一种基于异步应答时间测量的无线测距通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于异步应答时间测量的无线测距通信模块。
【背景技术】
[0002]随着无线传感器网络计数的快速发展，对于无线传感器节点的定位都有了更高的要求，通过对当前网络节点进行无线测距的方式可以实现传感器网络位置信息的快速自动生成，而无线传感器网络节点距离的测量精度对节点的定位准确度至关重要，当前主要的无线距离测量方式的特点如下:
1、基于信号强度检测RSSI的测距技术，结构简单、易于实现，但受环境影响大，非视距、多径、反射等会增大测距误差，因此测距精度较低。
[0003]2、基于同步时间测量的测距技术，测距精度受基准时钟精度影响大，无线传感器网络很难获取高精度的基准时钟。
[0004]3、基于天线阵列的测距技术，前提条件已知信标节点的位置，且由于采用天线阵列导致硬件结构复杂、体积大，测距精度与天线阵列的基线长度关系较大。
[0005]4、采用异步应答时间测量的测距方式具有测距精度高、受环境影响小、不依赖于基准时钟等优点。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，使用本发明的无线测距通信模块，能够满足无线传感器网络节点的无线测距和无线通in的需求。
[0007]本发明的基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特点是:所述的无线测距通信模块包括基带信号处理部分、基带信号和射频信号转换部分和射频前端部分；其中基带信号处理部分通过FPGA、ADC和DAC，实现基带信号的处理以及本振频率的控制；基带信号和射频信号转换部分通过本振时钟源和中频调制解调器实现信号转换；射频前端部分通过双工器，实现全双向通信。所述装置可实现无线测距和无线通信，其中无线测距是在无线通信的基础上实现的，下面对无线测距的主要步骤做如下展开:
1、测距请求发送阶段，测距节点A的FPGA清零并启动内部计数器，同时控制发送回路的VC0产生本振频率信号fr，同时通过将测距命令通过DAC转换为模拟基带信号，在MAX2510内部与本振信号混频形成测距的射频信号，经射频滤波器和射频功放处理，通过天线发射出去。
[0008]2、测距请求接收阶段，测距节点B的天线接收测距请求的射频信号，经放大和滤波后在MAX2510内部与接收回路的VC0产生的本振频率fr下变频至模拟基带信号，通过ADC形成数字基带输入FPGA。
[0009]3、测距应答发送阶段，测距节点B的FPGA在接收到测距请求信号后立即控制发送回路的VCO产生本振频率fa，同时通过将测距应答数据通过DAC转换为模拟基带信号，在MAX2510内部与本振信号混频形成测距应答的射频信号，经射频滤波器和射频功放处理，通过天线发射出去。
[0010]4、测距应答接收阶段，测距节点A的天线接收测距应答的射频信号，经放大和滤波后在MAX2510内部与接收回路的VC0产生的本振频率fa下变频至模拟基带信号，通过ADC形成数字基带输入FPGA，FPGA接收到测距应答的同时停止内部计数器，计数值与内部时钟周期的乘积即为发送请求到接受应答的耗费时间。节点距离的计算还需考虑FPGA内部处理时延、基带模数/数模转换时延以及射频收发回路时延，上述时延均较固定，波动范围小，可通过试验测量得到一个平均值代入公式计算，从而实现两点之间的距离测量。
[0011]本发明提出的无线测距通信模块，在保证无线数据通信的基础上，实现了无线测距，同时还解决了信号收发切换时延产生的不可估算误差问题，提升了测距精度。
[0012]本发明与现有技术对比，本发明的有益效果体现在:
1、本发明提出了一种基于异步应答时间测量的无线测距方式。此种测距方式通过计算请求与应答时间差来计算节点距离，对比当前无线测距方法，具有测距精度高、受环境影响小、不依赖于基准时钟等优点。
[0013]2、本发明的无线测距是建立在无线通信系统基础之上，仅通过将调制解调和本振时钟发生部分完全分离，实现了无线测距和无线数据通信的集成，与同类具有无线测距和无线数据通信的系统相比，具有集成度高、体积小、功耗低。
[0014]3、本发明不仅可用于无线传感器网络中，也可用于单兵无线自组网通信测距，以及智能弹药领域测距组网，可广泛应用与无法获取卫星定位信息的情况的网络节点测距，测距精度优于现有无线测距通信模块。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的原理框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步详细说明，以便对本发明目的、特征及优点进行更深入的理解。
[0017]图1是本发明中的基于异步应答时间测量的无线测距通信模块的原理框图。从图1中可以看出，本发明的无线测距通信模块为全双工构架，集成基带信号处理部分10、基带信号与射频信号转换部分11以及射频前端部分12于一体的嵌入式无线测距通信模块；其中，基带信号处理部分10提供以及接收差分基带信号，并控制基带与射频信号转换部分11的本振频率；基带与射频信号转换部分11提供和接收基带信号处理部分10的模拟基带信号，并提供和接收射频部分的射频信号；射频前端部分12发射基带与射频信号转换部分11的射频信号，并接收射频信号提供给基带与射频信号转换部分11。
[0018]基带信号处理部分10包含现场可编程门阵列FPGA101、数模转换器DAC102以及模数转换器ADC103 ;其中，ADC103把基带与信号处理部分10提供的模拟基带信号采样为数字差分基带信号，并提供给FPGA101 ；FPGA101处理ADC103输出的差分基带信号，并输出所需的数字基带信号，提供给DAC102，而且控制基带与射频信号转换部分11的本振频率；DAC102把FPGA101输出的数字基带信号转换为模拟基带信号，并提供给基带与射频信号转换部分11。
[0019]基带与射频信号转换部分11包含中频调制器111 ;调制器对应的压控振荡器VC0114、锁相环PLL113和本振112 ;中频解调器115 ;解调器对应的压控振荡器VC0118、锁相环PLL117和本振116 ;其中，中频调制器111接收基带信号处理部分10提供的模拟基带信号，并转换为射频信号；VC0114接受基带信号处理部分10提供的本振频率控制信号，再经PLL113分频提供中频调制器111所需的本振112信号；中频解调器115接收射频前端部分12提供的射频信号，并转换为模拟基带信号；VC0118接受基带信号处理部分10提供的本振频率控制信号，再经PLL117分频提供调制解调器所需的本振116信号。
[0020]射频前端部分12包含中频放大器121、射频滤波器122、功率放大器123、双工器124、射频滤波器125、低噪放大器126 ;其中，中频放大器121接受基带与射频转换部分11的基带信号，放大后经射频滤波器122滤波后，传递给功率放大器123，再有双工器124发射；射频滤波器125接受双工器收到的射频信号，经低噪放大器126传递给基带与射频转换部分11。
【主权项】
1.一种基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特征在于:所述的无线测距通信模块包含基带信号处理部分(10)、基带与射频信号转换部分(11)以及射频前端部分(12);其中，基带信号处理部分(10)提供以及接收差分基带信号，并控制基带与射频信号转换部分(11)的本振频率；基带与射频信号转换部分(11)提供和接收基带信号处理部分(10)的模拟基带信号，并提供和接收射频部分的射频信号；射频前端部分(12)发射基带与射频信号转换部分(11)的射频信号，并接收射频信号提供给基带与射频信号转换部分(11)02.根据照权利要求1所述的基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特征在于:所述的基带信号处理部分(10)包含FPGA (101)、DAC(102)以及ADC(103);其中，ADC(103)把基带与信号处理部分(10)提供的模拟基带信号采样为数字差分基带信号，并提供给FPGA (101) ；FPGA (101)处理ADC (103)输出的差分基带信号，并输出所需的数字基带信号，提供给DAC (102)，而且控制基带与射频信号转换部分(11)的本振频率；DAC (102)把FPGA (101)输出的数字基带信号转换为模拟基带信号，并提供给基带与射频信号转换部分(11)。3.根据照权利要求1所述的基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特征在于:所述的基带与射频信号转换部分(11)包含中频调制器(111);调制器对应的压控振荡器VC0(114)、锁相环PLL(113)和本振(112);中频解调器(115);解调器对应的压控振荡器乂0)(118)、锁相环？1^(117)和本振(116);其中，中频调制器(111)接收基带信号处理部分(10)提供的模拟基带信号，并转换为射频信号；VC0 (114)接受基带信号处理部分(10)提供的本振频率控制信号，再经PLL (113)分频提供中频调制器(111)所需的本振(112)信号；中频解调器(115)接收射频前端部分(12)提供的射频信号，并转换为模拟基带信号；VC0 (118)接受基带信号处理部分(10)提供的本振频率控制信号，再经PLL (117)分频提供调制解调器所需的本振(116)信号。4.根据照权利要求1所述的基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特征在于:所述的射频前端部分(12)包含中频放大器(121)、射频滤波器(122)、功率放大器(123)、双工器(124)、射频滤波器(125)、低噪放大器(126);其中，中频放大器(121)接受基带与射频转换部分(11)的基带信号，放大后经射频滤波器(122)滤波后，传递给功率放大器(123)，再有双工器(124)发射；射频滤波器(125)接受双工器收到的射频信号，经低噪放大器(126)传递给基带与射频转换部分(11)。
【专利摘要】本发明提供了一种基于异步应答时间测量的无线测距通信模块，其特征在于：所述的无线测距通信模块包含基带信号处理部分、基带与射频信号转换部分以及射频前端部分；其中，基带信号处理部分提供以及接收差分基带信号，并控制基带与射频信号转换部分的本振频率；基带与射频信号转换部分提供和接收基带信号处理部分的模拟基带信号，并提供和接收射频部分的射频信号；射频前端部分发射基带与射频信号转换部分的射频信号，并接收射频信号提供给基带与射频信号转换部分。本发明基于异步应答时间测量的无线测距通信模块测距精度较高、集成度高、体积小、功耗低、兼具无线通信和测距两种功能，能够满足无线传感器网络对于组网通信和传感器定位的要求。
【IPC分类】H04W64/00, H04W84/18
【公开号】CN105407528
【申请号】CN201510825994
【发明人】赖春强, 胡俊, 雷巍, 赖文娟
【申请人】四川省绵阳西南自动化研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月25日