CN103716246A - 一种智能无线路由器及其功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能无线路由器，包括依次连接的调节开关、逻辑转换电路、处理器、基带单元、TX/RX高频开关和天线；逻辑转换电路用于将调节开关的选档信号转换为处理器可识别的二进制代码；处理器用于根据逻辑转换电路发送的二进制代码，输出使基带单元改变其产生功率的大小的命令；基带单元根据处理器的命令改变其产生功率的大小。本发明还提供一种智能无线路由器功率控制方法。本发明可以根据客户需求，通过拨动外置选档开关，完成对智能无线路由器发射功率大小的调节，以适合各类无线传输的顺利完成，达到大范围覆盖无线网络设备的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线路由器及其功率控制方法。
背景技术
智能无线路由器无线设备目前被限定在两个特定频段（Frequency Band）上操作， 2.4GHz和5Ghz频段，每个频段都有相应的频宽（Bandwidth），频宽是评价链路（Link）数据传输能力的基准。但是无线路由器及其关联的无线通讯设备支持的频宽只是一个理论值，实际上一个完整的无线信号传输过程受到各种环境和突发事情的影响。
空气中到处都是随机的电磁波，无线通讯接收设备必须从背景的杂讯中分辨出来自于智能无线路由设备的信号。如果接收条件变差，信号就愈容易被杂讯淹没，无线接收设备与无线路由器之间的通讯就会中断。
在传统无线路由器组建的网络中，网络的速度受到距离远近的影响，不同的网络传输标准又定义出了不同的调制方式，速度范围从1 Mbps到1000 Mbps。无线通讯设备的接收器电路必须能够分辨不同的状态，方能将位元数据从电波信号中取出。较高速的调制方式在特定时间内可以封装更多的位元，因此需要比较乾净的信号（以及更高的信噪比）方能成功解码。所以效能绝大部分取决于信噪比（signal-to-noise ratio，简称SNR）这个决定性因素。由图1中可以看出在相同的噪音基础上SNR1>>SNR2，无线通讯设备能获取的signal1的几率要远大于signal2。
无线电波信号行经空间传播时便会衰减，在无线通讯网络覆盖的有限范围内，杂讯基准还不至于有太大的波动，不过距离一长，信号的衰减就会影响接收端的信噪比。当无线通讯设备逐渐远离无线路由器，信号准位就会不断下滑；既然杂讯基准不变，信号的衰减就会造成信噪比的下滑。与无线路由器的距离增加，接收到的信号就愈趋近杂讯基准。距无线路由器较近的无线通讯设备有较高的信噪比。以无线网络通讯过程而言，当信噪比过低以至于无法使用较高的速率，无线路由器就会降速，以便使用信噪比要求较低的数据率。然后我们的通讯又要求是要特定频宽来传输某些大容量的数据包，如影音图像数据、即时的语音通讯、大容量文件等等。
目前传统的无线路由器都是采用固定的基带输出，固定增益的功率放大器(PA，power amplifier)，来得到固定的发射功率。如某品牌标称发射功率为22dbm的无线路由器，其内部结构为：无线发射功率基带输出功率为-7dbm，板载无线功率放大器增益为32db，线路衰减为3db，输出结果为：Pout=基带输出功率+功放增益-线路衰减=-7dbm+32db-3db=22dbm。
首先，这种发射原理的无线路由设备永远是那么大的功率，效率低、耗能。
其次，这种发射原理的无线路由设备不能灵活适应各种传输的场合，譬如：用户A住的是70平米的房子，用户B住的是100平米的房子，用户C住的是2层楼的别墅，同一款普通路由器对于ABC三位用户来讲，其发射功率也许刚好适合用户B的100平米的房子，那么它对于用户A的70平米的房子来说是多余，但对于用户C的2层楼别墅来讲又有半层无法覆盖。
再次，不能满足客户随心所欲对无线功率调节的诉求，不能满足同一环境下，对不同使用终端的带宽要求，譬如：某用户在离路由器10米的一个比较远的房间想上网聊天很流畅，有一天突然想在这个房间上网看电影，按照路径的衰减理论，如图2所示（传输量与传输距离的关系）在距离稍远的地方，无线传输工程会自动降低带宽来适应传输过程的完成，那么该用户可能在系统分配的带宽条件下根本无法完成看电影这一诉求，也就是说同一个地方只能做一件事情。
发明内容
为解决现有无线路由器功率固定、不能灵活适应不同空间环境的技术问题，本发明提供一种智能无线路由器，包括依次连接的调节开关、逻辑转换电路、处理器、基带单元、TX/RX高频开关和天线；
逻辑转换电路用于将调节开关的选档信号转换为处理器可识别的二进制代码；
处理器用于根据逻辑转换电路发送的二进制代码，输出使基带单元改变其产生功率的大小的命令；
基带单元根据处理器的命令改变基带单元产生功率的大小。
进一步的，
处理器用于根据逻辑转换电路发送的不同二进制代码，输出使基带单元产生相对应的不同功率的命令；
基带单元根据处理器发出的不同命令产生相对应的不同功率。
进一步的，
智能无线路由器还包括与处理器连接的存储模块，用于存储功率目录表，功率目录表记录着基带单元能够产生的多个功率所对应的功率值；
处理器用于根据逻辑转换电路发送的二进制代码在存储模块的功率目录表中选定一个功率值，并根据选定的功率值，输出使基带单元产生与该被选定的功率值相同功率值的功率的命令；
基带单元根据处理器的命令产生与该被选定的功率值相同功率值的功率。
进一步的，
存储模块为Flash存储器。
进一步的，
在基带单元和TX/RX高频开关之间接入有功率放大器，用于放大基带单元产生的功率。
进一步的，
在基带单元和TX/RX高频开关之间接入有低噪音功放器，用于放大由TX/RX高频开关向基带单元输出的信号。
本发明还提供一种智能无线路由器功率控制方法，包括如下步骤：
步骤s1：在存储模块中预先存储有功率目录表，功率目录表记录着基带单元能够产生的多个功率所对应的功率值；
步骤s2：调节开关被置于第一功率档位，处理器从功率目录表中选定该第一功率档位对应的第一功率值，再命令基带单元产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s3：基带单元产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s4：将调节开关由第一功率档位转换到第二功率档位从而向逻辑转换电路发出一个信号；
步骤s5：逻辑转换电路接收调节开关发出的信号后将其转换成处理器能够识别的信号，并向处理器发送；
步骤s6：处理器根据逻辑转换电路的信号，从功率目录表中选定与第二功率档位对应的第二功率值，在命令基带单元产生与该第二功率值相同大小的功率；
步骤s7：基带单元产生与该第二功率值相同大小的功率。
进一步的，
所述功率控制方法还包括：
步骤s8：基带单元产生的功率在输出后被功率放大器放大。
本发明具有以下有益效果：首先，本发明是一种基于无线路由器平台的发射功率调节方式，可以根据客户需求，通过拨动外置选档开关，完成对智能无线路由器发射功率大小的调节，以适合各类无线传输的顺利完成，达到大范围覆盖无线网络设备的目的；其次，在智能无线路由器中增加可增强无线发射信号的部件，来补偿因为传输线路的距离和杂讯基准太高的不良影响，保证智能无线路由器及其关联的无线通讯设备每个通讯过程的顺利完成。
附图说明
图1为不同信噪比的信号波形示意图；
图2为无线传输信号随距离的衰减趋势示意图；
图3为本发明实施例的智能无线路由器电路结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图3所示，本发明实施例的智能无线路由器包括依次连接的调节开关1、逻辑转换电路2、处理器3、基带单元4、TX/RX高频开关5和天线6，调节开关1与逻辑转换电路2的输入端连接，逻辑转换电路2的输出端与处理器3连接；逻辑转换电路2用于将调节开关1的选档信号转换为处理器3可识别的二进制代码；处理器3用于根据逻辑转换电路2发送的二进制代码，输出使基带单元4改变其产生功率的大小的命令；基带单元4根据处理器3的命令改变其产生功率的大小。具体的，处理器3根据逻辑转换电路2发送的不同二进制代码，输出使基带单元产生相对应的不同功率的命令，基带单元4根据处理器3发出的不同命令产生相对应的不同功率。
智能无线路由器还包括与处理器3连接的存储模块，其存储有功率目录表，功率目录表记录着基带单元4能够产生的多个功率所对应的功率值；处理器3根据逻辑转换电路2发送的二进制代码在存储模块的功率目录表中选定一个功率值，并根据选定的功率值，输出使基带单元4产生与该被选定的功率值相同功率值的功率的命令；基带单元4根据处理器3的命令产生与该被选定的功率值相同功率值的功率。存储模块为Flash存储器7，其为16MB并行存储器。
优选的，在基带单元4和TX/RX高频开关5之间接入有功率放大器8，用于放大基带单元4产生的功率；在基带单元4和TX/RX高频开关5之间接入有低噪音功放器9，用于放大由TX/RX高频开关5向基带单元4输出的信号。
调节开关1可选用机械拨动开关，譬如普通的档位拨动开关，或者按键，或者也可以是无极的变速开关。
逻辑转换电路2将拨动开关的每一档转换成处理器3能识别的二进制代码，如001、010、100等等；如果是无极变速开关，可以将整个变化行程按16级或32级等标注，行程变化到哪一级就对应处理器3识别的二进制代码，如1000、1001、1010等等。
处理器3是MIPS或RISC架构的16位网络处理器，负责整个路由器系统的运算处理工作，标配I2C总线结构，PCIE总线，和通用的GPIO硬件接口。
基带单元4为802.11N或802.11AC标准的无线芯片，包含一个MAC芯片单元，一个多进多出的基带芯片单元。
功率放大器8或低噪音功放器9是2.4G频段或者5G频段的功率放大集成电路，兼容802.11N或者兼容802.11ac的，内置3级放大单元，内置50欧姆的输入输出的匹配电路。
本实施例的智能无线路由器的功率控制方法，包括如下步骤：
步骤s1：在存储模块中预先存储有功率目录表，功率目录表记录着基带单元4能够产生的多个功率所对应的功率值；
步骤s2：调节开关1被置于第一功率档位，处理器3从功率目录表中选定该第一功率档位对应的第一功率值，再命令基带单元4产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s3：基带单元4产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s4：将调节开关1由第一功率档位转换到第二功率档位从而向逻辑转换电路2发出一个信号；
步骤s5：逻辑转换电路2接收调节开关发出的信号后将其转换成处理器3能够识别的信号，并向处理器3发送；
步骤s6：处理器3根据逻辑转换电路2的信号，从功率目录表中选定与第二功率档位对应的第二功率值，在命令基带单元4产生与该第二功率值相同大小的功率；
步骤s7：基带单元4产生与该第二功率值相同大小的功率；
步骤s8：基带单元4产生的功率在输出后被功率放大器8放大。
本实施例的智能无线路由器的工作原理为，通过调节开关1的选档，经逻辑转换电路2转换成处理器3可识别的二进制代码，通过I2C总线或者GPIO通用硬件I/O接口传输给处理器3，同时处理器3也在实时监控逻辑转换电路2输出端的信号变化，处理器2读取这些指令后快速反应，通过PCIe总线控制无线发送的基带单元4通过改变TPIs（发射功率目录表），改变基带单元4发射输出功率。通过仪器设备可测得基带输出功率从-18dbm到-5dbm的变化，配合板载无线功率放大器固定增益为35db，线路衰减为3db，
最低功率输出结果为：
Pout=基带输出功率+功放增益-线路衰减=-18dbm+35db-3db=14dbm；
最高功率输出结果为：
Pout =基带输出功率+功放增益-线路衰减=-5dbm+35db-3db=27dbm；
所以通过仪器测量输出功率可以从14-27dbm变化，通过外置功率调节方式起到了作用。
软件改变功率控制寄存器的具体方法如下：
1.建立一个发送功率目录表（TPI），表中记录了各个发送功率对应的功率控制寄存器值，最低是零，最大为基带单元最大可输出功率，写入Flash存储器中的某一页；
2.将每一级功率代表的值映射到基带单元无线发射功率寄存器，写成对应的基带单元相应寄存器控制驱动；
3.每收到一次由处理器发来的改变指令，处理器在Flash中修改的功率等级值；
4.基带单元重启并初始化；
5.基带单元重新读取功率等级值，基带单元寄存器控制驱动读Flash内容并修改相应寄存器值。
如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能无线路由器，包括依次连接的处理器（3）、基带单元（4）、TX/RX高频开关（5）和天线（6）；其特征在于：还包括调节开关（1）和逻辑转换电路（2），调节开关（1）与逻辑转换电路（2）的输入端连接，逻辑转换电路（2）的输出端与处理器（3）连接；
逻辑转换电路（2）用于将调节开关（1）的选档信号转换为处理器（3）可识别的二进制代码；
处理器（3）用于根据逻辑转换电路（2）发送的二进制代码，输出使基带单元（4）改变其产生功率的大小的命令；
基带单元（4）根据处理器（3）的命令改变基带单元（4）产生功率的大小。
2.根据权利要求1所述的智能无线路由器，其特征在于：
处理器（3）用于根据逻辑转换电路（2）发送的不同二进制代码，输出使基带单元（4）产生相对应的不同功率的命令；
基带单元（4）根据处理器（3）发出的不同命令产生相对应的不同功率。
3.根据权利要求2所述的智能无线路由器，其特征在于：
还包括与处理器（3）连接的存储模块，用于存储功率目录表，功率目录表记录着基带单元（4）能够产生的多个功率所对应的功率值；
处理器（3）用于根据逻辑转换电路（2）发送的二进制代码在存储模块的功率目录表中选定一个功率值，并根据选定的功率值，输出使基带单元（4）产生与该被选定的功率值相同功率值的功率的命令；
基带单元（4）根据处理器（3）的命令产生与该被选定的功率值相同功率值的功率。
4.根据权利要求3所述的智能无线路由器，其特征在于：
存储模块为Flash存储器（7）。
5.根据权利要求1所述的智能无线路由器，其特征在于：
在基带单元（4）和TX/RX高频开关（5）之间接入有功率放大器（8），用于放大基带单元（4）产生的功率。
6.根据权利要求1或5所述的智能无线路由器，其特征在于：
在基带单元（4）和TX/RX高频开关（5）之间接入有低噪音功放器（9），用于放大由TX/RX高频开关（5）向基带单元（4）输出的信号。
7.一种智能无线路由器功率控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤s1：在存储模块中预先存储有功率目录表，功率目录表记录着基带单元（4）能够产生的多个功率所对应的功率值；
步骤s2：调节开关（1）被置于第一功率档位，处理器（3）据此从功率目录表中选定该第一功率档位对应的第一功率值，再命令基带单元（4）产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s3：基带单元（4）产生与该第一功率值相同大小的功率；
步骤s4：将调节开关（1）由第一功率档位转换到第二功率档位从而向逻辑转换电路（2）发出一个信号；
步骤s5：逻辑转换电路（2）接收调节开关（1）发出的信号后将其转换成处理器（3）能够识别的信号，并向处理器（3）发送；
步骤s6：处理器（3）根据逻辑转换电路（2）的信号，从功率目录表中选定与第二功率档位对应的第二功率值，在命令基带单元（4）产生与该第二功率值相同大小的功率；
步骤s7：基带单元（4）产生与该第二功率值相同大小的功率。
8.根据权利要求7所述的功率控制方法，其特征在于：
步骤s8：基带单元（4）产生的功率在输出后被功率放大器（8）放大。
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