一种无线传感网络的频率自动校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感网络的频率自动校准方法，包括以下步骤：Step1：终端A依次在不同的信道频率下向终端B发送数据；Step2：如果终端A收到终端B的数据回复，则表示数据在此信道频率下通信成功，终端A记录此时的通信信道频率，转入Step3；反之，进行下一个信道频率下的数据发送；Step3：判断终端A是否完成了所述信道频率范围内所有信道频率下数据的发送，如是则转入step4，反之执step2；Step4：比较通信成功情况下的所有频率，计算最高和最低频率的平均值，作为终端A和终端B最终通信的信道频率。本方法使得发射端频率和接收端频率最大限度的接近，提高了通信的准确性和稳定性；所有的校准均是由程序自动完成，提高了工作效率。
【专利说明】一种无线传感网络的频率自动校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感网络的频率自动校准方法。
【背景技术】
[0002]在无线设备的研发、生产中，由于所用元器件的精度限制于设备成本、加工精度、电路板设计等多种因素，而导致不同设备之间在无线频率、功率电平和其它参数的性能指标有所差异。尤其是在很多民用无线产品中，由于产品售价的严格限制和市场上的激烈竞争，研发人员设计产品时通常会避免选用价格昂贵的、精度高、一致性好的元器件。针对产品一致性不足的问题，一般均采用后期校准的方法加以纠正，从而减少了无线设备对元器件一致性和精度的要求，降低了材料成本。
[0003]无线发射、接收设备通常需要校准的指标有四个，分别为频率、功率电平、RSSI (接收信号强度)和电池的校准及其他的校准。其中，频率的校准指的是无线设备之间的频率偏差(频偏)必须控制在一定的范围之内，这也是最为重要的校准指标。如果无线设备之间的频偏过大，将极大降低无线发射距离并增加误码率和丢包率。对于依赖于频率不同来对信号进行编码的调制方式(例如FSK调制方式)，这种情况尤其严重，甚至会导致无线设备完全失灵。尽管多数无线设备在生产过程中通过元器件一致性控制、生产质量管理规范等措施保证频偏在一定范围之内，但是由于以下原因，在使用过程中频率依然会发生偏移:
[0004]1.元器件老化。随着使用时间增加，射频电路上的电阻、电容、晶振等元器件均会发生不同程度的老化，其阻容值和晶振频率会发生变化，从而导致频偏加大。
[0005]2.温度漂移。无线设备可能安装在不同的位置，例如室内和室外的环境，在夏季室内温度低、室外温度高，而在冬季则室内温度高、室外温度低。元器件的实际值在不同温度下也会有所差异，导致频偏的增大。
[0006]基于以上考虑，无线设备仅仅在出厂时具有较好的频率一致性是不够的，还需要在使用过程中根据实际环境情况进行动态自动校准。
[0007]目前现有的频率校准方法通过射频信号对电子射频设备进行频率校准，其具体实现方式如下，以预定的数模转换DAC参数控制待校准电子射频设备从主板发出射频信号；射频信号进入天线的馈点，转换为无线射频信号向空间辐射；通过耦合天线器接收无线射频信号，并转换为感生电流信号；根据感生电流信号的频率与预定的DAC参数，计算发射频率控制参数；将发射频率控制参数写入待校准电子射频设备的存储单元，以调整晶体震荡电路，使射频信号的频率处于预定的频率范围内。该方法的优点在于所有设备均与标准射频源校准，精度高，适合于工厂的批量化生产。但是缺点在于需要一个标准射频源进行操作，同时需对现场的所有无线设备进行操作以进入和退出校准模式，步骤比较繁琐，需要操作人员注意的细节比较多，稍有不慎便会造成校准不准确或者是失败。尤其是在安装现场，很多无线设备安装在不同的位置，难以同步进行校准操作。有些情况下操作人员甚至无法接触到已经安装的部分无线设备，为校准带来很大困难。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种无线设备之间进行动态频率偏移自动校准的方法。通过预先设定的校准通信协议，在仅操作一台无线设备的情况下实现该无线设备与另外一台无线设备之间的频偏校准问题。针对两通信终端的基准频率存在一定的偏差，调整其中一个设备的基准频率，最终使得两个终端频率尽可能接近，以提高通信质量。该方法无需使用标准射频源等设备，而且只需操作一台设备即可使得两终端基准频率最大限度的接近，提高了通信的成功率和稳定性。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]一种无线传感网络的频率自动校准方法，包括以下步骤:
[0011]Stepl:构建一个由终端A和终端B组成的无线通信系统。
[0012]Step2:终?而A和终?而B上电。
[0013]Step3:在射频芯片的调制频率范围内，在终端A和终端B之间设置N个信道频率，使终端A依次在不同的信道频率下向终端B发送数据。
[0014]Step4:在某一信道频率下，如果终端A收到终端B的数据回复，则表示数据在此信道频率下通信成功，终端A记录此时的通信信道频率fx，转入St印5 ;反之，按照St印3的方法进行下一个信道频率下的数据发送。
[0015]Step5:判断终端A是否完成了所述信道频率范围内所有信道频率下数据的发送，如是则转入step6,反之继续执行step4。
[0016]Step6:比较通信成功情况下的所有频率，取最高频率f_和最低频率^in,计算两者的平均值将为终端A和终端B最终通信的信道频率。
[0017]所述Stepl中设置的N个信道频率的频率范围大于终端A实际可接收的频率范围，终端A在不同的信道频率下连续向终端B发送数据。
[0018]如果终端B接收到终端A发送的数据，则向终端A发送回复数据。
[0019]如果终端B没有接收到终端A发送的数据，表明终端A在此信道频率下无法与终端B通信，终端B继续等待下一个信道频率下的数据发送。
[0020]所述射频芯片采用支持FSK调频的射频芯片。
[0021 ] 终端A在一个频率大于实际可接收频率范围内，连续发送，终端B只会在其中一个范围内收到A的数据包给予A回复。
[0022]终端A最终收到的回复，会有一个最高频率和一个最低频率，取其平均值，作为终端A的正常工作频率。
[0023]本发明的原理:使用FSK调频的射频芯片的频率存在误差，当两终端的频率误差过大时，两个终端间的通信即会失败，而当两终端的频率误差在一定范围内时，相互通信是会成功的。这样，在一个较大的频率范围(远大于通信成功所允许的频率范围)内，让两终端通信，这一范围内的所有频率并不能全部使得通信成功，只有其中的部分频率是实际可接收的频率，因此找到此范围内可以通信的最高和最低频率，取其平均值，即为最合适的通信频率。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025] 本方法通过对所有通信成功的信道频率取平均值，使得无线通信两终端的信道频率最大限度的接近，提高了通信的准确性和稳定性；所有的校准均是由程序自动完成，不需要手动调频率，提高了工作效率；校准程序可由软件定时自动开启，可实现频偏的自动校准，解决了因温度漂移、元器件老化等原因造成的动态频偏校准问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为未进行频率校准的无线通信两终端通信示意图；
[0027]图2为终端A和终端B在射频芯片的调制频率范围内不同的频率情况下通信的示意图；
[0028]图3为终端A调频过程流程图；
[0029]图4为终端B的通信流程图。
【具体实施方式】:
[0030]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0031]本发明所需要的硬件平台是支持FSK调频的射频芯片，例如SEMTECH公司生产的SX1231H 等。
[0032]图1为未进行频率校准的无线通信两终端通信示意图。终端Al和BI频率无偏差以及如A2和B2、A3和B3等偏差较小时可以通信成功，当频率偏差大于一定值fdev时，例如图中的A6和B6频率偏差大于5kHz (fdev)，则通信失败。在使用FSK调频的设备中，fdev的值并不是固定的，其值与两终端的通信距离成反比例关系。如果想获得较远的通信距离，则fdev的值会设置得较小，此时任意两终端之间的频率偏差大于fdev的可能性就会变大，即任意两终端间无法通信的可能性会变大。所以若想让两终端的通信距离较远，就需要设置较小的fdev，此时要保证任意两终端能通信成功，就需要减小通信两终端间的频率偏差，校准频率是必需的，本发明刚好解决了这一难题。
[0033]图2为终端A和终端B在射频芯片的调制频率范围内不同的频率情况下通信的示意图。共有A到T20个信道频率，其中只有接近基准频率的G到M共7个信道频率可以实现通信，其他对于基准频率的偏移量过大，造成通信不成功。
[0034]因此，选取G-M信道频率下的最大频率和最小频率，取其平均值，即为终端A和终端B最终通信的信道频率。
[0035]图3是终端A调频过程流程图。终端A在射频芯片的调制频率范围内不同的频率情况下向终端B发送数据，如果能通信成功，则终端B回复数据给终端A，此时的信道频率便被终端A记录，继续循环上述步骤直至调制频率范围内的所有频率都完成测试。
[0036]在记录的所有频率中找出最大值和最小值，两者取平均，此平均值便是我们所需要的终端A和B的最佳通信信道频率，完成了频率的自动校准。
[0037]具体步骤如下:
[0038]Stepl:构建一个由终端A和终端B组成的无线通信系统；
[0039]Step2:终2而A和终2而B上电；
[0040]Step3:在射频芯片的调制频率范围内，在终端A和终端B之间设置N个信道频率，使终端A依次在不同的信道频率下向终端B发送数据；
[0041]Step4:在某一信道频率下，如果终端A收到终端B的数据回复，则表示数据在此信道频率下通信成功，终端A记录此时的通信信道频率fx，转入St印5 ;反之，按照St印3的方法进行下一个信道频率下的数据发送；
[0042]Step5:判断终端A是否完成了所述信道频率范围内所有信道频率下数据的发送，如是则转入step6,反之继续执行step4 ；
[0043]Step6:比较通信成功情况下的所有信道频率，取最高频率fmax和最低频率fmin，计算两者的平均值将为终端A和终端B最终通信的信道频率。
[0044]图4是终端B的通信流程图。终端B上电，等待接收终端A发送的数据，如果收到，向A发送回复数据，如未收到则继续等待接收，依此循环直到断电。
[0045]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种无线传感网络的频率自动校准方法，其特征是，包括以下步骤: Stepl:在射频芯片的调制频率范围内，在终端A和终端B之间设置N个信道频率，终端A在不同的信道频率下连续向终端B发送数据； Step2:在某一信道频率下，如果终端A收到终端B的数据回复，则表示数据在此信道频率下通信成功，终端A记录此时的通信信道频率fx，转入St印3 ;反之，按照St印2的方法进行下一个信道频率下的数据发送； Step3:判断终端A是否完成了所述信道频率范围内所有信道频率下数据的发送，如是则转入step4,反之继续执行step2 ； Step4:比较通信成功情况下的所有信道频率，取最高频率fmax和最低频率fmin，计算两者的平均值为终端A的信道频率，完成与终端B的通信。
2.如权利要求1所述的一种无线传感网络的频率自动校准方法，其特征是，所述Stepl中设置的N个信道频率的频率范围大于终端A实际可接收的频率范围，终端A在不同的信道频率下连续向终端B发送数据； 如果终端B接收到终端A发送的数据，则向终端A发送回复数据； 如果终端B没有接收到终端A发送的数据，表明终端A在此信道频率下无法与终端B通信，终端B继续等待下一个信道频率下的数据发送。
3.如权利要求1所述的一种无线传感网络的频率自动校准方法，其特征是，所述射频芯片采用支持FSK调频的射频芯片。
【文档编号】H04B17/00GK103997379SQ201410180176
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】邵珠瑜, 陈冬岩, 黄晓雷 申请人:济南普赛通信技术有限公司