CN103581972A - 一种室内分布式天馈系统故障处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内分布式天馈系统故障处理装置和方法，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，包括故障监测模块和功分器自动控制增益模块，其中，功分器自动控制增益模块内置定向耦合器，所述故障监测模块用于监测天馈线的安装质量和运行状况，所述定向耦合器用于监测来自天线以及通讯系统的功率水平。采用了本发明技术方案，通过对各个分散的基站天馈系统进行不中断业务的实时监测，所以可以随时了解基站情况，以进行统一高效的维护与管理。

Description

一种室内分布式天馈系统故障处理装置和方法

技术领域

本发明涉及通信电源技术领域，尤其涉及一种室内分布式天馈系统故障处理装置和方法。

背景技术

近年来，我国移动通信事业发展速度惊人，为了提高网络运营环境，改善网络运营质量，网络优化已成为重要课题，其中对基站的维护又是其中一个重要方面。

根据移动网运行质量统计结果分析，造成移动通信质量指标下降的主要原因来自天馈系统，约占一半以上，而在天馈系统中最为重要的指标就是匹配，即传输线终端负载(如天线)与传输线特性阻抗是否相匹。

目前运营商的基站维护部门使用传统的维护方式，即大量的现场工程师使用传统测试仪器(天馈线分析仪和射频功率计)对基站的天馈线进行周期性的现场测试，或在接到用户投诉后对天馈线系统进行故障排查。

这种方式已经渐渐不能适应日益庞大的基站维护的需要。因此许多移动运营商的基站维护部门迫切需要市场上能提供一套全面、高效、快捷的天馈线维护系统。

本方案提出的远程天馈线及室内分布故障监测系统，对各个分散的基站天馈系统可进行不中断业务的实时监测，随时了解基站情况，以进行统一高效的维护与管理。

发明内容

为了解决现有技术中无法高效快捷地对天馈线进行维护的技术问题，本发明提出一种室内分布式天馈系统故障处理装置和方法，通过对各个分散的基站天馈系统进行不中断业务的实时监测，随时了解基站情况，以进行统一高效的维护与管理。

本发明的一个方面，提供一种室内分布式天馈系统故障处理装置，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，包括故障监测模块和功分器自动控制增益模块，其中，功分器自动控制增益模块内置定向耦合器，

所述故障监测模块用于监测天馈线的安装质量和运行状况，所述定向耦合器用于监测来自天线以及通讯系统的功率水平。

本发明的另一个方面，提供一种室内分布式天馈系统故障处理方法，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，包括以下步骤：

测量建立各支回路正常标准天馈线运行驻波比或回损的值；

测量信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值与DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值的电压的差值；

故障监测模块不间断采集各项数据，并与内置的标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型比对；

依据各项数据变化来判断天馈线运行情况。

本发明的技术方案由于能够对各个分散的基站天馈系统进行不中断业务的实时监测，所以可以随时了解基站情况，以进行统一高效的维护与管理。

附图说明

图1是本发明故障监测模块的结构示意图；

图2是本发明室内分布式天馈系统故障处理的流程图；

图3是本发明支回路室内覆盖系统信号接头松动或者线路中断故障处理流程图；

图4是本发明支回路室内覆盖系统设备出现故障及信号源输出功率变化故障处理流程图一；

图5是本发明支回路室内覆盖系统设备出现故障及信号源输出功率变化故障处理流程图二；

图6是本发明支回路室内覆盖系统对基站的干扰的故障处理流程图；

图7是本发明支回路室内覆盖系统室内有信号打不出电话故障处理流程图。

具体实施方式

本发明的技术方案方案是在原有移动通信基站智能复合信号源(RF)和直流电源(DC)合路进天馈线远程传输供电系统的基础上通过增加室内分布天馈系统故障监测模块和功分器自动控制增益模块内置定向耦合器，并与天馈线驻波比（VSWR）或回损（Return Loss）的值和隔离度（Isolation）及电压/电流标准数据库数学模型配合，共同来实现室内分布系统天馈线的安装质量和运行情况的好坏判断。

该室内分布式天馈系统故障处理装置，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，包括故障监测模块和功分器自动控制增益模块，其中，功分器自动控制增益模块内置定向耦合器，故障监测模块用于监测天馈线的安装质量和运行状况，定向耦合器用于监测来自天线以及通讯系统的功率水平。

如图1所示，故障监测模块进一步包括定向耦合器和功率转换单元101、AD采集单元102、单片机103、通信接口单元104、本地显示单元105和电源转换单元106，其中，定向耦合器和功率转换单元用于采集基站功率信号，并转换成电压信号，发送给AD采集单元，AD采集单元用于将电压信号转换成数字功率信号，送入单片机，单片机用于对数字功率信号进行处理，并存储；通信接口单元是RBS232/485通信接口，用于将单片机处理结果发送出去。

定向耦合器和功率转换单元负责采集基站功率信号并将其转换成电压信号。由于要求在线功率监测，所以只能在基站口与天线之间插人损耗很小(小于1dB)的定向耦合器，对被耦合出的小部分功率进行测量。电压驻波系数VSWR(Voltage Stanging Wave Ratio)是衡量基站输出下行信号与天线(负载)匹配程度的一个参数，它的物理含义是当传输线终端负载(如天线)与传输线特性阻抗相匹配时，人射功率被负载全部吸收，无反射波出现，此时系统效率最高。当失配时，终端负载只吸收部分功率，并反射回去一部分功率。因此VSWR定义为在传输线系统中，由于终端失配而产生反射，始端入射交变信号(如正弦或淮正弦信号)与终端反射交变信号沿线叠加，形成驻波，其波峰与波谷之比，记作VSWR=Umax/Umax。

对于VS WR的测量本方案为了适宜于在线不中断业务式测量。采用定向耦合器将传输系统中人射功率与反射功率可以基本无串扰地分离出来，如图在分别测得人射功率与反射功率之后，利于VSWR与入、反射功率换算关系式，可求出VSWR.

功率转换单元采用的是ADI公司提供的ADL5519真有效值检波器，其输出电压值与其输人的功率Pin的dB值成线性函数关系，其输入功率动态范围可达60dB。因此，采用这一器件，便可将非正弦的射频信号(50Hz到2.7GHz)的输入功率dB值转换成线性电压值。转换成的线性电压值经AD转换单元转换为可由单片机处理的数字功率信号，送入单片机处理。单片机处理后将结果放入内存。当接受到监测中心的命令时，从内存中调出数据通过本地RBS232/485通信接口发送出去。

定向耦合器和双通道检波器用于检测反射系数。VSWR检测电路由一个定向耦合器、一个双通道对数检波器和一个箝位电路构成。HPA和负载之间的定向耦合器将入射波和反射波的采样结果耦合到耦合端口和反射端口，然后将其馈送到双通道对数检波器ADL5519。

本方案技术核心就是在本地室内分布系统故障监测单元CPU内置驻波比的计算公式，并自动测量建立各支回路A/B/C/D/E正常标准天馈线运行驻波比（VSWR）或回损（Return Loss）的值，以及复合信号源(RF)和直流电源(DC)合路进天馈线远程传输供电系统一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值与DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值的差值数据库。

本地室内分布系统故障监测单元通过不间断采集各项数据并与内置的标准回波损耗与驻波比和电压/电流数据库数学模型比对，并依据各项数值变化来进行室内覆盖系统和天馈线运行情况的好坏判断。

(RF)(DC)电压/电流/驻波比的计算公式如下：

前向功率(W)：Pf或Pf(dBw)＝10log Pf

反向功率(W)：Pr或Pr(dBw)＝10log Pr

回损： $\mathrm{ar}=10\log \frac{\mathrm{Pf}}{\mathrm{Pr}}=\mathrm{Pf}\left(\mathrm{dBw}\right)-\mathrm{Pr}\left(\mathrm{dBw}\right)$

反射系数： $\mathrm{rho}=\sqrt{\frac{\mathrm{Pr}}{\mathrm{Pf}}}$

驻波比： $\mathrm{VSWR}=\frac{1+\mathrm{rho}}{1-\mathrm{rho}}$

回损与驻波比之间的转换公式为：

(RF)(DC)电压值=一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值一DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值

(RF)(DC)电流值=一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值一DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值

表1为实际移动通信基站智能复合天馈线远程供电回损与驻波比/电压/电流的对照表。（回路C）

表1

表2是图表为移动通信基站智能复合天馈线远程供电回波损耗与驻波比标准的对照表。

表2

图2是本发明室内分布式天馈系统故障处理的流程图。如图2所示，该室内分布式天馈系统故障处理的流程包括以下步骤：

步骤201、测量建立各支回路正常标准天馈线运行驻波比或回损的值。

步骤202、测量信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值与DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值的电压的差值。

步骤203、故障监测模块不间断采集各项数据，并与内置的标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型比对。

步骤204、依据各项数据变化来判断天馈线运行情况。

图3是本发明支回路室内覆盖系统信号接头松动或者线路中断故障处理流程图。如图3所示，该流程包括以下步骤：

当某一大厦3G网络信号不好，通话困难。网优部门检查发现大楼导频污染严重，掉话率、误码率非常高。

步骤301、支回路A和支回路B中，第一故障监测模块和第二故障监测模块检测出支回路A和支回路B的二楼GSM信号比支回路D和支回路E的3G网络信号强20分贝，而二层以下则双网信号基本相同，并与标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型进行比对，比对值在正常的范围内。

步骤302、支回路A和支回路B中，一层和地下室的第一故障监测模块和第二故障监测模块检测Ec/Io为-3，故障监测模块判断信号源无故障。

步骤303、故障监测模块检查测试支回路C、支回路D和支回路E回损、驻波比和电压/电流的值。

步骤304、测试主干线路4路信号源和直流电源二次功分器上报的电压电流值低于正常的值，上报监控中心并发出告警。

步骤305、检查主干线路4路信号源和直流电源二次功分器输入接头出现故障，排除后信号恢复正常。

图4是本发明支回路室内覆盖系统设备出现故障及信号源输出功率变化故障处理流程图一。如图4所示，该流程包括以下步骤：

系统各支回路C/D/E室内分布功分器自动控制增益模块并与本地室内分布系统故障监测单元自动检测出天馈线远程供电回损与驻波比/电压/电流数值超出正常的范围。

步骤401、系统分别测试在4路信号源和直流电源二次功分器至干线放大器之间电压电流损耗严重，并且天馈线驻波比值较高，馈线驻波1/2〞馈线损耗1.4dB/10m，驻波比大于1.1以上。

步骤402、支回路D的干线放大器电流电压值低于预设值，出现干放停电现象，无法正常工作，上报监控中心并发出告警。

步骤403、检查主干线路4路信号源和直流电源二次功分器出现故障。

图5是本发明支回路室内覆盖系统设备出现故障及信号源输出功率变化故障处理流程图二。如图5所示，该流程包括以下步骤：

信号源输出功率变化。由于信号源设备（光纤直放站、射频直放站，微蜂窝等）的输出功率降低，进入干线放大器的信号不再满足需要，导致下一级设备的输出降低，致使信号覆盖不足。

步骤501、支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中，功分器自动控制增益模块与故障监测模块检测出回损、驻波比和电压/电流数在正常值的范围内。

步骤502、依据功分器自动控制增益模块的测试数据检测进口信号过低，致使信号覆盖不足。

步骤503、采用频谱仪重新调整控制直放站的进口信号为-65到-45，干放的信号控制在-5到5。

图6是本发明支回路室内覆盖系统对基站的干扰的故障处理流程图。如图6所示，该流程包括以下步骤：

设备上行底噪对基站的干扰，主要是由于设备的级联过多，如大楼覆盖需要使用多级干放时，级联设备累加底噪会在上行方向形成较强的对基站的干扰，但由于该干扰是逐级累加的，目前已成为移动通信维护人员难以解决的问题。这类问题在传统实际工作过程中必须使用频谱仪检查各个设备的具体参数，分析各级设备信号功率的分配。实际上，由于工程安装有问题，耦合器接反，端口接错，耦合器的标称与实际耦合度不符，或者由于设计的不合理，干放出现过多级联，设备入口功率太强等均可导致反向的干扰。具体处理方法是通过关掉部分设备、查看设备功率指标等，逐步排除。另外，也可以通过频谱仪测试设备的上行底噪，做出对比，对不符合要求的设备给予停止运行或者更换，解决干扰问题。

步骤601、故障监测模块测试支回路C、支回路D和支回路E的回损、驻波比和电压/电流的值。

步骤602、与内置的标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型比对，判断值是否在正常的范围内。

步骤603、支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块检测各级设备信号功率分配情况的变化来确定由于设计的不合理，干放出现过多级联，设备入口功率太强等导致反向的干扰。

步骤604、故障监测模块依据电压/电流的变化来确定是否由于工程安装有问题，耦合器接反，端口接错，耦合器的标称与实际耦合度不符导致反向的干扰。

步骤605、检测出设备入口功率超标，上报监控中心并发出告警。

图7是本发明支回路室内覆盖系统室内有信号打不出电话故障处理流程图。如图7所示，该流程包括以下步骤：

步骤701、支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块检测各级设备信号功率分配情况，判断是否存在干放设备下行增益过大、功放失真和输出信号手机不能解调出来。

步骤702、测试发现干放设备下行增益超过预设值.，故障监测模块发出告警。

步骤703、测试发现干放设备下行增益正常。

步骤704、故障监测模块依据电压/电流的变化来确定干放设备是否存在故障问题。

步骤705、二次DC-DC48-90V供电升压模块自动降低系统供电电压使干放设备处于无法正常工作状态。

步骤706、支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块测试各个设备间或者G、C系统之间由于隔离度不够而导致设备自激。

步骤707、故障监测模块测试系统各级设备的信号匹配电平，判断是否由于系统链路的不平衡而造成覆盖系统工作的不正常。

本发明技术方案采取DC-DC输入-隔离-传输-隔离-提取至设备供电，并将现有有源和无源分布系统方案进行了完美的整合，克服了有源和无源分布系统各自缺点，提升了各自优点降低施工难度及成本的全新方案，对各个分散的基站天馈系统可进行不中断业务的实时监测，随时了解基站情况，以进行统一高效的维护与管理。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (12)

1.一种室内分布式天馈系统故障处理装置，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，其特征在于，包括故障监测模块和功分器自动控制增益模块，其中，功分器自动控制增益模块内置定向耦合器，

所述故障监测模块用于监测天馈线的安装质量和运行状况，所述定向耦合器用于监测来自天线以及通讯系统的功率水平。

2.根据权利要求1所述的一种室内分布式天馈系统故障处理装置，其特征在于，所述故障监测模块进一步包括定向耦合器和功率转换单元、AD采集单元、单片机和通信接口单元，其中，

所述定向耦合器和功率转换单元用于采集基站功率信号，并转换成电压信号，发送给AD采集单元；

所述AD采集单元用于将电压信号转换成数字功率信号，送入单片机；

所述单片机用于对数字功率信号进行处理，并存储；

所述通信接口单元用于将单片机处理结果发送出去。

3.根据权利要求2所述的一种室内分布式天馈系统故障处理装置，其特征在于，所述通信接口单元是RBS232/485通信接口。

4.根据权利要求2所述的一种室内分布式天馈系统故障处理装置，其特征在于，还包括本地显示单元和电源转换单元。

5.一种室内分布式天馈系统故障处理方法，适用于信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统，其特征在于，包括以下步骤：

测量建立各支回路正常标准天馈线运行驻波比或回损的值；

测量信号源和直流电源合路进天馈线远程传输供电系统一/二次DC-DC48-90V供电模块输出值与DC/DC分散自适应整流器电压电流输入值的电压的差值；

故障监测模块不间断采集各项数据，并与内置的标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型比对；

依据各项数据变化来判断天馈线运行情况。

6.根据权利要求5所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

支回路A和支回路B中，第一故障监测模块和第二故障监测模块检测出支回路A和支回路B的二楼GSM信号比支回路D和支回路E的3G网络信号强20分贝，而二层以下则双网信号基本相同，并与标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型进行比对，比对值在正常的范围内；

支回路A和支回路B中，一层和地下室的第一故障监测模块和第二故障监测模块检测Ec/Io为-3，故障监测模块判断信号源无故障；

故障监测模块检查测试支回路C、支回路D和支回路E回损、驻波比和电压/电流的值；

测试主干线路4路信号源和直流电源二次功分器上报的电压电流值低于正常的值，上报监控中心并发出告警；

检查主干线路4路信号源和直流电源二次功分器输入接头出现故障。

7.根据权利要求5所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

分别测试在4路信号源和直流电源二次功分器至干线放大器之间电压电流损耗严重，并且天馈线驻波比值较高，馈线驻波1/2〞馈线损耗1.4dB/10m，驻波比大于1.1以上；

支回路D的干线放大器电流电压值低于预设值，出现干放停电现象，无法正常工作，上报监控中心并发出告警；

检查主干线路4路信号源和直流电源二次功分器出现故障。

8.根据权利要求5所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中，功分器自动控制增益模块与故障监测模块检测出回损、驻波比和电压/电流数在正常值的范围内；

依据功分器自动控制增益模块的测试数据检测进口信号过低，致使信号覆盖不足；

采用频谱仪重新调整控制直放站的进口信号为-65到-45，干放的信号控制在-5到5。

9.根据权利要求5所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

故障监测模块测试支回路C、支回路D和支回路E的回损、驻波比和电压/电流的值；

与内置的标准回损、驻波比和电压/电流数据库数学模型比对，判断值是否在正常的范围内。

10.根据权利要求9所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块检测各级设备信号功率分配情况的变化来确定反向的干扰；

故障监测模块依据电压/电流的变化来确定是否反向的干扰；

检测出设备入口功率超标，上报监控中心并发出告警。

11.根据权利要求5所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块检测各级设备信号功率分配情况，判断是否存在干放设备下行增益过大、功放失真和输出信号手机不能解调出来；

故障监测模块测试系统各级设备的信号匹配电平，判断是否由于系统链路的不平衡而造成覆盖系统工作的不正常。

12.根据权利要求11所述的一种室内分布式天馈系统故障处理方法，其特征在于，支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块检测各级设备信号功率分配情况，判断是否存在干放设备下行增益过大、功放失真和输出信号手机不能解调出来进一步包括以下步骤：

测试发现干放设备下行增益超过预设值.，故障监测模块发出告警；

测试发现干放设备下行增益正常；

故障监测模块依据电压/电流的变化来确定干放设备是否存在故障问题；

二次DC-DC48-90V供电升压模块自动降低系统供电电压使干放设备处于无法正常工作状态；

支回路A、支回路B、支回路C、支回路D和支回路E中的功分器自动控制增益模块测试各个设备间或者G、C系统之间由于隔离度不够而导致设备自激。

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