CN104617993B - 一种正交双天线微功率无线通信方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于智能电表数据采集领域，提供了一种使用正交双天线的微功率无线通信装置及算法，包括接收控制算法和发送控制算法，本发明利用通信装置的垂直极化天线A和水平极化天线B的切换及算法，增加通信覆盖，抵消的信号衰减和天线极化方向偏移，从而改善信号传输质量。本双天线装置与单天线同类装置相比，可增加4‑8dBm接收增益且无兼容冲突。

Description

一种正交双天线微功率无线通信方法和装置

技术领域

本发明属于智能电表数据采集领域，尤其涉及一种正交双天线微功率无线通信装置和方法。

背景技术

自动化抄表已经广泛的应用于民用和工业领域，例如：家庭里的水表、气表和电表等等。现有的智能电表微功率嵌入通信装置采用单天线的方式，整个系统可由智能电表中的无线通信分节点装置和布置在楼道里的中心通信处理的主节点通信装置构成。对于位置较近的无线分节点收发装置，中心通信处理装置可以通过直连的方式建立通信连接；而对于位置较远的无线收发装置，中心处理装置则会基于由分节点无线收发装置构成的路由网络建立连接，其中，各个表中的无线收发装置都属于所述路由网络中的分节点。

然而，现有技术中存在一个问题，即中心处理装置在向目标无线收发装置发送请求消息后，倘若没有接收到数据内容，往往需要通过增大发送功率的等方法来解决通信连接问题，这样不仅降低了传输和接收效率，也增加了装置供电的负担。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种正交双天线微功率无线通信方法和装置，以解决密闭障碍通信情况下现有单天线技术中在处理信号强度弱时，存在的信号接收覆盖不足或需要调节并增大发射功率的问题。

为了解决上述问题，一方面，本发明实施例提供了一种正交双天线微功率无线通信装置，所述装置包含在封闭的塑料壳空间内，位于所述装置的电路板外围的两边，部署有垂直和水平方向的2根等长的螺旋形天线，所述天线的长度根据其所应用的组网通信的频段而定。

另一方面，本发明实施例提供了一种正交双天线微功率无线通信方法，所述方法包括：

垂直天线A和水平天线B分别完成当前无线信号的接收采样，并保存相应的采样值；比较两者采样的无线信号强度，确认采样值较大的天线；控制射频控制模块切换到对应采样值较大的天线完成后续的无线数据的接收或者发送。

本发明通过所述一种正交双天线微功率无线通信方法和装置，克服了现有智能电表无线采集领域中单天线方式存在的不足，即单极化的感知信号覆盖不足或存在信号感知死角。本发明实施例提出了正交双天线的实现方案，实现了相同功率下更可靠的无线数据接收和发送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种应用正交双天线微功率无线通信装置的系统框图；

图2是本发明实施例提供的一种封装于壳内的电路板及天线结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种接收控制流程图；

图4是本发明实施例提供的一种正交双天线微功率无线通信装置通信效果说明图；

图5是本发明实施例提供的一种正交双天线微功率无线通信与单天线无线通信的发射功率与误包率对比效果图；

图6是本能发明实施例提供的使用了正交双天线接收器与使用单天线的接收器的通信覆盖范围比较图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

本实施例是介绍本发明所应用的具体场景，这是为了能够更清楚的了解本发明所涉及的领域，以及在具体场景中的实现方式。

如图4所示，演示了隐蔽安装于电表中的无线RF收发器(即本发明各实施例中的正交双天线微功率无线通信装置)的两种通信状况：一种情况是两电表中的RF收发器同楼层通信，其中，垂直极化天线效果优于水平极化天线；另一种情况是两电表中的RF收发器上下楼层通信，此时水平极化天线效果会明显效果优于垂直极化天线。而采用本发明实施例提供的正交双天线微功率无线通信装置和方法，则可以自动应变上述两种情况，从而确保了不同链路通信的可靠性。

一般的自动化抄表系统通常由1个主节点和N个分节点和的通信装置组网构成；若要达到较高的组网效率，较快的采集通信速率，较可靠的系统稳定性；往往需要将构成一级路由分节点通信装置的密闭天线外置处理(可增加增益约3-6dBm)；但这就破坏了电表的型式结构和安装规范，且外破的可能性大大增加。而采用本正交双天线本专利通信装置组网通信，可很好的解决上述问题。如图6所示，展示了使用本发明实施例提出的正交双天线接收器与使用现有技术中单天线的接收器的通信覆盖范围比较图。

图5表明在使接收的目标无线收发装置误包率优于1％时，其正交双天线接收端要求的发射方的功率显著小于单天线接收所要求的发射方的功率。或者说在发射端同样发射功率的障碍通信情况下，使用正交双天线的接收端可以距离更远。

实施例二

如图4所示，本发明实施提供了一种正交双天线微功率无线通信装置，所述装置包含在封闭的塑料壳空间内，位于所述装置的电路板外围的两边，部署有垂直和水平方向的2根等长的螺旋形天线，所述天线的长度根据其所应用的无线网络通信系统的频段而定。

其中，塑料壳的外尺寸优选的为50mm×70mm×22mm，所述螺旋形天线离板空高约5-7mm。所述装置设置有插槽口，装置电路板上的插针通过所述插槽口展露出来，以便能够插到无线传感器装置中。

在本实施例中，所述装置的电路板如图1所示，还包含处理模块22、射频控制模块21和应用接口模块23，具体包括：

射频控制模块21连接所述垂直天线和水平天线；

处理模块22连接应用接口模块23，应用接口模块23连接传感器装置，处理模块22和应用接口模块23连接传输无线收发装置与传感器装置之间的数据；

处理模块22连接射频控制模块21，可控制所述射频控制模块21在所述垂直天线和水平天线进行天线的切换；

本发明实施例提出了垂直双天线的实现方案，并基于该垂直水平双天线的采样，完成天线优选，实现了相同功率下更高效的无线数据发送和接收。具体的电路板实物图，如图2所示。选择天线时的具体流程如图3所示。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种正交双天线微功率无线通信装置，所述装置包含在封闭的塑料壳空间内，位于所述装置的电路板外围的两边，部署有垂直和水平方向的2根等长的螺旋形天线，所述天线的长度根据其所应用的无线组网通信的频段而定；所述装置的电路板还包含处理模块(22)、射频控制模块(21)和应用接口模块(23)，具体包括：

射频控制模块(21)连接所述垂直天线和水平天线，所述垂直天线用于同楼层之间的通信，所述水平天线用于上下楼层之间的通信；

应用接口模块(23)通过串口连接采集传感器装置，用于传输与采集传感器装置之间的数据；

处理模块(22)连接射频控制模块(21)，用于控制所述射频控制模块(21)在所述垂直天线和水平天线进行天线的切换；

处理模块(22)连接应用接口模块(23)，用于完成和采集传感器装置之间的数据交互。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋形天线离板空高约5-7mm。

3.一种正交双天线微功率无线通信方法，其特征在于，所述方法包括：

将装置包含在封闭的塑料壳空间内，在位于所述装置的电路板外围的两边，部署有垂直和水平方向的2根等长的螺旋形天线，所述天线的长度根据其所应用的无线组网通信的频段而定；所述装置的电路板还包含处理模块(22)、射频控制模块(21)和应用接口模块(23)；

所述射频控制模块(21)连接所述垂直天线和水平天线，所述垂直天线用于同楼层之间的通信，所述水平天线用于上下楼层之间的通信；

应用接口模块(23)通过串口连接采集传感器装置，用于传输与采集传感器装置之间的数据；

处理模块(22)连接射频控制模块(21)，用于控制所述射频控制模块(21)在所述垂直天线和水平天线进行天线的切换；

处理模块(22)连接应用接口模块(23)，用于完成和采集传感器装置之间的数据交互；

垂直天线A和水平天线B分别完成当前无线信号的采样，比较两者采样的无线信号强度，确认采样值较大的天线；

控制射频控制模块(21)切换到对应采样值较大的天线完成后续的无线数据的接收；

在发送新的无线数据包时，采用在先使用过的垂直天线A或水平天线B来发送数据包；

如果未能发送成功，则处理模块控制射频控制模块切换另一根天线来发送所述无线数据包。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直天线A和水平天线B分别完成当前无线信号的采样，具体包括：

处理模块(22)以能够分析信号强度最短时间为采样单位，在所述垂直天线A完成了所述采样单位的无线信号后，切换为所述水平天线B完成相应的无线信号采样；

处理模块(22)根据接收的采样单位的信号值，比较所述垂直天线A和水平天线B的信号强度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行无线信号的采样时，

所述处理模块进入无线信号强度计算流程，此时不进行无线信号的解析。