一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统及方法。

背景技术

Wi-SUN通信技术是一种标准无线通信网络，其灵活的组网技术、企业级安全机制、互联互通的网络标准让其活跃在物联网应用领域。硬件系统做为整个射频通信系统的基础，通信链路性能将直接决定无线数据收发成功率、通信距离、系统稳定性等。通信系统链路性能大部分情况下可以由链路预算参数来表达，无线自由波的链路预算公式如下:

LinkBudget(dB)＝Pt(dBm)-Sens(dBm)

其中，LinkBudget即链路预算、Pt即发射机的最大发射功率、Sens即接收机的最佳接收灵敏度。由上式可知，提升链路预算由两种方法：1，增加发射机发射功率；2，优化接收机接收灵敏度。

增加发射功率的常用方法基本都是在发射机输出端和天线之间增加射频功率放大器PA，根据需要提升的功率增益，可以选择单级或多级功率放大。由于各个国家地区对于无线电设备的发射功率限定标准不一样，所以发射机的发射功率必须按照当地法规规定，不能设置的过大。这个时候，就需要从提升接收机灵敏度的角度出发，提升系统噪声系数以达到优化接收灵敏度的目的，常用的方法是在天线和接收机输入端增加低噪声放大器LNA。

以上现有Wi-SUN通信网络中的方案着实可以实现提升通信链路预算的目标，但忽略了一种情况：当发射机与接收机的天线距离很近，且发射功率足够大，例如30dBm，这样通过天线的辐射耦合，进入接收机天线的信号功率可能会达到25dBm以上。这么大的信号进入射频前端的LNA极容易将其损坏，即使选择的LNA最大输入功率可以抵抗的住大信号冲击，但目前世面上大多数Wi-SUN集成芯片IC接收端的最大输入信号功率都不会太大，终将难逃一劫。当LNA或者Wi-SUN IC由于大信号损坏后将直接导致射频通信系统瘫痪，无法继续实现无线通信的功能。

中国专利文献CN109842868A公开了一种“帧聚合、网络设置帧发送方法及设备”。其中，第一转发节点设备接收第一数据帧和第二数据帧，第一数据帧包括第一MAC头和第一MSDU，第二数据帧包括第二MAC头和第二MSDU，第一MAC头与第二MAC头中的目的MAC地址相同；生成第一聚合帧，第一聚合帧包括聚合MAC头和聚合MSDU，聚合MAC头中的目的MAC地址与上述目的MAC地址相同，聚合MSDU包括第一子MSDU和第二子MSDU，第一子MSDU包括第一MSDU和第一数据帧的源MAC地址，第二子MSDU包括第二MSDU和第二数据帧的源MAC地址；第二转发节点设备发送第一聚合帧。上述技术方案面对更大范围时需要更大的信号接收处理能力，在提升Wi-SUN通信网络链路性能的同时，无法在极端情况下保护LNA或者Wi-SUN IC免受大信号损坏。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案在提升Wi-SUN通信网络链路性能的同时，无法在极端情况下保护LNA或者Wi-SUN IC免受大信号损坏的技术问题，提供一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统及方法，通过射频功率放大器PA增大发射功率、LNA提升接收灵敏度。同时，PA和LNA电路均设计了Bypass回路，在有需要的情况下从Gain mode切换至Bypassmode，且在低噪声放大器LNA前后分别设计射频限幅器电路用以保护低噪声放大器LNA及Wi-SUN集成芯片IC，实现在提升Wi-SUN通信网络链路性能的同时，在极端情况下保护LNA或者Wi-SUN IC免受大信号损坏。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统，包括发射机，所述发射机依次经过第一阻抗匹配模块、PA、第二阻抗匹配模块与射频开关相连，所述射频开关依次经过LNA、第三阻抗匹配模块和接收机相连，所述第一阻抗匹配模块与PA相连的同时经过Bypass回路与射频开关相连。PA和LNA电路均设计了Bypass回路，在有需要的情况下从Gain mode切换至Bypass mode。

作为优选，所述的LNA前后两端分别设有射频限幅器。在LNA前后分别设计射频限幅器电路用以保护LNA及Wi-SUN IC。

作为优选，所述的射频限幅器包括串联在输入端和输出端之间的第一隔直电容、第二隔直电容，所述第一隔直电容(8.2)与第二隔直电容串联的同时经过PIN二极管接地，还包括与PIN二极管并联的电感。隔直电容主要是防止外部直流信号进入射频限幅器引起误动作，与PIN二极管并联的电感提供直流偏置回路，PIN二极管实现射频射频限幅发作用。

作为优选，所述的LNA包括Bypass mode和Gain mode两种模式。为了减少体积，这里选用自带Bypass mode和Gain mode两种模式的LNA。

一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统的工作方法，包括以下步骤:

a.LNA以默认模式Gain mode开始工作；

b.设定信号电平阈值并进行监测；

c.达到信号电平阈值时，LNA切换为工作模式Bypass mode；

d.当接收的信号低于信号电平阈值时，LNA自动切回到默认模式Gain mode。

作为优选，所述的步骤c通过微控制器的I/O控制来实现工作模式切换。

作为优选，所述的步骤c LNA工作模式为Bypass mode时，定时短时间切回默认模式Gain mode。切回默认模式Gain mode用于实时监测信号电平强度。

本发明的有益效果是：

1.通过提升发射功率和接收灵敏度，有效的提高了通信系统的链路预算，这样一来就加大了Wi-SUN网络的单级通信距离，在原有的Wi-SUN组网中只需要更少的级数便能完成相同数量的节点入网，大大提高了网络稳定性。

2.考虑到Wi-SUN网络在实际应用布置时存在终端设备的天线距离很近，即天线之间的隔离度很小的情况，利用该方案可以有效的解决强信号对接收链路上敏感器件的冲击，起到增强系统可靠性的作用。

3.在提升Wi-SUN通信网络链路性能的同时，在极端情况下保护LNA或者Wi-SUN IC免受大信号损坏。

附图说明

图1是本发明的一种原理连接结构图。

图2是本发明的一种射频限幅器的电路图。

图3是本发明的一种流程图。

图中1发射器，2.1第一阻抗匹配，2.2第二阻抗匹配，2.3第三阻抗匹配，3 PA，4Bypass回路，5射频开关，6天线，7 LNA，8射频限幅器，8.1输入端，8.2第一隔直电容，8.3第二隔直电容，8.4输出端，8.5 PIN二极管，8.6电感，9接收机。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统，如图1所示，包括发射机1，所述发射机1依次经过第一阻抗匹配模块2.1、PA3、第二阻抗匹配模块2.2与射频开关5相连，所述射频开关5依次经过LNA7、第三阻抗匹配模块2.3和接收机9相连，所述第一阻抗匹配模块2.1与PA3相连的同时经过Bypass回路4与射频开关5相连。LNA7前后两端分别设有射频限幅器8。在LNA前后分别设计射频限幅器电路用以保护LNA及Wi-SUN IC。LNA7包括Bypass mode和Gain mode两种模式，为了减少体积，这里选用自带Bypass mode和Gain mode两种模式的LNA。PA和LNA电路均设计了Bypass回路，在有需要的情况下从Gainmode切换至Bypass mode。

如图2所示，射频限幅器8包括串联在输入端8.1和输出端8.3之间的第一隔直电容8.2、第二隔直电容8.3，隔直电容主要是防止外部直流信号进入射频限幅器引起误动作。第一隔直电容8.2与第二隔直电容8.3串联的同时经过PIN二极管8.5接地，PIN二极管实现射频射频限幅发作用。还包括与PIN二极管8.5并联的电感8.6，与PIN二极管并联的电感提供直流偏置回路。

工作时，当限幅器输入端接收小信号时(低于PIN二极管限幅阈值)，PIN二极管呈现很大的阻抗，此时其对于射频接受回来来说相当于开路状态，仅带来较低的插入损耗(一般0.5dB以下)。当输入信号超过限幅阈值时，PIN二极管阻抗开始减少让射频回路上阻抗呈现失配状态，此时限幅器输出信号开始减小；当输入信号继续增大，限幅器的漏功率基本保持在恒定值，大部分的信号都会返回信号源，起到保护后端电路(LNA或RFIC)的作用。当大信号撤销后，PIN二极管恢复到大阻抗状态，以减小对于接收信号的影响。

一种用于提升Wi-SUN网络通信链路性能的系统的工作方法，如图3所示，包括以下步骤:

a.LNA7以默认模式Gain mode开始工作；

b.设定信号电平阈值并进行监测；

c.当达到信号电平阈值时，通过微控制器的I/O控制来控制LNA切换为工作模式Bypass mode；LNA7工作模式为Bypass mode时，定时短时间切回默认模式Gain mode，用于实时监测信号电平强度。

d.当接收的信号低于信号电平阈值时，LNA7自动切回到默认模式Gain mode。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了Bypass回路、射频限幅器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。