一种基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统的制作方法

本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统。

背景技术：

1、智能家居终端设备（如智能开关、智能传感器、智能门锁、窗帘电机等）普遍采用单发单收射频链路配合单根全向天线完成wifi/蓝牙信号的收发，受限于全向天线增益与覆盖范围的固有矛盾，以及终端设备多安装于墙面、柜内、角落等位置的实际使用场景，信号穿墙和远距离通信能力存在不足。

2、部分现有方案尝试在终端设备中引入多天线切换架构，通过在不同天线之间动态切换来适应变化的无线环境。但在多天线切换的实际应用中，当某一根天线因物理损坏（如天线线缆断裂、连接器松动）导致信号接收能力下降时，由于缺乏对天线个体健康状态的持续跟踪，系统在每次轮巡中仍会切换至该故障天线，一方面占用扫描时隙，另一方面故障天线产生的异常rssi数据可能对最优天线的判断产生干扰。对于被标记为性能劣化的天线，现有方案通常将其排除在扫描范围之外，但部分天线性能下降可能是临时性的（如连接器接触不良后自行恢复），现有方案尚未提供对这些天线性能恢复情况的后续监测和重新启用机制，导致可用的天线资源被闲置。

3、现有方案在完成天线选优后，通常以固定时间间隔重复执行遍历全部天线的扫描流程。智能家居终端设备一旦安装完毕，其位置和周围环境在绝大多数时间内保持不变，在已锁定最优天线的情况下仍以固定高频次遍历全部天线进行扫描，会产生射频开关的额外切换和通信中断风险。此外，在基于历史数据建立天线性能预测模型的方案中，通常默认所有历史测量数据均具有参考价值，故障天线产生的异常数据可能持续影响后续的模型预测精度，而现有方案尚未对这一问题提出针对性处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统，包括：

3、单发单收射频主芯片，用于wifi和/或蓝牙信号的发射与接收；

4、主控mcu；

5、单刀多掷射频开关，具有一个公共端和m个支路端，m≥2；

6、m根定向高增益无源天线；

7、所述单发单收射频主芯片的天线端口连接所述单刀多掷射频开关的公共端，所述单刀多掷射频开关的m个支路端分别一一对应连接m根所述定向高增益无源天线；

8、m根所述定向高增益无源天线沿圆周方向排布，各天线的定向高增益辐射扇区相互拼接，合并覆盖水平360°全向空间；

9、所述主控mcu连接所述单刀多掷射频开关的控制引脚，控制所述单刀多掷射频开关分时切换各支路端，依次将各定向高增益无源天线接入射频主链路，采集各天线对应的路由器rssi信号强度，并锁定信号强度最高的天线作为常态通信天线。

10、优选的，在每次启动天线扫描之前，所述主控mcu执行故障预检与候选池净化：

11、所述主控mcu读取各天线的历史扫描记录，将连续n个扫描周期内rssi均值低于故障门限、或rssi方差超过稳定门限的天线标记为非健康天线，并从候选天线池中剔除，n≥2。

12、优选的，所述主控mcu连接有非易失性存储器，用于存储各天线在各历史扫描周期中的rssi信号强度值及对应的时间戳；

13、所述主控mcu根据存储的历史数据，为每根天线建立rssi信号强度随时间变化的趋势模型；

14、所述主控mcu在建立所述趋势模型时，仅采用各天线在被标记为健康天线期间的历史rssi数据；被标记为非健康天线期间的历史rssi数据不参与所述趋势模型的建立；

15、在下一扫描周期启动前，所述主控mcu根据所述趋势模型预测各天线在当前时刻的预期rssi信号强度，并按照预期rssi信号强度的降序确定扫描优先级顺序。

16、优选的，在每次启动天线扫描之前，所述主控mcu还执行动态恢复：

17、被标记为非健康天线的天线在静默观测周期后，若rssi信号强度高于所述故障门限且方差低于所述稳定门限，则自动重新加入候选天线池；

18、该天线重新加入候选天线池时，所述主控mcu立即为该天线建立新的rssi趋势模型，并在下一扫描周期中将该天线纳入预测优先级排序。

19、优选的，所述主控mcu在每次扫描完成后，将各天线的实际rssi信号强度与所述趋势模型的预测值之间的偏差量作为健康度权重因子，叠加至所述故障预检的健康状态判定中：

20、当某一根天线的实际rssi信号强度连续多个扫描周期低于预测值且偏差量超过预设偏差阈值时，所述主控mcu将该天线标记为非健康天线，并从候选天线池中剔除。

21、优选的，所述主控mcu获取所述系统的当前功耗状态，所述功耗状态由所述系统的电源管理单元提供，包括活跃状态、轻休眠状态和深度休眠状态：

22、在所述活跃状态下，所述主控mcu执行完整的扫描控制策略；

23、在所述轻休眠状态下，所述主控mcu暂停天线扫描并维持当前常态通信天线不变；

24、在所述深度休眠状态下，所述主控mcu控制所述单刀多掷射频开关将全部支路端断开。

25、优选的，所述主控mcu还连接有设备间通信模块，用于在同一家庭网络内的多个所述系统之间交换天线扫描结果数据；

26、第一设备完成天线扫描并锁定常态通信天线后，通过所述设备间通信模块将扫描结果发送至第二设备；

27、所述第二设备根据所述第一设备的扫描结果，调整自身天线扫描的优先级顺序和/或扫描起始相位。

28、优选的，所述主控mcu在每次轮巡扫描中为每根天线采集路由器rssi信号强度、信噪比和丢包率数据，并为每根天线计算综合评分：

29、

30、其中，为信号强度值，为信噪比，为丢包率，、、为预设权重系数；

31、所述主控mcu选择综合评分最高的天线作为常态通信天线。

32、优选的，m根所述定向高增益无源天线为4根，分别朝向设备的前、后、左、右四个正交方向排布，每根天线的定向高增益辐射扇区为110°。

33、优选的，设备首次上电时，所述主控mcu在经所述故障预检净化后的候选天线池中遍历全部健康天线，采集各天线的rssi信号强度，锁定信号强度最高的天线作为初始常态通信天线；

34、锁定常态通信天线后，当其实时rssi信号强度高于触发阈值时，所述主控mcu仅对相邻天线进行局部扫描；低于或等于所述触发阈值时，所述主控mcu在所述候选天线池中重新扫描并锁定信号强度最高的天线。

35、本发明的技术效果和优点：

36、1、该基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统，通过在每次启动天线扫描之前执行故障预检，将连续n个扫描周期内rssi均值低于故障门限或rssi方差超过稳定门限的天线标记为非健康并从候选天线池中剔除，可使后续扫描仅针对健康天线执行，减少切换至故障天线造成的无效扫描耗时；通过动态恢复机制在每次扫描前对静默观测后的非健康天线进行性能复检，在性能恢复后自动重新加入候选池并建立新的趋势模型，可在临时性故障恢复后及时重新利用该天线资源。

37、2、该基于射频开关多路天线切换的智能家居无线信号增强系统，通过非易失性存储器存储各天线历史rssi数据并建立趋势模型，且仅采用健康天线期间的数据参与模型建立，可减少异常数据对模型预测精度的持续性影响；在下一扫描周期前预测各天线预期rssi并确定扫描优先级，可减少逐一扫描全部天线所需的射频开关切换次数和扫描耗时；同时，通过将扫描完成后实际rssi值与预测值的偏差叠加至健康判定中，使天线性能的渐进式衰退在偏离预期趋势时即被感知，在rssi绝对值尚未降至常规故障门限时提前触发检查，有利于在通信质量显著下降之前识别潜在的天线性能问题。