CN101026406A - 空间分集接收装置及输入通道切换方法 - Google Patents
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Abstract
一种空间分集接收装置及输入通道切换方法，所述装置包括主控制电路和至少一个包括射频开关的接收通道；主控制电路控制所述射频选择开关，以将来自所述天线的多个输入信号择一送往该通道内的接收模块；尤其是，所述接收模块包括一个RSSI单元，输出对应RSSI值往所述主控制电路；所述主控制电路还接收经由该接收模块获得的传输数据。基于对所述数据的实时分析，所述主控制电路选择预定时机进行强行切换并动态选择信号较强的天线，从而大大减少瞬态干扰导致的误码。采用本发明的系统，有良好抗信道衰落能力，同时具有结构简单，成本低，功耗小的优势。
Description
技术领域 本发明涉及带有多个空间上分开的独立天线的分集系统，尤其涉及医疗遥测监护或测试的接收装置及输入通道切换方法。
背景技术 遥测监护是医疗设备领域产品发展的一个重要方向。基于遇到障碍物体或发生波间相互干扰时电磁波信号强度会发生衰落，携带遥测信息的无线信号相应存在接收盲区，因此提高接收机抗信道衰落能力，从而解决无线信号衰落对数据传输的影响，是提高产品竞争力的关键技术之一。
天线分集技术应运而生。从形式上说，所述分集包括时间分集、频率分集、码分集和空间分集。空间分集接收技术就是使用多副安排恰当的天线来提供多个空间信号接收通道，并始终选择信号较强的一个通道来进行数据传输，从而基本上消除所述信号衰落的影响。
现有基于空间分集技术而采用的接收方案主要有两种。以两副天线为例，第一种是动态监测当前接收信号强度，当该强度低于预设阈值时，强行切换到另一路天线输入通道；该方案要求分别为两路天线输入配置一个接收信号强度指示(Receiver Signal StrengthIndicator，下称RSSI)单元，需要的RSSI单元数和系统通道数相同。第二种是同时动态监测两路接收信号强度，自动选择信号强度大的那一路天线来提供输入通道；该方案要求分别为两路天线输入配置两个独立的RSSI单元。
上述现有技术的不足之处在于，第一种方案中的通道切换较为被动，仅当信号强度很弱时才启动切换，而通常此时已经发生通讯误码；另外，该方案中的切换时机很可能会落入一帧数据的传输过程中，切换造成的瞬态干扰会导致额外的误码产生；此外，由于切换前无法得知其它通道的信号情况，若切换后的信号强度更弱，则会导致误码加剧。
第二种方案虽然克服了第一种方案的部分缺点，能始终选择信号强度较大的天线作为信号输入通道，但因为RSSI单元的总数为通道数的两倍，每两个RSSI单元必须连接到不同的天线输入并始终将接收频率设置为同步，从而要求这两个RSSI单元具有完整的输入、混频和中频电路，导致该方案的实现较为复杂并付出相对较高的成本；此外，该方案根据信号强度比较结果进行的强行切换，与第一种方案一样，并不能解决因切换瞬间干扰引起的误码问题。
发明内容 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足而提出一种空间分集接收装置及输入通道切换方法，用于遥测监护或测试设备，实现对信号强度较大的天线输入通道的实时选择，并避免切换瞬间产生干扰误码；同时具有低实现成本。
为解决上述技术问题，先考虑如图1所代表的试验，该图以两副天线为例，示意了随发射盒移动而遥测接收的两个空间通道信号，它们的强度用RSSI来衡量。实验发现，由于多径效应和波形叠加等因素引起的空间特定点信号衰落具有特点：①在空间的不同位置，尤其相距1/4波长以上的位置，通常不会同时发生衰落；②在175～614MHz频段内，当发射源按正常行走速度移动时，一个完整接收信号的衰落周期通常在200mS左右。
因此，本发明的基本构思为，在空间不同位置架设两副或两副以上的天线，为每个接收通道配置一个RSSI单元，基于对接收信号的实时分析，选择预定时机，例如传输数据帧的帧间空隙或完成一帧数据的传输后，进行所述强行切换并动态选择信号较强的天线，当以不超过100mS(衰落全周期的1/2)的周期进行切换判断时，可以大大减少瞬态干扰导致的误码。还可以利用RSSI值的变化趋势分析，来缩短读取RSSI值的等待时间，从而减少通道切换判决时间，以进一步提高实时性。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种空间分集接收的输入通道切换方法，基于遥测监护或测试系统的接收设备，该监护系统有至少两副天线，包括步骤：
A.由所述接收设备的主控制电路控制选择来自所述多副天线之一的输入信号，送往接收通道；
C.所述主控制电路将该通道内接收信号强度指示单元输出的当前信号RSSI值记录为原始RSSI值；
D.所述主控制电路控制选择来自另一天线的输入信号，送往所述接收通道；
尤其是，还包括步骤：
B.所述主控制电路等待并选择预定时机来进行步骤C～E；
E.所述主控制电路读取所述接收信号强度指示单元输出的当前RSSI值；再判决输入
所述通道的信号是继续来自当前被选择天线，还是切换回为来自上一被选择天线；所述步骤B～E被反复执行。
上述方案中，步骤B中所述预定时机的确定包括步骤：
a.所述主控制电路接收并分析来自所述接收通道的传输数据，查找位同步和帧同步信号；
b.若检测到所述同步信号，则继续进行数据帧结构判断，以检测到帧间空隙或应答初期的时机为所述预定时机；否则，以计时满一帧数据完成传输的时间为所述预定时机。
上述方案中，步骤E中，所述主控制电路是等待一预定时间后读取所述当前RSSI值的，该值为当前输入信号下的RSSI趋势值。
上述方案中，所述主控制电路的判决过程包括：比较所述原始RSSI值和当前RSSI值，若前者大于后者，则该主控制电路控制输入信号切换回为来自上一被选择天线；否则，继续保持输入信号来自当前被选择天线。
上述方案中，所述接收通道至少有2个，分别工作在不同的接收频率上，并且它们的输入信号分别受所述主控制电路控制选择。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种空间分集接收装置，用于包括若干副天线的遥测监护或测试系统，该接收装置包括主控制电路和至少一个包括射频选择开关的接收通道；所述主控制电路控制所述射频选择开关，以将来自所述若干天线的多个输入信号择一送往所述接收通道的接收模块；尤其是，所述接收模块包括一个接收信号强度指示单元，输出对应于输入信号的RSSI值并送往所述主控制电路；所述主控制电路还接收经由所述接收模块获得的传输数据。
上述方案中，所述接收通道不少于两个时，每一所述天线的输出经放大电路和分支电路后分成相应的若干路，分别输出往各所述射频选择开关。
采用上述各技术方案，可以动态实时监测和切换天线，有良好抗发射体运动等引起的信道衰落能力，并完全消除由天线切换产生的瞬态干扰；同时因每一接收通道仅设置一个RSSI单元，从而具有系统结构简单，成本低，功耗小的优势。
附图说明 图1是现有技术接收信号的信道衰落现象示意图
图2是本发明接收装置的接收系统框图
图3是本发明方法的处理流程图
具体实施方式 下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
本发明接收装置包括主控制电路和至少一个包括射频选择开关的接收通道；用于包括若干副天线的遥测系统，当所述接收通道不少于两个时，每一所述天线的输出经放大电路和分支电路后分成相应的若干路，分别输出往各所述射频选择开关。如图2所示，以但不限于2副天线、4接收通道为例，所述主控制电路控制所述射频选择开关，以将来自天线1和天线2的两个输入信号择一送往相应通道的接收模块。所述各接收模块分别包括一个接收信号强度指示单元(RSSI单元)，输出对应于输入信号的RSSI值并送往所述主控制电路；该值可以是经由A/D转换器送往所述主控制电路。所述主控制电路还接收经由所述各接收模块获得的传输数据；这些接收模块可以被设置成工作在不同的接收频率上，从而可以在例如175MHz～614MHz频段的范围内共用所述天线，它们的输入信号分别受所述主控制电路控制选择。
如图3所示流程图，为了避免切换瞬间产生干扰误码，本发明基于所述接收装置提出了一种输入通道切换方法，通过固化在所述主控制电路中的软件来实施。对于每个接收通道，该方法包括步骤：
A.接收通道启用后，由主控制电路控制选择来自所述多副天线之一的输入信号，送往接收通道；再反复执行下列步骤：
B.所述主控制电路等待并选择预定时机来进行步骤C～E；
C.该主控制电路将通道内RSSI单元输出的当前信号RSSI值记录为原始RSSI值；
D.控制选择来自另一天线的输入信号，送往所述接收通道；
E.读取所述接收信号强度指示单元输出的当前RSSI值；再判决输入所述通道的信号是继续来自当前被选择天线，还是切换回为来自上一被选择天线。
因为在天线切换过程中，RSSI值需要较长的时间(例如5ms)才能稳定下来，为了有效地缩短了天线切换的判决时间，本发明步骤E中，主控制电路不等到RSSI值稳定，而是等待一预定时间后读取该值，从而得出当前输入信号下的RSSI趋势值。这一预定相对短的时间可以以1mS为例，具体取决于所述RSSI单元的硬件特性。
所述判决过程包括：比较所述原始RSSI值和当前RSSI值，若前者大于后者，则该主控制电路控制输入信号切换回为来自上一被选择天线；否则，继续保持输入信号来自当前被选择天线。
步骤B是本发明的要点。为了避免切换发生在数据帧传输过程中，所述预定时机可以设置为等待一帧数据完成传输的时间，这样系统每隔一个固定的时间进行天线切换。对于175MHz～614MHz频段范围的接收信号而言，该时间一般不超过100ms。为了避免系统长时间的累积误差，该预定时机最好如图3所示按以下步骤来确定：
a.所述主控制电路接收并分析来自所述接收通道的传输数据，查找位(training bit)同步和帧同步信号；
b.若检测到所述同步信号，则继续进行数据帧结构判断，以检测到帧间空隙或应答初期的时机为所述预定时机；否则，以计时满一帧数据完成传输的时间为所述预定时机。这样，可以在极端情况下，比如在来自两个天线的输入信号均很弱的小概率事件发生时，启动周期性的强制切换比较，直到恢复数据帧的同步切换比较。
因为不同天线的信号强度各异，从而接收模块输出的RSSI信号幅度也各异，使用上述方法，即使当所述监护系统有至少三副天线时，所述步骤D和E可以被多次反复执行，直到来自各天线的输入信号都被所述接收信号强度指示单元检测过；因此主控制电路总会选择信号强度大的天线作为下一帧数据的输入天线，并且本接收装置中的每一个不同频率的接收模块均可以通过分支电路和射频选择开关来独立选择信号强度大的输入天线。
本发明中的各所述天线并不限定为单架天线，还可以包括由若干架天线构建的天线阵。
本发明经实验验证显示出良好的抗无线信号衰落效果。
Claims (11)
1.一种空间分集接收的输入通道切换方法，基于遥测监护或测试系统的接收设备，该监护系统有至少两副天线，包括步骤：
A.由所述接收设备的主控制电路控制选择来自所述多副天线之一的输入信号，送往接收通道；
C.所述主控制电路将该通道内接收信号强度指示单元输出的当前信号RSSI值记录为原始RSSI值；
D.所述主控制电路控制选择来自另一天线的输入信号，送往所述接收通道；
其特征在于，还包括步骤：
B.所述主控制电路等待并选择预定时机来进行步骤C～E；
E.所述主控制电路读取所述接收信号强度指示单元输出的当前RSSI值；再判决输入所述通道的信号是继续来自当前被选择天线，还是切换回为来自上一被选择天线；所述步骤B～E被反复执行。
2.根据权利要求1所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于：
步骤B中，所述预定时机为等待一帧数据完成传输的时间。
3.根据权利要求1所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于，步骤B中所述预定时机的确定包括步骤：
a.所述主控制电路接收并分析来自所述接收通道的传输数据，查找位同步和帧同步信号；
b.若检测到所述同步信号，则继续进行数据帧结构判断，以检测到帧间空隙或应答初期的时机为所述预定时机；否则，以计时满一帧数据完成传输的时间为所述预定时机。
4.根据权利要求2或3所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于：
所述一帧数据完成传输的时间不超过100ms。
5.根据权利要求1所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于：
步骤E中，所述主控制电路是等待一预定时间后读取所述当前RSSI值的，该值为当前输入信号下的RSSI趋势值。
6.根据权利要求1或5所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于，所述主控制电路的判决过程包括：
比较所述原始RSSI值和当前RSSI值，若前者大于后者，则该主控制电路控制输入信号切换回为来自上一被选择天线；否则，继续保持输入信号来自当前被选择天线。
7.根据权利要求1所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于：
当所述监护系统有至少三副天线时，所述步骤D和E被多次反复执行，直到来自各天线的输入信号都被所述接收信号强度指示单元检测过。
8.根据权利要求1或7所述空间分集接收的输入通道切换方法，其特征在于：
所述接收通道至少有2个，分别工作在不同的接收频率上，并且它们的输入信号分别受所述主控制电路控制选择。
9.一种空间分集接收装置，用于包括若干副天线的遥测监护或测试系统，该接收装置包括主控制电路和至少一个包括射频选择开关的接收通道；所述主控制电路控制所述射频选择开关，以便将来自所述若干天线的多个输入信号择一送往所述接收通道的接收模块；其特征在于：
所述接收模块包括一个接收信号强度指示单元，输出对应于输入信号的RSSI值并送往所述主控制电路；所述主控制电路还接收经由所述接收模块获得的传输数据。
10.根据权利要求9所述的空间分集接收装置，其特征在于：
所述RSSI值是经由A/D转换器送往所述主控制电路的。
11.根据权利要求9所述的空间分集接收装置，其特征在于：
所述接收通道不少于两个时，每一所述天线的输出经放大电路和分支电路后分成相应的若干路，分别输出往各所述射频选择开关。
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