一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法，包括以下步驟：Step1：終端A依次在不同的信道頻率下向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)；Step2：如果終端A收到終端B的數(shù)據(jù)回復，則表示數(shù)據(jù)在此信道頻率下通信成功，終端A記錄此時的通信信道頻率，轉入Step3；反之，進行下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送；Step3：判斷終端A是否完成了所述信道頻率范圍內(nèi)所有信道頻率下數(shù)據(jù)的發(fā)送，如是則轉入step4，反之執(zhí)step2；Step4：比較通信成功情況下的所有頻率，計算最高和最低頻率的平均值，作為終端A和終端B最終通信的信道頻率。本方法使得發(fā)射端頻率和接收端頻率最大限度的接近，提高了通信的準確性和穩(wěn)定性；所有的校準均是由程序自動完成，提高了工作效率。
【專利說明】一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法。
【背景技術】
[0002]在無線設備的研發(fā)、生產(chǎn)中，由于所用元器件的精度限制于設備成本、加工精度、電路板設計等多種因素，而導致不同設備之間在無線頻率、功率電平和其它參數(shù)的性能指標有所差異。尤其是在很多民用無線產(chǎn)品中，由于產(chǎn)品售價的嚴格限制和市場上的激烈競爭，研發(fā)人員設計產(chǎn)品時通常會避免選用價格昂貴的、精度高、一致性好的元器件。針對產(chǎn)品一致性不足的問題，一般均采用后期校準的方法加以糾正，從而減少了無線設備對元器件一致性和精度的要求，降低了材料成本。
[0003]無線發(fā)射、接收設備通常需要校準的指標有四個，分別為頻率、功率電平、RSSI (接收信號強度)和電池的校準及其他的校準。其中，頻率的校準指的是無線設備之間的頻率偏差(頻偏)必須控制在一定的范圍之內(nèi)，這也是最為重要的校準指標。如果無線設備之間的頻偏過大，將極大降低無線發(fā)射距離并增加誤碼率和丟包率。對于依賴于頻率不同來對信號進行編碼的調(diào)制方式(例如FSK調(diào)制方式)，這種情況尤其嚴重，甚至會導致無線設備完全失靈。盡管多數(shù)無線設備在生產(chǎn)過程中通過元器件一致性控制、生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范等措施保證頻偏在一定范圍之內(nèi)，但是由于以下原因，在使用過程中頻率依然會發(fā)生偏移:
[0004]1.元器件老化。隨著使用時間增加，射頻電路上的電阻、電容、晶振等元器件均會發(fā)生不同程度的老化，其阻容值和晶振頻率會發(fā)生變化，從而導致頻偏加大。
[0005]2.溫度漂移。無線設備可能安裝在不同的位置，例如室內(nèi)和室外的環(huán)境，在夏季室內(nèi)溫度低、室外溫度高，而在冬季則室內(nèi)溫度高、室外溫度低。元器件的實際值在不同溫度下也會有所差異，導致頻偏的增大。
[0006]基于以上考慮，無線設備僅僅在出廠時具有較好的頻率一致性是不夠的，還需要在使用過程中根據(jù)實際環(huán)境情況進行動態(tài)自動校準。
[0007]目前現(xiàn)有的頻率校準方法通過射頻信號對電子射頻設備進行頻率校準，其具體實現(xiàn)方式如下，以預定的數(shù)模轉換DAC參數(shù)控制待校準電子射頻設備從主板發(fā)出射頻信號；射頻信號進入天線的饋點，轉換為無線射頻信號向空間輻射；通過耦合天線器接收無線射頻信號，并轉換為感生電流信號；根據(jù)感生電流信號的頻率與預定的DAC參數(shù)，計算發(fā)射頻率控制參數(shù)；將發(fā)射頻率控制參數(shù)寫入待校準電子射頻設備的存儲單元，以調(diào)整晶體震蕩電路，使射頻信號的頻率處于預定的頻率范圍內(nèi)。該方法的優(yōu)點在于所有設備均與標準射頻源校準，精度高，適合于工廠的批量化生產(chǎn)。但是缺點在于需要一個標準射頻源進行操作，同時需對現(xiàn)場的所有無線設備進行操作以進入和退出校準模式，步驟比較繁瑣，需要操作人員注意的細節(jié)比較多，稍有不慎便會造成校準不準確或者是失敗。尤其是在安裝現(xiàn)場，很多無線設備安裝在不同的位置，難以同步進行校準操作。有些情況下操作人員甚至無法接觸到已經(jīng)安裝的部分無線設備，為校準帶來很大困難。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出了一種無線設備之間進行動態(tài)頻率偏移自動校準的方法。通過預先設定的校準通信協(xié)議，在僅操作一臺無線設備的情況下實現(xiàn)該無線設備與另外一臺無線設備之間的頻偏校準問題。針對兩通信終端的基準頻率存在一定的偏差，調(diào)整其中一個設備的基準頻率，最終使得兩個終端頻率盡可能接近，以提高通信質(zhì)量。該方法無需使用標準射頻源等設備，而且只需操作一臺設備即可使得兩終端基準頻率最大限度的接近，提高了通信的成功率和穩(wěn)定性。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0010]一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法，包括以下步驟:
[0011]Stepl:構建一個由終端A和終端B組成的無線通信系統(tǒng)。
[0012]Step2:終?而A和終?而B上電。
[0013]Step3:在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)，在終端A和終端B之間設置N個信道頻率，使終端A依次在不同的信道頻率下向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0014]Step4:在某一信道頻率下，如果終端A收到終端B的數(shù)據(jù)回復，則表示數(shù)據(jù)在此信道頻率下通信成功，終端A記錄此時的通信信道頻率fx，轉入St印5 ;反之，按照St印3的方法進行下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0015]Step5:判斷終端A是否完成了所述信道頻率范圍內(nèi)所有信道頻率下數(shù)據(jù)的發(fā)送，如是則轉入step6,反之繼續(xù)執(zhí)行step4。
[0016]Step6:比較通信成功情況下的所有頻率，取最高頻率f_和最低頻率^in,計算兩者的平均值將為終端A和終端B最終通信的信道頻率。
[0017]所述Stepl中設置的N個信道頻率的頻率范圍大于終端A實際可接收的頻率范圍，終端A在不同的信道頻率下連續(xù)向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0018]如果終端B接收到終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)，則向終端A發(fā)送回復數(shù)據(jù)。
[0019]如果終端B沒有接收到終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)，表明終端A在此信道頻率下無法與終端B通信，終端B繼續(xù)等待下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0020]所述射頻芯片采用支持FSK調(diào)頻的射頻芯片。
[0021 ] 終端A在一個頻率大于實際可接收頻率范圍內(nèi)，連續(xù)發(fā)送，終端B只會在其中一個范圍內(nèi)收到A的數(shù)據(jù)包給予A回復。
[0022]終端A最終收到的回復，會有一個最高頻率和一個最低頻率，取其平均值，作為終端A的正常工作頻率。
[0023]本發(fā)明的原理:使用FSK調(diào)頻的射頻芯片的頻率存在誤差，當兩終端的頻率誤差過大時，兩個終端間的通信即會失敗，而當兩終端的頻率誤差在一定范圍內(nèi)時，相互通信是會成功的。這樣，在一個較大的頻率范圍(遠大于通信成功所允許的頻率范圍)內(nèi)，讓兩終端通信，這一范圍內(nèi)的所有頻率并不能全部使得通信成功，只有其中的部分頻率是實際可接收的頻率，因此找到此范圍內(nèi)可以通信的最高和最低頻率，取其平均值，即為最合適的通信頻率。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025] 本方法通過對所有通信成功的信道頻率取平均值，使得無線通信兩終端的信道頻率最大限度的接近，提高了通信的準確性和穩(wěn)定性；所有的校準均是由程序自動完成，不需要手動調(diào)頻率，提高了工作效率；校準程序可由軟件定時自動開啟，可實現(xiàn)頻偏的自動校準，解決了因溫度漂移、元器件老化等原因造成的動態(tài)頻偏校準問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為未進行頻率校準的無線通信兩終端通信示意圖；
[0027]圖2為終端A和終端B在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)不同的頻率情況下通信的示意圖；
[0028]圖3為終端A調(diào)頻過程流程圖；
[0029]圖4為終端B的通信流程圖。
【具體實施方式】:
[0030]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0031]本發(fā)明所需要的硬件平臺是支持FSK調(diào)頻的射頻芯片，例如SEMTECH公司生產(chǎn)的SX1231H 等。
[0032]圖1為未進行頻率校準的無線通信兩終端通信示意圖。終端Al和BI頻率無偏差以及如A2和B2、A3和B3等偏差較小時可以通信成功，當頻率偏差大于一定值fdev時，例如圖中的A6和B6頻率偏差大于5kHz (fdev)，則通信失敗。在使用FSK調(diào)頻的設備中，fdev的值并不是固定的，其值與兩終端的通信距離成反比例關系。如果想獲得較遠的通信距離，則fdev的值會設置得較小，此時任意兩終端之間的頻率偏差大于fdev的可能性就會變大，即任意兩終端間無法通信的可能性會變大。所以若想讓兩終端的通信距離較遠，就需要設置較小的fdev，此時要保證任意兩終端能通信成功，就需要減小通信兩終端間的頻率偏差，校準頻率是必需的，本發(fā)明剛好解決了這一難題。
[0033]圖2為終端A和終端B在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)不同的頻率情況下通信的示意圖。共有A到T20個信道頻率，其中只有接近基準頻率的G到M共7個信道頻率可以實現(xiàn)通信，其他對于基準頻率的偏移量過大，造成通信不成功。
[0034]因此，選取G-M信道頻率下的最大頻率和最小頻率，取其平均值，即為終端A和終端B最終通信的信道頻率。
[0035]圖3是終端A調(diào)頻過程流程圖。終端A在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)不同的頻率情況下向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)，如果能通信成功，則終端B回復數(shù)據(jù)給終端A，此時的信道頻率便被終端A記錄，繼續(xù)循環(huán)上述步驟直至調(diào)制頻率范圍內(nèi)的所有頻率都完成測試。
[0036]在記錄的所有頻率中找出最大值和最小值，兩者取平均，此平均值便是我們所需要的終端A和B的最佳通信信道頻率，完成了頻率的自動校準。
[0037]具體步驟如下:
[0038]Stepl:構建一個由終端A和終端B組成的無線通信系統(tǒng)；
[0039]Step2:終2而A和終2而B上電；
[0040]Step3:在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)，在終端A和終端B之間設置N個信道頻率，使終端A依次在不同的信道頻率下向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0041]Step4:在某一信道頻率下，如果終端A收到終端B的數(shù)據(jù)回復，則表示數(shù)據(jù)在此信道頻率下通信成功，終端A記錄此時的通信信道頻率fx，轉入St印5 ;反之，按照St印3的方法進行下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0042]Step5:判斷終端A是否完成了所述信道頻率范圍內(nèi)所有信道頻率下數(shù)據(jù)的發(fā)送，如是則轉入step6,反之繼續(xù)執(zhí)行step4 ；
[0043]Step6:比較通信成功情況下的所有信道頻率，取最高頻率fmax和最低頻率fmin，計算兩者的平均值將為終端A和終端B最終通信的信道頻率。
[0044]圖4是終端B的通信流程圖。終端B上電，等待接收終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果收到，向A發(fā)送回復數(shù)據(jù)，如未收到則繼續(xù)等待接收，依此循環(huán)直到斷電。
[0045]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權利要求】
1.一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法，其特征是，包括以下步驟: Stepl:在射頻芯片的調(diào)制頻率范圍內(nèi)，在終端A和終端B之間設置N個信道頻率，終端A在不同的信道頻率下連續(xù)向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)； Step2:在某一信道頻率下，如果終端A收到終端B的數(shù)據(jù)回復，則表示數(shù)據(jù)在此信道頻率下通信成功，終端A記錄此時的通信信道頻率fx，轉入St印3 ;反之，按照St印2的方法進行下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送； Step3:判斷終端A是否完成了所述信道頻率范圍內(nèi)所有信道頻率下數(shù)據(jù)的發(fā)送，如是則轉入step4,反之繼續(xù)執(zhí)行step2 ； Step4:比較通信成功情況下的所有信道頻率，取最高頻率fmax和最低頻率fmin，計算兩者的平均值為終端A的信道頻率，完成與終端B的通信。
2.如權利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法，其特征是，所述Stepl中設置的N個信道頻率的頻率范圍大于終端A實際可接收的頻率范圍，終端A在不同的信道頻率下連續(xù)向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)； 如果終端B接收到終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)，則向終端A發(fā)送回復數(shù)據(jù)； 如果終端B沒有接收到終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)，表明終端A在此信道頻率下無法與終端B通信，終端B繼續(xù)等待下一個信道頻率下的數(shù)據(jù)發(fā)送。
3.如權利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡的頻率自動校準方法，其特征是，所述射頻芯片采用支持FSK調(diào)頻的射頻芯片。
【文檔編號】H04B17/00GK103997379SQ201410180176
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】邵珠瑜, 陳冬巖, 黃曉雷 申請人:濟南普賽通信技術有限公司