CN107612608A - 一种基于近距离通信的中继传输系统 - Google Patents

Abstract

通过本发明的一种基于近距离通信的中继传输系统，能够实现近距离通信的中继传输系统射频信号泄露功率比的自动检测，并根据检测结果自适应调节射频损耗器的射频损耗值和链路增益值，自适应优化中继传输，达到消除转发信号振荡的效果，能够保持中继装置长期稳定的工作，具有有益的技术效果。

Description

一种基于近距离通信的中继传输系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种基于近距离通信的中继传输系统。

背景技术

随着Internet技术、计算机技术、通信技术和电子技术的飞速发展，无线网络逐渐走入人们的眼帘，在有线网络技术已经发展成熟的今天，无线网络具有巨大的潜力。人们提出了“物联网”的概念，在人和环境融为一体的模式下，能够在任何时间，任何地点，以任何方式进行信息的获取与处理。近年来无线组网通信发展迅速的原因，不仅是由于技术已经达到可驾驭和可实现的高度，更是因为人们对信息随时随地获取和交换的迫切需要，从而要去各种通信技术发展的终极目标是“无处不在”。在技术、成本、可靠性及可实用性等各方面的综合考虑下，近距离无线通信技术成为了当今的热点。

随着数字通信和计算机技术的发展，许多近距离无线通信的要求被提出，近距离无线通信同长距离无线通信有很多的区别，主要如下：

1、近距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在几十m或100m(200m)之内。覆盖的范围响应也比较小。

2、无线发射器的发射功率较低，发射功率一般小于100mW。

3、自由地连接各种个人便携式电子设备、计算机外部设备和各种家用电气设备，实现信息共享和多业务的无线传输。

4、不用申请无线频道。区别于无线广播等长距离无线传输。

5、高频操作，工作频段一般以GHZ为单位。

一个典型的近距离无线通信系统基本包括一个无线发射器和一个无线接收器。目前使用较广泛的短距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，它们分别是：ZigBee、超宽频(UltraWideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT和专用无线系统等。它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。

上述近距离传输技术的一个共同优点是传输速度快，因此在一些中短距离上，如果想利用上述近距离传输技术的此优点，就必须在目标设备和源设备之间设置对应的中继装置，然而，现有的基于上述近距离传输技术的中继设备存在较为普遍的射频信号泄露，这导致转发天线发射的信号会被接收天线重新接收，从而导致系统信号失真、功率浪费、性能下降，引起射频信号振荡，严重时会把中继设备烧坏，导致用户无法正常通信。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种基于近距离通信的中继传输系统，所述系统包括蓝牙接收天线、蓝牙转发天线、低噪声前置放大器、带通滤波器、第一程控射频损耗器、第二程控射频损耗器、第一变频器、第二变频器、中间滤波器、转发功率放大器、功放监测单元、电源、蓝牙中继微处理单元、第一增益可变放大器、第二增益可变放大器、转发滤波器、数模转换器、模数转换器以及射频信号泄露功率比检测器；所述低噪声前置放大器与第一程控射频损耗器电连接；所述第一程控射频损耗器分别与第一变频器、蓝牙中继微处理单元电连接；所述第一变频器与模数转换器电连接，所述模数转换器与带通滤波器电连接；所述带通滤波器与第一增益可变放大器电连接；所述第一增益可变放大器与中间滤波器电连接；所述中间滤波器与第二增益可变放大器电连接；所述第二增益可变放大器与第二变频器电连接；所述第二变频器与数模转换器电连接，所述数模转换器与转发滤波器电连接；所述转发滤波器与第二程控射频损耗器电连接；所述第二程控射频损耗器分别与蓝牙中继微处理单元、转发功率放大器电连接；所述转发功率放大器分别与蓝牙中继微处理单元、功放监测单元电连接；所述蓝牙中继微处理单元控制还与电源和射频信号泄露功率比检测器电连接。

根据本发明的实施方式，所述射频信号泄露功率比检测器包括接收空闲信道选择单元、转发空闲信道选择单元、测试导频信号生成单元以及射频信号泄露功率比计算单元，其中：

所述接收空闲信道选择单元选择一个空闲接收信道做检测使用，统计该接收信道的数字功率，和背景噪声相比，若所述数字功率接近背景噪声，就认为当前频点是闲置的，否则继续寻找闲置信道；

所述转发空闲信道选择单元，使用一个空闲转发信道，把该转发的频点和该接收信道对应；

所述测试导频信号生成单元产生一个测试导频信号X，其为窄带或直流信号，该测试导频信号X的功率大小由所用中继设备的功率及系统的增益而定；

所述测试导频信号生成单元产生的测试导频信号X经过第二变频器进行数字上变频，然后进行数模转换器将数字信号变为模拟中频信号；

模拟中频信号经过第二变频器、转发滤波器、功率放大器、蓝牙转发天线、蓝牙接收天线、低噪声前置放大器、第一变频器、以及模数转换器成为数字基带信号Y进入射频信号泄露功率比计算单元，所述Y＝X+G-IL，其中G为系统增益、IL为蓝牙接收天线与蓝牙转发天线之间的射频信号泄露功率比，则蓝牙中继设备的射频信号泄露功率比就为IL＝G+X-Y。

根据本发明的具体及优选实施方式，所述蓝牙中继微处理单元包括处理器M1、M2、晶体管D1、电容MC1、MC2、MC3，MC4、MC5、MC6、MC7、及电阻MR1、MR2，MR3；所述处理器M1的1脚接入电源VCC；所述电源VCC接电阻MR1的2脚；所述电阻MR1的1脚分别电阻MR2的2脚、电阻MR3的1脚并联后与电容MC1的正极串联；所述电阻MR2的1脚接地；所述电阻MR3的2脚与处理器M1的2脚电连接；所述电容MC1的负极接地；所述电容MC2的正极与电容MC3的2脚并联后与处理器M1的7脚电连接；所述电容MC2的负极与电容MC3的1脚并联后接地；所述电容MC4的正极与电容MC5的2脚并联后分别与处理器M1的8脚、晶体管D1的3脚电连接；所述电容MC4的负极与电容MC5的1脚并联后接地；所述晶体管D1的1脚与2脚连接在一起，并与VCC电源相连接；所述电容MC7的正极与电容MC6的2脚并联后与处理器M1的11脚电连接；所述电容MC7的负极与电容MC6的1脚并联后接地；所述处理器M1的9脚为DATA信号端；所述处理器M1的10脚为CLK信号端；所述处理器M1的12脚为EN信号端，所述处理器M1的13脚为PLL-EN信号端；所述处理器M1的14脚，15脚，16脚，19脚，20脚为SPI总线信号端，所述处理器M1的18脚为DL-ALC-SET的数模信号输出端。

根据本发明的具体及优选实施方式，所述第一程控射频损耗器和第二程控射频损耗器均包括射频损耗器M1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6及C7；所述射频损耗器M1的1脚与电阻R1的2脚电连接；所述电阻R1的1脚接5V匹配电源；所述射频损耗器M1的2脚-4脚连接射频信号泄露功率比检测单元；所述射频损耗器M1的6脚与低噪声前置放大器或转发功率放大器电连接；所述射频损耗器M1的7脚与电容C2的2脚电连接；所述电容C2的1脚接地；所述射频损耗器M1的8脚与电容C3的2脚电连接；所述电容C3的1脚接地；所述射频损耗器M1的9脚与电容C4的2脚电连接；所述电容C4的1脚接地；所述射频损耗器M1的10脚与电容C5的2脚电连接；所述电容C5的1脚接地；所述射频损耗器M1的11脚与电容C6的2脚电连接；所述电容C6的1脚接地；所述射频损耗器M1的12脚与电容C7的2脚电连接；所述电容C7的1脚接地；所述射频损耗器M1的13脚接滤波器单元；所述射频损耗器M1的15脚空接；所述射频损耗器M1的16脚与电阻R3的1脚电连接；所述电阻R3的2脚与电容C1的1脚电连接；所述电容C1的2脚接地；所述射频损耗器M1的17脚与电阻R2的1脚电连接；所述射频损耗器M1的18脚分别与电阻R2的2脚、电阻R3的2脚相连接，并接入5V匹配电源。

根据本发明的另一实施方式，所述近距离通信的中继传输系统基于射频信号泄露功率比的检测结果进行中继调节的方法，包括步骤：

S1、蓝牙中继微处理单元获取中继设备的射频信号泄露功率比值；

S2、将该射频信号泄露功率比值与系统增益进行比较，若射频信号泄露功率比值＞第一阈值，则判定射频信号泄露功率比良好，执行步骤S3；若第二阈值≤射频信号泄露功率比值≤第一阈值，则判定射频信号泄露功率比一般，执行步骤S6；若射频信号泄露功率比值＜第二阈值，则判定射频信号泄露功率比差，无法进行通信；

S3、令接收和转发链路的实际增益为理论增益，执行步骤S4；

S4、判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则调节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB；

S5、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至0dB；

S6、令接收和转发链路的实际增益＝射频信号泄露功率比值-增益调整值，执行步骤S7；

S7、以该接收和转发链路的实际增益为基准，判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB，执行步骤S8；

S8、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至步骤S6中获取的接收和转发链路的实际增益。

相比于现有技术，通过本发明的基于近距离通信的中继传输系统，能够实现近距离通信的中继传输系统射频信号泄露功率比的自动检测，并根据检测结果自适应调节射频损耗器的射频损耗值和链路增益值，自适应优化中继传输，达到消除转发信号振荡的效果，能够保持中继装置长期稳定的工作，具有有益的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的基于近距离通信的中继传输系统结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的基于近距离通信的中继传输系统执行中继调节的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种基于近距离通信的中继传输系统，如附图1所示，在本实施方式中，所述近距离通信方式为蓝牙通信，所述系统包括蓝牙接收天线、蓝牙转发天线、低噪声前置放大器、带通滤波器、第一程控射频损耗器、第二程控射频损耗器、第一变频器、第二变频器、中间滤波器、转发功率放大器、功放监测单元、电源、蓝牙中继微处理单元、第一增益可变放大器、第二增益可变放大器、转发滤波器、数模转换器、模数转换器以及射频信号泄露功率比检测器；所述低噪声前置放大器与第一程控射频损耗器电连接；所述第一程控射频损耗器分别与第一变频器、蓝牙中继微处理单元电连接；所述第一变频器与模数转换器电连接，所述模数转换器与带通滤波器电连接；所述带通滤波器与第一增益可变放大器电连接；所述第一增益可变放大器与中间滤波器电连接；所述中间滤波器与第二增益可变放大器电连接；所述第二增益可变放大器与第二变频器电连接；所述第二变频器与数模转换器电连接，所述数模转换器与转发滤波器电连接；所述转发滤波器与第二程控射频损耗器电连接；所述第二程控射频损耗器分别与蓝牙中继微处理单元、转发功率放大器电连接；所述转发功率放大器分别与蓝牙中继微处理单元、功放监测单元电连接；所述蓝牙中继微处理单元控制还与电源和射频信号泄露功率比检测器电连接。

根据本发明的实施方式，所述射频信号泄露功率比检测器包括接收空闲信道选择单元、转发空闲信道选择单元、测试导频信号生成单元以及射频信号泄露功率比计算单元，其中：所述接收空闲信道选择单元选择一个空闲接收信道做检测使用，统计该接收信道的数字功率，和背景噪声相比，若所述数字功率接近背景噪声，即为-80～-90dBm，就认为当前频点是闲置的，否则继续寻找闲置信道；

所述转发空闲信道选择单元，使用一个空闲转发信道，把该转发的频点和该接收信道对应；

所述测试导频信号生成单元产生一个-20～-30dBm的测试导频信号X，其为窄带或直流信号，该测试导频信号X的功率大小由所用中继设备的功率及系统的增益而定，即既满足传输需要，又不干扰正常信号通信；

所述测试导频信号生成单元产生的测试导频信号X经过第二变频器进行数字上变频，然后进行数模转换器将数字信号变为模拟中频信号；

模拟中频信号经过第二变频器、转发滤波器、功率放大器、蓝牙转发天线、蓝牙接收天线、低噪声前置放大器、第一变频器、以及模数转换器成为数字基带信号Y进入射频信号泄露功率比计算单元，所述Y＝X+G-IL，其中G为系统增益、IL为蓝牙接收天线与蓝牙转发天线之间的射频信号泄露功率比，则蓝牙中继设备的射频信号泄露功率比就为IL＝G+X-Y；所述流程在附图1中示出为虚线进程。

根据本发明的具体及优选实施方式，所述蓝牙中继微处理单元包括处理器M1、M2、晶体管D1、电容MC1、MC2、MC3，MC4、MC5、MC6、MC7、及电阻MR1、MR2，MR3；所述处理器M1的1脚接入电源VCC；所述电源VCC接电阻MR1的2脚；所述电阻MR1的1脚分别电阻MR2的2脚、电阻MR3的1脚并联后与电容MC1的正极串联；所述电阻MR2的1脚接地；所述电阻MR3的2脚与处理器M1的2脚电连接；所述电容MC1的负极接地；所述电容MC2的正极与电容MC3的2脚并联后与处理器M1的7脚电连接；所述电容MC2的负极与电容MC3的1脚并联后接地；所述电容MC4的正极与电容MC5的2脚并联后分别与处理器M1的8脚、晶体管D1的3脚电连接；所述电容MC4的负极与电容MC5的1脚并联后接地；所述晶体管D1的1脚与2脚连接在一起，并与VCC电源相连接；所述电容MC7的正极与电容MC6的2脚并联后与处理器M1的11脚电连接；所述电容MC7的负极与电容MC6的1脚并联后接地；所述处理器M1的9脚为DATA信号端；所述处理器M1的10脚为CLK信号端；所述处理器M1的12脚为EN信号端，所述处理器M1的13脚为PLL-EN信号端；所述处理器M1的14脚，15脚，16脚，19脚，20脚为SPI总线信号端，所述处理器M1的18脚为DL-ALC-SET的数模信号输出端。

根据本发明的具体及优选实施方式，所述第一程控射频损耗器和第二程控射频损耗器均包括射频损耗器M1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6及C7；所述射频损耗器M1的1脚与电阻R1的2脚电连接；所述电阻R1的1脚接5V匹配电源；所述射频损耗器M1的2脚-4脚连接射频信号泄露功率比检测单元；所述射频损耗器M1的6脚与低噪声前置放大器或转发功率放大器电连接；所述射频损耗器M1的7脚与电容C2的2脚电连接；所述电容C2的1脚接地；所述射频损耗器M1的8脚与电容C3的2脚电连接；所述电容C3的1脚接地；所述射频损耗器M1的9脚与电容C4的2脚电连接；所述电容C4的1脚接地；所述射频损耗器M1的10脚与电容C5的2脚电连接；所述电容C5的1脚接地；所述射频损耗器M1的11脚与电容C6的2脚电连接；所述电容C6的1脚接地；所述射频损耗器M1的12脚与电容C7的2脚电连接；所述电容C7的1脚接地；所述射频损耗器M1的13脚接滤波器单元；所述射频损耗器M1的15脚空接；所述射频损耗器M1的16脚与电阻R3的1脚电连接；所述电阻R3的2脚与电容C1的1脚电连接；所述电容C1的2脚接地；所述射频损耗器M1的17脚与电阻R2的1脚电连接；所述射频损耗器M1的18脚分别与电阻R2的2脚、电阻R3的2脚相连接，并接入5V匹配电源。

根据本发明的另一实施方式，所述近距离通信的中继传输系统基于射频信号泄露功率比的检测结果进行中继调节的方法，如附图2所示，包括步骤：

S1、蓝牙中继微处理单元获取中继设备的射频信号泄露功率比值；

S2、将该射频信号泄露功率比值与系统增益进行比较，若射频信号泄露功率比值＞第一阈值，则判定射频信号泄露功率比良好，执行步骤S3；若第二阈值≤射频信号泄露功率比值≤第一阈值，则判定射频信号泄露功率比一般，执行步骤S6；若射频信号泄露功率比值＜第二阈值，则判定射频信号泄露功率比差，无法进行通信；

S3、令接收和转发链路的实际增益为理论增益，执行步骤S4；

S4、判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则调节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB；

S5、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至0dB；

S6、令接收和转发链路的实际增益＝射频信号泄露功率比值-增益调整值，执行步骤S7；

S7、以该接收和转发链路的实际增益为基准，判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB，执行步骤S8；

S8、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至步骤S6中获取的接收和转发链路的实际增益。

根据本发明的优选实施方式，所述第一阈值设置为系统增益+5dB，所述第二阈值设置为系统增益-20dB。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于近距离通信的中继传输系统，其特征在于包括：蓝牙接收天线、蓝牙转发天线、低噪声前置放大器、带通滤波器、第一程控射频损耗器、第二程控射频损耗器、第一变频器、第二变频器、中间滤波器、转发功率放大器、功放监测单元、电源、蓝牙中继微处理单元、第一增益可变放大器、第二增益可变放大器、转发滤波器、数模转换器、模数转换器以及射频信号泄露功率比检测器；所述低噪声前置放大器与第一程控射频损耗器电连接；所述第一程控射频损耗器分别与第一变频器、蓝牙中继微处理单元电连接；所述第一变频器与模数转换器电连接，所述模数转换器与带通滤波器电连接；所述带通滤波器与第一增益可变放大器电连接；所述第一增益可变放大器与中间滤波器电连接；所述中间滤波器与第二增益可变放大器电连接；所述第二增益可变放大器与第二变频器电连接；所述第二变频器与数模转换器电连接，所述数模转换器与转发滤波器电连接；所述转发滤波器与第二程控射频损耗器电连接；所述第二程控射频损耗器分别与蓝牙中继微处理单元、转发功率放大器电连接；所述转发功率放大器分别与蓝牙中继微处理单元、功放监测单元电连接；所述蓝牙中继微处理单元控制还与电源和射频信号泄露功率比检测器电连接；

所述的中继传输系统执行中继调节的方法，包括步骤：

S1、蓝牙中继微处理单元获取中继设备的射频信号泄露功率比值；

S2、将该射频信号泄露功率比值与系统增益进行比较，若射频信号泄露功率比值＞第一阈值，则判定射频信号泄露功率比良好，执行步骤S3；若第二阈值≤射频信号泄露功率比值≤第一阈值，则判定射频信号泄露功率比一般，执行步骤S6；若射频信号泄露功率比值＜第二阈值，则判定射频信号泄露功率比差，无法进行通信；

S3、令接收和转发链路的实际增益为理论增益，执行步骤S4；

S4、判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则调节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB；

S5、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至0dB；

S6、令接收和转发链路的实际增益＝射频信号泄露功率比值-增益调整值，执行步骤S7；

S7、以该接收和转发链路的实际增益为基准，判断自动增益控制的起控范围是否大于0dB，若大于0dB，则节射频损耗至自动增益控制的起控范围为0dB，执行步骤S8；

S8、检测系统的输出功率是否为满功率输出，若为否，则减小链路增益值使系统达到满功率输出，若无法达到满功率输出，则减小链路的增益值至步骤S6中获取的接收和转发链路的实际增益。