一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，包括阵列天线，阵列天线由多个定向天线单元组成，阵列天线通过收发通道连接有射频处理模块，其中每个定向天线单元通过一个收发通道与射频处理模块双向连接；射频处理模块上连接有基带信号处理板，基带信号处理板上连接有MAC层。该定向天线单元能够实现更远的通信范围，降低了其MAC层的开销。该定向天线采用全定向发送，降低了信道冲突概率，增加了MAC层邻居节点发现机制。其接收机制采用多导频的方式，能够实现全向和定向接收的切换，降低了其他方向的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线
本技术属于智能天线
；涉及一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线。
技术介绍
MAC层，即媒体访问控制层，属于数据链路层的下半部分。MAC层的主要功能是控制网络节点对于无线信道的使用权，需要完成节点组网、时隙分配、路由选择等功能，是报文在信道上发送和接收的直接控制者。通常来说，MAC层协议分为竞争型和调度型协议；前者是采用竞争的方式获取信道使用权，通过重传机制来解决碰撞问题；后者是通过将无线信道资源按照时域、频域和码域分为不同的子信道，分配给不同的网络节点。现有的基于智能天线的MAC协议(D-MAC，DirectionalMAC)是以CSMA/CA协议为基础的。它通过维护一个DNAV表来记录当前节点周围一段时间内无线信道资源的占用情况。通信一开始首先通过DNAV表(DirectionalNetworkAllocationVector，定向的网络分配矢量)查询目标节点方向上信道资源占用情况；如果没有查询到目标节点的信息，首先侦听信道，如果信道空闲，则继续侦听一段时间IFS，如果在这段时间内信道仍然空闲，则立即全向发送RTS；如果一开始就查询到了目标节点的信息，并且目标节点方向的信道资源已经被释放，发送节点就开始侦听信道，如果信道空闲，则继续侦听一段时间IFS，如果在这段时间内信道仍然空闲，立即定向发送RTS；当收到CTS，就可以定向发送数据，如果在规定的时间内没有收到CTS或者碰撞，则需要继续侦听信道；接收节点全向接收RTS，收到之后定向回复CTS，如果在规定的时间内收到数据包(定向接收)，那么发送节点立即定向回复ACK(Acknowledgement)；如果在规定的时间内没有收到数据包或者碰撞，接收节点将回到空闲状态；发送节点在发完数据包之后开始定向接收，如果在规定时间内没有收到ACK，则随机退避一段时间，退避结束后开始重传这一包数据，直到传输成功(收到ACK)或者超过重传次数；如果在规定时间内收到了ACK，发送节点开始随机退避一段时间退避结束后进入空闲状态或者发送下一包。现有的D-MAC存在以下一些问题：定向和全向的选择，由于全向发送的覆盖范围小于定向通信的覆盖范围，现有的D-MAC协议中必然存在同一通信过程中全向和定向覆盖范围不同而造成冲突的问题；MAC层开销太大，采用定向天线单元很大程度上降低了空间碰撞的概率，这样再使用RTS-CTS握手机制相比之下带来的开销超过了性能上的提升；全向发送广播覆盖范围太小，现有的DMAC中广播的发送是采用常规的全向发送，这势必会产生广播覆盖范围小于定向通信的范围
技术实现思路
本技术提供了一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，该定向天线能够实现更远的通信范围，降低了其MAC层的开销。本技术的技术方案是：一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，包括阵列天线，阵列天线由多个定向天线单元组成，阵列天线通过收发通道连接有射频处理模块，其中每个定向天线单元通过一个收发通道与射频处理模块双向连接；射频处理模块上连接有基带信号处理板，基带信号处理板上连接有MAC层。更进一步的，本技术的特点还在于：其中阵列天线包括至少3个定向天线单元，且定向天线单元构成能够覆盖360°的平面或立体型阵列。其中阵列天线为矩形阵列、圆形阵列、桶状阵列、椭圆阵列或两个非平行线阵列中的一种。其中射频处理模块与基带信号处理板双向连接。其中基带信号处理板与MAC层双向连接。其中每个定向天线单元还具有定时器。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术为多个定向天线单元组成阵列天线，且多个定向天线单元能够构成覆盖360°的平面或立体型阵列，实现多个定向天线单元能够全向发送的目的；该天线能够提高覆盖范围，通过更新节点信息，取消握手机制，有效降低了MAC层的开销；全向改为定向，通过减少信号的覆盖角度来有效降低碰撞概率。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术中定向天线发送数据的流程示意图；图3为本技术中定向天线接收数据的流程示意图；图4为本技术中物理层控制帧的格式示意图；图5为本技术中数据包的帧格式示意图；图6为本技术中包含用户MAC地址的DNAV表；图7为本技术中MAC层帧格式的结构示意图；图8为本技术中物理信道时隙结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的技术方案进一步说明。本技术提供了一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，如图1所示，其物理层包括阵列天线、射频处理模块、基带信号处理板，还包括MAC层；其中阵列天线由至少3个定向天线单元组成，且定向天线单元组成能够覆盖360°的平面或立体型阵列，优选的阵列天线为矩形阵列、圆形阵列、桶状阵列、椭圆阵列或由两个非平行线阵列构成，优选的定向天线单元采用低方向性天线单元，实现能够接收较大范围的入射信号。其中阵列天线中的每一个定向天线单元均通过一个收发通道与射频处理模块双向连接，即每一个定向天线单元能够通过其与射频处理模块双向连接的收发通道进行信号传递，避免了全向天线会产生的碰撞问题，同时能够在功率相同的情况下，实现更大的通信范围。其中射频处理模块与基带信号处理板双向连接，基带信号处理板与MAC层双向连接。该定向天线的数据发送流程为：网络层将数据下发至MAC层，MAC经过相应处理后发送到基带信号处理板，基带信号处理部分将数据进行编码调制，然后发送到射频处理模块，射频处理模块处理之后经过收发通道发送到阵列天线，阵列天线发送数据。该定向天线的数据接收流程为：阵列天线接收到信号之后通过收发通道发送到射频处理模块，射频处理模块将信号处理之后发送到基带信号处理板，基带信号处理板将信号解调解码之后发送到MAC层，MAC层处理之后将数据上传至网络层。本技术定向天线的数据发送和接收方法是，首先将所有全向发送改为定向发送，发送的数据包如图4所示，其数据帧前增加导频段；然后物理层按照MAC层给定的方向通过该方向位置上的定向天线单元发送数据包；其中MAC层取消了现有的DMAC协议上的RTS(请求发送信号)-CTS(允许发送信号)过程(即握手机制)，通过节点发现机制，降低了冲突概率，接收机采用多导频的方式从全向切换到定向接收。如图2所示，其数据发送方法的具体步骤包括：步骤S1，当有数据需要发送时，发送节点首先在全向模式下侦听信道，如果信道空闲，则继续侦听一段时间IFS(帧间隔)，如果在IFS时间内信道仍然空闲，那么查询到接收节点的MAC地址，具体的根据如图6所示的DNAV表查询接收节点的MAC地址。步骤S2，如果查询到接收节点的有效位置信息，并且其对应方向上信道空闲，立即定向发送数据包，并且同时启动定时器DATATimer，超时时间为DATATimerOut。如果查询到接收节点的有效位置信息，但是当前信道被占用，因此根据DNAV表中的NAV值延迟一段时间，然后执行步骤S1。如果没有查询到接收节点的有效位置信息，则发送节点发起节点发现过程，并且在节点发现成功之后，发起数据传输。步骤S3，节点发现过程的具体过程是：a发送节点在一个方向上定向发送一个RTS，并且启动定时器CTSTimer，如果在该定时器的时间长度T内未收到CTS。按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，其特征在于，包括阵列天线，阵列天线由多个定向天线单元组成，阵列天线通过收发通道连接有射频处理模块，其中每个定向天线单元通过一个收发通道与射频处理模块双向连接；射频处理模块上连接有基带信号处理板，基带信号处理板上连接有MAC层。

【技术特征摘要】
1.一种基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，其特征在于，包括阵列天线，阵列天线由多个定向天线单元组成，阵列天线通过收发通道连接有射频处理模块，其中每个定向天线单元通过一个收发通道与射频处理模块双向连接；射频处理模块上连接有基带信号处理板，基带信号处理板上连接有MAC层。2.根据权利要求1所述的基于多通道阵列发送和接收数据的定向天线，其特征在于，所述阵列天线包括至少3个定向天线单元，且定向天线单元构成能够覆盖360°的平面或立体型阵列。3.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，王崇剑，曹晓华，
申请(专利权)人：西安华讯天基通信技术有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61