CN109379105A - 提高无线通信距离的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高无线通信距离的方法和系统。所述方法包括如下步骤：将电台与多个收发天线间通过开关电路进行连接；电台与基站间基于TDMA进行通信，当任一天线接收到信号后，启动对该信号的检测程序；根据检测结果进行判定，通过控制开关电路将符合条件的天线与电台进行连接，以将该信号传输至电台。本发明的方法和系统，通过采用开关电路的连接方式，能够实现电台在多个天线间的快速切换，并且通过动态时隙场强信号强弱的检测，当多个天线同时接收到信号后，能够快速判断并选择信号强度最高的天线与电台连接，以获取高质量的信号，减小信号的功率损耗，进而提高无线通讯距离。

Description

提高无线通信距离的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种提高无线通信距离的方法和系统。
背景技术
目前，在无线通信中，为了实现较大的通信覆盖半径，一般采用全向收发天线。这种天线在各个方位的场强相同，具有很好的通信效果。但是，在货运无人机领域，负重飞行对无人机结构提出较高的要求，机身及货仓大面积采用金属结构，这对天线的设计及安装带来了极大地考验。金属会改变天线的辐射方向图，使收发天线性能变差，影响通信效果。
一般的解决方法采用多个天线，每个天线安装在飞机的不同位置(如图1所示，以2天线安装为例)，实现通信信号的全向覆盖。多天线与无人机电台的连接采用功分/合路器实现(如图2所示)。然而功分/合路器在电台发射时，每个天线吸收的功率减小3dB；在电台接收时，每个天线接收到的信号减小3dB再进入电台。因此，无论电台处于发射状态，还是接收状态，经过功分/合路器后，功率都会减小3dB，这将极大减小通信距离。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
有鉴于此，有必要提供一种新型的提高无线通讯距离的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种提高无线通讯距离的方法。该方法能够有效减小信号的传输功率损耗，提高无线通讯距离。
本发明的第二个目的在于提供一种提高无线通讯距离的系统。该系统能够减小传输功率损耗，实现收发天线的快速切换。
本发明的第三个目的在于提供一种装载有如上提高无线通讯距离的系统的飞行器。
本发明的第四个目的在于提供一种能够执行上述方法的计算机可读存储介质。
本发明的第五个目的在于提供一种能够执行上述方法的设备。
为实现上述第一个目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种提高无线通讯距离的方法，所述方法包括如下步骤：
将电台与多个收发天线间通过开关电路进行连接；
电台与基站间基于TDMA进行通信，当任一天线接收到信号后，启动对该信号的检测程序；
根据检测结果进行判定，通过控制开关电路将符合条件的天线与电台进行连接。
优选地，所述对信号的检测程序以及根据检测结果进行判定的过程包括：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
优选地，所述开关的引入损耗小于0.5dB。
优选地，所述TDMA通信中，每个TDMA帧包括多个时隙，所述时隙包括发射时隙和接收时隙，信号的发射和接收在不同的时隙完成。
优选地，每个接收时隙均可检测接收时隙场强的大小。
为实现上述第二个目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种提高无线通讯距离的系统，所述系统包括：
电台单元，用于与基站间基于TDMA进行通信；
天线单元，包括多个收发天线，与电台单元通过开关电路连接，用于发射和接收信号；
信号检测单元，用于检测天线单元中每个天线接收的信号的强度；
控制单元，用于根据信号检测单元所检测结果，判定天线单元中的天线所接收的信号是否符合条件，并控制符合条件的天线与电台连接，接收符合条件的信号并将该信号传输至电台单元。
优选地，所述符合条件的信号包括：该信号强度大于设定的最小接收时隙场强和/或该信号强度大于其他任一天线所接收的信号强度。
本发明还公开一种飞行器，所述飞行器上装载有如上所述的提高无线通讯距离的系统。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
本发明还公开一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
本发明有益效果：
本实施方式的方法和系统，通过舍弃传统的功分/合路器，采用开关电路的连接方式，能够实现电台在多个天线间的快速切换。由于开关电路对信号功率的损耗明显小于功分/合路器的连接方式，因此减小了信号传输过程中功率的损耗，极大地扩展了无线通讯的距离。
本实施方式的方法和系统，通过动态时隙场强信号强弱的检测，当多个天线同时接收到信号后，能够快速判断并选择信号强度最高的天线与电台连接，以获取高质量的信号，减小信号的功率损耗，进而提高无线通讯距离。
本实施方式的方法和系统，基于TDMA通信，信号的发射和接收在不同的时隙完成。并且每个接收时隙均可检测接收时隙场强的大小，以实现动态时隙场强信号的实时检测。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1示出了安装有双天线的无人机示意图。
图2示出了现有技术中的无人机电台与天线的连接关系示意图。
图3示出了本发明实施方式中中无人机电台与天线的连接关系示意图。
图4示出了本发明实施方式中的双天线工作流程示意图。
图5示出了本发明实施方式中的四天线工作流程示意图。
图6示出了本发明实施方式中的时隙分布示意图。
附图标记说明：
1-天线1；2-天线2；3-无人机；4-货箱；5-无人机电台；6-功分/合路器；7-单刀双掷开关。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述内容。
实施方式一
本实施方式涉及一种提高无线通讯距离的方法。所述方法包括如下步骤：
将电台与多个收发天线间通过开关电路进行连接；
电台与基站间基于TDMA进行通信，当任一天线接收到信号后，启动对该信号的检测程序；
根据检测结果进行判定，通过控制开关电路将符合条件的天线与电台进行连接，以将该信号传输至电台。
根据本实施方式的一个具体实例，上述提高无线通讯距离的方法应用于无人机，尤其是货运无人机。
图1示出了安装有双天线的无人机示意图。
如图1所示，当无人机用于货运时，经常需要负重飞行，装载大容量的货箱。图1中的无人机3上装载有货箱4。通常无人机机身及货箱会大面积的使用金属，由于金属会改变天线的辐射方向，因此需要通过安装多个天线，且每个天线安装在飞机的不同位置，来实现信号的全面覆盖。如图1中，无人机3上安装了双天线，分别为天线1和天线2。
图2示出了现有技术中的无人机电台与天线的连接关系示意图。
如图2所示，现有技术中多天线与无人机的连接方式通常采用功分/合路器6实现。但是，功分/合路器在电台发射时，每个天线吸收的功率减小3dB；在电台接收时，每个天线接收到的信号减小3dB再进入电台。也即功分/合路器的连接方式会损耗天线接收的功率，极大减小通讯距离。
图3示出了本发明实施方式中中无人机电台与天线的连接关系示意图。
如图3所示，本实施方式的方法中，发明人创造性地采用开关电路的连接方式，以实现电台与收发天线间的连接。由于开关电路对信号功率的损耗明显小于功分/合路器的连接方式，因此减小了信号传输过程中功率的损耗，极大地扩展了无线通讯的距离。在一个具体的实例中，当电台需要连接双天线时，可以采用如图3中的单刀双掷开关7进行连接。
进一步地，在一个具体的实例中，开关的引入损耗小于0.5dB。当采用功分/合路器连接时，在电台发射时，每个天线吸收的功率减小3dB；在电台接收时，每个天线接收到的信号减小3dB再进入电台。因此，无论电台处于发射状态，还是接收状态，经过功分/合路器后，功率都会减小3dB，这将极大减小通信距离。而本实施方式的开关引入损耗小于0.5dB，较现有技术中的功分/合路器的连接方式相比减少2.5dB，极大地提高了可接收信号的极限，提高了无线通讯距离。
本实施方式的方法中，还增加了对信号的检测程序，根据动态的信号检测结果，通过控制开关电路来实现收发天线间的快速切换。
具体地，所述对信号的检测程序以及根据检测结果进行判定的过程为：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
在一个具体的实例中，电台接收的灵敏度为-105dBm，设置接收时隙场强(RSSI)的门限，即最小接收时隙场强为-95dBm。那么根据接收时隙场强的大小，以及上述信号检测程序和结果判定过程，设计合理的天线工作方式。其中天线的数量可以根据实际需求进行扩展，硬件设计仅更改电路开关的设计即可。
图4示出了本发明实施方式中的双天线工作流程示意图。
如图4所示，双天线的工作流程如下：
首先设定天线1和天线2的最小接收时隙场强为-95dBm；
当天线1接收到信号后，启动对该信号的检测程序；
若天线1所接收的信号的强度(记为RSSI1)大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线1与电台连通，天线1进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线1所接收的信号的强度小于-95dBm，则进入对天线2所接收的信号的检测程序；
若天线2所接收的信号的强度(记为RSSI2)大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线2与电台连通，天线2进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线2所接收的信号的强度也小于-95dBm，则进入RSSI1与RSSI2的大小比较程序；
若RSSI2大于RSSI1，则控制开关电路使得天线2与电台连通，天线2进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
否则，控制开关电路使得天线1与电台连通，天线1进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理。
图5示出了本发明实施方式中的四天线工作流程示意图。
如图4所示，当天线的数量增长为四个时，硬件上仅需更改开关电路的设计即可。四天线的工作流程如下：
首先设定天线1、天线2、天线3和天线4的最小接收时隙场强为-95dBm；
当天线1接收到信号后，启动对该信号的检测程序；
若天线1所接收的信号的强度大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线1与电台连通，天线1进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线1所接收的信号的强度小于-95dBm，则进入对天线2所接收的信号的检测程序；
若天线2所接收的信号的强度大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线2与电台连通，天线2进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线2所接收的信号的强度也小于-95dBm，则进入对天线3所接收的信号的检测程序；
若天线3所接收的信号的强度(记为RSSI3)大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线3与电台连通，天线3进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线3所接收的信号的强度也小于-95dBm，则进入对天线4所接收的信号的检测程序；
若天线4所接收的信号的强度(记为RSSI4)大于-95dBm，则判定该信号通过检测，通过控制开关电路使得天线4与电台连通，天线4进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若天线4所接收的信号的强度也小于-95dBm，则进入RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4的大小比较程序；
若RSSI4大于RSSI1、RSSI2、RSSI3中的任一个，则控制开关电路使得天线4与电台连通，天线4进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若RSSI3大于RSSI1、RSSI2、RSSI4中的任一个，则控制开关电路使得天线3与电台连通，天线3进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
若RSSI2大于RSSI1、RSSI3、RSSI4中的任一个，则控制开关电路使得天线2与电台连通，天线2进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理；
否则，控制开关电路使得天线1与电台连通，天线1进行工作，接收该信号并将该信号传输至电台进行处理。
进一步地，电台与基站间的TDMA通信中，每个TDMA帧包括多个时隙，所述时隙包括发射时隙和接收时隙，信号的发射和接收在不同的时隙完成。并且每个接收时隙均可检测接收时隙场强的大小，以实现动态时隙场强信号的实时检测。
图6示出了本发明实施方式中的时隙分布示意图。
在一个具体的实例中，如图1中无人机采用TDMA通信，则该无人机电台的收发在不同的时隙完成。其中，1TDMA帧包括16个时隙，除第1时隙用于发射信息外，第0，2～15时隙接收基站信息，并且每个接收时隙均可检测RSSI值，以保证对天线所接收信号的实时监测。
本实施方式的方法，通过舍弃传统的功分/合路器，采用开关电路的连接方式，能够实现电台在多个天线间的快速切换。同时通过动态时隙场强信号强弱的检测，当多个天线同时接收到信号后，能够快速判断并选择信号强度最高天线与电台连接，以获取高质量的信号，减小信号的功率损耗，进而提高无线通讯距离。
本实施方式的方法，不仅可以用于无人机与地面基站的通讯，还可以用于车载移动电台或者直放站与地面基站的通讯。
实施方式二
本实施方式涉及一种提高无线通讯距离的系统，所述系统包括：
电台单元，用于与基站间基于TDMA进行通信；
天线单元，包括多个收发天线，与电台单元通过开关电路连接，用于发射和接收信号；
信号检测单元，用于检测天线单元中每个天线接收的信号的强度；
控制单元，用于根据信号检测单元所检测结果，判定天线单元中的天线所接收的信号是否符合条件，并控制符合条件的天线与电台连接，接收符合条件的信号并将该信号传输至电台单元。
其中，所述符合条件的信号包括：该信号强度大于设定的最小接收时隙场强和/或该信号强度大于其他任一天线所接收的信号强度。
该系统能够按照如实施方式一中所述的方法进行工作，以提高电台与基站间无线通讯的距离。
本实施方式还涉及一种飞行器，该飞行器上装载有如上所述的提高无线通讯距离的系统，并且能够按照如实施方式一中所述的方法进行工作，以提高飞行器的无线通讯距离。其中，所述飞行器优选无人机。
实施方式三
本实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
本实施方式还涉及一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高无线通讯距离的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将电台与多个收发天线间通过开关电路进行连接；
电台与基站间基于TDMA进行通信，当任一天线接收到信号后，启动对该信号的检测程序；
根据检测结果进行判定，通过控制开关电路将符合条件的天线与电台进行连接。
2.根据权利要求1所述的提高无线通讯距离的方法，其特征在于，所述对信号的检测程序以及根据检测结果进行判定的过程包括：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
3.根据权利要求1所述的提高无线通讯距离的方法，其特征在于，所述开关的引入损耗小于0.5dB。
4.根据权利要求1所述的提高无线通讯距离的方法，其特征在于，所述TDMA通信中，每个TDMA帧包括多个时隙，所述时隙包括发射时隙和接收时隙，信号的发射和接收在不同的时隙完成。
5.根据权利要求4所述的提高无线通讯距离的方法，其特征在于，每个接收时隙均可检测接收时隙场强的大小。
6.一种提高无线通讯距离的系统，其特征在于，所述系统包括：
电台单元，用于与基站间基于TDMA进行通信；
天线单元，包括多个收发天线，与电台单元通过开关电路连接，用于发射和接收信号；
信号检测单元，用于检测天线单元中每个天线接收的信号的强度；
控制单元，用于根据信号检测单元所检测结果，判定天线单元中的天线所接收的信号是否符合条件，并控制符合条件的天线与电台连接，接收符合条件的信号并将该信号传输至电台单元。
7.根据权利要求6所述的提高无线通讯距离的系统，其特征在于，所述符合条件的信号包括：该信号强度大于设定的最小接收时隙场强和/或该信号强度大于其他任一天线所接收的信号强度。
8.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器上装载有如权利要求6或7任一所述的提高无线通讯距离的系统。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
10.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
设定每个天线的最小接收时隙场强，当某一天线接收到信号后，检测该信号强度与最小接收时隙场强的关系；
当该信号强度大于最小接收时隙场强时，判定该信号通过检测，控制该天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
当该信号强度小于最小接收时隙场强时，遍历其它天线所接收到的信号强度，直至控制另一信号强度大于最小接收时隙场强的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台；
否则，控制接收信号强度最大的天线与电台连接，接收该信号并传输至电台。
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