CN215734302U - 抗干扰自适应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种抗干扰自适应装置，包括超宽频室分系统、信号处理系统、射频功率分配系统、WIFI基站、局域网以及WIFI信道自适应控制器，其中：局域网连接WIFI信道自适应控制器；局域网通过楼层交换机连接WIFI基站；WIFI基站通过射频功率分配系统连接信号处理系统；信号处理系统连接超宽频室分系统。本实用新型提供的硬件结构，有助于实现2.4GHz频段的抗干扰功能。有效的避免了上行信号造成的开关翻转，进而影响通信。

Description

抗干扰自适应装置

技术领域

本实用新型涉及抗干扰装置，具体地，涉及一种抗干扰自适应装置。

背景技术

智慧医疗意在通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。在中国新医改的大背景下，智慧医疗正在走进寻常百姓的生活。为了满足未来智慧医院建设的需要，医院需要一个开放、可拓展、安全、稳定、易维护的无线通信平台，以避免无序建设造成的系统间相互干扰，避免重复拉线造成的浪费，提高系统的稳定性、安全性和可维护性。超宽频室内信号分布系统技术(支持400MHz-6000MHz全频域)，就是满足上述智慧医院建设的最佳无线通信平台方案。

但是现有的超宽频室内信号分布系统技术对应的硬件设备存在的很大的问题是：由于信号覆盖面积广，更加容易受外部其他干扰源的影响，尤其是在2.4GHz频段，硬件设备难以实现抗干扰功能，包括医院内存在大量无序干扰源，如WiFi AP、微波炉、微波治疗仪、工作在2.4GHz频段的蓝牙和Zigbee信号、私有2.4GHz信号、运营商4G/5G边带(2390MHz和2515MHz)杂散信号等，因此如何实现抗干扰功能丞待解决。

专利文献为CN208043947U的实用新型专利公开了一种超宽频信号源系统，包括主控板，主控板分别连接有射频板、电源板和操作面板，主控板用于接收和解析操作面板发出的控制信息，并将解析结果发送至射频板，射频板用于根据主控板发出的解析结果产生对应的信号源；通过RFID模块验证用户的身份，可防止非用户人员操控本系统，增强系统的安全性能，通过按键输入单元以及OLED显示屏相配合可以方便快捷的调节信号参数，根据产生信号源的频率可以选择适合的天线模式，通过不同的天线配置，可以使信号源达到35MHz～4.4GHz的超宽频范围。但是上述方案无法解决在宽频信号下的抗干扰功能。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种抗干扰自适应装置。

根据本实用新型提供的抗干扰自适应装置，包括超宽频室分系统、信号处理系统、射频功率分配系统、WIFI基站、局域网以及WIFI信道自适应控制器，其中：

局域网连接WIFI信道自适应控制器；

局域网通过楼层交换机连接WIFI基站；

WIFI基站通过射频功率分配系统连接信号处理系统；

信号处理系统连接超宽频室分系统。

优选地，所述超宽频室分系统包括超宽频功分器、超宽频耦合器以及超宽频天线，其中：

超宽频功分器包括主超宽频功分器和多个子超宽频功分器，主超宽频功分器的一端连接信号处理系统，另一端通过超宽频耦合器连接子超宽频功分器的一端，多个子超宽频功分器的另一端连接超宽频天线。

优选地，所述信号处理系统包括2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器、5GHz干线放大器以及合路器，其中：

2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器、5GHz干线放大器的一端连接射频功率分配系统，另一端连接合路器的一端，合路器的另一端连接超宽频室分系统。

优选地，所述2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器包括控制电路、第一功率分配器、第一射频开关、第一检波器、第一比较电路、开关控制器件、第一可变衰减器、功率放大器、运算放大器、第二射频开关、低噪放、第二功率分配器、第二检波器、第二比较电路、第二可变衰减器以及推动级放大器，其中：

第一功率分配器与第一射频开关电连接；

开关控制器件与控制电路的GPIO端电连接；

第一功率分配器的输出端电连接第一检波器的输入端；

第一检波器的输出端分别电连接控制电路的ADC端；

第一比较电路的输入端分别电连接第一检波器的输出端和控制电路的DAC端，输出端电连接开关控制器件的输入端；

开关控制器件的输出端电连接第一射频开关的输入端；

第一可变衰减器的输入端分别电连接第一射频开关的输出端、控制电路的GPIO端，输出端电连接功率放大器的输入端；

功率放大器的输出端电连接运算放大器的输入端，运输放大器的输出端电连接控制电路的ADC端；

第二射频开关的输入端分别电连接开关控制器件的输出端、功率放大器的输出端，输出端电连接低噪放的输入端；

低噪放的输出端电连接第二功率分配器的输出端；

第二功率分配器的输出端分别电连接第二检波器的输入端、第二可变衰减器的输入端；

第二检波器的输出端分别电连接第二比较电路的输入端、控制电路的ADC端；

第二比较电路的输入端电连接控制电路的ADC端，输出端电连接控制电路的IRQ端；

第二可变衰减器的输入端电连接控制电路的GPIO端，输出端电连接推动级放大器的输入端；

推动级放大器的输出端电连接第一射频开关的输入端。

优选地，所述射频功率分配系统包括功分器。

优选地，还包括WIFI分析仪，所述WIFI分析仪安装在超宽频室分系统的信号覆盖区域内。

优选地，还包括WIFI分析仪，所述WIFI分析仪与超宽频自适应系统电性连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构合理、设计巧妙且实现抗干扰功能。

基于本实用新型提供的硬件结构，有助于：

2、通过设置2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器，实现了2.4GHz频段的抗干扰功能。

3、设置第一链路，有效的避免了上行信号造成的开关翻转，进而影响通信。

4、设置有第二链路，通过第二链路配合第一链路实现自动电平控制功能。

5、设置WiFi信道自适应系统，实现信道的评估，进而选择最佳信道。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为抗干扰自适应装置的结构示意图。

图2为抗干扰自适应装置的抗干扰自适应干线放大器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，根据本实用新型提供的一种抗干扰自适应装置，包括超宽频室分系统、信号处理系统、2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器、射频功率分配系统、WIFI基站、局域网、WIFI终端准入系统以及WIFI信道自适应控制器，其中：局域网连接WIFI终端准入系统和WIFI信道自适应控制器；局域网通过楼层交换机连接WIFI基站；WIFI基站通过射频功率分配系统连接2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器；2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器通过信号处理系统连接超宽频室分系统。超宽频室分系统包括超宽频功分器、超宽频耦合器以及超宽频天线，其中：超宽频功分器包括主超宽频功分器和多个子超宽频功分器，主超宽频功分器的一端连接信号处理系统，另一端通过超宽频耦合器连接子超宽频功分器的一端，多个子超宽频功分器的另一端连接超宽频天线。还包括WIFI信道自适应评估终端，WIFI信道自适应评估终端安装在超宽频室分系统的信号覆盖区域内。

进一步地，2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器包括控制电路、第一功率分配器、第一射频开关、第一检波器、第一比较电路、开关控制器件、第一可变衰减器、功率放大器、运算放大器、第二射频开关、低噪放、第二功率分配器、第二检波器、第二比较电路、第二可变衰减器以及推动级放大器，第一功率分配器与第一射频开关电连接；开关控制器件与控制电路的GPIO端电连接；第一功率分配器的输出端电连接第一检波器的输入端；第一检波器的输出端分别电连接控制电路的ADC端；第一比较电路的输入端分别电连接第一检波器的输出端和控制电路的DAC端，输出端电连接开关控制器件的输入端；开关控制器件的输出端电连接第一射频开关的输入端；第一可变衰减器的输入端分别电连接第一射频开关的输出端、控制电路的GPIO端，输出端电连接功率放大器的输入端；功率放大器的输出端电连接运算放大器的输入端，运输放大器的输出端电连接控制电路的ADC端；第二射频开关的输入端分别电连接开关控制器件的输出端、功率放大器的输出端，输出端电连接低噪放的输入端；低噪放的输出端电连接第二功率分配器的输出端；第二功率分配器的输出端分别电连接第二检波器的输入端、第二可变衰减器的输入端；第二检波器的输出端分别电连接第二比较电路的输入端、控制电路的ADC端；第二比较电路的输入端电连接控制电路的ADC端，输出端电连接控制电路的IRQ端；第二可变衰减器的输入端电连接控制电路的GPIO端，输出端电连接推动级放大器的输入端；推动级放大器的输出端电连接第一射频开关的输入端。

含2.4GHz频段(特指2400-2483MHz，下同)带外抑制的合路器用于将放大后的WiFi5GHz和2.4GHz频段的信号合路输出，其中2.4GHz频段输入端口应带有一定的带外信号抑制能力，为2.4GHz干放提供一定的抗干扰保护作用，以免因2.4GHz带外强干扰导致2.4GHz干放出现不稳定现象，因为2.4GHz干放的上行链路是宽频的，通常用于放大处理2.4GHz频段内的一个WiFi信道(一个2.4GHz WiFi信道的频宽一般为20MHz)信号。这种合路器有两个输入端口和一个合路输出端口，其中一个输入端口的通带区间是5150-5850MHz，另一个输入端口的通带区间是2400-2483MHz，两个输入端口间相互隔离度越大越好，不过大于80dB应该是够了，其中2.4GHz频段输入端口在小于2390MHz和大于2515MHz的带外区间的抑制应大于20dB，以尽可能保护2.4GHz干放不受2.4GHz WiFi频段带外的信号干扰影响。

本实用新型提供的一种2.4GHzWiFi抗干扰自适应干放主要解决干放能够自适应干扰强弱不同的环境，以及在强干扰的环境下，能够保持自身稳定的问题，不能因为在2400-2483MHz频段间部分频段有强干扰而出现射频开关反转、自激或失真饱和等问题。

进一步的，在干扰较强的情况下，干放要自动下调上行增益以避免触发开关反转或信号饱和，同时可以适当提高下行信号输出功率，适度下调下行信号的线性度，因为在强干扰的环境里，较高的线性度不如较高的有效信号功率管用。采用上述措施，目的是为了降低ping包延时，避免丢包或降低丢包率。如果干扰减退或消失，干放就要恢复到默认的上行增益和下行信号强度+线性度设置，保证在正常的工作环境中，获得最优带宽数据。

自适应干放的默认工作模式是支持弱干扰环境的，这种情况下干放应该拥有较低的噪声系数和较高的上行增益，这样可以提高对上行弱信号的接收能力。同时干放的下行信号线性度也会保持在较高的水平，以满足下行高带宽的要求。在干扰较强的情况下，干放要自动下调上行增益以避免触发开关反转或信号饱和，同时也适当提高下行信号输出功率，适度下调下行信号的线性度，因为在强干扰的环境里，较高的线性度不如较强的有效信号管用，较强的下行信号会改善下行信噪比，改善ping包延时或降低丢包率。如果干扰减退或消失，干放要逐步恢复到默认工作模式。

WiFi基站周期性地发射信标信号，信标信号的信号强度最强，且稳定，可以作为参考值来调整下行增益，保证下行输出信号的线性度。通常干放下行输出信号的线性度越高，输出功率越低，输出功率低又会影响信号的传输距离，因此需要找到一个平衡，这个平衡通常通过测试，作为输出控制电平预设参考值保存下来，用于实时比对。当干放在正常下行工作模式时，MCU通过运算放大器周期性地采样功率放大器的输出电平值，通过捕捉最大电平值与预设的电平参考值进行对比，如果超出，则加大可变衰减器1的衰减值一个步进单位，反之，则减少一个步进单位，最终使得下行增益趋于稳定。

本实用新型的比较电路1控制着射频开关的翻转，干放抗干扰设计的重点就是防止上行信号造成开关翻转。如果检波器1输出电平>参考电平1，射频开关下行导通，上行关断。如果是下行信号触发了这个条件，则一切正常，如果是上行信号触发开关翻转成下行，则影响通信。因此在上下行链路射频增益足够的情况下，功率分配器1可以采用耦合器，直通端连检波器1，耦合端连射频开关，同时耦合器的反向隔离度设计值要尽可能高，这样才能最大限度地利用功率分配器1来限制上行信号触发翻转射频开关。功率分配器1也可以采用功分器结构。如果上下行链路射频增益不够高，功率分配器1还是可以采用耦合器，但直通端应该连接射频开关，耦合端连接检波器1。

实际使用中，WiFi信源的发射功率可能不同，干放与WiFi信源之间的射频链路长短不一，衰减不同，因此到达干放的输入端口的下行信号强度随实际部署情况而变，这导致参考电平1的值比较难以选择，设置高了，干放拉远时可能无法触发，设置低了，上行干扰就更容易造成射频开关翻转。解决这个问题的方法是利用WiFi信标信号在链路衰减固定的情况下，信号强度稳定，且是下行信号中的最强信号这个特点，在出厂前在没有干扰的环境里，在干放满足最佳WiFi通信要求的情况下(即能够测得最佳无线数据带宽速率的情况下)，采集WiFi下行信标信号的检波器1的输出值与最高参考电平1之间的差值，并将该差值作为预设值保存作为后续参考。实际上电使用干放时，干放将在最初一段时间(自行定义，只要在这段时间里，能够开始接收WiFi信源信号)强制将射频开关置成下行，暂时关闭上行信号，捕捉并测量WiFi信标信号强度，减去预设的差值，作为参考电平1的设置值即可。

上行信号经过检波器2与参考电平2对比，如果检波器2输出电平>参考电平2,触发MCU中断，MCU通过GPIO控制可变衰减器2，增加一个单位的衰减值，直至达到最大衰减极限。参考电平2与参考电平1之间的差值是一个预设的固定值，这个差值在出厂前测量并保存。出厂前测量方法如下：屏蔽干放输入端，在干放输出端加载一个2.4GHz频段的上行参考信号，参考电平2取一个很大的数值，保证上行信号不会触发中断，参考电平1取一个正常值(只要能够保证WiFi正常通信)，加大上行参考信号功率，直至射频开关翻转，降低上行参考信号功率使它略低于造成射频开关翻转所需的上行信号功率，这时开始调低参考电平2的数值，直到能够触发中断为止，将这时的参考电平2-参考电平1的差值最为预设的固定值加以保存，用于动态根据参考电平1的值设置参考电平2。

为了尽可能不要因为强干扰而导致干放上行链路饱和，低噪放应尽可能选取1dB压缩点高，增益较小的低噪放。推动级可以选择增益大、1dB压缩点高的芯片。

该干放设计中的下行链路带有自动电平控制功能，具体如何实现自动电平控制，不在这里讨论。当上行链路衰减器已经推到最大值时，可以适当调高下行自电平控制值，提高下行信号强度，牺牲一点线性度，因为在强干扰环境下，下行信号的强度比线性度更有用。

在开关处于上行状态时，测量检波器2的输出电平值，如果持续一段时间T均低于参考电平2减去一个固定差值时，如果衰减器2的衰减值大于零，则调低一个单位，直至零为止。

2.4GHz WiFi在中国的工作频率区间为2400-2483MHz，共13个信道。超宽频室内信号分布系统在2.4GHz频段有强干扰的情况下，2.4GHz WiFi抗干扰自适应干放虽然能够正常工作，但如果强干扰正好在WiFi基站的工作信道上，基站还是会受到很大的影响。由于日常2.4GHz干扰波动较大，且具体干扰的信道也会发生变化，基站虽然有一定干扰分析能力，但一般只是在开机时才会评估，且由于有前置2.4GHz干放，干扰分析会受到的存在，一定的程度上影响，造成了基站对干扰的分，判断容易出现错误，无法正确选择最佳信道，因此需要一个外部信道评估和选择的辅助系统。

本WiFi信道自适应系统由两个部分组成，WiFi信道自适应评估终端(简称评估终端)和WiFi信道自适应控制器(简称控制器)组成。评估终端是一种带WiFi网卡的计算设备，可以是一台笔记本电脑、台式机、手机，或是一个定制化的嵌入式设备。在这个计算设备上运行一个定制化软件，周期性地执行下述WiFi信道扫描、评估和后端动态选择最佳WiFi信道的任务。例如WIFI分析仪、。控制器是一个服务端软件，可以独立运行在一台服务器上，或与其他系统共享服务器硬件设备。该服务端软件的功能包括配合评估终端的带宽测试指令，根据评估终端的指令，切换WiFi基站的2.4GHz工作信道，以及跟踪记录这些自适应信道调整。控制器与WiFi基站和评估终端间的连接必须遵循医院的安全策略。

评估终端安装在室内信号分布系统所覆盖的区域的某个位置，通过2.4GHz WiFi工作信道经过正常认证连接上基站，与后端控制器建立安全的通信链接，用于评估WiFi链路通信质量。评估方法可以采用简单ping包方式，根据预设的时间周期、ping包大小和个数，周期性地采集ping包平均延时和丢包率。后端控制器可以根据前端的指令切换基站的工作信道。前端评估终端将周期性测得的ping包平均延时和丢包率与预设的阈值进行比较，看是否需要触发新一轮13个信道的轮询评估过程，该轮询评估过程由评估终端控制，要求后端控制器逐一切换基站信道，逐一评估WiFi链路通信质量，根据评估结果，通知后端控制器将对应的WiFi基站的2.4GHz工作信道切换到最佳的信道上去。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种抗干扰自适应装置，其特征在于，包括超宽频室分系统、信号处理系统、射频功率分配系统、WIFI基站、局域网以及WIFI信道自适应控制器，其中：

局域网连接WIFI信道自适应控制器；

局域网通过楼层交换机连接WIFI基站；

WIFI基站通过射频功率分配系统连接信号处理系统；

信号处理系统连接超宽频室分系统。

2.根据权利要求1所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，所述超宽频室分系统包括超宽频功分器、超宽频耦合器以及超宽频天线，其中：

超宽频功分器包括主超宽频功分器和多个子超宽频功分器，主超宽频功分器的一端连接信号处理系统，另一端通过超宽频耦合器连接子超宽频功分器的一端，多个子超宽频功分器的另一端连接超宽频天线。

3.根据权利要求1所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，所述信号处理系统包括2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器、5GHz干线放大器以及合路器，其中：

2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器、5GHz干线放大器的一端连接射频功率分配系统，另一端连接合路器的一端，合路器的另一端连接超宽频室分系统。

4.根据权利要求3所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，所述2.4GHzWiFi抗干扰自适应干线放大器包括控制电路、第一功率分配器、第一射频开关、第一检波器、第一比较电路、开关控制器件、第一可变衰减器、功率放大器、运算放大器、第二射频开关、低噪放、第二功率分配器、第二检波器、第二比较电路、第二可变衰减器以及推动级放大器，其中：

第一功率分配器与第一射频开关电连接；

开关控制器件与控制电路的GPIO端电连接；

第一功率分配器的输出端电连接第一检波器的输入端；

第一检波器的输出端分别电连接控制电路的ADC端；

第一比较电路的输入端分别电连接第一检波器的输出端和控制电路的DAC端，输出端电连接开关控制器件的输入端；

开关控制器件的输出端电连接第一射频开关的输入端；

第一可变衰减器的输入端分别电连接第一射频开关的输出端、控制电路的GPIO端，输出端电连接功率放大器的输入端；

功率放大器的输出端电连接运算放大器的输入端，运输放大器的输出端电连接控制电路的ADC端；

第二射频开关的输入端分别电连接开关控制器件的输出端、功率放大器的输出端，输出端电连接低噪放的输入端；

低噪放的输出端电连接第二功率分配器的输出端；

第二功率分配器的输出端分别电连接第二检波器的输入端、第二可变衰减器的输入端；

第二检波器的输出端分别电连接第二比较电路的输入端、控制电路的ADC端；

第二比较电路的输入端电连接控制电路的ADC端，输出端电连接控制电路的IRQ端；

第二可变衰减器的输入端电连接控制电路的GPIO端，输出端电连接推动级放大器的输入端；

推动级放大器的输出端电连接第一射频开关的输入端。

5.根据权利要求1所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，所述射频功率分配系统包括功分器。

6.根据权利要求1所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，还包括WIFI分析仪，所述WIFI分析仪安装在超宽频室分系统的信号覆盖区域内。

7.根据权利要求1所述的抗干扰自适应装置，其特征在于，还包括WIFI信道自适应评估终端，所述WIFI分析仪与超宽频自适应系统电性连接。

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