一种电磁波绿色覆盖装置及方法与流程

本发明属于无线电磁波技术领域，涉及一种电磁波绿色覆盖装置及方法，具体涉及ZigBee无线网络的室内覆盖。

背景技术：

随着社会的发展与进步，大量电视塔、广播站、雷达、卫星通信、微波、手机基站等带有电磁波的设备和活动也越来越多。这些设备对人类生活水平的提高和社会发展的进步起到了重要的作用，同时产生的电磁波也是一个环境污染要素。各种家用电器、无线网络设备、移动通讯设备等电器装置，只要处于操作使用状态，周围就会存在电磁波辐射。对于人体这一良导体，电磁波不可避免地会构成一定程度的伤害。长期处于高电磁波辐射环境下，会对人体健康产生的影响，而对于身体条件较差的如孕妇、儿童、老人及病人等四类人群来说，更可能产生严重的危害。

随着大数据时代的来临，无线通信系统的通信容量、信息传输速率以及频谱利用效率等正面临着全新的挑战。然而，由于频谱资源有限以及电子器件的固有带宽限制等，单纯依靠通过扩展频谱宽度来提高数据传输速率和频谱利用率等无线通信系统性能的方案难以实现。因此，在现有频谱资源的基础上寻求全新的无线通信方案已成为无线通信领域中的一个重要研究课题方向。

远离电磁波辐射的污染，关键在于及时发现和预防控制，目前室内无线网络的均匀覆盖主要使用“室内分布系统”的方式进行。虽然实现了信号全覆盖，但不能实现“辐射至人体的电磁波信号最小化” 的美好愿景，本发明是为了解决“连网通信正常的前提下，不能实现辐射至人体的电磁波信号强度最小化的问题”，通过可调衰减器降低发射功率，从而降低了对人体的辐射，另一方面也降低了功耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电磁波绿色覆盖装置及方法，旨在解决连网通信正常的前提下，“不能实现辐射至人体的电磁波信号强度最小化的技术问题。”

本发明提供的技术方案：

本发明所述的一种电磁波绿色覆盖装置，包括发射通道及接收通道，所述发射通道内设有第一收发开关、第一可调衰减器及第二收发开关，所述第一收发开关用于接收室内分布系统发出的分支信号，并将分支信号导向发射通道，第一可调衰减器降低发射通道所输出的发射功率，第二收发开关将分支信号通过天线向外辐射信号；

所述接收通道内设有第二收发开关、第二可调衰减器、低噪声放大器及第一收发开关，所述天线收集到的信号送入第二收发开关，第二收发开关将信号输出至第二可调衰减器，进入低噪声放大器，最后通过第一收发开关将信号送入室内分布系统分支中。

较佳地，还包括第一拨码开关及第二拨码开关，所述第一拨码开关及第二拨码开关分别与第一可调衰减器相连。

所述第一拨码开关及第二拨码开关分别与第一可调衰减器相连，其作用是控制第一可调衰减器的高低电平控制脚来改变第一可调衰减器的衰减量。

较佳地，还包括第三拨码开关及第四拨码开关，所述第三拨码开关及第四拨码开关分别与第二可调衰减器相连。

较佳地，所述第三拨码开关及第四拨码开关分别与第二可调衰减器相连，其作用是控制第二可调衰减器的高低电平控制脚来改变第二可调衰减器的衰减量，以降低室内分布系统接收到影响较大的其它路径信号(多径效应)。

较佳地，所述第一收发开关内设有第一输入输出端口及第一定向耦合器，室内分布系统分支信号接入第一输入输出端口，第一定向耦合器第4脚采集到输入射频信号后产生开关控制信号，将第一收发开关导向发射通道，第一定向耦合器第2脚输出信号至第一收发开关，信号进入第一可调衰减器，第一可调衰减器降低发射通道所输出的发射功率。

较佳地，所述第二收发开关内设有第二输入输出端口，天线收集信号通过第二输入输出端口进入第二收发开关，第二收发开关将信号输入至第二可调衰减器，再进入低噪声放大器，低噪声放大器维持室内分布系统分支信号的接收灵敏度，然后通过第一收发开关通向第一定向耦合器，输出至第一输入输出端口，接入室内分布系统中。

较佳地，所述发射通道发射信号时，第一收发开关为输入端口，第二收发开关为输出端口。

较佳地，所述接收通道接收信号时，第二收发开关为输入端口，第一收发开关为输出端口。

一种电磁波绿色覆盖方法，其特征在于，包括：

步骤1：无线终端连接上室内分布系统，室内分布系统发出分支信号经过第一收发开关后，进入第一可调衰减器；

步骤2：无线终端读取信号强度指示值，并根据值调整第一可调衰减器，然后进入第二收发开关，最后通过天线向空中辐射；

步骤3：向空中辐射的信号强度受第一可调衰减器控制，结合无线终端与室内分布系统的通信效果，不断增大第一可调衰减器的衰减量；达到降低向空中辐射信号的强度，且能正常通信；

步骤4: 无线终端信号发至天线后，信号经过第二收发开关进入第二可调衰减器，第二可调衰减器是为恶化接收灵敏度，避免不在此区域的无线终端发射信号泄露，然后进入低噪声放大器，低噪声放大器为了维持室内分布系统的接收灵敏度不被恶化，降低无线终端的发射功率，最后由第一收发开关将信号发出。

在所述步骤4中，所述无线终端发射功率可调的情况下，室内分布系统中读取无线终端信号强度指示值；根据指示值的强弱来调整无线终端的发射功率，强则多降低无线终端的发射功率，弱则少降低无线终端的发射功率。

在所述步骤4中，所述无线终端发射功率不可调的情况下，造成同一终端发出的信号，有可能既让室内分布系统A区域接收到较强信号，又让B区域接收到较强信号；这样会加强信号的多路径失真，通过适度调整第二可调衰减器能够改善多路径失真问题。

本发明的有益效果：

1.连网通信正常的前提下，实现辐射至人体的电磁波信号最小化（尤其小区域多分布覆盖时，效果最为明显）。

2. 发射功率可控的无线终端，在部分场合可以降低发射功率工作，一方面降低了对人体的辐射，另一方面也降低了功耗（尤其是电池产品）。

3.实现了收发信号强度控制，降低了同一终端信号窜至不同分布区域而增加多路径失真引起通信效果不佳。

附图说明

图1绘示本发明电磁波绿色覆盖装置原理图。

图2绘示本发明电磁波绿色覆盖装置电路图。

图3绘示本发明电磁波绿色覆盖方法发射通道第一流程图。

图4绘示本发明电磁波绿色覆盖方法发射通道第二流程图。

图5绘示本发明电磁波绿色覆盖方法发射通道第三流程图。

图6绘示本发明电磁波绿色覆盖方法接收通道流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明实施例提供的一种电磁波绿色覆盖装置，包括发射通道及接收通道，所述发射通道内设有第一收发开关、第一可调衰减器及第二收发开关，所述第一收发开关用于接收室内分布系统发出的分支信号，并将分支信号导向发射通道，第一可调衰减器降低发射通道所输出的发射功率，第二收发开关将分支信号通过天线向外辐射信号；

所述接收通道内设有第二收发开关、第二可调衰减器、低噪声放大器及第一收发开关，所述天线收集到的信号送入第二收发开关，第二收发开关将信号输出至第二可调衰减器，进入低噪声放大器，最后通过第一收发开关将信号送入室内分布系统分支中。

还包括第一拨码开关及第二拨码开关，所述第一拨码开关及第二拨码开关分别与第一可调衰减器相连。

所述第一拨码开关及第二拨码开关分别与第一可调衰减器相连，其作用是控制第一可调衰减器的高低电平控制脚来改变第一可调衰减器的衰减量。

还包括第三拨码开关及第四拨码开关，所述第三拨码开关及第四拨码开关分别与第二可调衰减器相连。

所述第三拨码开关及第四拨码开关分别与第二可调衰减器相连，其作用是控制第二可调衰减器的高低电平控制脚来改变第二可调衰减器的衰减量，以降低室内分布系统接收到影响较大的其它路径信号(多径效应)。

参照图2所示一种电磁波绿色覆盖装置电路图，所述第一收发开关内设有第一输入输出端口及第一定向耦合器，室内分布系统分支信号接入第一输入输出端口，第一定向耦合器第4脚采集到输入射频信号后产生开关控制信号，将第一收发开关导向发射通道，第一定向耦合器第2脚输出信号至第一收发开关，信号进入第一可调衰减器，第一可调衰减器降低发射通道所输出的发射功率。

所述第二收发开关内设有第二输入输出端口，天线收集信号通过第二输入输出端口进入第二收发开关，第二收发开关将信号输入至第二可调衰减器，再进入低噪声放大器，低噪声放大器维持室内分布系统分支的接收灵敏度，然后通过第一收发开关通向第一定向耦合器，输出至第一输入输出端口，接入室内分布系统中。

所述发射通道发射信号时，第一收发开关为输入端口，第二收发开关为输出端口。

所述接收通道接收信号时，第二收发开关为输入端口，第一收发开关为输出端口。

具体实施例以ZigBee室内分布系统为例，在原有室内分布系统的基础上，在天线前增加电磁波绿色覆盖装置。电磁波绿色覆盖装置上发射通道和接收通道分别接有8位拨码开关可调衰减器。发射通道的8位拨码开关可使发射信号强度具备30dB的调整范围。接收通道的8位拨码开关可使接收信号强度具备30dB的调整范围：

发射通道：

室内分布系统分支信号接入第一输入输出端口，第一定向耦合器第4脚采集到输入射频信号后用于产生开关控制信号，将开关导向为发射通道。第一定向耦合器第2脚输出信号至第一收发开关，通过第一收发开关后，信号进入第一可调衰减器，最后信号进入第二收发开关，再经过第二输入输出端口接天线向外辐射信号。

接收通道：

天线通过第二输入输出端口进入第二收发开关（接收状态时，第一定向耦合器第4脚未采集到足够强度的信号，收发开关导向为接收通道），第二收发开关将信号送至第二可调衰减器后，再进入低噪声放大器，然后通过第一收发开关通向第一定向耦合器，输出至第一输入输出端口，最后接入室内分布系统分支中。

参照图3及图6所示，是本发明实施例的一种电磁波绿色覆盖方法的发射通道及接收通道流程图。本发明实施例电磁波绿色覆盖方法包括以下步骤：

步骤1：无线终端连接上室内分布系统，室内分布系统发出分支信号经过第一收发开关后，进入第一可调衰减器；

步骤2：无线终端读取信号强度指示值，并根据值调整第一可调衰减器，然后进入第二收发开关，最后通过天线向空中辐射；

步骤3：向空中辐射的信号强度受第一可调衰减器控制，结合无线终端与室内分布系统的通信效果，不断增大第一可调衰减器的衰减量；达到降低向空中辐射信号的强度，且能正常通信。

步骤4:无线终端信号发至天线后，信号经过第二收发开关进入第二可调衰减器，第二可调衰减器是为恶化接收灵敏度，避免不在此区域的无线终端发射信号泄露，然后进入低噪声放大器，低噪声放大器为了维持室内分布系统的接收灵敏度不被恶化，降低无线终端的发射功率，最后由第一收发开关将信号发出。

在所述步骤4中，所述无线终端发射功率可调的情况下，室内分布系统中读取无线终端信号强度指示值；根据指示值的强弱来调整无线终端的发射功率，强则多降低无线终端的发射功率，弱则少降低无线终端的发射功率。

例如读取值为： 设备A=-35dBm, 设备B=-55dBm,设备C=-72dBm, 以 TI芯片CC2530为例，功率可调范围为32dB； 设备A可将发射功率调至最低；设备B可将发射功率降低20dB;设备C可将发射功率降3dB，如此就达成了在这个区域中人体将至少减少3dB（50%）的辐射，同时电池供电的终端，电池使用时间也将大幅增加。

在所述步骤4中，所述无线终端发射功率不可调的情况下，造成同一终端发出的信号，有可能既让室内分布系统A区域接收到较强信号，又让B区域接收到较强信号；这样会加强信号的多路径失真，通过适度调整第一可调衰减器能够改善多路径失真问题。

具体实施例如下，一种电磁波绿色覆盖方法发射通道实施例一，发射通道工作流程：

无线终端连接上室内分布系统，从各无线终端中读取信号强度指示值。并根据指示值调整电磁波绿色覆盖装置当中的第一可调衰减器。将信号强度指示值分为三种类型 ；

I型：无线终端收到室内分布系统的信号强度差异较大。例如： 设备A=-25dBm;设备B=-45dBm;设备C=-65dBm。

I型：将收发信号强度控制器当中的发射通道可调衰减器调为12dB。此时三个无线终端的信号强度值为： A=-37dBm; B=-57dBm;C=-77dBm。

如此就达成了在这个区域中人体将减少12dB（93.75%）的辐射。最小-77dBm的信号强度完全可满足正常通信（例如：ZigBee终端普遍接收灵敏度<=-90dBm）。

II型 ：无线终端收到室内分布系统的信号强度高，但差异较小。例如： 设备A=-25dBm;设备B=-28dBm;设备C=-22dBm。

II型：将电磁波绿色覆盖装置当中的第一可调衰减器调为30dB。此时三个无线终端的值为： A=-55dBm; B=-58dBm;C=-52dBm。

如此就达成了在这个区域中人体将减少30dB（99.9%）的辐射。最小-58dBm的信号强度完全可满足正常通信（例如：ZigBee终端普遍接收灵敏度<=-90dBm）。

III型：无线终端收到室内分布系统的信号强度弱，但差异较小。例如： 设备A=-75dBm;设备B=-76dBm;设备C=-72dBm。

III型：将电磁波绿色覆盖装置当中的第一可调衰减器不做调整(或小幅调整为3dB)。此时三个无线终端的值为：

A=-75(或-78)dBm;

A=-76(或-79)dBm;

A=-72(或-75)dBm;

在这个区域中人体所受辐射本来就较小。若希望再减小，可减少3dB（50%）的辐射。最小-81dBm的信号强度可满足正常通信（例如：ZigBee终端普遍接收灵敏度<=-90dBm）。

无线终端接收灵敏度普遍可以达到<=-90dBm,但考虑到信号传输环境为非自由空间。在调整发射通道可调衰减器时，不宜将信号强度值调至-80dBm以下，以免造成通信时好是坏。

接收通道工作流程：

无线终端连接上室内分布系统，无线终端发射功率是否可调，无线终端发射功率可调的情况下，从室内分布系统中读取各无线终端信号强度指示值。例如读取值为：

设备A=-35dBm,

设备B=-55dBm,

设备C=-72dBm,

以 TI芯片CC2530为例，功率可调范围为32dB。

设备A可将发射功率调至最低；

设备B可将发射功率降低20dB;

设备C可将发射功率降3dB。

如此就达成了在这个区域中人体将至少减少3dB（50%）的辐射，同时电池供电的终端，电池使用时间也将大幅增加。最小-75dBm的信号强度完全可满足正常通信（加入收发信号强度控制器的室分系统接收灵敏度起码可做到<=-90dBm）。

无线终端发射功率不可调的情况下，无线终端发射功率不可调，造成同一终端发出的信号，有可能既让室内分布系统A区域接收到较强信号，又让B区域接收到较强信号。这样会加强信号的多路径失真。 通过适度调整"收发信号强度控制器中接收通道的可调衰减器可改善此现象。

无线终端接收灵敏度普遍可以达到<=-90dBm,但考虑到信号传输环境为非自由空间。在调整发射通道可调衰减器时，不宜将信号强度值调至-80dBm以下，以免造成通信时好是坏。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。