CN108199724B - 一种rsu设备及其接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种RSU设备及其接收机，该接收机包括：下变频模块，用于对高频处理后的OBU信号进行下变频处理，以获取中频信号；中频处理模块，用于对所述中频信号进行处理；AD采样模块，用于对处理后的中频信号进行AD采样；数字处理模块，用于计算采样信号的参数信息，并根据所述参数信息对所述采样信号进行频域补偿和时域补偿，且对频域补偿和时域补偿后的信号进行解调和解码。实施本发明的技术方案，即使OBU信号存在较大畸变时也能完成信号的解调解码。

Description

一种RSU设备及其接收机

技术领域

本发明涉及智能交通(Intelligent Transportation System，ITS)领域，尤其涉及一种RSU设备及其接收机。

背景技术

随着高速ETC的推广，ETC设备的车道应用环境日趋复杂，提供ETC设备的厂家也日渐增多。这些都对RSU设备对多个厂家的OBU的兼容性形成挑战。现今高速公路ETC车道上，普遍存在不同厂家OBU的通车速率、成功率不一致等问题，此现象可追溯到OBU发射机由于老化或其他原因，造成的发射信号在频域、时域上存在的畸变情况，无法顺利完成解调解码。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法顺利完成解调解码的缺陷，提供一种RSU设备及其接收机，即使OBU信号存在较大畸变时也能完成信号的解调解码。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种RSU设备的接收机，包括用于接收OBU信号的天线阵列及用于对所述OBU信号进行高频处理的高频处理模块，还包括：

下变频模块，用于对高频处理后的OBU信号进行下变频处理，以获取中频信号；

中频处理模块，用于对所述中频信号进行处理；

AD采样模块，用于对处理后的中频信号进行AD采样；

数字处理模块，用于计算采样信号的参数信息，并根据所述参数信息对所述采样信号进行频域补偿和时域补偿，且对频域补偿和时域补偿后的信号进行解调和解码。

优选地，所述接收机还包括设置在所述中频处理模块和所述AD采样模块之间的自动增益控制器，而且，所述数字处理模块包括：

功率检测器，用于对采样信号进行功率检测，并根据功率检测值对所述自动增益控制器的增益值进行调整。

优选地，所述数字处理模块包括：

频偏提取单元，用于对于采样信号进行FFT处理，以获取正弦/余弦采样信号，并提取频偏信息；

频率调整单元，用于根据所述频偏信息对所述采样信号进行频率调整。

优选地，所述频率调整单元包括：

调整子单元，用于根据所述频偏信息调整所述正弦/余弦采样信号的频率；

延时子单元，用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行预设时段的延时；

混频子单元，用于将延时后的采样信号与调整后的频率进行混频，以获取混频信号。

优选地，所述数字处理模块包括：

逻辑检测单元，用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行逻辑检测，以获取所述采样信号的占空比、位速率、调制度；

第一匹配滤波单元，用于根据所述占空比和所述调制度对频率调整后信号的同向分量进行匹配滤波；

第二匹配滤波单元，用于根据所述占空比和所述调制度对频率调整后信号的正交分量进行匹配滤波。

优选地，所述数字处理模块还包括用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行平均滤波的平均滤波单元；

而且，所述逻辑检测单元，用于对所述平均滤波单元输出的信号进行逻辑检测，以获取所述采样信号的占空比、位速率、调制度。

优选地，所述第一匹配滤波单元和所述第二匹配滤波单元均为升余弦滚降滤波器，且所述升余弦滚降滤波器的滚降系数与所述占空比和所述调制度相关。

优选地，所述数字处理模块还包括：

设置在所述频率调整单元和所述第一匹配滤波单元之间的第一滤波抽取单元，用于对频率调整后的信号的同向分量进行N倍抽取滤波；

第二滤波抽取单元，用于对频率调整后的信号的正交分量进行N倍抽取滤波，其中，N为偶数。

优选地，所述数字处理模块包括：

位同步单元，用于从匹配滤波后的信号中提取位同步信号；

时钟恢复单元，用于根据所述占空比、位速率、调制度和所述位同步信号来锁定本地解调时钟。

本发明还构造一种RSU设备，其特征在于，包括以上所述的接收机。

实施本发明的技术方案，针对所接收的存在畸变的OBU信号，先将其进行下变频处理，经AD采样后送入数字处理模块，以对OBU信号进行频域补偿和时域补偿，然后便可顺利完成解调解码。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明RSU设备的接收机实施例一的逻辑结构图；

图2是本发明RSU设备的接收机中频偏提取单元与频率调整单元实施例一的逻辑结构图；

图3是本发明RSU设备的接收机中平均滤波单元与逻辑检测单元实施例一的逻辑结构图；

图4是经匹配滤波后的信号的脉冲响应图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明RSU设备的接收机实施例一的逻辑结构图，该实施例的RSU接收机包括依次连接的天线阵列11、高频处理模块12、下变频模块13、中频处理模块14、AD采样模块15和数字处理模块16。

天线阵列11用于接收OBU信号，例如，天线阵列11有两个信道，且信道1为5790MHz，信道2为5800MHz。

高频处理模块12用于对所接收的OBU信号进行高频处理，该高频处理模块12可具体包括依次连接的高频带通滤波器121、低噪放大器122，该高频带通滤波器121的带宽为(40.96+10)MHz，带外抑制-35dB，其可滤除掉带外的干扰及杂散信号，这样，接收到的OBU信号(频率5790MHz\5800MHz)带外的信号将会被抑制。低噪放大器122对经高频带通滤波器121滤波后的信号进行放大。

下变频模块13用于对处理后的OBU信号进行下变频处理，以获取中频信号，该下变频模块13例如可为一混频器。

中频处理模块14用于对所述中频信号进行处理，该中频处理模块14例如可为中频带通滤波器。

AD采样模块15用于对处理后的中频信号进行AD采样，该AD采样模块15例如为高速ADC，使用宽带过采样，采样频率为81.84MHz，采集后的信号送入给数字处理模块16。

数字处理模块16用于计算采样信号的参数信息，该参数信息包括频偏、功率、位速率、占空比和调制度等，并根据参数信息对采样信号进行频域补偿和时域补偿，其中，频域补偿即为频偏补偿；时域补偿包括功率补偿、占空比补偿、位速率补偿等。最后，对频域补偿和时域补偿后的信号进行解调和解码。

对于AD采样模块15输出的采样信号，数字处理模块16会进行功率补偿，具体地，在中频处理模块14和AD采样模块15之间设置自动增益控制器17，而且，数字处理模块16具体包括有功率检测器161，该功率检测器161用于对采样信号进行功率检测，并根据功率检测值对自动增益控制器17的增益值进行调整。这样，通过功率检测器161可检测出采样信号的平均功率P，对该平均功率P进行20log处理，转换为db单位。当检测到信号大于-65dbm时，控制自动增益控制器17的增益值减少1db；当检测到信号小于-65dbm时，控制自动增益控制器17的增益值增加1db，从而实现对AD采样模块15输出的采样信号进行实时的功率补偿。

对于AD采样模块15输出的采样信号，数字处理模块16还会进行频率补偿，具体地，数字处理模块16可包括频偏提取单元1602和频率调整单元1603，其中，频偏提取单元1602用于对于采样信号进行FFT处理，以获取正弦/余弦采样信号，并提取频偏信息α；频率调整单元1603用于根据频偏信息α对采样信号进行频率调整。

进一步地，结合图2，频率调整单元1603可具体包括调整子单元16031、延时子单元16032和混频子单元16033，其中，调整子单元16031用于根据所述频偏信息调整所述正弦/余弦采样信号的频率，即，根据α改变sin/cos频率；延时子单元16032用于对所述采样信号进行预设时段的延时；混频子单元16033用于将延时后的采样信号与调整后的频率进行混频，以获取混频信号。

对于AD采样模块15输出的采样信号，数字处理模块16还会进行时域信息处理。由于ETC设备的通信编码使用的是FM0编码，对‘0’、‘1’的编码后的数据流存在不断的电平翻转动作。所以，在对时域信息处理时，需要提取接收信号的占空比信息。具体地，数字处理模块16可包括逻辑检测单元1605，该逻辑检测单元1605用于对采样信号进行逻辑检测，以获取采样信号的占空比(占空比频偏β)、位速率f、调制度γ。另外，该数字处理模块16还包括干扰检测模块1604，该干扰检测模块1604用于对AD采样模块15输出的采样信号中干扰信号进行检测，并将检测结果发送至逻辑检测单元1605。

优选地，结合图3，在逻辑检测单元1605之前可设置平均滤波单元1614，该平均滤波单元1614用于对AD采样模块15输出的采样信号进行平均滤波。而且，逻辑检测单元1605用于对平均滤波单元1614输出的信号进行逻辑检测。

另外，在将信号进行解调解码之前，数字处理模块16还可对信号进行低通滤波、N倍抽取滤波及匹配滤波。具体地，该数字处理模块16可包括第一滤波抽取单元1606、第二滤波抽取单元1607、第一匹配滤波单元1608、第二匹配滤波单元1609，其中，第一滤波抽取单元1606用于对频率调整后的信号的同向分量进行N倍抽取滤波，第二滤波抽取单元1607用于对频率调整后的信号的正交分量进行N倍抽取滤波，其中，N为偶数，例如为4，第一滤波抽取单元1606和第二滤波抽取单元1607的抽取滤波是为了降低信号采样速率，以降低后面信号处理的时钟频率。第一匹配滤波单元1608用于根据占空比和调制度对抽取滤波后的信号的同向分量进行匹配滤波；第二匹配滤波单元1609用于根据占空比和调制度对抽取滤波后的信号的正交分量进行匹配滤波，第一匹配滤波单元1608和第二匹配滤波单元1609进行匹配滤波是为了使解调信号信噪比最大，实现最佳接收，其脉冲响应如图4所示。

优选地，第一匹配滤波单元1608和第二匹配滤波单元1609均为升余弦滚降滤波器，例如，为系数可配置的30阶升余弦滚降滤波器，且升余弦滚降滤波器的滚降系数与占空比和调制度相关。

在数字处理模块16中，当对信号进行匹配滤波后，要进行解调解码，而解调采用的是基于锁相环的ASK解调方法，因此，要准确得进行解调解码，必须要有一个准确的基准时钟。具体地，该数字处理模块16包括位同步单元1610、时钟恢复单元1611、解调器1612和解码器1613，其中，位同步单元1610用于从匹配滤波后的信号中提取位同步信号；时钟恢复单元1611用于根据所述占空比、位速率、调制度和所述位同步信号来锁定本地解调时钟。这样，在获取解调时钟时，首先对匹配滤波后的信号进行位同步处理，得到信号位时钟。然后，根据占空比频偏信息β、位速率f和调制度γ得到解调时钟。另外，解码器1613为FM0解码器。

该实施例的接收机相比较于传统的接收机，由于是基于自适应技术的数字中频接收机，所以具有以下优点：

(1)系统集成度高，相比传统超外差接收机中2-3级的混频和放大，只需要用一级混频放大；

(2)提高RSU对不同厂家的OBU信号质量的兼容性；

(3)提高RSU对因电池损耗导致的OBU信号质量不佳场景的兼容性；

(4)提高RSU对复杂车道环境下导致的OBU信号衰落、多径效应产生的信号叠加等的兼容性；

(5)在交易失败的情况下，提供一种排查问题定位问题的回溯手段；

(6)对各个厂家的OBU标签的信号质量提供参考数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种RSU设备的接收机，包括用于接收OBU信号的天线阵列及用于对所述OBU信号进行高频处理的高频处理模块，其特征在于，还包括：

下变频模块，用于对高频处理后的OBU信号进行下变频处理，以获取中频信号；

中频处理模块，用于对所述中频信号进行处理；

AD采样模块，用于对处理后的中频信号进行AD采样；

数字处理模块，用于计算采样信号的参数信息，并根据所述参数信息对所述采样信号进行频域补偿和时域补偿，且对频域补偿和时域补偿后的信号进行解调和解码；

其中，所述数字处理模块包括：

逻辑检测单元，用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行逻辑检测，以获取所述采样信号的占空比、位速率、调制度；

第一匹配滤波单元，用于根据所述占空比和所述调制度对频率调整后信号的同向分量进行匹配滤波；

第二匹配滤波单元，用于根据所述占空比和所述调制度对频率调整后信号的正交分量进行匹配滤波；

所述第一匹配滤波单元和所述第二匹配滤波单元均为升余弦滚降滤波器，且所述升余弦滚降滤波器的滚降系数与所述占空比和所述调制度相关。

2.根据权利要求1所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述接收机还包括设置在所述中频处理模块和所述AD采样模块之间的自动增益控制器，而且，所述数字处理模块包括：

功率检测器，用于对采样信号进行功率检测，并根据功率检测值对所述自动增益控制器的增益值进行调整。

3.根据权利要求1所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述数字处理模块包括：

频偏提取单元，用于对于采样信号进行FFT处理，以获取正弦/余弦采样信号，并提取频偏信息；

频率调整单元，用于根据所述频偏信息对所述采样信号进行频率调整。

4.根据权利要求3所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述频率调整单元包括：

调整子单元，用于根据所述频偏信息调整所述正弦/余弦采样信号的频率；

延时子单元，用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行预设时段的延时；

混频子单元，用于将延时后的采样信号与调整后的频率进行混频，以获取混频信号。

5.根据权利要求1所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述数字处理模块还包括用于对所述AD采样模块输出的采样信号进行平均滤波的平均滤波单元；

而且，所述逻辑检测单元，用于对所述平均滤波单元输出的信号进行逻辑检测，以获取所述采样信号的占空比、位速率、调制度。

6.根据权利要求1所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述数字处理模块还包括：

设置在所述频率调整单元和所述第一匹配滤波单元之间的第一滤波抽取单元，用于对频率调整后的信号的同向分量进行N倍抽取滤波；

第二滤波抽取单元，用于对频率调整后的信号的正交分量进行N倍抽取滤波，其中，N为偶数。

7.根据权利要求1所述的RSU设备的接收机，其特征在于，所述数字处理模块包括：

位同步单元，用于从匹配滤波后的信号中提取位同步信号；

时钟恢复单元，用于根据所述占空比、位速率、调制度和所述位同步信号来锁定本地解调时钟。

8.一种RSU设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的接收机。

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