CN108768487A - 一种环境自适应智能天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境自适应智能天线系统，包括：处理器模块，所述处理器模块连接四路射频切换芯片，且每一路射频切换芯片都分别连接两个不同极化方式的天线；所述处理器模块发射和接收射频信号，并通过分析客户端信号的强弱判断最适合的天线排列方式，并通过射频切换芯片控制每一个天线的极化排列方式。

Description

一种环境自适应智能天线系统

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其是一种环境自适应智能天线系统。

背景技术

目前，现有的WIFI均利用常规天线技术和原理，利用单极化天线，作为信号发射的硬件载体。但是，现有的WIFI天线技术，存在增益利用率有限，且不同方向增益存在差异，导致在实际应用过程中当移动终端的位置发生变化时，无线信号强度出现波动，连接速率下降，同时出现丢包延迟等现象，影响WI-FI技术效果和实际用户体验。

此外，现有的Wi-Fi设备,当多个设备接入, 且终端移动时, 无线的吞吐量下降,这和天线也直接相关,影响用户体验。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种环境自适应智能天线系统。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种环境自适应智能天线系统，包括：处理器模块，所述处理器模块连接四路射频切换芯片，且每一路射频切换芯片都分别连接两个不同极化方式的天线；所述处理器模块发射和接收射频信号，并通过分析客户端信号的强弱判断最适合的天线排列方式，并通过射频切换芯片控制每一个天线的极化排列方式。

优选的是，所述处理器模块为高通QCA988x系列芯片模块。

优选的是，天线成四周环绕放置，同时H天线和V天线相互交错。

优选的是，处理器模块和射频切换芯片之间还具有驱动芯片。

优选的是，所述处理器模块，包括：

速率判断单元，用于和终端设备连接上的时候，在默认的天线配置情况下判断WIFI信号的连接速率，接收信号强度（RSSI）指标，以及误码率（PER）指标，并且按照客户端的MAC地址作为唯一识别号码来分组并记录下来；

循环排列单元，用于循环的将天线配置成以下极化排列方式，分别是：VVVV, VVVH,VVHV, VHVV, HVVV, VVHH, VHHV, HHVV, VHVH, HVHV,HVVH, VHHH, HVHH, HHVH, HHHV,HHHH；

连接检测单元，用于按照每种极化配置方式去检测和目标的对接质量，同样是检测信号的连接速率，RSSI指标和PER指标，并记录这十六种配置方式下的信号情况；

选择单元，用于存储并比较这十六种极化的信号情况，同时综合的判断出哪种天线极化组合方式是最适合目前环境的方式，然后按照这种方式来配置天线。

优选的是，所述处理器模块，包括：配置单元，用于给出Switch的控制信号来控制射频信号流向哪个天线。

优选的是，还包括：评估单元，用于当存在多个客户端时，对客户端进行连接信号质量做探测的时候，对连接型号做评估，并把MAC地址作为客户端的独有的标记；

分组单元，用于按每个MAC地址来分组，将每个客户端需要的最佳天线配置情况写入到这个客户端的分组数据当中；

所述选择单元，用于当给具体某个客户端进行数据收发的时候，就是调出针对这个客户端的天线配置来进行无线信号的传输。

优选的是，还包括：刷新单元，用于切换环境检测和天线极化组合配置方式。

本发明解决了当WI-FI信号接收端变换位置时接收到的信号强度下降以及无线信号能量利用率不高的问题。增强了WIFI连接的稳定性，为提高WIFI传输速率提供了可靠的保障。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。

图1是本发明环境自适应智能天线系统的电路框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细地说明。

具体来说，天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电场强度矢量的空间取向来定义的，天线的极化方式分为水平极化和垂直极化。而发射端和接收端处于相同极化方式的时候，接收端接收信号的效率将达到最高。当接收端和发射端处在不同极化方式的时候，接收信号的效率将下降甚至无法接收到射频信号，本发明就是基于此原理所延伸出来的。

为了解决传统天线中出现的信号强度下降，效率不高，稳定性不强的情况，我们通过使用两组不同极化方式的天线，来实现对不同情况的客户端做出天线的自适应调整，从而提高信号的整体传达效率，增强客户端那边的实际使用体验。

如图1所示，一种环境自适应智能天线系统，包括：处理器模块，所述处理器模块连接四路射频切换芯片，且每一路射频切换芯片都分别连接两个不同极化方式的天线；所述处理器模块发射和接收射频信号，并通过分析客户端信号的强弱判断最适合的天线排列方式，并通过射频切换芯片控制每一个天线的极化排列方式。

优选的是，所述处理器模块为高通QCA988x系列芯片模块。

优选的是，天线成四周环绕放置，同时H天线和V天线相互交错。

优选的是，处理器模块和射频切换芯片之间还具有驱动芯片。

优选的是，所述处理器模块，包括：

速率判断单元，用于和终端设备连接上的时候，在默认的天线配置情况下判断WIFI信号的连接速率，接收信号强度（RSSI）指标，以及误码率（PER）指标，并且按照客户端的MAC地址作为唯一识别号码来分组并记录下来；

循环排列单元，用于循环的将天线配置成以下极化排列方式，分别是：VVVV, VVVH,VVHV, VHVV, HVVV, VVHH, VHHV, HHVV, VHVH, HVHV,HVVH, VHHH, HVHH, HHVH, HHHV,HHHH；

连接检测单元，用于按照每种极化配置方式去检测和目标的对接质量，同样是检测信号的连接速率，RSSI指标和PER指标，并记录这十六种配置方式下的信号情况；

选择单元，用于存储并比较这十六种极化的信号情况，同时综合的判断出哪种天线极化组合方式是最适合目前环境的方式，然后按照这种方式来配置天线。

优选的是，所述处理器模块，包括：配置单元，用于给出Switch的控制信号来控制射频信号流向哪个天线。

优选的是，还包括：评估单元，用于当存在多个客户端时，对客户端进行连接信号质量做探测的时候，对连接型号做评估，并把MAC地址作为客户端的独有的标记；

分组单元，用于按每个MAC地址来分组，将每个客户端需要的最佳天线配置情况写入到这个客户端的分组数据当中；

所述选择单元，用于当给具体某个客户端进行数据收发的时候，就是调出针对这个客户端的天线配置来进行无线信号的传输。

优选的是，还包括：刷新单元，用于切换环境检测和天线极化组合配置方式。

其中，更具体地说，本技术方案工作过程由几个部分组成：

第一部分：信号检测和目标环境探测过程：

使用智能天线的基站端，在还未连接到任何设备的时候，天线处于默认配置状态，交叉放置的天线从第一根到第四根处于HVHV的连接状态，其中，HVHV代表的意思为：第一根天线为水平极化天线, 第二根为垂直极化, 第三根为水平极化, 第四根为垂直极化，H代表水平极化, V代表垂直极化。

当WIFI基站的无线信号和终端设备（比如Mobile Phone）已经连接上的时候。WIFI基站会在默认的天线配置情况下判断WIFI信号的连接速率，RSSI（接收信号强度）指标，以及PER（误码率）指标，并且按照客户端的MAC地址作为唯一识别号码来分组并记录下来。

第二部分：天线极化方式的调整和适配

因为一共8根天线会形成16种不同的极化排列方式，分别是：VVVV, VVVH, VVHV,VHVV, HVVV, VVHH, VHHV, HHVV, VHVH, HVHV,HVVH, VHHH, HVHH, HHVH, HHHV, HHHH。

基站端在会循环的将天线配置成以上16种不同的计划排列方式，然后按照每种极化配置方式去检测和目标的对接质量，同样是检测信号的连接速率，RSSI指标和PER指标。同时记录这十六种配置方式下的信号情况。

第三部分：判定信号情况和选定天线配置

芯片内部会存储并比较这十六种极化的信号情况，同时综合的判断出哪种天线极化组合方式是最适合目前环境的方式，然后按照这种方式来配置天线。具体配置天线的方法为QCA988x芯片会给出Switch的控制信号来控制射频信号流向哪个天线。

第四部分：对于不同客户端选定不同的最佳配置天线状态

基站往往不止会连接到一个客户端，而是会连接到多个客户端。当连接多个客户端的时候，我们同样准备了一种机制来适配多个客户端，以让每个客户端都能享受到智能天线所带来的效率提升。

具体原理是：我们在连接到每个客户端，在对客户端进行连接信号质量做探测的时候，会对连接型号做评估，因为每个客户端都有独一无二的MAC地址，所以我们会把这个MAC地址作为客户端的独有的标记。我们会按每个MAC地址来分组，将每个客户端需要的最佳天线配置情况写入到这个客户端的分组数据当中，当给具体某个客户端进行数据收发的时候，就是调出针对这个客户端的天线配置来进行无线信号的传输，以取得最佳的效果。

第五部分：环境情况刷新检测

因为周围的环境以及接入设备会存在变动，所以以上环境检测和天线极化组合配置方式每过一段时间就要做一次刷新，以此来保持不断适应周围应用环境。不过如果刷新和检测的太过频繁则会很占用系统资源，所以系统会自动检测系统资源占用率，当资源占用率过高，则会降低环境监测和刷新频率，以保证系统连接优先。

在实施例中，实现该产品功能的硬件主要部分由8个天线（4个H极性天线，4个V极性天线）和高通QCA988x系列芯片，8个实现天线切换的射频切换开关switch芯片组成。

其中，QCA988x系列芯片用来实现发射和接收射频信号的功能。同时实现对外部switch芯片的控制，他对外部switch芯片提供控制信号，用来控制天线的切换。

switch芯片：他为两种不同的天线提供了连接的通路，当对他提供控制信号时，他能够实现射频信号切换连接到不同的天线。

其中，每个switch接到两个天线，然后switch的控制信号连接到主芯片，通过主芯片来进行控制。

此外，我们还在中间增加了滤波器，已增加系统对外界杂波信号的抗干扰能力，提高系统的整体抗干扰能力和稳定性。

此外，在主芯片和switch芯片之间，我们还增加了驱动芯片，这个驱动芯片的目的既是起信号缓冲的作用，消除主芯片输出控制信号的毛刺噪声之类的干扰，同时又能增加信号的驱动能力，提升信号在传输过程中的抗干扰能力，为系统的稳定运行，在底层硬件层面就打下来了坚实的基础。

本发明专利利用了无线信号传输的基本原理：而发射端和接收端处于相同极化方式的时候，接收端接收信号的效率将达到最高。当接收端和发射端处在不同极化方式的时候，接收信号的效率将下降甚至无法接收到射频信号，然后通过独特的方式：安装两组不同极化方式的天线，并配合一整套环境检测机制，可以在提高整体无线传输效率，也提升了对射频功率的使用效率，减小了能源的浪费。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环境自适应智能天线系统，其特征在于，包括：处理器模块，所述处理器模块连接四路射频切换芯片，且每一路射频切换芯片都分别连接两个不同极化方式的天线；所述处理器模块发射和接收射频信号，并通过分析客户端信号的强弱判断最适合的天线排列方式，并通过射频切换芯片控制每一个天线的极化排列方式。

2.根据权利要求1所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，所述处理器模块为高通QCA988x系列芯片模块。

3.根据权利要求1或2所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，天线成四周环绕放置，同时H天线和V天线相互交错。

4.根据权利要求1或2所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，处理器模块和射频切换芯片之间还具有驱动芯片。

5.根据权利要求1或2所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，处理器模块和射频切换芯片之间还具有滤波单元。

6.根据权利要求1所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，所述处理器模块，包括：

速率判断单元，用于和终端设备连接上的时候，在默认的天线配置情况下判断WIFI信号的连接速率，接收信号强度（RSSI）指标，以及误码率（PER）指标，并且按照客户端的MAC地址作为唯一识别号码来分组并记录下来；

循环排列单元，用于循环的将天线配置成以下极化排列方式，分别是：VVVV, VVVH,VVHV, VHVV, HVVV, VVHH, VHHV, HHVV, VHVH, HVHV,HVVH, VHHH, HVHH, HHVH, HHHV,HHHH；

连接检测单元，用于按照每种极化配置方式去检测和目标的对接质量，同样是检测信号的连接速率，RSSI指标和PER指标，并记录这十六种配置方式下的信号情况；

选择单元，用于存储并比较这十六种极化的信号情况，同时综合的判断出哪种天线极化组合方式是最适合目前环境的方式，然后按照这种方式来配置天线。

7.根据权利要求6所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，所述处理器模块，包括：配置单元，用于给出Switch的控制信号来控制射频信号流向哪个天线。

8.根据权利要求6所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，还包括：评估单元，用于当存在多个客户端时，对客户端进行连接信号质量做探测的时候，对连接型号做评估，并把MAC地址作为客户端的独有的标记；

分组单元，用于按每个MAC地址来分组，将每个客户端需要的最佳天线配置情况写入到这个客户端的分组数据当中；

所述选择单元，用于当给具体某个客户端进行数据收发的时候，就是调出针对这个客户端的天线配置来进行无线信号的传输。

9.根据权利要求6所述的环境自适应智能天线系统，其特征在于，还包括：刷新单元，用于切换环境检测和天线极化组合配置方式。