CN102340381B - 一种无线通信分集处理系统 - Google Patents
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Abstract
一种无线通信分集处理系统，是增加空间上多个自带天线的接收节点，通过空间分集以明显改善系统的接收性能。在信道编码上，采用信息帧传输机制，有利于检测和校正单个信息帧的差错。通过一台无线管理主机，内置多个接收处理模块对多个接收节点的校验信息帧序列进行再分集处理后，表决得到一份有效数据帧。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信分集处理系统，尤其是该系统采用了不同于传统分集的固件以数据包为单元的分集处理方法。
背景技术
无线通信的最大特点是具有多径效应。使得无线接收端的接收信号包含多普勒频移和深度衰弱，以及时延。如何及时准确无误地接收高速通信数据是无线通信系统的基本技术难题。一般无线通信系统中天线的摆放采用的分集方法有（1）空间分集：不同天线的接收信号相互独立；（2）极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立。天线分集的作用主要为信号强度的识别，其取舍是位级别的，并不能保证得到完全正确的帧信息。采用分集方法能在空间上获得尽可能多的数据样本，判断的内容是一串完整的数据。
发明内容
本发明的目的是在空间分集与极化分集的基础上，提供一种信息帧编码及校验方法，以及空间多组接收信息帧进行实时判决处理，并汇集为一份有效接收信息帧所采用的独特方法。该方法用以提高通信的数据传输可靠性。
为实现上述目的，本发明给出的思路是，增加空间上多个自带天线的接收节点，通过空间分集以明显改善系统的接收性能。在信道编码上，采用信息帧传输机制，有利于检测和校正单个信息帧的差错。通过一台无线管理主机，内置多个接收处理模块对多个接收节点的校验信息帧序列进行再分集处理后，表决得到一份有效数据帧。具体技术方案如下：
一种无线通信分集处理系统，包括系统管理主机、无线管理主机、无线数据接收节点和无线数据发射单元；无线数据发射单元有一个或多个，每个无线数据发射单元对应一组无线数据接收节点，每组无线数据接收节点有多个；各组中的无线数据接收节点与无线管理主机通信，无线管理主机与系统管理主机进行通信；
各组无线数据接收节点中各个无线数据接收节点的天线是空间分布不相关、方向性不同的天线，这组无线数据接收节点接收到来自同一无线数据发射单元的无线信号；
无线管理主机包括接收处理模块、控制单片机、中继单片机和通信模块；所述接收处理模块分为一组或多组，其组数与无线数据接收节点的组数相同，一组接收处理模块对应一组无线数据接收节点；每组接收处理模块包括多个接收板，接收板的数量与相应组的无线数据接收节点数量相同，并且一个接收板对应与一个无线数据接收节点通信；
每个接收节点将接收到的数据流发送到接收处理模块中对应的接收板；接收板对数据进行校验，并把校验结果传给控制单片机，由控制单片机进行裁决；控制单片机裁决后，如果决定接收，则通知接收处理模块，由接收处理模块将之前接收到的数据发送给中继单片机，中继单片机将数据存储在存储器中，或直接通过通信模块转发给系统管理主机，完成数据的分集处理转发。
所述无线数据发射单元收到系统管理主机命令后，将预先存放的用户数据逐个打包成信息帧，并顺序进行射频调制后发出；相应组的无线数据接收节点把接收的无线信号经过解调后得到各信息帧，再把这些信息帧传输到无线管理主机；
无线管理主机中，相应组接收处理模块根据各组信息帧的协议要求进行帧校验；
所述控制单片机表决接收处理模块的有效性、并保存在无线管理主机的存储器中，或转发给系统管理主机（即PC机），来完成用户数据的无线可靠准实时传输。
接收处理模块收到控制单片机的裁决决定接收到通知后，才将接收到的信息帧发送给中继单片机。
所述信息帧分帧头域、帧编号域、单位用户数据域、校验域和帧尾域五个域；各域的字节长度固定，帧头和帧尾域内容固定，根据用户数据总长度和单位用户数据长度，确定描述帧顺序的编号域长度；每个无线数据发射单元发出的信息帧的帧头不同。
各组接收处理模块根据信息帧协议要求，对接收到的信息帧进行逐个校验，然后通过电平信号将校验结果汇集给控制单片机；控制单片机根据同一组接收处理模块送来的若干校验结果时序，来裁决选择该组一个接收模块，将完整、校验正确的信息帧转发给中继处理器。
本系统采用空间分集，使用多个接收节点接收同一个发射单元的无线数据。发射单元发送的信息帧采用包为单元的数据封装办法，在无线管理主机中对多路接收数据进行数据包判别，作为分集表决的依据。在无线管理主机中采用单片机组对一个发射单元的多接收节点转发数据进行以包为单位的判别分集，对多个接收节点所接收发射单元的数据进行分集处理。
本系统采用固件方案对帧进行分集，大大提高了分集判决的有效性。减小了数据传输的误码率。在实时性要求不高的通信场合下，还可对用户数据进行编码，进一步提高分集判决的有效性。本发明，比采用多幅接收天线接收合并多路不相关性信号的位分集方案更加可靠，可以做到转发信息帧无误码。
附图说明
图1是无线通信分集处理系统示意图。
图2是无线管理主机组成示意图。
图3是无线管理主机控制过程示意图。
图4是信息帧格式。
图5是控制单片机裁决示意图。
图6是无线数据接收节点示意图。
图7是无线数据发射单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步说明如下：
本发明的总体技术方案是，增加空间上多个自带天线的接收节点，通过对天线进行空间分集以明显改善系统的接收性能。在信道编码上，采用信息帧传输机制，有利于检测和校正单个信息帧的差错。通过一台无线管理主机，内置多个接收处理模块对多个接收节点的校验信息帧序列进行再分集处理后，表决得到一份有效数据帧。
无线通信分集处理系统有无线数据发射单元、多个无线数据接收节点、无线管理主机及系统主机组成。
如图1，本例中，无线通信分集处理系统中有两个独立的无线数据发射单元和两组无线数据接收节点，每组有3个无线数据接收节点，每个接收节点将接收到的数据流发送到无线管理主机。
无线数据发射单元收到管理主机命令后，将预先存放的用户数据逐个打包成信息帧，并顺序进行射频调制后发出。空间分布不相关、方向性各异的天线装配到一组无线数据接收节点中，这组节点接收到来自同一单元的无线信号，接收的无线信号经过解调后得到各信息帧，这些信息帧传输到无线管理主机。
无线管理主机包括单组或多组接收处理模块，接收处理模块与无线数据接收节点的数量相同，各组接收处理模块分别根据各组信息帧的协议要求进行帧校验；
各组接收处理模块的校验结果汇集到无线管理主机的裁决处理器，由裁决处理器表决其中一个接收处理模块的有效性并保存在无线管理主机的存储部件中，或转发给系统管理主机（即PC机），来完成用户数据的无线可靠准实时传输。
如图2，本例中，无线管理主机的内部分两组接收处理模块。
第一组接收处理模块为接收板11、12和13，分别接收图1中无线节点1、2和3的数据；第二组为接收板21、22和23，分别接收图1中无线节点4、5和6的数据。接收处理模块将校验结果送给控制单片机，由控制单片机裁决通知接收处理模块。接收处理模块将之前接收到的信息帧发送给中继单片机，中继单片机将信息帧顺序存储在本地存储器，或通过通信模块转发给系统管理主机，完成数据的分集处理转发。
无线数据发射单元根据信息帧协议要求，组织用户数据发送。
接收处理模块，根据信息帧协议进行校验。
信息帧分帧头域、帧编号域、单位用户数据域、校验域和帧尾域五个域。各域的字节长度固定，帧头、帧尾域内容固定，根据用户数据总长度和单位用户数据长度，确定描述帧顺序的编号域长度。如图4，实例中给出了两个无线数据单元同时传输的帧格式。为了区别两路信息，两个单元的帧头是不同的。为了保证同时传输两组信息帧，中继单片机采用了两倍于无线单元通信波特率。
各组的若干接收处理模块根据信息帧协议要求，对接收到的信息帧进行逐个校验。通过电平信号将校验结果汇集给裁决处理器。
裁决处理器（即控制单片机），根据同一组接收处理模块送来的若干校验结果时序，来裁决选择该组一个接收模块，将完整、校验正确的信息帧转发给中继处理器。
如图5，实例中描述了裁决处理器如何转发、如何判决。当正在转发时，完成当前帧的转发或存储。通过CLR信号清除掉对应接收处理模块的校验信号，并继续分组查询和表决下一次有效的校验信号。
如图6，本例中，无线数据接收节点由依此连接的天线、无线模块（用于无线接收/发射）、单片机和通信模块（同于通信接口转换）组成。
如图7，本例中，无线数据发射模块由依此连接的天线、无线模块（用于无线接收/发射）、单片机和测量单元（用于采集用户数据）组成，同时还有电源模块为本单元供电。
Claims (4)
1.一种无线通信分集处理系统，其特征是包括系统管理主机、无线管理主机、无线数据接收节点和无线数据发射单元；无线数据发射单元有一个或多个，每个无线数据发射单元对应一组无线数据接收节点，每组无线数据接收节点有多个；各组中的无线数据接收节点与无线管理主机通信，无线管理主机与系统管理主机进行通信；
各组无线数据接收节点中各个无线数据接收节点的天线是空间分布不相关、方向性不同的天线，这组无线数据接收节点接收到来自同一无线数据发射单元的无线信号；
无线管理主机包括接收处理模块、控制单片机、中继单片机和通信模块；所述接收处理模块分为一组或多组，其组数与无线数据接收节点的组数相同，一组接收处理模块对应一组无线数据接收节点；每组接收处理模块包括多个接收板，接收板的数量与相应组的无线数据接收节点数量相同，并且一个接收板对应与一个无线数据接收节点通信；
每个无线数据接收节点将接收到的数据流发送到接收处理模块中对应的接收板；接收板对数据进行校验，并把校验结果传给控制单片机，由控制单片机进行裁决；控制单片机裁决后，如果决定接收，则通知接收处理模块，由接收处理模块将之前接收到的数据发送给中继单片机，中继单片机将数据存储在存储器中，或直接通过通信模块转发给系统管理主机，完成数据的分集处理转发。
2.根据权利要求1所述系统，其特征是所述无线数据发射单元收到系统管理主机命令后，将预先存放的用户数据逐个打包成信息帧，并顺序进行射频调制后发出；相应组的无线数据接收节点把接收的无线信号经过解调后得到各信息帧，再把这些信息帧传输到无线管理主机；
无线管理主机中，相应组接收处理模块根据各组信息帧的协议要求进行帧校验；
所述控制单片机表决接收处理模块的有效性、并把信息帧保存在无线管理主机的存储器中，或转发给系统管理主机，来完成用户数据的无线可靠准实时传输；
接收处理模块收到控制单片机的裁决决定接收的通知后，才将接收到的信息帧发送给中继单片机。
3.根据权利要求2所述系统，其特征是所述信息帧分帧头域、帧编号域、单位用户数据域、校验域和帧尾域五个域；各域的字节长度固定，帧头和帧尾域内容固定，根据用户数据总长度和单位用户数据长度，确定描述帧顺序的编号域长度；
每个无线数据发射单元发出的信息帧的帧头不同。
4.根据其权利要求3所述系统，其特征是各组接收处理模块根据信息帧协议要求，对接收到的信息帧进行逐个校验，然后通过电平信号将校验结果汇集给控制单片机；控制单片机根据同一组接收处理模块送来的若干校验结果时序，来裁决选择该组一个接收模块，将完整的、校验正确的信息帧转发给中继处理器。
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