一种增强UWB传输距离的系统的制作方法

本实用新型涉及通信控制领域，具体地说是一种增强UWB传输距离的系统。

背景技术：

随着无线通信技术的迅猛发展，UWB这种无载波通信技术得到了广泛的应用。

UWB(Ultra Wideband)是一种不用载波，而采用时间间隔小于1ns的脉冲进行通信的方式，频带从3.1GHz～10.6GHz，带宽大于500MHz，信号的发射功率限制在-41dBm以下。UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率，抗干扰性能强、传输速率高、发射功率非常小，因而大大延长系统工作时间。但由于其工作频率太高，所以有遮挡的时候，往往会接收不到信号，无法完成其在更复杂环境的广泛应用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种增强UWB传输距离的系统，通过对其发射功率的放大和接收信号的最优处理，并通过CPU对发射和接收链路的统一调度和管理，可以更好的解决遮挡问题。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种增强UWB传输距离的系统，包括UWB通信控制电路、发射信号增强电路、接收信号增强电路和收发控制电路；

UWB通信控制电路，用于无线通信，包括CPU通过SPI接口连接UWB芯片，UWB芯片通过差分输入连接到BALUN变压器，将差分输入转换成单端输出；

发射信号增强电路，用于增强UWB发射信号，包括BALUN变压器的单端输出顺次与第一高频开关、功率放大器和第二高频开关连接，通过功率放大器将信号放大并通过天线接口输出；

接收信号增强电路，用于增强UWB接收信号，将接收UWB信号满足UWB芯片的最大灵敏度，包括天线顺次与第二高频开关、低噪放放大器、衰减器和第一高频开关连接；通过低噪放放大器和衰减器将接收信号放大后，再通过衰减器衰减成满足UWB芯片的最大接收灵敏度；

收发控制电路，用于控制UWB信号的接收和发送。

所述收发控制电路包括两组三极管和非门；其中

第一三极管的输入端连接UWB芯片的第一控制接口，第一三极管的输出端连接第一非门，第一三极管和第一非门的输出端均连接第一高频开关和第二高频开关，用于防止发送和接收链路同时开通；

第二三极管的输入端连接UWB芯片的第二控制接口，第二三极管的输出端连接第二非门，第二非门的输出端连接功率放大器，作为功率放大器的开关控制。

对所述发射信号增强电路的控制过程为：

当发射UWB信号时，同时开启第一高频开关和第二高频开关的发射通道，使发射通道导通，同时还开启功率放大器的使能开关，使功率放大器可以正常工作；此时，通过第一高频开关发射通道的UWB信号通过功率放大器放大后发送到第二高频开关发射通道，完成UWB信号的发射放大；

当信号发射完毕后，关闭第一高频开关、第二高频开关和功率放大器的使能开关。

对所述接收信号增强电路的控制过程为：

当接收UWB信号时，同时开启第一高频开关和第二高频开关的接收通道，使接收通道导通，此时接收信号通过低噪放放大器和衰减器，将接收信号放大匹配到UWB芯片可以接收的最优灵敏度后，发送到第一高频开关的接收通道，完成UWB信号接收放大。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型采用无线UWB通信技术，在室外可视通信距离能达到300米以上，其更适合用于高精度测距和定位，并且能够有效绕过树木、汽车、人类或其他障碍物；

2.本实用新型采用了接收链路和发送链路互锁控制模式，实现最优的调度和管理；

3.本实用新型采用了同步发送链路开启功率放大器，有效的降低功耗和对接收信号造成干扰；

4.本实用新型采用了根据UWB芯片的接收灵敏度来选用最优衰减器，避免对接收信号造成失真；

5.本实用新型可以更广泛的应用与其他无线信号增强方案，只需要更换相应频率器件和相应算法即可。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示为本实用新型的系统结构图。

该系统由UWB通信控制电路、发射信号增强电路、接收信号增强电路和收发控制电路四部分组成。

UWB通信控制电路用于满足UWB无线通信的基本要求，能够实现无线通信，但是距离比较短，其包括CPU通过SPI接口连接UWB芯片，UWB芯片通过差分输入连接到BALUN变压器，将差分输入转换成单端输出。

发射信号增强电路用于增强UWB发射信号，将UWB信号放大，其包括BALUN变压器的单端输出顺次与高频开关1号，功率放大器和高频开关2号连接，并通过天线接口输出。

接收信号增强电路用于增强UWB接收信号，将接收UWB信号满足UWB芯片的最大灵敏度，其包括天线顺次与高频开关2号，低噪放放大器，衰减器和高频开关1号连接。

收发控制电路用于控制UWB信号的接收和发送，防止发送信号链路和接收信号链路同时使能，避免错乱。其包括UWB芯片控制接口1连接到三极管，当电平由3.3V转换5V后，连接到非门，用于防止发送和接收链路同时开通；UWB芯片控制接口2，连接到三极管，当电平由3.3V转换5V后，连接到非门，用于作为功率放大器的开关控制。

CPU连接UWB通信芯片，通过三极管和非门进行接收链路和发送链路的控制，另一路控制功率放大器的使能，避免功率放大器对接收信号造成干扰；UWB通信芯片通过BALUN将差分输入转换成单端输出；通过两个高频开关与收发控制电路的配合，可以高效控制发送信号链路和接收信号链路的使能，避免错乱；高频开关1号通过功率放大器将信号放大，有效增强发射信号；高频开关2号通过低噪放放大器和衰减器将接收信号放大后，再衰减成UWB满足的最大接收灵敏度。

放大信号的放大增益越大越好，可以减小接收方的负担。

由于选用的UWB芯片DW1000的频带从3.5GHz～6.5GHz，带宽大于500MHz，选用第二通道中心频率为3.9936GHz，带宽大于500MHz，因此高频开关要选用覆盖这个频率段的开关。

接收信号的放大是需要与发送方配合计算得来的；DW1000最大的接收信号强度是-39dBm，参照公式：

RSLmax＝Txpwr+Txantgain-Proploss+Rxantgain+LNAgain-Attloss-Balunloss，

即可算出选择的最优低噪放放大器。

其中RSLmax为UWB芯片接收到的最大信号强度；

Txpwr为UWB芯片发射功率；

Txantgain为天线增益；

Proploss为信号在传播路径中的损耗；

Rxantgain为天线接收增益；

LNAgain为低噪放放大器增益；

Attloss为衰减器的衰减；

Balunloss为BALUN的损耗。

根据上述公式和DW1000的最大接收信号强度是-39dBm，可以按公式算出匹配的低噪放放大器和衰减器。