fā)明的一個實施例中，至少一個遠程傳感器控制站20可以位于每個站點處。遠程傳感器控制站可以具有唯一的地址，諸如MAC或IP地址。
[0035]遠程傳感器控制站20可以從無線天線傳感器60、61、70、71周期地請求或接收測量結果。獲取測量的間隔可以是用戶定義的。測量記錄可以是標注日期和時間的。遠程傳感器控制站可以向每一個無線天線傳感器分配用戶定義的名稱，并且可以處理和在查找表上布置來自傳感器的數據。天線名稱可以弓I用被每一個無線天線傳感器測量的特定天線。遠程傳感器控制站可以被編程來僅報告定義的無線天線傳感器，以便保證僅在監(jiān)控期望的天線。測量報告可以被存儲在遠程傳感器控制站的存儲器中或硬盤存儲裝置120上。一旦存儲了測量，則可以或者使用PC和數據電纜(USB或其他適當的連接器)本地地或例如經由電話公司(即，Tl)或移動通信裝置/數據卡(諸如，GSM/CDMA/IDEN/SATELITE)遠程地從遠程傳感器控制站檢索該測量。
[0036]可以通過遠程用戶⑶1140經由局域網(“LAN”)或因特網連接130來遙控存儲的信息和自主無線天線傳感器系統(tǒng)的管理功能。遠程用戶GUI可以是基于網絡的，并且可能要求用戶名和密碼以便訪問它。遠程用戶⑶I可以被容納在因特網或用戶的內聯(lián)網上。遠程用戶GUI的功能包括從在線遠程傳感器控制站檢索數據，并且在可以是在線數據庫的數據庫上存儲數據。一旦輸入了數據，則用戶可以上載確定天線應當遵守的規(guī)范的、用于方位、下傾或斜度的期望/目標測量。可以通過日期、時間、站點名稱和天線名稱來顯示最近的測量結果。用戶可以請求來自每個天線的期望/目標位置的測量中的差被提供在由系統(tǒng)產生的報告中。用戶也可以定義將被允許的最大差測量，并且請求遠程用戶GUI產生將顯示全部不合規(guī)范的天線的警告日志。用戶也可以要求遠程用戶⑶I經由電子郵件或其他通信手段向他或她通知任何不合規(guī)范的天線，此時，用戶可以重新定位特定的天線。通過當不利情況發(fā)展時校正不合規(guī)范的天線的定向，可以避免不必要的測試和周期的第三方檢查。
[0037]圖4圖示了根據本發(fā)明的一個實施例的用于獲得天線對齊信息的第一方法。在這個實施例中，遠程系統(tǒng)80是活動的，并且當沒有事件出現時保持在低功率模式中?？梢詫⑹录x為在偏離可接受的天線規(guī)范的天線定位上的改變。在步驟401中，遠程系統(tǒng)80被加電，并且例如啟動在終端用戶的計算機中運行的應用。可以與GUI140相結合地使用該應用以與遠程站點80的特定功能交互并對其進行控制。在步驟403中，在此也可以被稱為遠程系統(tǒng)基礎的終端用戶計算機收集用于指示遠程系統(tǒng)80的狀態(tài)的數據，并且可選地向遠程站80發(fā)送校準命令。
[0038]在步驟405中，遠程站80確定事件是否已經出現。如果未檢測到事件，則遠程系統(tǒng)80進入等待模式中。在超時時間段(其可以被系統(tǒng)操作員改變)過去之后，遠程系統(tǒng)80捕獲由天線傳感器提供的數據(409)，該數據可以包括溫度、傳感器電池電平和天線對齊信息(例如，偏航、俯仰或旋轉)。在步驟411中，可以將所捕獲的數據與來自遠程站80的控制數據一起發(fā)送到遠程基站系統(tǒng)。
[0039]圖5描述了一種系統(tǒng)，其中，在塔10頂部上安裝的天線具有整合的磁強計傳感器90、91，該整合的磁強計傳感器90、91整合地位于天線碟160、161內，并且被電池驅動。當不時被輪詢時，傳感器報告關于它們在感測的磁場170的信息。該信息被發(fā)送到遠程站80，并且與基線信息或與在早期記錄的信息作比較。如果感知到足夠的天線移動，則發(fā)送信號，并且可以采取校正措施。
[0040]從在此公開的本發(fā)明的規(guī)范和實施考慮，本發(fā)明的其他實施例對于本領域內的技術人員是顯然的。意欲將規(guī)范和示例僅看作是示例性的，并且通過所附的權利要求來指示本發(fā)明的真實范圍和精神。
【權利要求】
1.一種用于保持無線通信基礎結構的魯棒性的方法，包括步驟: 在天線附近部署至少一個磁強計傳感器，以測量所述天線的對齊； 向支撐所述天線的結構附近的傳感器控制站周期地發(fā)送由所述至少一個傳感器測量的對齊信息； 從所述傳感器控制站向圖形用戶界面站發(fā)送所述天線對齊信息；并且 將所述對齊信息與預定天線對齊設置作比較。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 確定所述測量的天線對齊信息是否落在所述預定天線對齊設置的可接受變化范圍內；并且 當所述天線對齊信息落在所述可接受的變化范圍之外時，計算用于重新對齊所述天線的偏移天線對齊信息。
3.根據權利要求2所述的方法，進一步包括: 根據所述偏移天線對齊信息來重新對齊所述天線。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，從所述至少一個傳感器向所述傳感器控制站無線地發(fā)送所述測量的天線對 齊信息。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，從所述傳感器控制站向所述圖形用戶界面站無線地發(fā)送所述測量的天線對齊信息。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，通過計算機網絡從所述傳感器控制站向所述圖形用戶界面站發(fā)送所述測量的天線對齊信息。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述天線對齊信息包括方位、斜度或下傾信息。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述預定天線對齊設置包括最佳的方位、斜度或下傾對齊設置。
9.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 向所述傳感器控制站周期地發(fā)送與所述至少一個磁強計傳感器對應的電池或溫度信息；并且 從所述傳感器控制站向所述圖形用戶界面站發(fā)送所述電池或所述溫度信息。
10.一種用于保持無線通信基礎結構的魯棒性的系統(tǒng)，包括: 至少一個磁強計傳感器，適合于測量天線的對齊并且發(fā)送所述測量的天線對齊數據；傳感器控制站，適合于從至少一個磁強計傳感器接收所述測量的天線對齊數據，并且重發(fā)所述測量的天線對齊數據； 圖形用戶界面站，適合于從所述傳感器控制站接收所述重發(fā)的測量的天線對齊數據，將所述接收的測量的天線對齊數據與預定天線對齊設置作比較，并且確定測量的天線對齊設置是否落在預定天線對齊設置的可接受變化范圍內。
11.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述測量的對齊信息包括方位、斜度或下傾信肩、O
12.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述預定天線對齊設置包括方位、斜度或下傾信息。
13.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個傳感器能夠向所述傳感器控制站無線地發(fā)送測量的天線對齊設置數據。
14.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，在所述至少一個傳感器和所述傳感器控制站之間的所述通信被具有低功耗的裝置供電。
15.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個傳感器進一步包括處理器，所述處理器能夠改善來自所述至少一個傳感器的輸出以減少誤警報。
16.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，通過太陽能、風力能量或壓電能量來提供系統(tǒng)中用于發(fā)送的電力要求。
17.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，通過從射頻信號得到的能量來提供系統(tǒng)中用于無線發(fā)送的電力要求。
18.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，通過電池來提供系統(tǒng)中用于無線發(fā)送的電力要求。
19.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括中繼器，用于從所述至少一個傳感器接收所述測量的天線對齊數據，并且向所述傳感器控制站發(fā)送所述接收的測量的天線對齊數據。
20.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述圖形用戶界面站向用戶提供下述通知--與預定天線對齊設置相比，天線的對齊落在所述可接受的變化范圍之外。
21.一種用于處理天線位置信息的方法，包括步驟: 在天線附近部署至少一個磁強計傳感器，以測量所述天線的對齊； 在支撐所述天線的塔附近的傳感器控制站處，從所述至少一個傳感器周期地接收天線對齊信息；并且 向圖形用戶界面站發(fā)送所述對齊信息，以確定所述天線的所述對齊是否符合天線規(guī)范。
【文檔編號】H04Q9/00GK103748901SQ201280031640
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年4月30日 優(yōu)先權日:2011年4月28日
【發(fā)明者】恩佐.達爾馬佐 申請人:恩佐.達爾馬佐