超导接入系统的制作方法

本发明超导接入系统(商品名：ba，beyondaccesssystem)，也称为超导wifi，涉及移动互联网领域，特别涉及采用超导射频前端技术，实现wifi无线传输和接入。

背景技术：

互联网是信息社会数据时代的基础设施，承载工业渗透生活，全世界互联网发展的瓶颈是互联网基础设施的建设，基础设施建设的发展趋势是从有线固定到无线移动，从有限局域到无限广域。

现有技术中，有线互联网主要采用光纤+网线，存在的主要问题是布线难、许多地方不能到达；其成本高、工期长、不灵活。

无线互联网目前主要采用wifi(wirelessfidelity)组网，即光纤+ap(accesspoint)，其选择性和噪声性能很差，存在的主要问题是：

1、ap通信距离短、速率低。经过多次测试，室内ap通信距离<30m；室外ap通信距离<200m，在该距离点上，上行速率在0.5mbps左右。

2、组网困难，200m需要架设1个热点，很难获得路杆和供电资源，而且每个ap热点需要光纤连接，获准铺设光纤网络建设困难，成本高，极不灵活，无法实现移动漫游。

3、要实现远距离通信，要求接收系统对有用的微弱信号具有较高的灵敏度，一般是靠放大器来放大，而所有的放大器在常温下工作，由于布朗运动都会产生热噪声，该热噪声会恶化有用信号，衡量对输入有用信号的恶化程度用噪声系数fn(db)来表示，fn是指输入信噪比和输出信噪比的比值，其值越大越不好，整个接收机的各部件级联噪声系数取决于第一级低噪声发大器的fn和增益g(db)。ap的第一级低噪声发大器的fn在1.5～2db左右，ap的fn在3.5～5.5db 并且在常温下没有什么改善余地。较差的噪声系数直接恶化输出信噪比，影响通信距离。

4、wifi组网在2.4ghz频段每组有3个可用信道，每个信道工作带宽20mhz，信道保护带间隔5mhz；在5.2ghz频段每组有5个可用信道，每个信道工作带宽20mhz，信道保护带间隔5mhz；在5.8ghz频段每组有4个可用信道，每个信道工作带宽20mhz，信道保护带间隔5mhz，或者有2个可用信道，每个信道工作带宽40mhz，信道保护带间隔5mhz。由于ap没有实现频道化滤波，只有1个带宽>200mhz的滤波器，使带外干扰和邻道干扰放大后落入工作带内，同时这些干扰之间及干扰与信号之间相互作用产生的三阶互调干扰落入工作带内，这样就会抬高底噪，恶化输出信噪比，影响通信距离、通信质量和速率。由于每个信道的通信容量有限，多信道同时使用又造成干扰，所以直接影响网络容量。目前常用的腔体滤波器和介质滤波器的带内插损在1～3db，严重影响接收级联的fn，降低通信距离，由于其带外抑制在1.5～2db/mhz，不可能在5mhz信道保护带间隔内有几十db的干扰抑制能力，不能实现每组信道的频道化，每组各信道不能同时使用。由于抗干扰能力太差，不可靠、不稳定，ap只能用于公益，不能用于严格的工业和在复杂环境下工作，也就是不能应用于工业。

5、由于wifi通信距离短，网络基础设施建设、运行和维护成本必然高，无线互联网公共路杆和供电难获用，很难组成大网，很难实现移动漫游。

技术实现要素：

本发明将超导射频前端技术与wifi技术结合，解决了ap点选择性和噪声性能很差的根本问题、提高了网络干线节点的抗干扰能力和噪声性能、使wifi网络实现了信道频道化和网络扇区化、明显提高了通信距离、传输速率、网络容量、可靠性，解决了wifi难组大网、不能移动和工业应用不可靠的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超导接入系统，包括ba通道和ba支撑系统；所述ba通道的数量为1个或多个；1个所述ba通道包括下行链路增强装置、上行链路增强装置、双向链路旁路保护装置、第一微波开关和第二微波开关；接入点ap的射频通道通过同轴电缆与ba射频通 道相连，所述ba通道射频收发的控制信号来自于所述ap的有线控制信号，或者来自从所述ap的射频通道由无线耦合检出的控制信号，所述第一微波开关和第二微波开关均与所述ap射频收发同步；将超导射频前端技术与wifi技术结合，形成所述超导接入系统的结构；所述下行链路增强装置包括第一数控衰减器和功率放大器，所述第一微波开关依次通过所述第一数控衰减器和功率放大器连接所述第二微波开关；所述上行链路增强装置包括超导射频前端和第二数控衰减器，所述ba支撑系统用于为所述超导射频前端提供1个超低温、高真空和长期保压的工作环境；所述超导射频前端包括高温超导滤波器和超低温低噪声放大器，所述高温超导滤波器采用高温超导薄膜材料，用于实现wifi网络信道频道化和网络扇区化，所述第二微波开关依次通过所述高温超导滤波器、超低温低噪声放大器和第二数控衰减器连接所述第一微波开关；所述双向链路旁路保护装置在所述第一微波开关和第二微波开关之间，用于ba上行或下行链路出现异常时自动旁路，保证通信不中断；所述ba支撑系统包括ba制冷系统、ba高稳定电源系统、ba有线监控系统和ba远程无线监控维护系统；所述ba制冷系统用于为所述高温超导滤波器和超低温低噪声放大器提供实现超导特性和降低热噪声的超低温工作环境；所述ba高稳定电源系统用于提供高效、稳定、大功率的电源；所述ba有线监控系统和ba远程无线监控系统用于监视系统的各种工作状态和防盗，控制所述超导接入系统的各类工作开关、参数设置、关键备用器件和通道切换；所述ba远程无线监控维护系统除上述的监控功能外，还具有维护功能，其依靠移动电话运营商和专网的短信平台或者无线互联网络对所述超导接入系统进行无线远程的维护，所述维护功能包括：系统软件升级、超导射频前端杜瓦真空度维护、系统设备散热、除尘和干燥。

本发明所述的超导接入系统中，所述超低温为液氮温区，所述液氮温区为70k～87k，真空度死保压为10e-2～10e-5pa。

在本发明所述的超导接入系统中，每1个所述ba通道只能连接天线引出的1路射频信号，所述天线使用全向或角度扇区天线，所述天线分为双极化天线和单极化天线，1副单极化天线仅引出1路射频信号，仅需要连接1个ba通道，1副双极化天线引出2路射频信号，分别与2个ba通道连接，使用双极化天线或者单极化天线及它们的组合将连接对应数量的独立ba通道，所述天线极化方 式的选择取决于所述ap的射频通道所采用的极化方式，1个所述超导接入系统包括ba通道的数量取决于网络信道频道和网络扇区的数量。

在本发明所述的超导接入系统中，所述ap通过以太网接口与所有具有以太网接口的设备互联。

实施本发明的超导接入系统，具有以下有益效果：将超导射频前端技术与wifi技术结合，解决了ap点选择性和噪声性能很差的根本问题、提高了网络干线节点的抗干扰能力和噪声性能、使wifi网络实现了信道频道化和网络扇区化、明显提高了通信距离、传输速率、网络容量、可靠性，解决了wifi难组大网、不能移动和工业应用不可靠的问题，功率放大器可以输出11mw～2w或以上的发射功率，高温超导滤波器带内插入损耗降低0.7～2.7db，带外5mhz处抑制提高20万至上百万倍，可有效抑制带外干扰、邻道干扰、干扰之间及干扰与信号之间相互作用产生的三阶互调干扰，ba制冷系统无需维护，连续工作寿命＞35000小时，超低温低噪声放大器的噪声系数为0.2～0.4db，比常温低噪声放大器改善＞0.3db，超低温低噪声放大器增益为12～30db，接收系统噪声系数改善1.5～3.5db，关键射频接收器件工作环境稳定性、可靠性高，单信道在距离增加10倍时速率增加16倍以上，大大提高网络运行的可靠性和可维护性，一个ba容量至少是ap的3倍，多射频信道和扇区化结构，n个ba容量是单个ap的3*n倍，n为整数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是单极化天线单通道ba系统的原理图；

图2是单极化天线n通道ba系统的原理图；

图3是双极化天线2通道ba系统的原理图；

图4是双极化天线2n通道ba系统的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

ba采用现代最先进的超导射频前端技术可以有效地解决ap选择性和噪声性能差的根本问题。超导射频前端技术是高科技门槛的换代技术，技术难度在于：

1、高温超导芯片：采用高温超导材料制作滤波器芯片；

2、超低温环境：超导芯片和超低温低噪声放大器在液氮温区(70k～87k)环境下工作；

3、高真空长期死保压环境：真空度为10e-2～10e-5pa，5年左右长期死真空保压环境下工作；

4、高精度、快速、远程、智能化的监控系统；

5、多无线信道、多扇区的网络系统结构。

ba系统各部件功能、原理说明见图1～图4。

图1是单极化天线单通道ba系统的原理图。

ba和ap联合工作。ap采用遵循internet协议、市场常用的无线接入点，天线采用单极化的全向或者扇区天线。

当ap发射时，微波开关(第一微波开关s1和第二微波开关s2)处于发送状态，ap发射的射频信号经过第一数控衰减器和功率放大器到单极化天线，实现下行链路发送。其中微波开关与ap收发同步。对微波开关的控制有2种方式，第1种是从ap直接引出控制收发电平的物理线进行控制，第2种是从ap的射频通道耦合出射频信号，从中恢复出收发切换控制信号。通过第一数控衰减器调整下行链路的发射功率，实现收发链路平衡，达到系统最佳性能。第一数控衰减器的衰减步长为0.5db，衰减范围为0.5～31.5db。功率放大器对发射信号进 行功率放大，可输出2w或更高的射频功率，与第一数控衰减器联合工作，可以输出11mw～2w或以上的发射功率。

当ap接收时，微波开关处于接收状态，天线接收下来的射频信号经过高温超导滤波器、超低温低噪声放大器和第二数控衰减器到ap，实现上行链路接收。高温超导滤波器具有极低的带内插入损耗和极陡峭的带外抑制特性，可有效抑制带外干扰、邻道干扰、干扰之间及干扰与信号之间相互作用产生的三阶互调干扰。

高温超导滤波器工作在2.4ghz频段和5.8ghz频段时，可实现带内插入损耗＜0.3db，带外5mhz处抑制>60db的性能。传统腔体滤波器和介质滤波器，带内插入损耗为1～3db，带外5mhz处抑制<7db。与传统滤波器相比，高温超导滤波器带内插入损耗降低0.7～2.7db，带外5mhz处抑制提高20万至上百万倍。传统的腔体滤波器和介质滤波器不能解决ap每组信道的频道化问题。

超低温低噪声放大器工作于－200℃左右，极大的降低了放大器的热噪声，有效的提高系统接收灵敏度，超低温低噪声放大器的噪声系数为0.2～0.4db，比常温低噪声放大器改善＞0.3db。第二数控衰减器可调整接收链路的输出功率，实现收发链路平衡，达到系统最佳性能。第二数控衰减器的衰减步长为0.5db，衰减范围为0.5～31.5db。

双向链路旁路保护装置的作用是保证系统工作不中断。当ba的上行或下行链路出现故障，比如链路自激、电流过大、温度过高等，监控系统将故障信道切换至旁路状态，直接将ap与天线连接。

ba制冷系统为高温超导滤波器和超低温低噪声放大器提供实现超导特性和降低热噪声的超低温工作环境，制冷系统无需维护，连续工作寿命＞35000小时。

ba高稳定电源系统，采用二次稳压技术，同时为制冷系统、ba射频系统和监控系统提供高效、稳定的电源。

ba有线监控系统，采用rs485/rs232/逻辑位的有线通信，通信距离最远达1km，监视功能包括监视系统的电流、电压、温度、输出功率等各种工作状态， 控制功能包括控制系统和通道开关、参数设置、关键器件故障时和备用器件的切换，维护功能包括系统在线升级、真空保压维护、散热系统除尘等。

ba远程无线监控维护系统，可依靠移动电话运营商和专网的短信平台或者wifi网络进行系统监控和维护。监视功能包括监视系统的电流、电压、温度、输出功率等各种工作状态，控制功能包括控制系统和通道开关、参数设置、关键器件故障时和备用器件的切换，维护功能包括系统在线升级、超导射频前端杜瓦真空度维护、系统设备散热、除尘和干燥。

图2是单极化天线n通道ba系统的原理图。

单极化天线n通道ba系统，采用单极化天线单通道ba作为通道单元，n个单元并行组成n通道ba系统，其中n为正整数，最大可至128。每个通道使用1副单极化全向或者扇区天线和1个接入点ap，每个通道的ap点通过rj45接口连接到具有以太网接口的设备，比如交换机、网桥、数据中心设备等。

图3是双极化天线2通道ba系统的原理图。

双极化天线2通道ba系统，采用双极化天线的一个分集和单通道ba相连作为通道单元，2个单元并行组成2通道ba系统。2个通道共用1副双极化全向或者扇区天线和1个接入点ap，该ap具有2个独立射频通道，分别连接2个ba通道。

图4是双极化天线2n通道ba系统的原理图。

双极化天线2n通道ba系统，采用双极化天线2通道ba作为通道单元，n个单元并行组成2n通道ba系统，其中n为正整数，最大可至64。每2个通道使用一副双极化全向或者扇区天线，每2个通道共用1个具有双射频通道的ap，每个ap通过rj45接口连接交换机，通过交换机与数据中心通信。

ba主要技术性能及与ap技术性能的对比如下：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。