CN112333726A - 一种基于频分技术的微波设备监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于频分技术的微波设备监控方法，包括地面设备和天空设备；地面设备由双向连接的地面微波设备、地面收发设备和双向连接的监控处理设备、协助收发设备组成，天空设备由双向连接的天空收发设备、天空业务设备组成，具体步骤如下：首先通过无线信号的频偏补偿和物理方向的天线位置补偿强化通信效果，同时还通过切换频点回避干扰，通过频分增加信道数来提高通信速率，通过另外一个频段区间的协助系统守护无线微波网络并在必要时发出调整命令的方式，建立一套完备的闭环的自适应的无线微波网络监控系统。系统可以智能地自适应环境的变化进行相应的调整各种参数，保持无线微波网络时时刻刻处于最佳的健康状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于频分技术的微波设备监控方法，特别涉及一种适用于天临空地车和地面设备通信的微波网络系统的监控方法。
背景技术
在一些空间位置限制的条件下，无线微波通信技术有着得天独厚的应用场景。通过无线微波通信技术可以进行从天空的浮空器对地面上的运动中的设备（如车辆等）进行监控的工作。由于硬件设备的性能限制等原因，无线通信在一个频点上的有效速率会局限到一定的上限值以内，只有通过频分技术增加频点个数才能解决这个问题。
同时，无线通信也有着天然的劣势，网络通信的稳定性没有有线通信那么稳定。因此对无线网络的稳定性、干扰因子等指标进行实时监控并动态调整是保证无线微波通信工作的首当其冲的重要事项。
由于通信各方的设备都是在移动状态的，位置和距离都是随着时间在动态变化的，因此对无线微波通信网络状态的监控和数据收集也需要使用无线网络来进行。
原系统使用了频偏补偿和自跟踪云台方式进行无线微波通信的增强，消除由于硬件的波动以及设备相对运动带来的影响。
但是存在如下问题：
1、当频偏超过阈值时通信会中断；
2、频点有较强干扰的情况下通信会中断；
3、保证通信质量的前提下，通信速率不足；
4、目标偏移超出天线半功率波瓣宽度时，通信会中断。
发明内容
由于原系统中进行了部分修正补偿措施，但是没有从根本上解决信号干扰、硬件偏离频点的问题及为解决无线网络监控无线网络，回避干扰及解决稳定性的问题，本发明提供了一种使用双频段区间的基于频分技术的微波设备监控方法。
首先通过无线信号的频偏补偿和物理方向的天线位置补偿强化通信效果，同时还通过切换频点回避干扰，通过频分增加信道数来提高通信速率，通过另外一个频段区间的协助系统守护无线微波网络并在必要时发出调整命令的方式，建立一套完备的闭环的自适应的无线微波网络监控系统。系统可以智能地自适应环境的变化进行相应的调整各种参数，保持无线微波网络时时刻刻处于最佳的健康状态。
本发明为实现上述目的，所采用的的技术方案是：
一种基于频分技术的微波设备监控方法，包括地面设备和天空设备，所述地面设备由双向连接的地面微波设备、地面收发设备和双向连接的监控处理设备、协助收发设备组成，所述天空设备由双向连接的天空收发设备、天空业务设备组成，地面收发设备和协助收发设备分别与天空收发设备实现无线通信；
1）软件频率纠偏功能
地面收发设备软件、天空收发设备软件及协助收发设备软件采用了软件频率纠偏功能，在频点偏差超过阈值时自动重新设置频点；
2）多频点复用提高通信速率
通过频分技术，让无线微波通信在一个频段区间的多个频点上同时工作，从而提高了带宽和可靠性，各收发设备软件提供在通信数据接近饱和时自动增加频点提高通信速率的功能；
3）频段切换回避干扰
通过自动跳频技术，让无线通信网络从一个频段区间整体切换到另外一个频段区间，从而回避干扰源，提高通信质量；
具体步骤如下：
1）地面收发设备的地面业务数据收发软件使用高频点3.x gHZ频段和天空收发设备（3）的天空业务数据收发软件进行通信；
2）协助收发设备的地面通信状态数据收发软件使用低频点1.x gHZ频段和天空收发的天空通信状态数据收发软件进行通信；
3）各收发的地面/天空业务数据收发软件，地面/天空通信状态数据收发软件监控自己的通信频点，当频点超出阈值±0.1g时，自动校正频点，从而实现软件频率纠偏的功能，使工作频率保持在正常的范围；
4）地面收发设备的地面业务数据收发软件及协助收发设备的地面通信数据收发软件会对接收到的数据进行分析，使用高效的链路传输质量TQ 算法计算通信质量， TQ=EQ/RQ，即通信链路传输质量TQ等于回环链路质量EQ除以接收链路质量RQ来计算，当通信链路传输质量达到阈值时，通知天空收发设备的天空业务数据收发软件进行跳频，这样当工作频率有其他干扰无线波或者由于物体阻挡导致工作频率工作不正常时，系统会自动转到其他频率进行工作；
5）地面收发设备的地面业务数据收发软件及协助收发设备的地面通信数据收发软件会对接收到的数据进行统计，当业务数据量太大，比如一个频点最多一秒只能传送4Mb的数据，业务数据量已经到了3.97Mb了，系统通过判断3.97/4=0.9925，已经大于我们预设的阈值99%了，就通知天空收发设备的天空业务数据收发软件增加频点，经过地面和天空两端程序握手后，增加一个频点，这样就具有了每秒2X4Mb=8Mb的通信能力了，这样就解决了当业务数据量增大时通信速率不足的问题。
本发明的优点是：
使用软件及时进行频点纠偏，防止频点超出阈值。
当射频模块的频点发生偏移时，通信中收到的数据将不能保证正确性，虽然硬件的纠偏功能可以消除一定频偏范围内的误差数据，但当频偏大于一定的阈值时，纠偏功能就无法得到正确的数据了。
本发明可以通过软件重新设置频点，让通信收发硬件回到最初设定的频点上工作，从根本上解决问题。
通过动态跳频的方式回避干扰。
分频协助子系统通过无线链路从空中的收集器得到工作无线微波网络的包括通信速率、丢包率、信噪比、网络可用性、网络响应时间、网络抖动、网络吞吐量、网络带宽容量数据。通过对收集到的数据进行卡诺图计算，当通信的频点有其他干扰信号时，各收发模块会收到受污染的数据，当通信的频点被物体阻挡时，会有大量的丢包现象，地面收发模块及协助收发模块根据误码率和丢包率数据计算通信质量，使用高效的优选算法跳频，及时快速地切换到其他频段工作。动态扩展频点，保证通信速率。
当通信数据量大，接近最大负载的99%时，地面收发模块或协助收发模块发起频分操作，使用频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）提高系统的整体传送速率。
使用自跟踪云台，保证目标在半功率波瓣内。
采用另外一个频段区间的另一套子系统，对无线微波网络监控子系统进行监控，当监控子系统的网络状态不健康或者受到其他无线信号的干扰时，这个分频协助子系统会充当一个管理者，对监控的无线微波网络进行调整，保证监控子系统能够保持健康正常地运行，最终保证无线微波网络一直处于健康稳定的状态。自跟踪云台通过通信双方的gps位置信息计算出地面通信设备和天空标靶的相对位置，自动调节天线角度，保持目标一直处于天线的半功率波瓣内。
具体的说，本发明是一种使用微波无线通信技术进行设备监控并使用频分技术对设备监控的无线网络进行监控的方法。是一种通过使用多个频道提高通信速率并实现了使用另一组频道的无线网络获取业务工作无线网络的性能指标，对其进行分析并对使用的频道区间、使用的频点数网络参数进行动态调节，从而提高了监控的安全性和可靠性。
总之，本发明利用频分多路复用技术、智能优选算法、硬件频偏补偿算法、软件时时监控校准频点、自跟踪云台保持天线方向的方式，在无人工干预的情况下，系统解决了频点漂移，无法及时传递大数据以及网络稳定性不足的问题。
附图说明
图1为本发明系统连接框图；
图2为传输链路质量计算中各概念定义的说明图。
附图符号说明：接收链路质量（RQ） 节点接收到的心跳报文数
回环链路质量（EQ） 节点发送并收到对方的心跳报文数
传输链路质量（TQ） 节点成功心跳检查的报文数。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于频分技术的微波设备监控方法，包括地面设备和天空设备；
地面设备由双向连接的地面微波设备1、地面收发设备2和双向连接的监控处理设备5、协助收发设备6组成，天空设备由双向连接的天空收发设备3、天空业务设备4组成，具体步骤如下：
1）地面微波设备1与地面收发设备2连接，并通过无线链路一和天空收发设备3建立连接（3.X ghz频段），根据通信的默认设置，打开n个频点（各个频点的频率差为1M，避免相关干扰）进行多个频点的协作无线网路通信，在工作过程中，根据传输数据量的大小，通过自适应的方式，调整频点的个数。
2）监控处理设备5与协助收发设备6连接，并通过无线链路二和天空收发设备3建立连接（1.X ghz频段），根据通信的默认设置，打开n个频点（各个频点的频率差为1M，避免相关干扰）进行多个频点的协作无线网路通信，在工作过程中，根据传输数据量的大小，通过自适应的方式，调整频点的个数。
3）天空功能设备4的业务数据，会通过天空收发设备3和地面微波设备1或监控处理设备5进行交互。
4）监控数据采集过程中，对于硬件的频率误差以及由于通信双方的相对运动引起的频偏使用硬件进行补偿，使得收到的数据帧尽可能回避频偏的影响；由于硬件的频点漂移的作用下，频点有可能偏离设定的频点，当频偏大于一定的阈值后（±1M），采用软件控制重新对设备设置频率来校正频点。
5）地面微波设备1上使用了自跟踪云台，随着设备的相对运动，天线的相对角度会偏离最佳状态，自跟踪云台会根据无线网络数据的来源gps位置信息和自身的gps位置信息计算水平转角角度和竖直仰角角度，自动调整天线角度指向空中设备。
6）天空功能设备4会通过天空收发设备3获取到无线链路蔟一和无线链路蔟二的状态信息并通过协助收发设备6发送给监控处理设备5；这个通信链路也是使用了另外一个频段区间（1.X ghz）的多频点同时工作的自适应频分网络；使用了高效的链路传输质量TQ算法计算通信质量，TQ=EQ/RQ，即通信链路传输质量TQ等于回环链路质量EQ除以接收链路质量RQ来计算，如图2所示，以及一个轻量级的优化算法进行频偏补偿和自跟踪云台保持天线的最佳角度，通过自适应跳频来确保通信质量。
7）监控处理设备5会实时从协助收发设备6得到网络状态数据并进行分析，根据分析结果会通过协助收发设备6发出网络参数调整指令，包括增加频点提高通信速率以及跳频提高通信质量和回避干扰源。
Claims (1)
1.一种基于频分技术的微波设备监控方法，包括地面设备和天空设备，其特征在于：
所述地面设备由双向连接的地面微波设备（1）、地面收发设备（2）和双向连接的监控处理设备（5）、协助收发设备（6）组成，所述天空设备由双向连接的天空收发设备（3）、天空业务设备（4）组成，地面收发设备（2）和协助收发设备（6）分别与天空收发设备（3）实现无线通信；
1）软件频率纠偏功能
地面收发设备（2）软件、天空收发设备（3）软件及协助收发设备（6）软件采用了软件频率纠偏功能，在频点偏差超过阈值时自动重新设置频点；
2）多频点复用提高通信速率
通过频分技术，让无线微波通信在一个频段区间的多个频点上同时工作，从而提高了带宽和可靠性，各收发设备软件提供在通信数据接近饱和时自动增加频点提高通信速率的功能；
3）频段切换回避干扰
通过自动跳频技术，让无线通信网络从一个频段区间整体切换到另外一个频段区间，从而回避干扰源，提高通信质量；
具体步骤如下：
1）地面收发设备（2）的地面业务数据收发软件使用高频点3.x gHZ频段和天空收发设备（3）的天空业务数据收发软件进行通信；
2）协助收发设备（6）的地面通信状态数据收发软件使用低频点1.x gHZ频段和天空收发的天空通信状态数据收发软件进行通信；
3）各收发的地面/天空业务数据收发软件，地面/天空通信状态数据收发软件监控自己的通信频点，当频点超出阈值±0.1g时，自动校正频点，从而实现软件频率纠偏的功能，使工作频率保持在正常的范围；
4）地面收发设备（2）的地面业务数据收发软件及协助收发设备（6）的地面通信数据收发软件会对接收到的数据进行分析，使用高效的链路传输质量TQ 算法计算通信质量， TQ=EQ/RQ，即通信链路传输质量TQ等于回环链路质量EQ除以接收链路质量RQ来计算，当通信链路传输质量达到阈值时，通知天空收发设备（3）的天空业务数据收发软件进行跳频，这样当工作频率有其他干扰无线波或者由于物体阻挡导致工作频率工作不正常时，系统会自动转到其他频率进行工作；
5）地面收发设备（2）的地面业务数据收发软件及协助收发设备（6）的地面通信数据收发软件会对接收到的数据进行统计，当业务数据量太大，比如一个频点最多一秒只能传送4Mb的数据，业务数据量已经到了3.97Mb了，系统通过判断3.97/4=0.9925，已经大于我们预设的阈值99%了，就通知天空收发设备（3）的天空业务数据收发软件增加频点，经过地面和天空两端程序握手后，增加一个频点，这样就具有了每秒2X4Mb=8Mb的通信能力了，这样就解决了当业务数据量增大时通信速率不足的问题。
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| CN (1) | CN112333726A (zh) |
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2020
- 2020-12-04 CN CN202011401735.7A patent/CN112333726A/zh active Pending
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