CN119232219A - Uwb终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UWB终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质，该UWB终端设备的天线自适应切换方法包括：响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态；在第一切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并以此确认是否需要切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态；在第二切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并以此确认是否需要切换工作天线以及是否跳转至第一切换天线状态；第一预设时间段的长度小于第二预设时间段的长度。本发明确保始终有稳定可靠的用户体验。

Description

UWB终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及超宽带（Ultra-Wideband，UWB）无线系统技术领域，具体涉及一种UWB终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质。

背景技术

在UWB终端设备应用场景中，可能是该UWB终端设备与对端单个UWB设备之间通信并测距/测角，比如手机-Tag（标签）查找应用等；也可能是该UWB终端设备与对端多个UWB锚点之间通信并测距/测角，比如数字车钥匙应用等。

在UWB终端设备使用场景中，由于用户手持或者将终端产品揣放在兜里等各种原因，可能导致天线被严重遮挡，从而影响到两个UWB设备之间的信号传输及测距。为解决该问题，现在通常的解决方案是在终端设备中采用多根UWB天线（考虑到终端设备尺寸与成本受限，多数是2根天线），布置在终端产品的不同位置或方向。在UWB测距时，2根UWB天线所处的位置或方向的不同，可能导致不同遮挡程度的情况。因此，需要在UWB芯片固件中采用自适应切换UWB天线的方法，通过GPIO（General Purpose Input/Output）等接口管脚去实时控制板上的切换开关，确保始终选用当前信号质量更好的天线，获得更好的用户体验。

由于终端产品体积及结构等限制因素，不同的UWB天线到UWB芯片的发射端口/接收端口管脚之间的板级走线不同，也会导致不同程度的信号损失。这些不同的板级走线信号损失、叠加从各个天线到无线对端设备经历的不同无线空口信号损失，最终会使得各个天线的接收/发送信号质量存在非常大的差异，并且这种差异可能随着不同的时间、环境而发生变化。

此外，在国际电气电子工程师学会（IEEE）定义的802.15.4以及802.15.4z/4ab等超宽带UWB协议中，并没有定义供探测天线信号质量所需的额外检测信号字段。在缺乏额外的检测信号字段支持下，自适应切换UWB天线的方法，需要实现在不中断正常信号传输的情况下，既要能够准确实时地跟踪上不同天线信号质量变化并切换到信号质量好的天线，又要避免盲目地切换到天线信号质量差的天线，从而确保始终有稳定可靠的用户体验，存在较大的挑战。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种UWB终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质，实现了在不中断正常信号传输的情况下，既能够准确实时地跟踪上不同天线信号质量变化并切换到信号质量好的天线，又能避免过于频繁、激进地切换天线操作，从而确保始终有稳定可靠的用户体验。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明公开了一种UWB终端设备的天线自适应切换方法，包括以下步骤：

响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态；

在所述第一切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态；

在所述第二切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态；

其中，所述第一预设时间段的长度小于第二预设时间段的长度。

优选地，所述根据所述第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态，包括：

当所述第一预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则切换工作天线，并继续停留在所述第一切换天线状态；否则，获取所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，并跳转至所述第二切换天线状态。

优选地，当所述第一预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并继续停留在所述第一切换天线状态；否则，获取所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并跳转至所述第二切换天线状态。

优选地，所述根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，包括：

根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则继续判断其他天线中是否存在信号质量差标志位为零的天线，若是，则切换工作天线，若否，则不切换天线。

优选地，所述根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态，包括：

当所述第二预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则切换工作天线，并跳转至所述第一切换天线状态；否则，获取所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，并继续停留在所述第二切换天线状态。

优选地，当所述第二预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并跳转至所述第一切换天线状态；否则，获取所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则切换工作天线。

优选地，所述预设阈值的取值范围为[-100dbm, -30dbm]。

优选地，所述第一预设时间段为50ms-500ms，所述第二预设时间段为100ms-1s。

优选地，在所述响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态之前，还包括：

响应于UWB终端设备的芯片上电，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线；

响应于UWB终端设备的芯片从睡眠状态唤醒，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线或者将睡眠状态之前最后一次选定的工作天线作为当前工作天线。

第二方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行第一方面所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的UWB终端设备的天线自适应切换方法及计算机可读存储介质，其中仅仅基于对当前工作天线的接收信号进行获取，来确认是否需要切换天线以及自适应调整切换天线动作的频次，一方面，实现了在不中断正常信号传输的情况下，能够准确实时地跟踪上不同天线信号质量变化并切换到信号质量好的天线；另一方面，避免过于频繁、激进地切换天线操作从而影响用户体验，从而确保始终有稳定可靠的用户体验。

在进一步的方案中，本发明还具有以下有益效果：

（1）根据在预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值与预设阈值比较的大小来确认是否切换工作天线，并在切换天线时确认切换后的天线的信号质量差标志位为非零，从而可以避免盲目地切换到天线信号质量差的天线，进一步地确保始终有稳定可靠的用户体验。

（2）基于第二切换天线状态相对慢一些，相对于第一切换天线状态计算所得的数据更为准确；在第一切换天线状态切换至第二切换天线状态之前，还将各天线的信号质量差标志位设置为零，使得采用第二切换天线状态时不再使用第一切换天线状态时的各天线的信号质量差标志位数据，提高计算准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一公开的UWB终端设备的天线自适应切换方法的流程图；

图2a和图2b是本发明具体实施例的具有两天线的UWB终端设备示例配置框图；

图3为本发明具体实施例的天线切换状态机示意图；

图4为本发明一具体示例中天线切换及状态跳转时序示例。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1，本发明实施例一公开了一种UWB终端设备的天线自适应切换方法，包括以下步骤：

S1：响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态；

S2：在第一切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态；

其中，根据第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态，包括：

当第一预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并继续停留在所述第一切换天线状态；否则，获取第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并跳转至第二切换天线状态。

其中，根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，包括：

根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于第一预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则继续判断其他天线中是否存在信号质量差标志位为零的天线，若是，则切换工作天线，若否，则不切换天线。其中的第一预设阈值的取值范围为[-100dbm, -30dbm]。

S3：在所述第二切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态；

其中，根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态，包括：

当所述第二预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并跳转至所述第一切换天线状态；否则，获取所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，并继续停留在所述第二切换天线状态。

其中，根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，包括：

根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于第二预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则切换工作天线。其中的第二预设阈值的取值范围为[-100dbm, -30dbm]。

其中，所述第一预设时间段的长度小于第二预设时间段的长度；也即，第一切换天线状态相比第二切换天线状态的频率更高一些。在一些实施例中，第一预设时间段为50ms-500ms，更优选为100ms-200ms，第二预设时间段为100ms-1s，更优选为500ms-600ms。

在步骤S1之前还包括以下步骤：

响应于UWB终端设备的芯片上电，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线；

响应于UWB终端设备的芯片从睡眠状态唤醒，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线或者将睡眠状态之前最后一次选定的工作天线作为当前工作天线。

本发明优选实施例提出的UWB终端设备的天线自适应切换方法，不仅适用于两根天线的应用场景，也能适用于两根以上的多根天线的应用场景，当应用于多根天线的应用场景时，多根天线可以有序号，在切换天线时依照固定的顺序来判断对应的天线质量差标志位是否为零，并切换至第一个判断的天线质量差标志位为零的天线，这样可以确保多根天线都能被使用到，避免有些天线使用频率过高，或者有些天线使用频率过低的情况。

下述结合具体实施例对本发明提出的UWB终端设备的天线自适应切换方法作进一步的详细说明。

图2a和图2b是一种布置了两根天线的UWB终端设备的示例的配置框图，其中，UWB芯片10的Tx（发射）管脚11通过Tx匹配网络21后接外部DPDT（双刀双掷）开关30，Rx（接收）管脚12通过Rx匹配网络22后接外部DPDT（双刀双掷）开关30，然后DPDT开关30后通过BPF（带通滤波器）40连接到两根UWB天线（包括天线0和天线1）。DPDT开关30受UWB芯片10的GPIO管脚13控制。

在UWB芯片10正常工作时，Tx管脚11和Rx管脚12是时分控制，UWB芯片10固件可以采用如下方式进行天线切换：（a）如图2a所示，UWB芯片10内部的Tx通路工作、Rx通路不工作时：GPIO=0，此时该UWB终端设备通过天线0进行发射；如图2b所示，UWB芯片10内部的Rx通路工作、Tx通路不工作时：GPIO=1，此时该UWB终端设备通过天线0进行接收。（b）如图2b所示，UWB芯片10内部Tx通路工作、Rx通路不工作时：GPIO=1，此时该UWB终端设备通过天线1进行发射；如图2a所示，UWB芯片10内部Rx通路工作、Tx通路不工作时：GPIO=0，此时该UWB终端设备通过天线1进行接收。

固件可以基于特定的天线选择的策略，动态调整天线选择参数ANT_Sel（antennaselection）：

ANT_Sel=0：固件工作在以上（a）的工作方式，即采用天线0进行发射/接收。

ANT_Sel=1：固件工作在以上（b）的工作方式，即采用天线1进行发射/接收。

其中，当UWB终端设备内设有N根天线时，ANT_Sel的值可能是0, 1, ……(N-1)。

在UWB终端设备使用场景中，由于用户人体的动作变化（比如手握、放入裤兜），使得终端设备的两个天线信号强度发生较大变化，一般认为这种变化是相对缓慢的、在亚秒级（比如~500ms）时间范围内发生的变化。因此，本发明优选实施例中的UWB天线切换策略中的天线信号强度监测、发生天线切换动作的频率，考虑设为每几百ms（<500ms）发生一次。具体的该时间参数，可以接受UWB终端设备的上位机配置。

一般来说，终端设备天线位置和极化方向设计得好的话，两个天线同时都被严重遮挡的情况是低概率事件。绝大部分情况下，是有一个天线被严重遮挡、另一个天线的信号足以支撑测距业务正常工作。

以图2a和图2b所示的包含2根天线的UWB终端设备为例，本发明提出的一种UWB终端装置的天线自适应切换方法（基于以上描述，也就是相对应地切换ANT_Sel的值），其状态机示意图如图3所示，包括以下状态跳转：

A1：UWB芯片在每次上电后，该状态机进入初始化状态，清零指示两根天线信号质量差的标志位参数，ANT_Sel选上位机配置的值。

UWB芯片在每次上电后，该状态机进入初始化状态。初始化指示两根天线信号质量是否差的标志位参数Bad_CQI(0:1)=0，Bad_CQI(0:1)=0表示天线0和天线1的信号质量均不差，Bad_CQI对应为Bad Channel Quality Indication（信道质量差的指示）；如果某比特为1，表明对应天线的信号质量差，例如Bad_CQI(0)=1，则表示天线0的信号质量差。ANT_Sel选上位机配置的值，从而可接受来自上位机的更高层策略：比如每次上电后，首选用终端产品上的主天线进行工作，例如可以基于通常人手握的习惯，确定某根更可能不被遮挡的天线为主天线，另一根为辅天线。

A2：UWB芯片在每次从睡眠状态唤醒后，该状态机进入初始化状态，清零指示两根天线信号质量差的标志位参数，ANT_Sel可选上位机配置的值，或者选睡眠前最后一次选定并保存到芯片的不掉电区域（Always-On，AON）的值。

UWB芯片在每次从睡眠状态唤醒后，该状态机进入初始化状态。初始化指示两根天线信号质量是否差的标志位参数Bad_CQI(0:1)=0。ANT_Sel可选上位机配置的值，或者选睡眠前最后一次选定并保存到AON的值，具体采用哪种选择方式可由上位机配置决定。主要的考虑是：（1）如果选上位机配置的值，则可接受来自上位机的更高层策略：比如首选终端设备上的主天线，从用户通常习惯考虑，主天线更可能不被遮挡；或比如基于UWB芯片睡眠前的终端设备姿态、UWB芯片睡眠期间终端设备中的陀螺仪提供的终端设备姿态变化信息，上位机确定选用当前时刻更可能不被遮挡的那根天线。（2）如果完全由UWB芯片自主做策略，可以选睡眠前最后选定并保存到AON的ANT_Sel值。因为没有其它可参考的更高层信息，只有假设该睡眠期间终端产品姿态未发生特别大的变化。

A3：UWB芯片在上电或从睡眠状态唤醒后的工作期间，该状态机进入并停留在初始化状态，直到第一次测距开始，则跳转进入快速切换天线状态。

在快速切换天线状态下：从进入该状态的第一次测距的起始时刻算起，在一定长度的时间窗口内，观测当前工作天线上的接收信号质量：在该时间窗口内如果没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作的天线被遮挡，记录并设置指示该天线信号质量差的标志位；切换工作天线后，继续停留在快速切换天线状态；在该时间窗口内如果有成功接收到包，并且如果平均信号强度小于某阈值且之前记录的指示另一根天线信号质量差的标志位无效，则认为该工作天线信号较差且另一根天线没被认定过信号质量非常差，则切换天线，否则不切换天线，这之后清零指示两根天线的信号质量差的标志位（设为无效），并跳转到慢速切换天线状态。

其中，在快速切换天线状态下：任何天线切换都要等到一次完整的测距过程结束后，才能真正生效；每次测距过程中不发生天线切换；一旦接收到芯片睡眠的指令，固件保存睡眠时刻之前的最后一次ANT_Sel值并写入芯片的AON，清零指示两根天线的信号质量差的标志位（设为无效），返回到初始化状态。

具体地，在快速切换天线状态下，从进入该状态的第一次测距的起始时刻算起，在接下来的T1时长的时间窗口内，观测当前工作天线上的接收信号质量：

A31：在该UWB终端设备与对端单个UWB设备之间测距的应用场景下：在这期间，如果没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作天线被遮挡，记录并设置当前工作天线信号质量是否差的标志位参数Bad_CQI(ANT_Sel)=1（表明该当前工作天线信号质量差），切换工作天线（改变ANT_Sel值）后，继续停留在快速切换天线状态。

在该UWB终端设备与对端多个UWB锚点之间测距的应用场景下：在这期间，如果终端产品与所有锚点之间的链路，都是没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作天线被遮挡，记录并设置当前工作天线信号质量是否差的标志位参数Bad_CQI(ANT_Sel)=1（表明该当前工作天线信号质量差），切换工作天线（改变ANT_Sel值）后，继续停留在快速切换天线状态。

A32：在该UWB终端设备与对端单个UWB设备之间测距的应用场景下：在这期间，如果有成功接收到包，则对T1时间窗口内接收到的数据包上报的信号强度指示（ReceivedSignal Strength Indicator, RSSI）值进行统计平均后得到当前工作天线的信号强度指示平均值RSSI_Avg(ANT_Sel)，并与第一阈值Th1进行比较。如果，则认为当前工作天线信号较差、且另一根天线没被认为过信号质量非常差，则切换天线，否则不切换天线，这之后清零指示两根天线的信号质量差的标志位，即设Bad_CQI(0:1)=0，并跳转到慢速切换天线状态。

在该UWB终端设备与对端多个UWB锚点之间测距的应用场景下：在这期间，对于终端产品与各个锚点之间的每一条链路，如果该链路有成功接收到包，则对T1时间窗口内接收到的RSSI值进行统计平均后并记录，选取多个链路中最大的值作为当前工作天线的信号强度指示平均值RSSI_Avg(ANT_Sel)，与第一阈值Th1进行比较。如果，则认为当前工作天线信号较差、且另一根天线没被认为过信号质量非常差，则切换天线，否则不切换天线，这之后清零指示两根天线的信号质量差的标志位，即设Bad_CQI(0:1)=0，并跳转到慢速切换天线状态。

其中，以上参数T1、Th1都可以接受终端设备上位机配置，通常T1可以配置得相对较短，比如50ms-500ms，更优选地，T1为100ms-200ms。

A4：在慢速切换天线状态下：从进入该状态的第一次测距的起始时刻算起，在一定长度的时间窗口内，观测当前工作天线上的接收信号质量：在该时间窗口内如果没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作天线被遮挡，记录并设置指示该天线信号质量差的标志位，切换工作天线后，跳转到快速切换天线状态；在该时间窗口内如果有成功接收到包，并且如果平均信号强度小于某阈值，则认为该工作天线信号较差，则切换天线，否则不切换天线，这之后继续停留在慢速切换天线状态。

其中，一方面如果在快速切换天线状态有天线被认定为信号质量非常差时，是停留在快速切换天线状态的；而如果在快速切换天线状态有天线被认定为信号质量较差时，在跳转到慢速切换天线状态之前会对所有天线的信号质量差的标志位进行了清零；另一方面，如果在慢速切换天线状态下有天线被认定为信号质量非常差，则直接跳转到快速切换天线状态；因此，在慢速切换天线状态下，如果认为当前工作天线信号较差时，不需判断是否存在另一根天线没被认定过信号质量非常差，而直接进行切换天线，效率得到一定程度地提高。

在慢速切换天线状态下：任何天线切换都要等到一次完整的测距过程结束后，才能真正生效；每次测距过程中不发生天线切换；一旦接收到芯片睡眠的指令，固件保存睡眠时刻之前的最后一次ANT_Sel值并写入芯片的AON，清零指示两根天线信号质量差的标志位（设为无效），返回到初始化状态。

具体地，在慢速切换天线状态下，从第一次测距的起始时刻算起，在接下来的T2时长的时间窗口内，观测工作天线上的接收信号质量：

A41：在该UWB终端设备与对端单个UWB设备之间测距的应用场景下：在这期间，如果没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作天线被遮挡，记录并设置当前工作天线信号质量差的标志位Bad_CQI(ANT_Sel)=1（表明该天线信号质量差），切换工作天线（改变ANT_Sel值）后，跳转到快速切换天线状态。

在该UWB终端设备与对端多个UWB锚点之间测距的应用场景下：在这期间，如果终端产品与所有锚点之间的链路，都是没有成功接收到任何包、或者收到包全是CRC错误，则判断当前工作天线被遮挡，记录并设置当前工作天线信号质量差的标志位Bad_CQI(ANT_Sel)=1（表明该天线信号质量差），切换工作天线（改变ANT_Sel值）后，跳转到快速切换天线状态。

A42：在该UWB终端设备与对端单个UWB设备之间测距的应用场景下：在这期间，如果有成功接收到包，则对T2时间窗口内接收到的数据包上报的RSSI值进行统计平均后得到当前工作天线的信号强度指示平均值RSSI_Avg(ANT_Sel)，并与第二阈值Th2进行比较。如果RSSI_Avg(ANT_Sel)<Th2，则认为当前工作天线信号较差，则切换天线，否则不切换天线，这之后继续停留在慢速切换天线状态。

在该UWB终端设备与对端多个UWB锚点之间测距的应用场景下：在这期间，对于该终端设备与各个锚点之间的每一条链路，如果该链路有成功接收到包，则对T2时间窗口内接收到的数据包上报的RSSI值进行统计平均后并记录，选取多个链路中最大的值作为当前工作天线的信号强度指示平均值RSSI_Avg(ANT_Sel)，并与第二阈值Th2进行比较。如果RSSI_Avg(ANT_Sel)<Th2，则认为当前工作天线信号较差，则切换天线，否则不切换天线，这之后继续停留在慢速切换天线状态。

其中，以上参数T2、Th2都可以接受终端设备上位机配置，通常T2可以配置得相对较长，比如100ms-1s，更优选地，T2为500ms-600ms。

需要说明的是，无论是在快速切换天线状态还是慢速切换天线状态下，任何天线切换的动作都要等到一次完整的测距过程结束后，才能真正生效。在每次测距过程中，不发生天线切换。例如，在具体实例中，一次完整的测距过程，包含通信双方来回收发包一共5-6次，在T1时间段例如可以包括2-3次完整的测距过程，在T2时间段例如可以包括十几次完整的测距过程；如果在快速切换天线状态的T1时间段结束时，仍处于某一次测距过程中，则天线切换的动作需要在该次完整的测距过程结束后才能真正生效；同样地，如果在慢速切换天线状态的T2时间段结束时，仍处于某一次测距过程中，则天线切换的动作也需要在该次完整的测距过程结束后才能真正生效。

另外，无论是在快速切换天线状态还是慢速切换天线状态下，一旦接收到芯片睡眠的指令，固件保存睡眠时刻之前的最后一次ANT_Sel值并写入芯片的AON，清零指示两根天线的信号质量差的标志位（设为无效），返回到初始化状态。

基于以上状态机的描述，图4给出UWB芯片天线动态切换及状态跳转时序的一个具体示例，各不同时刻下状态机跳转及天线切换的行为描述如下：

t0时刻：UWB芯片上电或睡眠唤醒后，状态机进入初始化状态，将指示两根天线信号质量差的标志位参数Bad_CQI(0:1)清零，ANT_Sel设为上位机配置的值0，即设置天线0作为当前工作天线。

t1时刻：t0时刻之后的第一次测距开始，状态机从初始化状态跳转到快速切换天线状态。

t2时刻：从t1时刻开始计时T1时长后到达t2时刻。在此T1时间窗口内，发现没收到数据包或收到包的CRC全错，由此判断天线0信号差，因此设置Bad_CQI(0)=1，ANT_Sel=1（切换为天线1），并继续停留在快速切换天线状态。

t3时刻：t2时刻之后的第一次测距开始。

t4时刻：从t3时刻开始计时T1时长后到达t4时刻。在此T1时间窗口内，发现有成功收到包，且统计平均RSSI_AVG(1)>Th1，由此判断天线1信号质量还可以，因此设置Bad_CQI(0:1)=0（清除天线信号质量标志位），ANT_Sel=1（继续使用天线1），跳转到慢速切换天线状态。

t5时刻：t4时刻之后的第一次测距开始。

t6时刻：从t5时刻开始计时T2时长后到达t6时刻。在此T2时间窗口内，发现有成功收到包，且统计平均RSSI_AVG(1)>Th2，由此判断天线1信号质量还可以，因此设置ANT_Sel=1（继续使用天线1），继续停留在慢速切换天线状态。

t7时刻：t6时刻之后的第一次测距开始。

t8时刻：从t7时刻开始计时T2时长后到达t8时刻。在此T2时间窗口内，发现有成功收到包，但统计平均RSSI_AVG(1)<Th2，由此判断天线1信号质量比较差，因此设置ANT_Sel=0（切换为天线0），继续停留在慢速切换天线状态。

t9时刻：t8时刻之后的第一次测距开始。

t10时刻：从t9时刻开始计时T2时长后到达t10时刻。在此T2时间窗口内，发现没收到包或收到包CRC全错，由此判断天线0信号非常差，因此设置Bad_CQI(0)=1，ANT_Sel=1（切换为天线1），跳转到快速切换天线状态。

t11时刻：t10时刻之后的第一次测距开始。

t12时刻：从t11时刻开始计时T1时长后到达t12时刻。在此T1时间窗口内，发现有成功收到包，且统计平均RSSI_AVG(1)>Th1，由此判断天线1信号质量还可以，因此设置Bad_CQI(0:1)=0（清除天线信号质量标志位），ANT_Sel=1（继续使用天线1），跳转到慢速切换天线状态。

以上说明主要是针对终端设备布置2根UWB天线的应用场景进行阐述，但该发明并不局限于2根UWB天线的应用场景，可以很直观地将该方法扩展并应用到布置更多根UWB天线的终端设备应用场景。

本发明提出的UWB终端设备的天线自适应切换方法，能够准确实时地跟踪上不同天线信号质量变化并切换到信号质量好的天线，确保始终有稳定可靠的用户体验。并且，该方法是仅仅基于对当前工作天线的信号质量统计结果，判决是否需要切换天线、以及自适应调整切换天线动作的频次，一方面避免过于频繁、激进地切换天线操作从而影响用户体验；另一方面，该天线切换方法及操作对于与终端设备进行UWB通信的对端设备、以及上位机中的高层协议来说是完全透明的、幕后的（除了需要上位机配置一些参数以外）。也就是说：该天线切换方法的存在，不会影响正常的芯片上下电、睡眠、唤醒、测距等正常业务流程，也不会为了辅助实现该方法而在空口产生任何额外附加的发包/收包行为；也即该UWB终端设备自身的天线切换动作，实现了不影响正常的空口无线信号传输，对于终端设备内上位机软件及对端设备来说都是不可见的。

本发明实施例二公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行实施例一中的UWB终端设备的天线自适应切换方法。

可选地，上述存储介质可以包括但不限于：U 盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态；

在所述第一切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态；

在所述第二切换天线状态下，从进入该状态下的第一次测距的起始时刻开始，获取第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态；

其中，所述第一预设时间段的长度小于第二预设时间段的长度。

2.根据权利要求1所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述第一预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至第二切换天线状态，包括：

当所述第一预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则切换工作天线，并继续停留在所述第一切换天线状态；否则，获取所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，并跳转至所述第二切换天线状态。

3.根据权利要求2所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，

当所述第一预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并继续停留在所述第一切换天线状态；否则，获取所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并跳转至所述第二切换天线状态。

4.根据权利要求2所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，包括：

根据所述第一预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第一预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则继续判断其他天线中是否存在信号质量差标志位为零的天线，若是，则切换工作天线，若否，则不切换天线。

5.根据权利要求1所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，所述根据所述第二预设时间段内当前工作天线的接收信号质量，来确认是否切换工作天线以及是否跳转至所述第一切换天线状态，包括：

当所述第二预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则切换工作天线，并跳转至所述第一切换天线状态；否则，获取所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值来确认是否切换工作天线，并继续停留在所述第二切换天线状态。

6.根据权利要求5所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，

当所述第二预设时间段内当前工作天线没有成功接收到任何数据包或者接收到的所有数据包都是CRC错误，则将当前工作天线的信号质量差标志位设置为非零，切换工作天线，并跳转至所述第一切换天线状态；否则，获取所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，并根据所述第二预设时间段内当前工作天线接收到的所有数据包的信号强度指示值，计算所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值，并判断所述第二预设时间段内当前工作天线的信号强度指示平均值是否大于或等于预设阈值，如果是，则不切换工作天线，如果否，则切换工作天线。

7.根据权利要求4或6所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，所述预设阈值的取值范围为[-100dbm, -30dbm]。

8.根据权利要求1所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，所述第一预设时间段为50ms-500ms，所述第二预设时间段为100ms-1s。

9.根据权利要求1所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法，其特征在于，在所述响应于第一次测距的开始，进入第一切换天线状态之前，还包括：

响应于UWB终端设备的芯片上电，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线；

响应于UWB终端设备的芯片从睡眠状态唤醒，将所有天线的信号质量差标志位设置为零，并根据上位机的配置来选取当前工作天线或者将睡眠状态之前最后一次选定的工作天线作为当前工作天线。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行权利要求1至9任一项中所述的UWB终端设备的天线自适应切换方法。