CN202043288U - 超导链路智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超导链路智能监控系统，该系统主要包括主控模块、功率检测模块、功率衰减模块、旁路切换模块、液晶显示模块。主要功能是实现对超导链路系统的温度、射频电路、电源系统实时地进行数据采集、可视化人机界面显示、告警及处理、历史信息记录和系统维护。该系统可保障超导链路系统正常工作，防止输入到主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏，保证天线到主站的网络链路正常工作。

Description

超导链路智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，包括空间和陆地、移动和固定的无线通信领域。

背景技术

现有的无线通信网络存在着用现有技术和设备长期解决不了的四大难题，这四大难题是：

1、由于地理位置（海洋、沙漠和丘陵等）、环保和维权（商业和居民小区及文物保护区等）及建站条件（电力、铁塔、传输、资金等）的限制，无法通过新建站解决通信覆盖盲区问题；

2、由于无线终端设备受小的天线尺寸、电池容量、发射功率等限制，终端（对陆地移动通信网可以使手机或无线上网卡等，对卫星通信可以是转发器）到主站（对陆地移动通信网称为基站，对卫星通信可以是地面站）的传输链路是弱链路，其性能远远低于主站到终端的链路性能，即存在上、下行链路不平衡问题，而弱链路决定了网络的覆盖和通信质量，成为实现高性能网络系统的瓶颈；

3、目前各类主站和终端设备的数目日益剧增，无线通信频率资源紧张，使用频谱频率越来越高，传播特性越来越差，主站间距越来越近，内网和竞争网及其它干扰产生的频率污染日益严重，使主站接收信号信噪比下降，严重影响通信覆盖、通信质量和系统容量；

4、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址） 制式的系统存在着码道间的自干扰，产生呼吸效应，加上各类无线干扰和需30%固定信道开销的软切换，往往使系统工作容量达不到理论容量的60％。

上述四大难题导致广覆盖距离不足、深覆盖信号渗透率低、通信质量变差、频率和系统容量及设备利用率降低、投资回报率及用户满意度下降等问题。针对以上难题，目前采用的都是落后的传统技术手段和设备，比方增加新的主站设备，增加主站的载波数，架设塔放设备和安装直放站设备及微蜂窝室内分布系统设备等。

采用传统技术手段和设备的缺点如下：

1、现有所有设备的接收机都没有，用传统技术也不可能有接收滤波特性极为陡峭，插入损耗极小、宽通频带带内波动小，矩形系数接近1的射频带通滤波器，不能有效地滤除通带外（阻带）的干扰，及降低这些干扰进入接收机进一步造成的互调干扰，抬高了系统底噪声；

2、上述所有设备对接收的信号和噪声同时放大，在接收链路上是噪声累加，而不是减弱，结果是接收信号质量越来越差；

3、上述所有设备的接收机射频前端的低噪声放大器在常温下工作，由于电子布朗运动产生热噪声，放大器放大了自身产生的噪声，抬高了系统底噪声，使信噪比恶化。严重地影响通信覆盖和质量及容量；

4、通信覆盖和质量不好的地方，往往是网络规划、主站布局不合理（比如陆地移动通信基站密集度过高、小区切换频繁或覆盖及频率规划不合理等）、导频污染和各类干扰严重的区域，在这些区域增加主站、频率配置和设备配置，往往是大量投资却带来干扰和频率污染进一步严重，系统和维护开销增大，频率和设备等资源利用率进一步降低；事实上，网络大部分干扰源和故障源来自于塔放、直放站和室内分布系统，严重污染了网络环境；

5、由于可利用资源、内外干扰和业务需求量变化等因素是不可自控的，所以用上述的方法和技术来解决问题永远是被动的亡羊补牢工程。

综上所述，使用现有传统的技术手段和设备不能从根本上解决：去除外干扰和互调干扰；降低系统自身底噪声；有效地提高对有用信号的增益和灵敏度的问题。

针对上述问题，申请人提出了一套全新的网络规划、建设、优化和运维的思路和技术方案：在无线主站前端加装一种申请人自主研制的利用超导技术来改善无线主站接收信号的超导链路系统（SuperConductor Link System，SCLS；商品名Beyond Link，BL, 以下简称BL）。BL可以从根源上克服现有技术和设备的缺点，使网络性能有革命性地改善：

1、高品质滤波器带来极强的抗干扰能力。BL采用高品质滤波器带来极强的抗干扰能力。比如，通带在825-835MHz，采用高温超导材料制作射频带通滤波器，其插入损耗几乎为零（＜0.02dB），而传统腔体滤波器通常插入损耗>1dB；矩形系数接近1，品质因数（Q值）为10万的数量级，是传统腔体滤波器Q值的20倍；阻带具有40dB /MHz以上陡峭的衰减特性，而传统腔体滤波器阻带只有约3dB /MHz左右的衰减特性，差别极大。其特性带来极强的抗干扰能力和有效地降低互调干扰；

2、超低温环境下，低噪声放大器（Low-noise amplifier，简称LNA）有效地降低系统底噪声，提高系统增益。BL的LNA工作在77K（-196.15℃）左右的超低温环境下，有效地抑制了LNA本身由于布朗运动产生的热噪声，降低了系统底噪声，同时LNA更多地对有用信号带来增益的提高，在常温下，LNA最好的噪声系数在0.6dB左右，而在超低温环境下，可以达到0.2-0.3 dB左右。

总之，BL具有极高的抗带外干扰和减小互调干扰能力，同时能有效地降低系统底噪声和对有用信号带来增益，从而解决现有技术和设备解决不了的问题，大大改善无线网络性能。

然而，现有的超导无线前端系统产品不具有双旁路功能，不能完全保护超导无线前端系统产品本身正常工作、天线与主站间的网络链路正常工作及当进入主站信号过强而造成主站工作异常甚至损坏的功能。除此之外，现有超导无线前端系统产品无可视化人机界面显示，智能调温功能。目前需提供一种专用于超导链路系统的智能监控系统，实现对超导链路系统的温度、射频电路、电源系统实时地进行数据采集、可视化人机界面显示、告警及处理、历史信息记录和系统维护；并防止输入到主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏，保证天线到主站的网络链路正常工作。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于超导链路系统的智能监控系统，监控加装在无线主站前端的超导链路系统，保证超导链路系统正常工作；保证超导链路系统发生故障时，天线到主站的网络链路能够正常工作；配合大范围功率检测及电平自动跟踪器，防止进入主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏。

本实用新型实施例提供的超导链路智能监控系统包括：主控模块，以及分别与主控模块连接的电源检测模块、电流检测模块、电压检测模块、功率检测模块、功率衰减模块、超导链路系统一体化机箱温度检测模块、制冷系统监控模块、旁路切换模块、存储模块、液晶显示模块、故障告警模块、远程监控模块。

所述的超导链路智能监控系统用于监控加装在无线主站前端的超导链路系统，保证超导链路系统正常工作，具体采用：

电源检测模块，用于对所述超导链路系统的所有供电模块进行检测；

电压检测模块，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的供电电压进行检测；

电流检测模块，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的工作电流进行检测；

制冷系统监控模块，用于检测超导链路系统的制冷系统工作状态，设置制冷系统的工作参数，对制冷系统进行监控；

超导链路系统一体化机箱温度检测模块，用于对所述超导链路系统的一体化机箱的内部温度进行检测，控制超导链路系统一体化机箱的内部温度在正常工作温度范围内；

故障告警模块，用于当超导链路系统的所有功能模块出现工作异常状态或故障时，进行异常或告警处理；

存储模块，用于存储所述超导链路系统的工作状态信息；

液晶显示模块，用于显示所述超导链路系统的工作状态信息；

远程监控模块，用于向远程监控系统发送所述超导链路系统的逻辑位状态信息。

所述的超导链路智能监控系统能够保证超导链路系统发生故障时，天线到主站的网络链路能够正常工作，具体采用：

旁路切换模块，包括自动旁路切换和手动旁路切换功能；自动旁路切换用于在所述超导链路系统发生故障时，对所述超导链路系统的主、副分集通道分别进行自动、实时地旁路；手动旁路切换用于需人工强制旁路超导链路系统的主、副分集通道的场合，比如系统维护、检测或取消通道功能等。所述两种旁路方式的最终效果是将天线的接收信号直接传送至所述主站接收机，便于系统维护，保证天线到主站的网络链路正常工作。

所述超导链路智能监控系统配合大范围功率检测及电平自动跟踪器，能够防止进入主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏，具体采用：

功率检测模块，用于检测所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率；

功率衰减模块，用于判断所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率是否大于预置功率阀值，若是，则对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率进行衰减处理。

本实用新型实施例提供的超导链路智能监控系统，具有如下有益效果：

1、该超导链路智能监控系统的主控模块可以采用高性能、低功耗的32位ARM微处理器，其集成度高、处理速度快、成本低，能够实时地对超导链路系统的温度、射频电路、电源、制冷系统进行数据采集、告警及处理、历史信息记录和系统维护；

2、该超导链路智能监控系统提供了可视化的人机界面，通过人机交互界面能够实时反映超导链路系统的当前工作状态，保证所述超导链路系统正常工作；

3、该超导链路智能监控系统具有旁路切换模块，包括自动旁路切换和手动旁路切换功能，可在所述超导链路系统发生故障时，对所述超导链路系统的主、副分集通道进行实时、自动地旁路或手动强制旁路，从而将天线的接收信号直接传送至主站接收机，保障天线到主站的网络链路正常工作，便于系统维护，提高网络链路的可靠性；

4、该超导链路智能监控系统具有功率检测模块和功率衰减模块，配合大范围功率检测及电平自动跟踪器，可防止从超导链路系统输入到主站的信号过强，造成主站工作异常甚至损坏；

5、所述超导链路智能监控系统具有智能调温功能，用于根据所述超导链路系统一体化机箱温度检测模块所检测到的数据，对风扇进行启动、停止或调速控制，实现智能化控制超导链路系统一体化机箱温度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的采用超导链路系统的无线主站结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的超导链路智能监控系统的整体结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的超导链路智能监控系统的监控流程图第一部分；

图4是本实用新型实施例三提供的超导链路智能监控系统的监控流程图第二部分。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，是本实用新型实施例一提供的采用超导链路系统的无线主站结构示意图。

超导链路系统加装在主站前端，其利用超导技术来改善主站的接收信号，能够提高上行抗干扰能力、增加广覆盖距离、增强深覆盖信号渗透率和改善通信质量。

如图1所示，主站3内具有发射机和接收机，超导链路系统2具体配置在天线4和主站接收机之间，用于对天线4接收的信号进行处理，再传送至主站接收机。超导链路系统安装在超导链路系统一体化机箱6内，超导链路系统一体化机箱内设有高稳定电源系统、风扇、制冷系统、超低温真空多通道组合式杜瓦、超低温低噪声放大器等。其中，制冷系统用于对超低温真空多通道组合式杜瓦内部进行制冷；超导链路系统一体化机箱上设有排气孔，风扇启动后，可对超导链路系统机箱内部进行排热；超低温真空多通道组合式杜瓦是一个气密封的、真空的、超低温的冷室；超低温低噪声放大器设置在超低温真空多通道组合式杜瓦内，用于对天线4的接收信号进行放大，并通过主、副分集通道将放大后的接收信号输出至主站接收机。

由于国内民用无线通信网络主站大都采用双极化天线，每幅天线引出主分集、副分集两根馈线。其中，主分集包括接收通道和发射通道，而副分集只有接收通道。因此，当在主站前端加装超导链路系统来改善主站的接收信号时，需要使用一个低插入损耗双工器来对主分集的接收信号和发射信号进行分离，仅选通接收信号传入超导链路系统中并进行处理，使射频前端设备与国内无线通信系统匹配。具体的，如图1所示，在主分集链路部分，低插入损耗双工器5对主分集的接收信号和发射信号进行分离，将主分集中的接收信号传送到超导链路系统2中进行处理，超导链路系统2将处理后的接收信号传入主站3。在副分集链路部分，超导链路系统2直接对副分集接收信号进行处理，将处理后的接收信号传入主站3。

如图1所示，超导链路智能监控系统1与超导链路系统2相连接，用于对超导链路系统2进行监控，保证超导链路系统、天线到主站的网络链路及与其连接的主站正常运行。

下面结合图2～图4，对本实用新型实施例提供的超导链路智能监控系统的结构及其监控流程进行详细描述。

参见图2，是本实用新型实施例二提供的超导链路智能监控系统的整体结构示意图。本实施例提供的超导链路智能监控系统用于监控加装在无线主站前端的超导链路系统，保证超导链路系统正常工作；保证超导链路系统发生故障时，天线到主站的网络链路能够正常工作；防止进入主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏。该超导链路智能监控系统包括：主控模块10、以及分别与主控模块连接的电源检测模块11、电流检测模块12、电压检测模块13、功率检测模块14、功率衰减模块21、超导链路系统一体化机箱温度检测模块15、制冷系统监控模块16、旁路切换模块22、存储模块23、液晶显示模块25、故障告警模块24、远程监控模块26。

本实施例提供的超导链路智能监控系统用于监控加装在无线主站前端的超导链路系统，保证超导链路系统正常工作，具体采用：

电源检测模块11，用于对所述超导链路系统的所有供电模块进行检测；

电压检测模块13，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的供电电压进行检测；

电流检测模块12，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的工作电流进行检测；

制冷系统监控模块16，用于检测超导链路系统的制冷系统工作状态，设置制冷系统的工作参数，对制冷系统进行监控；

超导链路系统一体化机箱温度检测模块15，用于对所述超导链路系统的一体化机箱的内部温度进行检测，控制超导链路系统一体化机箱的内部温度在正常工作温度范围内；

故障告警模块24，用于当超导链路系统的所有功能模块出现工作异常状态或故障时，进行异常或告警处理；

存储模块23，用于存储所述超导链路系统的工作状态信息；

液晶显示模块25，用于显示所述超导链路系统的工作状态信息； 

远程监控模块26，用于向远程监控系统发送所述超导链路系统的逻辑位状态信息。

本实施例提供的超导链路智能监控系统能够保证超导链路系统发生故障时，天线到主站的网络链路能够正常工作，具体采用：

旁路切换模块22，包括自动旁路切换和手动旁路切换功能；自动旁路切换用于在所述超导链路系统发生故障时，对所述超导链路系统的主、副分集通道分别进行自动、实时地旁路；手动旁路切换用于需人工强制旁路超导链路系统的主、副分集通道的场合，比如系统维护、检测或取消通道功能等。所述两种旁路方式的最终效果是将天线的接收信号直接传送至所述主站接收机，便于系统维护，保证天线到主站的网络链路正常工作。

本实施例提供的超导链路智能监控系统配合大范围功率检测及电平自动跟踪器，能够防止进入主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏，具体采用：

功率检测模块14，用于检测所述超导链路系统超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率；

功率衰减模块21，用于判断所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率是否大于预置功率阀值，若是，则对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率进行衰减处理。

在具体实施时，主控模块10可采用高性能、低功耗的32位ARM微处理器，其集成度高、处理速度快、成本低，能够实现对超导链路系统的温度、射频电路、电源系统实时地进行数据采集、告警及处理、历史信息记录和系统维护。

本实用新型实施例提供的超导链路智能监控系统，具有液晶显示模块25和远程监控模块26，通过人机交互界面能够实时反映超导链路系统的当前工作状态，保证所述超导链路系统正常工作。

需要说明的是，上述所有模块可采用具体的电路结构、或芯片来实现对应的功能。

参见图3，是本实用新型实施例三提供的超导链路智能监控系统的监控流程图第一部分。具体包括以下步骤：

S101，初始化微处理器（即主控模块），系统初始化；

S102，启动电源检测模块，对超导链路系统的所有供电模块进行检测；

S103，微处理器判断电源是否正常工作，若是，则执行步骤S105，否则执行步骤S104；

S104，进行电源告警处理；具体实施时，可通过蜂鸣器、指示灯或液晶显示屏发出电源故障告警信号；

S105，旁路超导链路系统，使超导链路系统停止工作，将天线的接收信号直接传送至主站接收机；

S106，启动制冷系统，并启动制冷系统监控模块对制冷系统降温进行监控；

S107，微处理器判断制冷系统是否正常降温，若是，则执行步骤S109，否则执行步骤S108；

S108，进行制冷系统降温告警处理；具体实施时，可通过蜂鸣器、指示灯或液晶显示屏发出制冷系统降温告警信号；

S109，接通超导链路系统；

S110，启动电源检测模块，对超导链路系统的所有供电模块进行检测；

S111，判断电源是否正常工作，若是，则执行步骤S113，否则执行步骤S112；

S112，进行电源告警处理；

S113，启动电流检测模块，对超导链路系统的超低温低噪声放大器（以下简称LNA）的工作电流进行检测；

S114，判断LNA的工作电流是否正常，若是，则执行步骤S201，否则执行步骤S115；

S115，进行LNA电流告警处理。

参见图4，是本实用新型实施例三提供的超导链路智能监控系统的监控流程图第二部分，图4的流程图与图3的流程图相接续。具体包括以下步骤：

S201，启动功率检测模块，对LAN的输出功率进行检测，并将功率数据传送至微处理器；

S202，判断LNA的输出功率是否正常，若是，则执行步骤S206，否则执行步骤S203；

S203，若LNA的输出功率过小，则执行步骤S204；若LNA的输出功率过大，则执行步骤S205；

S204，进行LNA输出功率过小告警处理；

S205，启动功率衰减模块；功率衰减模块对LNA的输出功率进行衰减处理；

S206，LNA输出功率正常处理；

S207，启动制冷系统监控模块，对制冷系统的当前工作状态进行检测；

S208，判断制冷系统是否恒温正常，若是，则执行步骤S210，否则执行步骤S209；

S209，进行制冷系统恒温告警处理；

S210，制冷系统恒温正常处理；

S211，判断制冷系统恒温是否恢复正常，若是，则执行步骤S212，否则执行步骤S213；

S212，解除制冷系统恒温告警；

S213，超导链路系统机箱温度检测与风扇速度控制；例如，当超导链路系统机箱的内部温度过高时，启动风扇并根据机箱内当前温度智能调整风扇速度来进行排热；

S214，判断上位机是否通讯，若是，则执行步骤S215，否则结束本次循环，返回步骤S109；该上位机可以是一台PC机；

S215，完成与上位机的通信任务。

此外，在步骤S104、S108、S112、S115、S204、S209中，确定超导链路系统出现故障时，启动旁路切换模块对超导链路系统的主、副分集通道进行旁路，使天线的接收信号直接传送至主站接收机，保障天线到主站的网络链路正常工作，提高了网络链路的可靠性。

本实用新型实施例提供的超导链路智能监控系统，监控加装在无线主站前端的超导链路系统，保证超导链路系统正常工作；保证超导链路系统发生故障时，天线到主站的网络链路能够正常工作；防止进入主站的信号过强而造成主站工作异常甚至损坏。 

Claims (1)

1.一种超导链路智能监控系统，其特征在于，监控加装在无线主站前端的超导链路系统；所述超导链路智能监控系统包括：主控模块，以及分别与主控模块连接的电源检测模块、电流检测模块、电压检测模块、功率检测模块、功率衰减模块、超导链路系统一体化机箱温度检测模块、制冷系统监控模块、旁路切换模块、存储模块、液晶显示模块、故障告警模块、远程监控模块；

电源检测模块，用于对所述超导链路系统的所有供电模块进行检测；

电压检测模块，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的供电电压进行检测；

电流检测模块，用于对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的工作电流进行检测；

制冷系统监控模块，用于检测超导链路系统的制冷系统工作状态，设置制冷系统的工作参数，对制冷系统进行监控；

超导链路系统一体化机箱温度检测模块，用于对所述超导链路系统的一体化机箱内部温度进行检测，控制超导链路系统一体化机箱的内部温度在正常工作温度范围内；

故障告警模块，用于当超导链路系统的所有功能模块出现工作异常状态或故障时，进行异常或告警处理；

存储模块，用于存储所述超导链路系统的工作状态信息；

液晶显示模块，用于显示所述超导链路系统的工作状态信息；

远程监控模块，用于向远程监控系统发送所述超导链路系统的逻辑位状态信息；

旁路切换模块，包括自动旁路切换和手动旁路切换功能；自动旁路切换用于在所述超导链路系统发生故障时，对所述超导链路系统的主、副分集通道分别进行自动、实时地旁路；手动旁路切换用于需人工强制旁路超导链路系统的主、副分集通道的场合；

功率检测模块，用于检测所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率；

功率衰减模块，用于判断所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率是否大于预置功率阀值，若是，则对所述超导链路系统的超低温低噪声放大器的输出功率进行衰减处理。

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