CN203104434U - 无线自组网mesh通讯模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线自组网MESH通讯模块，包括信号接收电路、信号发送电路和微控制器；信号接收电路包括信号处理单元和模数转换器，信号处理单元的输出端与模数转换器的模拟信号输入端相连，模数转换器的数字信号输出端与微控制器的信号采集端连接；信号发送电路包括数模转换器和信号发射单元，微控制器的输出端与数模转换器的输入端连接，数模转换器的输出端与信号发射单元连接。本实用新型在信号接收时，有效避免了噪声，降低了信号误码率、减少了信号失真的情况，提高了信噪比，改善了信号接收的效果及质量；在信号发送时，增强了信号强度，延长了信号发送距离，π型滤波器可抑制了二次、多次谐波的干扰，提高了发送出的无线信号的品质。

Description

无线自组网MESH通讯模块

技术领域

本实用新型涉及一种无线自组网MESH通讯模块。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，信息化时代的不断推进，通信手段也在向多样化发展。但实际上，目前人们普遍采用的通信手段依然存在一些弊端。下面是目前普遍使用的几种通信手段及它们存在的不足和缺点：

（1) 蜂窝移动通信网络

①依赖基础设施：移动终端之间需要通过固定基站才能实现通信，基站通过有线线路与骨干交换网络相连，增加了通信成本；

②移动终端不具备路由功能，移动终端只能通过固定基站进行数据收发，使用约束较大；

③星状结构，某条链路出现故障，大范围服务将中断，网络抗毁性差；

④建设、扩展、维护成本高；

⑤移动终端静止时数据传输速率可达2Mbit/s，但是移动终端高速移动时数据传输速率只有144kbit/s。

（2) 集群通信系统

①与蜂窝移动通信网络类似，属于有连接的网络，依赖基础设施；

②一般是专用网络，以语音业务为主。

（3) 无线局域网WLAN

①移动节点配备无线网卡，通过AP 接入点与固定网连接，依赖于类似基站或接入点的现有网络基础设施；

②对网络层来说，是单跳网络,不可转发数据；

③有限覆盖范围（几百米）内可实现高速通信（802.11b:11M或802.11a:54M），但是覆盖范围较为有限。

（4) VSAT卫星通信系统

①覆盖范围最广，但成本高、传输带宽有限、传输延时大。

（5）动中通

①依赖卫星，在雨天或是云层厚重的时候，或者是在特殊环境及存在遮挡的地方就容易失效，出现通信故障；

②天线太笨重，使用和携带都很不便，必须安置在汽车、轮船等移动设备上；

③存在一段较长时间的寻星过程，无法快速投入应用，很多场合的使用都受到限制。

综上所述，目前现有的通信网络大都是基于稳定可靠的通信基础设施之上的，一旦这些通信基础设施遭到破坏，常规的通信手段都不再可行。而往往就是在这样的时候，保持可靠的通信显得尤为重要。集群通信系统除了依赖基础设施以外，在网络带宽上也有很大限制，多使用窄带技术，带宽30K 左右，数据传输速率16Kbps 左右，这就使得其数据传输能力大大受限。因此，在一些特殊场合下，现有的通信手段还不能满足通信的需求，最大的问题就是生存能力太差，容易被快速摧毁掉。

移动自组网采用分布式技术，没有中心控制节点的管理，不依托其他任何有线的通信基础设施，为无公网覆盖的极端情况下的网络通信提供必要的保障手段。当终端设备接通电源并打开时，通信终端能够自动搜索周围临近的通信终端或中继器，搜索到以后自动组件通信网络，网络的一个通信节点通过临近节点的自动接力与其他节点进行通信，同时网络中信息源会根据网络中的各个节点的状态和位置自行选择最近的有效的通信路径，当网络中某些节点发生故障时，其他节点可以继续通信；此外，每个节点都可以随时移动，变化位置，也可以随时增减节点的数量。目前，无线自组网技术以其突出的各项特点和优势，已得到了较为广泛的应用和推广。

无线自组网是源于军事无线通信领域的先进技术，对于其通讯模块来说，信号接收和处理能力决定着它的通讯性能。现有的MESH通讯模块存在以下问题：信号接收电路普遍存在线性度低、动态范围不足，信号检测能力差，误码率高、信号失真情况严重，抗干扰能力较差，相位噪声高、杂散抑制效果差、通信效果差等问题；信号发送电路的发射传输距离较短，而且在信号无线发射时，杂散发射干扰与二次多次射频干扰现象较为严重，使得所发送出的信号效果差，也不能让发送电路长期工作在发送状态下。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种接收电路信号检测能力强、误码率低、信号失真少、抗干扰能力强、杂散抑制效果好、接收的信号质量好，发送电路发送距离远、滤波效果好、杂波干扰少、信噪比高的通信效果好的无线自组网MESH通讯模块。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：无线自组网MESH通讯模块，包括机壳和机芯电路，机芯电路包括信号接收发送电路，所述的信号接收发送电路由信号接收电路、信号发送电路和微控制器组成；信号接收电路包括信号处理单元和模数转换器，信号处理单元包括射频滤波器、低噪声放大器、本振信号产生器Ⅰ、混频器Ⅰ、中频滤波器和中频放大器，射频滤波器的输出端通过低噪声放大器与混频器的一个输入端连接，混频器的另一个输入端与本振信号产生器Ⅰ的输出端相连，混频器Ⅰ的输出端依次通过中频滤波器和中频放大器与模数转换器的模拟信号输入端相连，模数转换器的数字信号输出端与微控制器的信号采集端连接；所述的本振信号产生器Ⅰ包括顺次连接的低通滤波器LPF1、鉴相器PD、低通滤波器LPF2、压控振荡器VCO、放大器LNA、低通滤波器LPF3和功分器及一个高通滤波器HPF，高通滤波器HPF的输入端与压控振荡器VCO连接，其输出端与鉴相器的本振信号输入端相连构成锁相环。

 信号发送电路包括数模转换器和信号发射单元，信号发射单元包括本振信号产生器Ⅱ、混频器Ⅱ、功率放大器和π型滤波器，数模转换器的数字信号输入端与微控制器的信号输出端连接，数模转换器及本振信号产生器Ⅱ的输出端分别与混频器Ⅱ的输入端连接，混频器Ⅱ的输出端通过功率放大器与π型滤波器的输入端相连；所述的π型滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电感L1和电感L2，电容C1与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电感L2的一端连接，电感L1的另一端还通过电容C2接地，电感L2的另一端与发送天线连接，电感L2的另一端还通过电容C3接地。

π型滤波器只让混频器中谐振器的谐振频率通过，抑制其二次及多次谐波，有效地解决了无线信号发送时杂散发射的干扰及二次、多次谐波射频干扰，提高了信号发送电路工作的稳定性，使得信号发送电路能够长时间的处在工作状态，满足系统需求。而且对电路元器件的要求不高，相应地降低了电路设计的成本。

本实用新型所述的MESH通讯模块接收信号时，信号天线与射频滤波器的输入端连接。

本实用新型所述的MESH通讯模块发送信号时，π型滤波器的输出端与信号天线连接。

本实用新型所述的鉴相器采用HMC704芯片。 

本实用新型的有益效果是：

（1）在无线信号接收过程中，射频信号依次经过射频滤波器的滤波、低噪声放大器的增益、混频器的中频混频、中频滤波器的再次滤波和中频放大器的再次增益后，大大削弱了相邻信道的信号干扰，有效避免了噪声，降低了信号误码率、减少了信号失真的情况，提高了信噪比，改善了信号接收的效果及质量；

（2）在无线信号发送过程中，经过数模转换后的信号由功率放大器对其进行功率放大，增强了信号强度，从而延长了无线信号的发送距离；π型滤波器可有效地对信号进行滤波，抑制了二次、多次谐波的干扰，提高了发送出的无线信号的品质。 

附图说明

图1为本实用新型信号接收电路结构示意框图；

图2为本实用新型本振信号产生器Ⅰ的电路原理图；

图3为本实用新型信号发送电路结构示意框图；

图4为本实用新型π型滤波器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

无线自组网MESH通讯模块，包括机壳和机芯电路，机芯电路包括信号接收发送电路，所述的信号接收发送电路由信号接收电路、信号发送电路和微控制器组成。

如图1所示，信号接收电路包括信号处理单元和模数转换器，信号处理单元包括射频滤波器、低噪声放大器、本振信号产生器Ⅰ、混频器Ⅰ、中频滤波器和中频放大器，信号天线的输出端与射频滤波器的输入端连接，射频滤波器的输出端通过低噪声放大器与混频器的一个输入端连接，混频器的另一个输入端与本振信号产生器Ⅰ的输出端相连，混频器Ⅰ的输出端依次通过中频滤波器和中频放大器与模数转换器的模拟信号输入端相连，模数转换器的数字信号输出端与微控制器的信号采集端连接。

如图2所示，本振信号产生器Ⅰ包括顺次连接的低通滤波器LPF1、鉴相器PD（采用HMC704芯片）、低通滤波器LPF2、压控振荡器VCO（采用V844ME02-LF芯片）、放大器LNA（采用ERA-5SM芯片）、低通滤波器LPF3（采用LFCN-3400芯片）和功分器及一个高通滤波器HPF，高通滤波器HPF的输入端与压控振荡器VCO连接，其输出端与鉴相器的本振信号输入端相连构成锁相环。HMC704芯片采用整数模式，10M鉴相时，底噪=-233+10Log^fpd=-233+70=-163 dBc/Hz10kHz，实际运用按恶化3dB算。若参考源相噪声比芯片好，则噪声上限由芯片决定，输出3550M时，倍频次数为355倍，所以输出3550时相位噪声=-160+20logⁿ=-160+20log³⁵⁵ =-109 dBc/Hz10kHz，因采用10M鉴相，PLL的整数编带杂散点出现在离环路带宽很远的地方，所以可以滤的很干净，杂散可轻松做到≤-75dBc。

如图3所示，信号发送电路包括数模转换器和信号发射单元，信号发射单元包括本振信号产生器Ⅱ、混频器Ⅱ、功率放大器和π型滤波器，数模转换器的数字信号输入端与微控制器的信号输出端连接，数模转换器及本振信号产生器Ⅱ的输出端分别与混频器Ⅱ的输入端连接，混频器Ⅱ的输出端通过功率放大器与π型滤波器的输入端相连。π型滤波器的输出端与信号天线连接。

其工作过程如下：微控制器将经过筛选的需要发送的数据信息发送至数模转换器中，由数模转换器将该待发送的数据信息转换为模拟射频信号，模拟射频信号依次经过混频器Ⅱ混频（输入的射频信号与本振信号产生器Ⅱ所产生的本振信号进行混频）、功率放大器增益放大及π型滤波器滤波后，将高质量的通信信号传输至信号天线进行发送。

其中，数模转换器DAC是将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量为基准的模拟量的器件，D/A转换器基本上由四部分组成：权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。数模转换器的数模转换原理如下：数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换为模拟量，就必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数模转换。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压组成，数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数码寄存器输出的各位数码分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，最终得到数字量对应的模拟量。

如图4所示，π型滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电感L1和电感L2，电容C1与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电感L2的一端连接，电感L1的另一端还通过电容C2接地，电感L2的另一端与发送天线连接，电感L2的另一端还通过电容C3接地。

π型滤波器只让混频器中谐振器的谐振频率通过，抑制其二次及多次谐波，有效地解决了无线信号发送时杂散发射的干扰及二次、多次谐波射频干扰，提高了发送电路工作的稳定性，使得发送电路能够长时间处在工作状态，满足系统需求。而且对电路元器件的要求不高，相应地降低了电路设计的成本。 

Claims (4)

1.无线自组网MESH通讯模块，包括机壳和机芯电路，机芯电路包括信号接收发送电路，其特征在于：所述的信号接收发送电路由信号接收电路、信号发送电路和微控制器组成；

信号接收电路包括信号处理单元和模数转换器，信号处理单元包括射频滤波器、低噪声放大器、本振信号产生器Ⅰ、混频器Ⅰ、中频滤波器和中频放大器，射频滤波器的输出端通过低噪声放大器与混频器的一个输入端连接，混频器的另一个输入端与本振信号产生器Ⅰ的输出端相连，混频器Ⅰ的输出端依次通过中频滤波器和中频放大器与模数转换器的模拟信号输入端相连，模数转换器的数字信号输出端与微控制器的信号采集端连接；所述的本振信号产生器Ⅰ包括顺次连接的低通滤波器LPF1、鉴相器PD、低通滤波器LPF2、压控振荡器VCO、放大器LNA、低通滤波器LPF3和功分器及一个高通滤波器HPF，高通滤波器HPF的输入端与压控振荡器VCO连接，其输出端与鉴相器的本振信号输入端相连构成锁相环；

信号发送电路包括数模转换器和信号发射单元，信号发射单元包括本振信号产生器Ⅱ、混频器Ⅱ、功率放大器和π型滤波器，数模转换器的数字信号输入端与微控制器的信号输出端连接，数模转换器及本振信号产生器Ⅱ的输出端分别与混频器Ⅱ的输入端连接，混频器Ⅱ的输出端通过功率放大器与π型滤波器的输入端相连；所述的π型滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3、电感L1和电感L2，电容C1与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电感L2的一端连接，电感L1的另一端还通过电容C2接地，电感L2的另一端与发送天线连接，电感L2的另一端还通过电容C3接地。

2.根据权利要求1所述的无线自组网MESH通讯模块，其特征在于：MESH通讯模块接收信号时，信号天线与射频滤波器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的无线自组网MESH通讯模块，其特征在于：MESH通讯模块发送信号时，所述的π型滤波器的输出端与信号天线连接。

4.根据权利要求1所述的无线自组网MESH通讯模块，其特征在于：所述的鉴相器采用HMC704芯片。

Images