無線通信系統及使用該無線通信系統的無人機系統的製作方法

2023-06-05 17:22:21 1

本實用新型涉及一種無線通信系統，尤其涉及一種適用於在無人機與遙控裝置之間實現無線通信的系統。

背景技術：

在現有的無線點對點通信系統中，經常會出現信號被幹擾的情況，使得數據的傳輸質量嚴重下降，甚至會導致通信中斷。例如，無人機與遙控器之間的數據和圖像傳輸，受外界幹擾信號的影響很大。

目前，現有的無線通信主要有以下幾種實現方式：一、單頻段的一發一收，也即：發射端配置單頻段的一發射單元，接收端配置單頻段的一接收單元來實現大信息量的傳輸；這種結構，在該單頻段被幹擾的時候，傳輸質量會下降，嚴重的甚至會出現系統崩潰，通信的可靠性較差。二、單頻段的一發二收，也即：接收端具有單頻段的兩個接收單元；這種結構，雖然接收能力有所提高，但還是不能有效地避開單頻段的幹擾，通信的可靠性無法保證。三、單頻段的二發二收，也即：發射端具有單頻段的兩個發射單元，接收端具有單頻段的兩個接收單元；這種結構，雖然發射能力和接收能力均有所提高，但還是不能有效地避開單頻段的幹擾，通信的可靠性仍無法保證。因此，如何有效避開信號幹擾，提高通信的可靠性是當前亟需解決的問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於克服上述現有技術所存在的不足，而提出一種無線通信系統，能夠有效地避開單頻段的幹擾，提高通信的可靠性。

本實用新型針對上述技術問題提出一種無線通信系統，包括第一通信模塊和第二通信模塊，所述第一通信模塊通過功分處理和變頻處理將同一信號分別以第一頻段和第二頻段進行發射，其中，所述第一頻段與所述第二頻段不同；所述第二通信模塊分別接收所述第一通信模塊以所述第一頻段進行發射的信號，以及以所述第二頻段進行發射的信號，並將接收到的所述第二頻段的信號經變頻處理轉化為所述第一頻段的信號，與接收到的所述第一頻段的信號做分集接收處理。

本實用新型針對上述技術問題還提出一種無人機系統，包括無人機和遙控裝置，還包括如上所述的無線通信系統，其中，所述無線通信系統的第一通信模塊裝設在所述無人機上，所述無線通信系統的第二通信模塊裝設在所述遙控裝置上。

與現有技術相比，本實用新型的無線通信系統，通過巧妙地在第一通信模塊中採用功分處理和變頻處理來將發送信號分為第一、第二兩個不同頻段同時發送，相應地，在第二通信模塊對這兩個不同頻段的發送同時進行接收，並將第二頻段的接收信號經變頻處理變為第一頻段之後與第一頻段的接收信號做分集接收處理，能夠有效地避開單頻段的幹擾，提高通信的可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型無線通信系統的一較佳實施例的原理框圖；

圖2是本實用新型無線通信系統中第一通信模塊的一較佳實施例的原理框圖；

圖3是本實用新型無線通信系統中第二通信模塊的一較佳實施例的原理框圖。

其中，附圖標記說明如下：10.無線通信系統；1.第一通信模塊；2.第二通信模塊；11.第一收發電路；12.功分器；13.第一發射單元；14.第一變頻單元；15.第二發射單元；21.第二收發電路；23.第一接收單元；24.第二變頻單元；25.第二接收單元；101.第一收發晶片；102、103、104、105、106、107 天線接口；120.第一混頻器；121.第一鎖相環；201.第二收發晶片；202、203、206、207 天線接口；243.第二混頻器；244.第二鎖相環。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。

參見圖1，圖1是本實用新型無線通信系統的一較佳實施例的原理框圖。本實用新型以在無人機系統方面的應用為例，提出一種無線通信系統10。其中，該無人機系統包括無人機、遙控裝置以及無線通信系統10。該無線通信系統10包括裝設在無人機上的第一通信模塊1和裝設在與無人機相配合的遙控裝置上的第二通信模塊2。其中，遙控裝置用於控制無人機的飛行，可以包括但不限於遙控器、智慧型手機、平板電腦、個人數字助理（Personal Digital Assistant，PDA）等裝置。具體的，第一通信模塊1通過功分處理和變頻處理將同一信號分別以第一頻段和第二頻段進行發射，其中，第一頻段與第二頻段不同；第二通信模塊2分別接收第一通信模塊1以第一頻段進行發射的信號，以及以第二頻段進行發射的信號，並將接收到的第二頻段的信號經變頻處理轉化為第一頻段的信號，與接收到的第一頻段的信號做分集接收處理。

該第一通信模塊1可以包括：第一收發電路11，用於輸出信號；功分器12，與第一收發電路11的第一發射埠相連，用於對第一收發電路11輸出的信號進行功分處理，得到兩路輸出，其中，這兩路輸出可以相同；第一發射單元13，與功分器12的一路輸出相連，用於以第一頻段進行信號的發射；第一變頻單元14，與功分器12的另一路輸出相連，用於將第一頻段變頻為第二頻段；以及第二發射單元15，與第一變頻單元14的輸出相連，用於以第二頻段進行信號的發射。

該第二通信模塊2可以包括：第一接收單元23，用於接收第一頻段的信號；第二接收單元25，用於接收第二頻段的信號；第二變頻單元24，與第二接收單元25的輸出相連，用於將第二頻段的信號變頻為第一頻段的信號；第二收發電路21，分別與第一接收單元23和第二變頻單元24相連，用於對第一接收單元23接收到的第一頻段的信號與第二變頻單元24變頻得到的第一頻段的信號做分集接收處理。

該無線通信系統10的工作原理大致可以包括：第一通信模塊1上的第一收發電路11輸出的同一發射信號，經過功分器12分成兩路，其一通過第一發射單元13發出，其另一先經由第一變頻單元14處理，變為第二頻段，然後再通過第二發射單元15發出。也就是說，第一通信模塊1同時採用第一頻段和與第一頻段不同的第二頻段發送同一信號。

相應地，第二通信模塊2上的第二收發電路21能夠藉助第一接收單元23和第二接收單元25來分別接收第一通信模塊1的兩個頻段的發送信號。其中，第一發射單元13發出的信號由第一接收單元23予以接收後直接送第二收發電路21；第二發射單元15發出的信號由第二接收單元25予以接收後，先要經過第二變頻單元24的變頻處理，由第二頻段變換到第一頻段，才能送第二收發電路21。第二收發電路21對第一接收單元23接收到的信號以及第二變頻單元24變頻得到的信號進行分集接收處理，以對兩路信號進行合併處理，以降低信號衰落，儘可能還原出第一通信模塊1發送的信號。

可選的，第一發射單元13至少可以包括第一開關、第一天線接口和第二天線接口，第一開關分別與第一天線接口、第二天線接口連接，通過第一開關可以選擇第一天線接口或第二天線接口以第一頻段進行信號的發射；第二發射單元15至少可以包括第二開關、第三天線接口和第四天線接口，第二開關分別與第三天線接口、第四天線接口連接，通過第二開關可以選擇第三天線接口或第四天線接口以第二頻段進行信號的發射。

可選的，第一變頻單元14可以包括第一混頻器和第一鎖相環，其中，第一鎖相環為第一混頻器提供第二頻段的本振信號。

可選的，第一通信模塊1還可以包括第三發射單元，其與第一收發電路11的第二發射埠相連，用於以第三頻段進行信號的發射，其中，第三頻段與第一頻段不同。

可選的，第三發射單元至少可以包括第三開關、第五天線接口和第六天線接口，第三開關分別與第五天線接口、第六天線接口連接，通過第三開關可以選擇第五天線接口或第六天線接口以第三頻段進行信號的發射。

可選的，第二變頻單元24可以包括第二混頻器和第二鎖相環，第二鎖相環為第二混頻器提供第一頻段的本振信號。

可選的，第二通信模塊2還可以包括第三接收單元和第四接收單元，分別用於接收第三頻段的信號；第二收發電路21分別與第三接收單元、第四接收單元相連，還用於對第三接收單元和第四接收單元接收到的第三頻段的信號做分集接收處理。

可選的，第一接收單元23至少可以包括第七天線接口，通過第七天線接口接收第一頻段的信號；第二接收單元25至少可以包括第八天線接口，通過第八天線接口接收第二頻段的信號。第三接收單元至少可以包括第九天線接口，通過第九天線接口接收第三頻段的信號；第四接收單元至少可以包括第十天線接口，通過第十天線接口接收第三頻段的信號。其中，第七天線接口與第九天線接口可以合用一根雙頻雙饋天線，第八天線接口與第十天線接口可以合用另一根雙頻雙饋天線。

參見圖2，圖2是本實用新型無線通信系統中第一通信模塊的一較佳實施例的原理框圖。該第一通信模塊1中的第一收發電路11可以包括第一收發晶片101，該晶片為一塊雙頻段的收發晶片，用來處理無線信號，以滿足不同國家對頻段的需求。比如：北美可以使用2.4G ISM頻段和900M ISM頻段；而歐洲可以使用2.4G和5.8G ISM頻段。本實施例是以第一收發晶片101可以處理2.4G和900M這兩個頻段為例進行說明，即第一頻段為2.4G ISM頻段，第二頻段為5.8G ISM頻段，第三頻段為900M ISM頻段。圖2示出的頻段組合僅為一種可選的實施方式，還可以任意組合不同的頻段，本實施例不作限定。

具體而言，該第一收發晶片101的2.4G發送埠（即第一發射埠）將2.4G（即第一頻段）的發送信號首先送到功分器12。功分器12將信號進行功分處理後，一路經過放大器111進行功率放大，經由第一開關112的選擇後，再經過開關113和濾波器114送到第一天線接口102，或者，經由第一開關112的選擇後，再經過開關115和濾波器116送到第二天線接口103。

可以理解的是，該第一收發晶片101為前述的第一收發電路11的一種具體實現。這裡的放大器111，第一開關112，開關113，濾波器114，第一天線接口102，開關115，濾波器116以及第二天線接口103為前述第一發射單元13的一種具體實現。其中，第一天線接口102和第二天線接口103均為2.4G天線接口。

另一路送到第一混頻器120，與第一鎖相環121提供的本振信號混合，上變頻到5.8G（即第二頻段），然後，依次經過濾波器122、5.8G放大器123以及5.8G濾波器124處理後，經由第二開關125的選擇，再由開關126送到第三天線接口104，或者，經由第二開關125的選擇，再由開關127送到第四天線接口105。

可以理解的是，這裡的第一混頻器120和第一鎖相環121為前述的第一變頻單元14的一種具體實現。這裡的濾波器122，5.8G放大器123，5.8G濾波器124，第二開關125，開關126，第三天線接口104，開關127以及第四天線接口105為前述第二發射單元15的一種具體實現。其中，第三天線接口104和第四天線接口105均為2.4G/5.8G雙頻天線接口。

該第一收發晶片101的900M發送埠（即第二發射埠）將900M（即第三頻段）的發送信號送到放大器150，先經過第三開關151的選擇，再由開關152和900M濾波器153送到第五天線接口106，或者，經過第三開關151的選擇，再由開關154和900M濾波器155送到第六天線接口107。

可以理解的是，這裡的放大器150，第三開關151，開關152，濾波器153，第五天線接口106，開關154，濾波器155以及第六天線接口107共同構成該第一通信模塊1上的第三發射單元，用於以900M（即第三頻段）進行信號的發射。

本實施例中，第一~第六天線接口102~107還可以分別用於信號的接收。

具體的，該第一收發晶片101的一個2.4G接收埠與開關132相連，由第一天線接口102接收的信號依次經過濾波器114、開關113、低噪聲放大器131送到該開關132；或者，由第四天線接口105接收的信號依次經過開關127、2.4G濾波器133、低噪聲放大器134送到該開關132。這種結構，可以通過第一天線接口102和第四天線接口105二選一地接收信號。即，通過開關132的選擇，選取一路信號輸入至第一收發晶片101的一個2.4G接收埠。

該第一收發晶片101的另一個2.4G接收埠與開關136相連，由第二天線接口103接收的信號依次經過濾波器116、開關115、低噪聲放大器135送到該開關136；或者，由第三天線接口104接收的信號依次經過開關126、2.4G濾波器137、低噪聲放大器138送到該開關136。這種結構，可以通過第二天線接口103和第三天線接口104二選一地接收信號。即，通過開關136的選擇，選取一路信號輸入至第一收發晶片101的另一個2.4G接收埠。第一收發晶片101通過兩個2.4G接收埠分別接收2.4G頻段的信號，並對其進行分集接收處理。

第五天線接口106接收的信號，經過900M濾波器153、開關152、低噪聲放大器160送到該第一收發晶片101的一個900M接收埠；第六天線接口107接收的信號，經過900M濾波器155、開關154、低噪聲放大器161送到該第一收發晶片101的另一個900M接收埠。第一收發晶片101通過兩個900M接收埠分別接收900M頻段的信號，並對其進行分集接收處理。

值得一提的是，該第一通信模塊1設計有六個天線接口102、103、104、105、106、107。其中，根據實際應用的需要，可以實現2.4G與900M頻段跳頻的單頻1發2收，2.4G頻段的1發2收以及5.8G的單發射2.4G的2收，並且5.8G發射的信號數據與2.4G發射的信號數據一致。2.4G的接收通道可以在天線接口102、103、104、105之間切換，實現第一通信模塊1的2.4G分集接收。

該第一通信模塊1針對2.4G頻段設計有四個天線接口102、103、104、105切換，可以很好地滿足該第一通信模塊1在無人機發生形態變化時，能夠始終選擇最佳的天線方向來對準該第二通信模塊2。比如：當無人機在空中存在旋轉、上升下降等不同姿態時，該第一通信模塊1始終能選擇最佳的天線來進行通信。

該第一通信模塊1用在無人機上，負責發射圖像等大容量數據，接收遙控信號等小容量數據。該第一通信模塊1上的多天線切換結構，有利於當無人機本體處於不同的姿態時，天線方向圖能夠對準遙控端，保證信號的最佳傳輸路徑。

該第一通信模塊1採用900M，2.4G和5.8G的多頻段傳輸，有利於圖像傳輸在空間中避開可能的幹擾信號，保證圖像傳輸質量。另外，2.4G多天線切換與分集接收，有利於保證遙控端的2.4G發送信號能被正確接收，並有效地提高接收質量。

參見圖3，圖3是本實用新型無線通信系統中第二通信模塊的一較佳實施例的原理框圖。該第二通信模塊2的第二收發電路21選用與前述第一收發晶片101相同的第二收發晶片201。第七天線接口202與第九天線接口206合用一根900M與2.4G的雙頻雙饋天線。第八天線接口203與第十天線接口207合用一根900M與5.8G的雙頻雙饋天線。這裡的雙頻雙饋天線指一種雙頻天線，能夠實現兩個頻段的信號傳輸，該雙頻天線帶有兩根饋線，其中一根饋線接一個天線接口、另一根饋線接另一個天線接口。

具體而言， 該第二收發晶片201的一個2.4G接收埠用於接收來自第七天線接口202接收的信號。由第七天線接口202接收的信號依次經過2.4G濾波器212、開關211、低噪聲放大器230送到該2.4G接收埠。可以理解的是，這裡的第七天線接口202，2.4G濾波器212，開關211和低噪聲放大器230是前述的第一接收單元23的一個具體實現。其中，第七天線接口202用於接收2.4G頻段（即第一頻段）信號。

該第二收發晶片201的另一個2.4G接收埠用於接收來自第八天線接口203接收的信號。由第八天線接口203接收的5.8G（即第二頻段）信號，依次經過5.8G濾波器241和低噪聲放大器242送到第二混頻器243，與第二鎖相環244提供的本振信號混合，變頻到2.4G，然後再經過2.4G濾波器245和低噪聲放大器246送給該第二收發晶片201的另一個2.4G接收埠，以使第二收發晶片201實現對2.4G頻段信號的分集接收。可以理解的是，這裡的第八天線接口203，5.8G濾波器241和低噪聲放大器242是前述的第二接收單元25的一個具體實現。這裡的第二混頻器243和第二鎖相環244是前述的第二變頻單元24的一個具體實現。

該第二收發晶片201的一個900M接收埠用於接收來自第九天線接口206接收的信號。由第九天線接口206接收到的900M（即第三頻段）信號，經過開關252、低噪聲放大器261和900M濾波器262送到該第二收發晶片201的一個900M接收埠。由第十天線接口207接收到的900M信號，經過低噪聲放大器271和900M濾波器272送到該第二收發晶片201的另一個900M接收埠。可以理解的是，這裡的第九天線接口206，開關252，低噪聲放大器261和900M濾波器262構成該第二通信模塊2的一個第三接收單元。這裡的第十天線接口207，低噪聲放大器271和900M濾波器272構成該第二通信模塊2的一個第四接收單元。

本實施例中，第七天線接口202和第九天線接口206還可以分別用於信號的發射。其中，第七天線接口202用於2.4G信號的發射，第九天線接口206用於900M信號的發射。

具體的，該第二收發晶片201的2.4G發送埠將信號送到放大器210，然後，經過開關211和2.4G濾波器212送到第七天線接口202。

該第二收發晶片201的900M發送埠將信號送到放大器250，經過900M濾波器251和開關252送到第九天線接口206。

該第二通信模塊2用在與無人機相配合的遙控裝置上，負責接收無人機傳輸回來的圖像等大數據信號，發射遙控信號控制無人機。該第二通信模塊2上的四個天線接口202、203、206、207用兩根雙頻天線。採用單天線發射，有利於發射2.4G或者900M遙控信號等關鍵的小容量數據。採用雙天線接收，有利於接收900M，2.4G和5.8G等大容量的圖像信號，保證接收鏈路進入該第二收發晶片201是2收的分集接收通道，以提高接收信號質量。

採用本實用新型的無線通信系統10，當該無線通信系統10工作在2.4G頻段時，天線接口202接收和/或發射2.4G頻段信號，天線接口203接收5.8G信號，並經過下變頻到2.4G頻段後，與天線接口202的接收信號組成分集接收鏈路，實現2.4G頻段1發2收的通信系統。

如果2.4G在空間中受到較強幹擾時，2.4G發射可以降低發射信號速率，以提高第一通信模塊1的接收通道的實際靈敏度，通過5.8G的接收鏈路可以保證第一通信模塊1的信號傳輸到第二通信模塊2不會中斷，從而可以提高傳輸質量，提高點對點傳輸的可靠性。

另外，當該無線通信系統10檢測到2.4G幹擾信號較強時，在允許900M頻段工作的國家或者地區，該系統10可以無縫切換到900M頻段，保證信號傳輸不中斷，從而有效地保證傳輸的可靠性。

可以理解的是，本實施例中涉及的濾波器、放大器、天線接口等部件可以根據具體頻段需求進行相應調整。例如，當第一頻段為5.8G、第二頻段為2.4G時，第一天線接口102、第二天線接口103用於接收和/或發射5.8G信號，經過功分器12的5.8G信號經過第一混頻器120和第一鎖相環121下變頻為2.4G，並通過放大器123和濾波器124後輸出，此時放大器123和濾波器124均為針對2.4G信號的。

本實施例中，該無線通信系統10不僅可以適用於無人機系統中，還可以適用於其他點對點遠距離傳輸場景中，如無線視頻監控。

與現有技術相比，採用本實用新型的無線通信系統10，通過相同數據在空間中的多頻段傳輸，抗幹擾得到有效增強，並且在一個頻段受到幹擾時，可以保證數據還能通過另外的頻段傳輸，有效地提高了通信的可靠性。另外，可以在不增加天線接口和不增加接收鏈路的前提下，實現接收端的分集接收，提高接收靈敏度。

上述內容僅為本實用新型的較佳實施例，並非用於限制本實用新型的實施方案，本領域普通技術人員根據本實用新型的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本實用新型的保護範圍應以權利要求書所要求的保護範圍為準。