CN115499020A - 一种通信系统、头戴式设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信系统、头戴式设备。包括第一wifi天线、nRF天线、第一匹配电路、第二匹配电路、第一切换开关、第二切换开关、第一射频前端、第二射频前端、第一收发通信芯片、第二收发通信芯片以及MCU芯片；第一wifi天线、第一匹配电路、第一切换开关、第一射频前端、第一收发通信芯片依次串联；nRF天线、第二匹配电路、第二切换开关、第二射频前端、第二收发通信芯片依次串联；第一匹配电路和第二匹配电路为四路滤波网络；第一切换开关和第二切换开关连接MCU芯片；将2.4Gwifi频段分为低频段、中频段、高频段，第一wifi天线连接路由器的AP后锁定第一wifi天线所处频段，MCU芯片根据wifi连接的频段调整nRF天线的频段，降低了通信系统的互耦效应。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信系统、头戴式设备。
背景技术
VR虚拟现实设备是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种虚拟环境，是一种多源信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，目前的虚拟现实(Virtual Reality)技术是通过视觉、听觉、触觉等方面的数字信息来生成一体化的虚拟环境，从而具有沉浸式、交互性、多感知性的特点，而一般VR虚拟现实设备都会配备一些辅助设备，在辅助设备中的手柄与头戴式设备通过2.4G私有协议进行通信，这就需要头戴式设备和手柄都配备一个私有协议(nRF)芯片、射频前端及nRF天线。而头戴式设备同时还配备2.4G频段的wifi天线，通常至少会有两根天线，这就会对2.4G私有协议(nRF)频段通信造成干扰。目前市面上的nRF芯片对隔离度的要求是≤-40dB，这样才能保证手柄与头戴式设备的优秀的通信性能。常规的处理方式是在天线端提升wifi天线与nRF天线的隔离度，而受限于头戴式设备的尺寸等因素，2.4频段(2.4～2.5GHz)较难保证全频段天线隔离度都能达到此标准，现有技术中较优的设备最多做到-30dB左右的天线隔离度，不满足芯片设计要求。
综上所述，本发明实际解决的技术问题是如何降低通信系统的互耦效应。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种通信系统、头戴式设备，降低了通信系统的互耦效应。
本发明公开了一种通信系统，应用于头戴式设备，包括第一wifi天线、nRF天线、第一匹配电路、第二匹配电路、第一切换开关、第二切换开关、第一射频前端、第二射频前端、第一收发通信芯片、第二收发通信芯片以及MCU芯片；其中，
第一wifi天线、第一匹配电路、第一切换开关、第一射频前端、第一收发通信芯片依次串联；
nRF天线、第二匹配电路、第二切换开关、第二射频前端、第二收发通信芯片依次串联；
第一匹配电路和第二匹配电路分别为四路滤波网络；
第一切换开关和第二切换开关分别连接MCU芯片；
将2.4Gwifi频段分为低频段、中频段、高频段，第一wifi天线连接路由器的AP后锁定第一wifi天线所处频段，MCU芯片根据wifi连接的频段调整nRF天线的频段，使第一wifi天线和nRF天线实现低互耦。
优选地，低频段为2402～2437MHz；中频段为2422～2462MHz；高频段为2447～2482MHz。
优选地，第一匹配电路的四路滤波网络包括第一直通、第一低通、带通、第一高通，且第一直通、第一低通、带通、第一高通分别连接第一切换开关的一个闸口；第二匹配电路的四路滤波网络包括第二直通、第二低通、带阻、第二高通，且第二直通、第二低通、带阻、第二高通分别连接第二切换开关的一个闸口。
优选地，第一匹配电路和第二匹配电路的四路滤波网络使用GPIO作为通路选择逻辑信号。
优选地，第一切换开关和第二切换开关分别为单刀四掷开关。
优选地，还包括第二wifi天线，第二wifi天线与第一wifi天线连接同一频段，第二wifi天线与第一wifi天线切换的谐振位置相同。
有鉴于此，第一切换开关和第二切换开关为四路调谐电容。
有鉴于此，本发明还提供一种头戴式设备，该头戴式设备上至少设有一个如上所述的通信系统。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，本发明的有益效果在于降低了通信系统的互耦效应，本发明的电路端的MCU根据预设的开关逻辑组合控制第一切换开关和第二切换开关不同的天线谐振，使得互相影响的两个天线工作在不同的频段，受影响的私有协议天线在工作判断内与wifi天线间的隔离度可以从-35dB优化到-40dB以上，完全符合私有协议芯片的设计要求，同时对天线带宽的要求也降低了，区别于常规的宽带天线，本发明只需要做成窄带天线，从而大大降低了天线本体的调试难度。
附图说明
图1为本发明一种通信系统、头戴式设备的示意图；
图2为本发明一种通信系统、头戴式设备的通信系统的连接关系示意图；
图3为本发明一种通信系统、头戴式设备的工作流程示意图；
图4为现有技术中未优化的状态示意图；
图5为通过本发明的通信系统优化后的效果示意图。
附图标记：
1为第一wifi天线、10为第一匹配电路、11为第一切换开关、12为第一射频前端、13为第一收发通信芯片、2为nRF天线、20为第二匹配电路、21为第二切换开关、22为第二射频前端、23为第二收发通信芯片、100为MCU芯片、3为头戴式设备、4为Tr1、5为Tr2、6为Tr3。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1至图3所示，本实施例提供一种通信系统，该通信系统主要应用于头戴式设备3，包括第一wifi天线1、nRF天线2、第一匹配电路10、第二匹配电路20、第一切换开关11、第二切换开关21、第一射频前端12、第二射频前端22、第一收发通信芯片13、第二收发通信芯片23以及MCU芯片100，其中，第一wifi天线1、第一匹配电路10、第一切换开关11、第一射频前端12、第一收发通信芯片13依次串联；nRF天线2、第二匹配电路20、第二切换开关21、第二射频前端22、第二收发通信芯片23依次串联，第一匹配电路10和第二匹配电路20分别为四路滤波网络，第一切换开关11和第二切换开关21分别连接MCU芯片100，通过提前见2.4Gwifi频段分为三个频段，包括低频段、中频段、高频段，第一wifi天线1连接路由器的AP后锁定第一wifi天线1所处频段，MCU芯片100根据wifi连接的判断调整nRF天线2的频段，使第一wifi天线1和nRF天线2实现低互耦的效果。具体的初始状态为全频段宽频状态，第一wifi天线1连接AP后锁定所处频段后，nRF天线2的工作判断根据第一wifi天线1所处频段调整至其他的频段，需要说明的是，第一切换开关11和第二切换开关21这两个开关的逻辑组合需要根据实际调试的天线效果来决定，并将逻辑组合合到软件中，通过MCU芯片100控制使得第一wifi天线1和nRF天线2一直保持良好的隔离度-40dB以下，实现私有协议最优的通信性能。
如图3所示，头戴式设备3连接路由器AP的WiFi，锁定WiFi的Channell，然后MCU芯片100控制第一切换开关11和第二切换开关21切换第一wifi天线1和nRF天线2的谐振，从而锁定各自频点。接着开启是有协议2.4G频段的调频扫描，选取最优的信道，进一步提升通信系统的通信性能，若头戴式设备3关机或者离开当前路由器覆盖区域后断开AP的WiFi连接，这第一切换开关11和第二切换开关21恢复到默认的宽频状态，连接到新的AP后再重复上述流程。
如图1所示，在图中，第一wifi天线1在头戴式设备3的右侧，若在用户佩戴头戴式设备3后第一wifi天线1即在用户的左侧，而在MCU芯片100、第一切换开关11、第一射频前端12、第一匹配电路10、第一收发通信芯片13、第二切换开关21、第二射频欠点、第二匹配电路20、第二收发通信芯片23以及nRF天线2均设在用户佩戴头戴式设备3后头戴式设备3朝向用户的面的相对面上，且其各个单元的连接关系参阅如上所述。
如图4和图5所示，在现有技术中的天线隔离度为-32.6～35.9dB，不满足私有协议芯片的设计要求，WiFi工作在低频段(2402～2437MHz)，按本发明的思路处理后，将nRF天线2的谐振通过第二切换开关21切换至高频段(2447～2482MHz)，在此工作频段内，通信系统的天线隔离度从-35dB提升到-40dB以上，满足通信系统的设计要求，实现了最优的通信性能，在图4和图5中的4为Tr1、5为Tr2、6为Tr3。
需要说明的是，上述的低频信道号1-4，2402-2437MHz,中间频段信道号5-9，2422-2462MHz,高频段信道号10-13，2447-2482MHz。
需要说明的是，第一匹配电路10的四路滤波网络包括第一直通(全频)、第二低通、带通、第一高通、且第一直通、第一低通、带通、第一高通分别连接第一切换开关11的一个闸口；第二匹配电路20的四路滤波网络包括第二直通(全频)、第二低通、带阻、第二高通，且第二直通、第二低通、带阻、第二高通分别连接第二切换开关21的一个闸口。
需要说明的是，第一匹配电路10和第二匹配电路20的四路滤波网络使用GPIO作为通路选择逻辑信号，而非mipi协议控制，但本实施例并非排除mipi协议。四路滤波网络使用GPIO可以比较便捷的实现wifi2.4G天线的数量的拓展，比如2×2mimo扩展到4×4mimo。
需要说明的是，第一切换开关11和第二切换开关21通常选用为单刀四掷开关。
需要说明的是，还包括第二wifi天线，第二wifi天线与第一wifi天线1连接同一频段，第二wifi天线与wifi天线切换的谐振位置相同，从而依然能够保证第一wifi天线1与nRF天线2的高隔离度的特性。显然，第二wifi天线也是需要一个单独的天线切换开关来进行调谐控制的，此处不再描述。由于同频段的第一wifi天线1和第二wifi天线智能连接同一个信道，因此第一wifi天线1和第二wifi天线切换的谐振位置相同，依然能够保证wifi天线与nRF天线2搞隔离度的特性。因此根据上述的逻辑，实际上还可以添加多个wifi天线，每一个wifi天线都分别由不同的切换开关来进行单独控制。
需要说明的是，第一切换开关11和第二切换开关21为四路调谐电容。
本实施例还提供一种头戴式设备3，该头戴式设备3至少设有一个如上所述实施例提供的通信系统。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种通信系统，应用于头戴式设备，其特征在于，包括第一wifi天线、nRF天线、第一匹配电路、第二匹配电路、第一切换开关、第二切换开关、第一射频前端、第二射频前端、第一收发通信芯片、第二收发通信芯片以及MCU芯片；其中，
所述第一wifi天线、第一匹配电路、第一切换开关、第一射频前端、第一收发通信芯片依次串联；
所述nRF天线、第二匹配电路、第二切换开关、第二射频前端、第二收发通信芯片依次串联；
所述第一匹配电路和所述第二匹配电路分别为四路滤波网络；
所述第一切换开关和所述第二切换开关分别连接所述MCU芯片；
将2.4Gwifi频段分为低频段、中频段、高频段，第一wifi天线连接路由器的AP后锁定第一wifi天线所处频段，所述MCU芯片根据wifi连接的频段调整所述nRF天线的频段，使所述第一wifi天线和所述nRF天线实现低互耦。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述低频段为2402～2437MHz；所述中频段为2422～2462MHz；所述高频段为2447～2482MHz。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一匹配电路的四路滤波网络包括第一直通、第一低通、带通、第一高通，且所述第一直通、第一低通、带通、第一高通分别连接所述第一切换开关的一个闸口；所述第二匹配电路的四路滤波网络包括第二直通、第二低通、带阻、第二高通，且所述第二直通、第二低通、带阻、第二高通分别连接所述第二切换开关的一个闸口。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，所述第一匹配电路和所述第二匹配电路的四路滤波网络使用GPIO作为通路选择逻辑信号。
5.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一切换开关和所述第二切换开关分别为单刀四掷开关。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，还包括第二wifi天线，所述第二wifi天线与所述第一wifi天线连接同一频段，所述第二wifi天线与所述第一wifi天线切换的谐振位置相同。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一切换开关和所述第二切换开关为四路调谐电容。
8.一种头戴式设备，其特征在于，所述头戴式设备上至少设有一个如权利要求1至7任一项所述的通信系统。
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