CN111756402A - Wifi信号收发装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种WIFI信号收发装置。该装置包括无线热点装置、带通滤波装置、频率搬移装置、天线开关装置和天线装置，无线热点装置连接带通滤波装置，带通滤波装置连接频率搬移装置，频率搬移装置连接天线开关装置，天线开关装置连接天线装置。无线热点装置产生的WIFI信号经过带通滤波装置滤波后发送至频率搬移装置，频率搬移装置可以实现信号的频率搬移，将高频段信号搬移到低频段，搬移后的信号再通过天线开关装置和天线装置发射出去。由于低频段信号波长更长，穿透力更强，将WIFI信号搬移至低频段后再通过天线装置发射出去可以增大WIFI信号的覆盖范围，且不受建筑或树木等障碍物的阻隔，更适应于恶劣天气，使用可靠性高。

Description

WIFI信号收发装置

技术领域

本申请涉及无线技术领域，特别是涉及一种WIFI信号收发装置。

背景技术

WIFI是创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术，改善了基于该标准的无线网络产品之间的互通性。WIFI属于短距离的无线技术，具有传输速度快、发射功率小且无需布线等优点，可以满足个人和社会信息化的需求，在信号较弱的情况下，带宽可自动调整，有效保证网络的稳定性和可靠性。

传统的WIFI信号传输装置传输的WIFI信号的覆盖范围有限，用户在超出WIFI的覆盖范围之外的区域无法接收到WIFI信号，影响用户的正常使用，可靠性低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的WIFI信号传输装置可靠性低的问题，提供一种WIFI信号收发装置。

一种WIFI信号收发装置，包括无线热点装置、带通滤波装置、频率搬移装置、天线开关装置和天线装置，所述无线热点装置连接所述带通滤波装置，所述带通滤波装置连接所述频率搬移装置，所述频率搬移装置连接所述天线开关装置，所述天线开关装置连接所述天线装置。

上述WIFI信号收发装置，无线热点装置用于产生WIFI信号，产生的WIFI信号经过带通滤波装置滤波后发送至频率搬移装置，频率搬移装置可以实现信号的频率搬移，将高频段信号搬移到低频段，搬移后的信号再通过天线开关装置和天线装置发射出去。由于低频段信号波长更长，穿透力更强，将WIFI信号搬移至低频段后再通过天线装置发射出去可以增大WIFI信号的覆盖范围，且不受建筑或树木等障碍物的阻隔，更适应于恶劣天气，使用可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中WIFI信号收发装置的结构图；

图2为另一个实施例中WIFI信号收发装置的结构图；

图3为又一个实施例中WIFI信号收发装置的结构图；

图4为一个实施例中天线装置的结构图；

图5为又一个实施例中WIFI信号收发装置的结构图；

图6为又一个实施例中WIFI信号收发装置的结构图。

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，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种WIFI信号收发装置，包括无线热点装置100、带通滤波装置200、频率搬移装置300、天线开关装置400和天线装置500，无线热点装置100连接带通滤波装置200，带通滤波装置200连接频率搬移装置300，频率搬移装置300连接天线开关装置400，天线开关装置400连接天线装置500。无线热点装置100用于产生WIFI信号，产生的WIFI信号经过带通滤波装置200滤波后发送至频率搬移装置300，频率搬移装置300可以实现信号的频率搬移，将高频段信号搬移到低频段，搬移后的信号再通过天线开关装置400和天线装置500发射出去。由于低频段信号波长更长，穿透力更强，将WIFI信号搬移至低频段后再通过天线装置500发射出去可以增大WIFI信号的覆盖范围，且不受建筑或树木等障碍物的阻隔，更适应于恶劣天气，使用可靠性高。

具体地，无线热点装置100主要是提供WIFI信号收发装置对有线局域网和从有线局域网对WIFI信号收发装置的访问，在无线热点装置100访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。发射WIFI信号时，无线热点装置100接入网络进行处理后以WIFI信号的形式发送至带通滤波装置200，带通滤波装置200滤波后发送至频率搬移装置300，频率搬移装置300可以实现信号的频率搬移，将高频段信号搬移到低频段，搬移后的信号再通过天线开关装置400和天线装置500发射出去。接收WIFI信号时，天线装置500可以感应到空间中的电磁信号然后发送至天线开关装置400，天线开关装置400将信号传输至频率搬移装置300，频率搬移装置300可以实现信号的频率搬移，将低频段信号搬移到高频段，搬移后的信号再传输至带通滤波装置200进行滤波处理，滤波后的信号发送至无线热点装置100，使用户可以通过无线热点装置100实现从有线局域网对WIFI信号收发装置的访问。

带通滤波装置200主要用于对流经的信号进行滤波处理，允许特定频段的信号通过同时屏蔽其他频段的信号。根据实际需求的不同，可采用不同结构的带通滤波装置200，从而保留和过滤掉的频段的信号也不一样，从而适用范围更广。

频率搬移装置300采用模拟混频器技术实现将高频段信号搬移至低频段或者将低频段信号搬移至高频段，频率搬移装置300的结构并不是唯一的，例如可采用模拟乘法器变频器或晶体三极管混频器，可以理解，频率搬移装置300也可以采用其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

天线开关装置400可以对天线装置500与频率搬移装置300之间的信号通断进行控制，当需要WIFI信号收发装置工作时，天线开关装置400导通，天线装置500与频率搬移装置300之间可以正常传输信号，当天线开关装置400断开时，WIFI信号收发装置处于待机状态。天线装置500是接收和发送信号的载体，天线装置500可以感应到空间中的电磁信号，也能将信号传播出去，实现WIFI信号的收发，使用便捷。

在一个实施例中，请参见图2，WIFI信号收发装置还包括控制装置700和测量装置600，测量装置600连接带通滤波装置200和控制装置700，控制装置700连接无线热点装置100。测量装置600用于对带通滤波装置200滤波后的信号的强度进行测量，得到测量结果发送至控制装置700，控制装置700根据测量结果控制无线热点装置100的输出功率。

具体地，测量装置600连接带通滤波装置200和控制装置700,用于对带通滤波装置200滤波后的信号的强度进行测量得到测量结果然后发送至控制装置700，控制装置700对测量结果进行分析，然后基于分析结果控制无线热点装置100的输出功率，例如增大无线热点装置100的输出功率、减小无线热点装置100的输出功率或者维持当前无线热点装置100的输出功率不变。测量装置600的结构并不是唯一的，不同的结构可以对应不同的信号指标，作为控制装置700控制无线热点装置100的输出功率的依据，可以根据实际需求调整。控制装置700的类型并不是唯一的，例如可以为CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或单片机。CPLD作为控制装置700具有编程灵活、集成度高、适用范围宽和设计制造成本低等优点。FPGA作为控制装置700设计成本低，工作稳定性高。单片机作为具有体积小、结构简单、可靠性高的优点。可以理解，在其他实施例中，控制装置700也可以采用其他器件，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，测量结果包括接收的信号强度指示值。控制装置700用于根据接收的信号强度指示值和预设的信号强度参考数据控制无线热点装置100的输出功率。

具体地，接收的信号强度指示值即RSSI(Received Signal Strength Indicator)值，是接收到的信道带宽上的宽带接收功率，可以作为评估数据连接质量的依据之一。预设的信号强度参考数据可以为预设的上限值、下限值或者参考范围，以预设的信号强度参考数据为预设的上限值为例，当测量装置600发送过来的接收的信号强度指示值超过该上限值时，认为数据传输通道中存在反向链路干扰，此时控制装置700控制无线热点装置100减小输出功率，以减少信号干扰的影响，提高信号传输的可靠性。可以理解，在其他实施例中，在预设的信号强度参考数据为预设的下限值或参考范围的情况下，当测量装置600发送过来的接收的信号强度指示值低于预设下限值或者超出预设参考范围时，控制装置700可对无线热点装置100的输出功率做出相应调整，以提高无线热点装置100的工作性能。当测量结果包括接收的信号强度指示值时，对应的测量装置600可以为型号为CC2530的芯片，其集成度高，可以获得准确的RSSI值。

在一个实施例中，测量结果包括信道质量指示值。控制装置700用于根据信道质量指示值和预设的信道质量参考数据控制无线热点装置100的输出功率。

具体地，信道质量指示值即CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示)值，是无线信道的通信质量的测量标准之一，和信道的信噪比大小相对应，即说明CQI与网络覆盖直接相关。一般来说，CQI的取值范围0～31，当CQI取值为0时，信道质量最差，当CQI取值为31的时候，信道质量最好，常见的取值为12～24。预设的信道质量参考数据可以为预设的上限值、下限值或者参考范围，以预设的信道质量参考数据为预设的上限值为例，当测量装置600发送过来的接收的信号强度指示值超过该上限值时，认为数据传输通道中传输的信号质量较高，此时控制装置700可以控制无线热点装置100适当减小输出功率，以节约无线热点装置100的资源成本，提高WIFI信号收发装置的可靠性。

在一个实施例中，请参见图3，带通滤波装置200包括第一带通滤波器210和第二带通滤波器220，频率搬移装置300包括发射通道频率搬移器310和接收通道频率搬移器320，第一带通滤波器210连接无线热点装置100，发射通道频率搬移器310连接第一带通滤波器210，天线开关装置400连接发射通道频率搬移器310，第二带通滤波器220连接无线热点装置100，接收通道频率搬移器320连接第二带通滤波器220，天线开关装置400连接接收通道频率搬移器320。

具体地，WIFI信号收发装置中WIFI信号的发射与接收分别通过信号发射通道和信号接收通道传输，信号发射通道包括第一带通滤波器210和发射通道频率搬移器310，信号接收通道包括第二带通滤波器220和接收通道频率搬移器320。当WIFI信号收发装置还包括测量装置和控制装置时，测量装置连接第二带通滤波器220和控制装置，控制装置连接无线热点装置100。测量装置用于对第二带通滤波器220滤波后的信号的强度进行测量，得到测量结果发送至控制装置，控制装置根据测量结果控制无线热点装置100的输出功率。发射信号时，无线热点装置100产生WIFI信号，此时产生的信号频率一般较高，高频信号传输至第一带通滤波器210后，只保留了特定频段的信号，然后传输至第一频率搬移器，第一频率搬移器将特定频段的信号搬移至低频段后发送至天线开关装置400，天线装置500接收天线开关装置400传输过来的信号后辐射至空间中，完成WIFI信号的发射。由于天线装置500发射的信号是低频段信号，穿透能力强，信号覆盖范围大。接收信号时，天线装置500接收到空间的电磁信号经由天线开关装置400发送至第二带通滤波器220，第二带通滤波器220过滤掉信号中的杂波之后发送至无线热点装置100，由无线热点装置100对信号进行处理后完成WIFI信号的接收。

第一带通滤波器210、第二带通滤波器220、发射通道频率搬移器310和接收通道频率搬移器320的类型并不是唯一的，在本实施例中，以高频段信号频率为2.4GHz，低频段信号频率为700MHz为例，第一带通滤波器210和第二带通滤波器220均为2.4GHz带通滤波器，仅允许频率为2.4GHz的信号通过，将其他频率的信号滤除，提高传输信号的质量。发射通道频率搬移器310为2.4GHz转700MHz频率搬移器，将频率为2.4GHz的高频信号转化为700MHz的低频信号后再通过天线开关装置400由天线装置500发送出去，有利于提高信号的覆盖范围。接收通道频率搬移器320为700MHz转2.4GHz频率搬移器，将频率为700MHz的低频信号转化为2.4GHz的高频信号后发送给第二带通滤波器220，第二带通滤波器220过滤掉其他频率的信号只保留频率为2.4GHz的信号再发送给无线热点装置100进行网络的转化与共享，有利于提高WIFI信号的工作性能。可以理解，高频段信号的频率并不限定为2.4GHz，还可以为3.5GHz、5.8GHz或者其他频率，低频段信号的频率并不限定为700MHz，还可以为400MHz、800M Hz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、3300MHz或者其他频率，只要本领域技术人员认为可以实现即可。由不同的线路实现信号的发射和接收可以减少发射通道和接收通道之间的相互干扰，提高信号传输的性能。

WIFI信号的接收或发射的工作状态切换还可以由天线开关装置400实现，天线开关装置400包括信号接收电路、信号发送电路和切换开关，切换开关连接天线装置500，并通过信号接收电路连接接收通道频率搬移器320，以及通过信号发送电路连接发射通道频率搬移器310。当切换开关与信号发射电路导通时，天线开关装置400控制天线装置500处于发射状态，当切换开关与信号接收电路导通时，天线开关装置400控制天线装置500处于接收状态，当切换开关处于开路状态时，天线装置500不工作，该装置处于停机状态。切换开关可以连接控制器，根据控制器发送的控制信号进行天线装置500的发射、接收或停机的工作状态的切换，或者，切换开关也可以采用手动控制，由用户根据自身需求手动切换工作状态。

在一个实施例中，请参见图3，WIFI信号收发装置还包括第三带通滤波器610，第三带通滤波器610一端连接发射通道频率搬移器310，另一端连接天线开关装置400。

第三带通滤波器610的类型并不是唯一的，以高频段信号频率为2.4GHz，低频段信号频率为700MHz为例，发射通道频率搬移器310为2.4GHz转700MHz频率搬移器，可以将频率为2.4GHz的高频信号转化为700MHz的低频信号后发送给第三带通滤波器610，第三带通滤波器610为700MHz带通滤波器，可以确保发送至天线开关装置400的信号只包括频率为700MHz的低频信号，提高信号的纯度。可以理解，在其他实施例中，第三带通滤波器610也可以为其他频率的带通滤波器，由与带通滤波器连接的发射通道频率搬移器310转化后的信号的频率决定，以保证信号的频率要求。

在一个实施例中，请参见图3，WIFI信号收发装置还包括发射通道放大器710和接收通道放大器720，发射通道放大器710一端连接发射通道频率搬移器310，另一端连接第三带通滤波器610，接收通道放大器720一端连接接收通道频率搬移器320，另一端连接天线开关装置400。发射通道放大器710和接收通道放大器720可以对信号进行放大，以提高信号传输的可靠性。

具体地，发射通道放大器710和接收通道放大器720的类型并不是唯一的，例如，在本实施例中，发射通道放大器710为功率放大器，接收通道放大器720为低噪声放大器，发送WIFI信号时，无线热点装置100将信号发送至功率放大器进行功率放大，使输出的信号有足够大的功率满足需求，放大后的信号通过天线开关装置400由天线装置500辐射至空间中，实现WIFI信号的发送。接收WIFI信号时，天线装置500可以感应到空间中的电磁信号然后发送至天线开关装置400，天线开关装置400将信号传输至低噪声放大器进行放大，放大后的信号经由带通滤波装置200发送至无线热点装置100进行解调后得到WIFI信号，实现WIFI信号的接收。可以理解，在其他实施例中，发射通道放大器710和接收通道放大器720也可以为其他类型的放大器，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图4，天线装置500包括至少两个层叠设置的天线阵列层510，天线阵列层510连接天线开关装置400。天线装置500包括至少两个层叠设置的天线阵列层510，可以在二维天线平面阵列层的基础上增加纵向维度，在辐射方向远端形成波束合成，使天线装置500拥有更高的增益。例如，当天线阵列层510的数量为两层时，理论上可增加3dB的增益，当天线阵列层510的数量为三层时，理论上可增加5dB的增益，当天线阵列层510110的数量为三层以上时，可增加更高的增益，从而使该WIFI信号收发装置接收和发送的WIFI信号传输距离更远，覆盖范围更大，可靠性高。此外，包括至少两个层叠设置的天线阵列层510的天线装置500为立体天线装置500，立体结构的配置可有效提升空间利用效率，丰富天线装置500的配置，降低成本。

此外，当天线装置500为上述立体结构时，天线开关装置400的数量并不是唯一的，由于天线装置500包括至少两个层叠设置的天线阵列层510，这些天线阵列层510可以均连接同一个天线开关装置400，由同一个天线开关装置400调整投入使用的天线阵列层510的数量，还能有效减少装置的占用空间，使用快捷，或者，各个天线阵列层510也可以分别连接不同的天线开关装置400，由不同的天线开关装置400分别控制不同的天线阵列层510可以减小相互之间的干扰，提高WIFI信号收发装置的工作准确度。

在一个实施例中，请参见图4，天线阵列层510包括基板512和设置于基板512的天线阵列514，天线阵列514连接天线开关装置400。具体地，基板512是天线阵列514的承载体，便于天线阵列514的设置，还能对天线阵列514起到一定的保护作用。天线阵列层510之间的间距并不是唯一的，例如可以大于或等于0.5λ，其中λ为天线阵列514中心频率的波长，将天线阵列层510之间设置一定的间距可以减少天线阵列层510之间信号的相互影响，从而提高天线装置500的工作性能。

在一个实施例中，基板512为金属基板512。金属基板512机械强度高，将金属基板512作为天线阵列514的承载体可以提高对天线阵列514的保护作用，且金属基板512具有耐腐蚀、散热性好、加工性能好等优点，加工难度小，制作成本低，还能有效延长天线装置500的使用寿命。可以理解，在其他实施例中，基板512也可以为其他材料制成的基板512，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，基板512的尺寸相同。由于各个基板512是层叠设置的，采用尺寸相同的基板512可以减小安装时的难度，进一步地，设置于每个基板512上的天线阵列514的数量也可以相等，使每个天线层实现WIFI信号收发的工作量基本均衡，还能降低信号处理的复杂度。可以理解，在其他实施例中，各个基板512的尺寸或各个基板512上设置的天线阵列514的数量也可以不相同，具体可根据实际的需求调整。进一步地，基板512的形状也不是唯一的，例如基板512可以采用矩形，便于天线阵列514按不同的排布方式设置，也便于在前期安装或后期处理时对基板512进行拆分或重组等，以适应不用场合的不同需求，使用便捷，可靠性高。

在一个实施例中，请参见图4，各个基板512之间通过连接件520连接。基板512通过连接件520连接可以对各个基板512起到良好的固定作用，此外，当连接件520与基板512之间为活动连接的关系时，各个基板512通过连接件520连接可以便于基板512的安装与拆分，使用便捷。具体地，连接件520在基板512上的位置并不是唯一的，例如可以设置于基板512的中心处，起到良好的固定作用，也可以设置于基板512的其他位置，具体可根据实际需求调整。可以理解，在其他实施例中，各个基板512也可以采用其他方式进行连接，例如粘接等，其操作简单，成本低。

在一个实施例中，连接件520的数量为两个以上。连接件520的数量并不是唯一的，例如当连接件520的数量为两个时，两个连接件520可分别设置于基板512的一条对角线的两端，有利于基板512的稳定，当连接件520的数量为三个时，可将三个连接件520按三角形的形状布局设置，使各个基板512之间更好地固定，当连接件520的数量为四个时，四个连接件520可分别设置于基板512的四角，确保各个基板512之间连接的牢固性。可以理解，在其他实施例中，连接件520的数量也可以为1个，只要本领域技术人员认为可以实现连接各个基板512的目的即可。连接件520的材料也不是唯一的，例如可以采用树脂连接件520，树脂受热后可融化，便于塑型，且其成本较低，采用树脂连接件520可以降低WIFI信号收发装置的使用成本。

为了更好地理解上述实施例，以下结合两个具体的实施例进行详细的解释说明，

代表一个双极化平面天线阵列514。在一个实施例中，请参见图5，利用常规的WIFI AP(Access Point,接入点)(比如2.4GHz)，通过频率搬移到更适宜大幅度覆盖的低频段(比如700MHz)，信号通过立体天线发射出去(接收回来)。在一个实施例中，请参见图6，利用常规的WIFI AP(比如2.4GHz)，通过频率搬移到更适宜大幅度覆盖的低频段(比如700MHz)，同时将信号进行放大，然后通过立体天线发射出去(接收回来)。通过多层天线振子立体组阵，提高天线整体增益，利用低频信号传输特性好的特点，提高覆盖效果，利用立体阵列天线高增益的特点，解决目前WIFI传输距离近的缺点，综合立体天线和低频段传输两个优势，可以实现WIFI大幅度覆盖。

上述WIFI信号收发装置，无线热点装置100用于产生WIFI信号，产生的WIFI信号经过带通滤波装置200滤波后发送至频率搬移装置300，频率搬移装置300可以实现信号的频率搬移，将高频段信号搬移到低频段，搬移后的信号再通过天线开关装置400和天线装置500发射出去。由于低频段信号波长更长，穿透力更强，将WIFI信号搬移至低频段后再通过天线装置500发射出去可以增大WIFI信号的覆盖范围，且不受建筑或树木等障碍物的阻隔，更适应于恶劣天气，使用可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种WIFI信号收发装置，其特征在于，包括无线热点装置、带通滤波装置、频率搬移装置、天线开关装置和天线装置，所述无线热点装置连接所述带通滤波装置，所述带通滤波装置连接所述频率搬移装置，所述频率搬移装置连接所述天线开关装置，所述天线开关装置连接所述天线装置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括控制装置和测量装置，所述测量装置连接所述带通滤波装置和所述控制装置，所述控制装置连接所述无线热点装置；所述测量装置用于对所述带通滤波装置滤波后的信号的强度进行测量，得到测量结果发送至所述控制装置，所述控制装置根据所述测量结果控制所述无线热点装置的输出功率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测量结果包括接收的信号强度指示值；所述控制装置用于根据所述接收的信号强度指示值和预设的信号强度参考数据控制所述无线热点装置的输出功率。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测量结果包括信道质量指示值；所述控制装置用于根据所述信道质量指示值和预设的信道质量参考数据控制所述无线热点装置的输出功率。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述带通滤波装置包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述频率搬移装置包括发射通道频率搬移器和接收通道频率搬移器，所述第一带通滤波器连接所述无线热点装置，所述发射通道频率搬移器连接所述第一带通滤波器，所述天线开关装置连接所述发射通道频率搬移器，所述第二带通滤波器连接所述无线热点装置，所述接收通道频率搬移器连接所述第二带通滤波器，所述天线开关装置连接所述接收通道频率搬移器。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括第三带通滤波器，所述第三带通滤波器一端连接所述发射通道频率搬移器，另一端连接所述天线开关装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括发射通道放大器和接收通道放大器，所述发射通道放大器一端连接所述发射通道频率搬移器，另一端连接所述第三带通滤波器，所述接收通道放大器一端连接所述接收通道频率搬移器，另一端连接所述天线开关装置。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线装置包括至少两个层叠设置的天线阵列层，所述天线阵列层连接所述天线开关装置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述天线阵列层包括基板和设置于所述基板的天线阵列，所述天线阵列连接所述天线开关装置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述基板的尺寸相同。

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