CN108257238B - 一种电子不停车收费设备及其射频前端和射频接收方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电子不停车收费设备的射频前端，包括多个接收频点范围不同的射频收发器、数字信号调理电路和微控制器；多个射频收发器用于同步接收射频信号，对射频信号进行解调和解码以生成数字信号；数字信号调理电路用于对各个射频收发器同步输出的数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；微控制器用于读取数字信号调理电路生成的窄带宽数字信号。本申请通过对各个射频收发器输出的数字信号进行逻辑与处理，可有效实现窄带宽接收，进而提高信号质量和精确度。本申请还公开了一种电子不停车收费设备及其射频接收方法，同样具有上述有益效果。

Description

一种电子不停车收费设备及其射频前端和射频接收方法

技术领域

本申请涉及电子不停车收费技术领域，特别涉及一种电子不停车收费设备及其射频前端和射频接收方法。

背景技术

电子不停车收费技术(Electronic Toll Collection，ETC)是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆上的车载单元(On board Unit，OBU)与设置在ETC车道旁侧的路侧单元(Road Side Unit，RSU)之间的专用短程通信(Dedicated Short RangeCommunication，DSRC)，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。

在ETC系统中，车载单元与路侧单元采用DSRC技术，建立了射频(一般为微波)通讯链路，在车辆行进途中不停车的情况下，实现车辆身份识别、免取卡和电子扣费。在车载单元与路侧单元中，射频前端是用于对射频信号进行处理的设备，建立了射频接收通道和射频发射通道。然而，现有技术中的射频前端在进行射频接收时，受限于内部芯片的滤波器件的带宽性能，其接收带宽不可调，因此一般都较大，使得待接收信号很容易受到邻信道信号和一些频点噪声信号的干扰，造成信噪比降低、信号接收质量下降，进而影响到对信号的正确解析。

由此可见，采用何种射频前端以便有效减小射频接收带宽，进而提高信号质量和精确度，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电子不停车收费设备及其射频前端和射频接收方法，以便有效地减小射频接收带宽，进而提高信号质量和精确度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电子不停车收费设备的射频前端，包括：

多个射频收发器：用于同步接收射频信号，对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号；其中，各个所述射频收发器的接收频点范围不同；

数字信号调理电路：用于对各个所述射频收发器同步输出的所述数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；

微控制器：用于读取所述数字信号调理电路生成的所述窄带宽数字信号。

可选地，所述射频收发器具体用于：

对所述射频信号进行解调和FM0解码以生成所述数字信号。

可选地，所述射频收发器为两个。

可选地，所述射频收发器还用于：

当在解调后的解调信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；

所述数字信号调理电路还用于：

对各个所述射频收发器同步输出的所述中断信号进行逻辑与处理；并将经所述逻辑与处理后的输出信号发送至所述微控制器，以便所述微控制器依次在接收到所述输出信号之后开始或者结束读取所述窄带宽数字信号。

可选地，所述微控制器还用于：

在接收到用户输入的本振频点设置指令后，根据所述本振频点设置指令设置各个所述射频收发器的本振频点；其中，各个所述射频收发器的所述本振频点不同，以便各个所述射频收发器具有不同的所述接收频点范围。

本申请还提供了一种电子不停车收费设备，包括车载单元、读写器或路侧单元；所述车载单元、读写器或路侧单元包括如上所述的任一种射频前端。

本申请还提供了一种用于电子不停车收费设备的射频接收方法，包括：

多个射频收发器同步接收射频信号，并对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号；其中，各个所述射频收发器的接收频点范围不同；

数字信号调理电路对各个所述射频收发器同步输出的所述数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；

微控制器读取所述数字信号调理电路生成的所述窄带宽数字信号。

可选地，所述多个射频收发器同步接收射频信号，并对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号具体包括：

多个所述射频收发器同步接收所述射频信号，并对所述射频信号进行解调和FM0解码以生成所述数字信号。

可选地，所述射频收发器为两个。

可选地，在所述多个射频收发器同步接收射频信号，并对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号之后，还包括：

所述射频收发器当在解调后的解调信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；

所述数字信号调理电路对各个所述射频收发器同步输出的所述中断信号进行逻辑与处理；并将经所述逻辑与处理后的输出信号发送至所述微控制器，以便所述微控制器依次在接收到所述输出信号之后开始或者结束读取所述窄带宽数字信号。

本申请所提供的电子不停车收费设备的射频前端包括：多个射频收发器、数字信号调理电路和微控制器；多个射频收发器用于同步接收射频信号，对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号；其中，各个所述射频收发器的接收频点范围不同；数字信号调理电路用于对各个所述射频收发器同步输出的所述数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；微控制器用于读取所述数字信号调理电路生成的所述窄带宽数字信号。

可见，相比于现有技术，本申请所提供的电子不停车收费设备的射频前端，通过多个接收频点范围不同的射频收发器同步进行射频接收，并由数字信号调理电路对各个射频收发器输出的数字信号进行逻辑与处理，使得只有在各个接收频点范围的交集频段内的数字信号才能被保留下来被微控制器读取分析，由此可有效实现窄带宽接收，进而提高信号质量和精确度。本申请所提供的电子不停车收费设备及其射频接收方法，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例所提供的一种电子不停车收费设备的射频前端的结构框图；

图2为本申请实施例所提供的一种两射频收发通道的射频前端的电路示意图；

图3为图2所示射频前端的信号时序图；

图4为图2所示射频前端的接收带宽的窄化示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种电子不停车收费设备的射频接收方法的流程图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种电子不停车收费设备及其射频前端和射频接收方法，以便有效地减小射频接收带宽，进而提高信号质量和精确度。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种电子不停车收费设备的射频前端的结构框图；包括多个射频收发器1、数字信号调理电路2和微控制器3；

多个射频收发器1用于同步接收射频信号，对射频信号进行解调和解码以生成数字信号；其中，各个射频收发器1的接收频点范围不同；

数字信号调理电路2用于对各个射频收发器1同步输出的数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；

微控制器3用于读取数字信号调理电路2生成的窄带宽数字信号。

具体地，射频收发器1是射频前端中用来发射或接收射频信号的主要器件。其内部一般集成有调制/解调模块、编码/解码模块、数据链路控制协议处理器、校验模块等，用于实现射频信号与数字信号之间的转换，以便微控制器3进行对数字信号的分析处理。

本申请实施例所提供的射频前端中，具体采用了多个射频收发器1，从而构成了多个射频收发通道。当然，根据国家标准GB20851，目前分配给DSRC技术的通信频段为5.8GHz，因此，本申请中所提供的射频收发器1所接收/发射的均为5.8GHz的射频信号。

为了实现减小射频接收带宽的目的，本申请实施例所采用的多个射频收发器1的接收频点范围不同。并且，在进行射频接收时，多个射频收发器1同时进行工作，并各自输出对同一射频信号进行处理后所得到的数字信号。而数字信号调理电路2便可以对各个射频收发器1所输出的数字信号进行逻辑与处理，并输出处理后的信号，即所说的窄带宽数字信号。

由于各个射频收发器1的接收频点范围不同，所以经过数字信号调理电路2的逻辑与处理之后，处于各个接收频点范围的交集频段内的信号能够被完整地保留下来，而交集频段之外的信号将会因频率不同而不会同步变化，进而在逻辑与之后均被归零。由此，只有交集频段内的信号能够在整个射频接收过程中被获取，生成所说的窄带宽数字信号，并被微控制器3进行读取和分析。本领域技术人员可以根据实际应用需求，自行选择并设置各个射频收发器1的接收频点范围，以便得到理想的交集频段，本申请实施例对此并不进行限定。

当然，需要说明的是，本申请实施例所提供的射频前端同样也可以进行射频发射。具体地，可由微控制器3对各个射频收发器1的收发模式进行设置。并且，出于降低整机发射功耗、简化发射链路结构和避免多频道信号干扰的目的，本申请所提供的射频前端在进行射频发射时，可优选采用单发方式，即只由其中一个射频收发器1进行射频发射。具体地，微控制器3可以根据一定的选取规则，将其生成的待发射数字信号发送至其中一个射频收发器1，由该射频收发器1进行FM0编码和调制，并转换成射频信号通过天线发射出去。

可见，本申请实施例所提供的电子不停车收费设备的射频前端中，通过多个接收频点范围不同的射频收发器1同步进行射频接收，并由数字信号调理电路2对各个射频收发器1输出的数字信号进行逻辑与处理，使得只有在各个接收频点范围的交集频段内的数字信号才能被保留下来被微控制器3读取分析，由此可有效实现窄带宽接收，进而提高信号质量和精确度。

本申请所提供的电子不停车收费设备的射频前端，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，射频收发器1具体用于：

对射频信号进行解调和FM0解码以生成数字信号。

具体地，在进行射频通信时，行业内一般会先对用于传递信息的数字信号进行编码后，再与特定的载波信号进行调制，并通过天线等转换成射频信号进行无线发射和通信。通过编码，可以得到便于微控制器3进行处理的数字信号。其中，FM0编码是一种目前所流行的编码方法，它可以简化系统复杂度并提高系统稳定性。

现有技术中通常采用特定的内部集成有FM0编/解码功能模块的微控制器以实现FM0编/解码，或者由微控制器进行软模拟FM0编/解码数据，但是，这两种情况都存在设计成本高的问题。因此，本申请实施例所提供的射频前端中，还可以选用内部集成有FM0编/解码功能模块的射频收发器1，由射频收发器1完成对解调后信号的FM0解码过程，从而有效降低设备的设计成本。

作为一种优选实施例，射频收发器1为两个。

事实上，一般由两个射频收发器1所构成的射频前端已经足够满足实现窄带宽接收的目标需求了。因此，出于简化系统结构的目的，本申请实施例所提供的射频前端优选采用两个射频收发器1来构成两个射频收发通道。

作为一种优选实施例，射频收发器1还用于：

当在解调后的解调信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；

数字信号调理电路2还用于：

对各个射频收发器1同步输出的中断信号进行逻辑与处理；并将经逻辑与处理后的输出信号发送至微控制器3，以便微控制器3依次在接收到输出信号之后开始或者结束读取窄带宽数字信号。

具体地，由于微控制器3过于频繁的读取操作会增加系统功耗，而事实上，在不进行射频信号接收时，微控制器3是无需进行读取操作的，因此，本申请实施例还可以设置读取通知机制，以便在窄带宽数字信号生成时通知微控制器3进行读取，达到降低系统功耗的目的。

根据通信链路的相关协议规定，所传输的信号实际上都是以数据帧为单位进行信息传递的，而每一个数据帧都包括帧头部分、数据部分和帧尾部分。因此，本申请实施例所采用的射频收发器1可以在检测到解调后的解调信号中的预设帧头(例如7E帧头)后，就触发中断生成中断信号，以便通知微控制器3开始进行读取。由于有多个射频收发器1，因此可由数字信号调理电路2将各个射频收发器1的中断信号进行逻辑与处理，以得到一个统一的处理后的输出信号，当微控制器3接收到该输出信号之后，即可执行对窄带宽数字信号的读取操作。而类似地，射频收发器1可以在检测到解调信号中的预设帧尾(例如7E帧尾)后，就再次触发中断生成中断信号，当微控制器3再次接收到各个中断信号逻辑与处理后的输出信号后，即可停止对窄带宽数字信号的读取操作。

作为一种优选实施例，微控制器3还用于：

在接收到用户输入的本振频点设置指令后，根据本振频点设置指令设置各个射频收发器1的本振频点；其中，各个射频收发器1的本振频点不同，以便各个射频收发器1具有不同的接收频点范围。

具体地，如前所述，各个射频收发器1的接收频点范围的交集频段决定了窄化后的实际接收带宽，因此，本申请实施例所提供的射频前端还可以根据用户的需求来进行窄化接收带宽的相关设置。具体地，由于射频收发器1的本振频点是影响其接收频点范围的重要参数，因此可由微控制器3根据用户输入的相关指令来设置各个射频收发器1的接收频点范围，实现射频接收带宽的可调。

请参考图2至图4，图2为本申请实施例所提供的一种两射频收发通道的射频前端的电路示意图；图3为图2所示射频前端的信号时序图；图4为图2所示射频前端的接收带宽的窄化示意图。

其中，第一射频收发器1和第二射频收发器1用于对射频信号RF_R1进行同步接收。第一射频收发器1对射频信号RF_R1完成解调后生成解调信号RS1，对解调信号RS1继续进行FM0解码后生成了数字信号BS1，并在检测到解调信号RS1中的帧头或者帧尾时触发中断，生成中断信号IS1。类似地，第二射频收发器1对射频信号RF_R1完成解调后生成解调信号RS2，对解调信号RS2继续进行FM0解码后生成了数字信号BS2，并在检测到解调信号RS2中的帧头或者帧尾时触发中断，生成中断信号IS2。

在图2所示的射频前端电路中，数字信号调理电路2主要包括第一与门A1和第二与门A2。其中，第一与门A1用于对两个数字信号即BS1和BS2进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号BS3；而第二与门A2用于对两个中断信号即IS1和IS2进行逻辑与处理，并将处理后的输出信号IS3发送至微控制器3，以便微控制器3依次开始或者停止对窄带宽数字信号BS3的读取操作。此外，微处理器3还可以分别通过发送信号CS1和CS2来对第一射频收发器1和第二射频收发器1进行设置。

如图3所示的信号时序图中，从上至下，第一栏至第七栏依次分别为解调信号RS1、中断信号IS1、数字信号BS1、中断信号IS2、数字信号BS2、与门A2的输出信号IS3和窄带宽数字信号BS3的时序图。

如前所述，影响射频收发器1的接收频点范围(f+y1，f+y2)的主要参数是其本振频点f，当然，除了本振频点f以外，滤波带宽x和信道接收带宽s也同样会产生影响：

在图2所示的射频前端中，第一射频收发器1和第二射频收发器1的滤波带宽x和信道接收带宽s均为5MHz，而两者的本振频点分别为f1和f2(f1<f2)。则，如图4所示，第一射频收发器1的接收频点范围即为(f1+2.5，f1+7.5)，而第二射频收发器1的接收频点范围为(f2+2.5，f2+7.5)。由此，位于两个接收频点范围的交集频段(f2+2.5，f1+7.5)内的数字信号在经逻辑与处理后才能得以保留，从而实现了减小接收带宽的目的，则该射频前端的实际接收带宽BW为：BW＝(f1+7.5)-(f2+2.5)。

本申请还提供了一种电子不停车收费设备，包括车载单元、读写器或路侧单元；其中，车载单元、读写器或路侧单元均包括如以上任一实施例所介绍的射频前端。

下面对本申请实施例所提供的电子不停车收费设备的射频接收方法进行介绍。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种电子不停车收费设备的射频接收方法的流程图，主要包括以下步骤：

步骤1：多个接收频点范围不同的射频收发器1同步接收射频信号，并对射频信号进行解调和解码以生成数字信号。

步骤2：数字信号调理电路2对各个射频收发器1同步输出的数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号。

步骤3：微控制器3读取数字信号调理电路2生成的窄带宽数字信号。

可见，本申请所提供的电子不停车收费设备的射频接收方法，通过多个接收频点范围不同的射频收发器1同步进行射频接收，并由数字信号调理电路2对各个射频收发器1输出的数字信号进行逻辑与处理，使得只有在各个接收频点范围的交集频段内的数字信号才能被保留下来被微控制器3读取分析，由此可有效实现窄带宽接收，进而提高信号质量和精确度。

本申请所提供的电子不停车收费设备的射频接收方法，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，多个射频收发器1同步接收射频信号，并对射频信号进行解调和解码以生成数字信号具体包括：

多个射频收发器1同步接收射频信号，并对射频信号进行解调和FM0解码以生成数字信号。

作为一种优选实施例，射频收发器1为两个。

作为一种优选实施例，在多个射频收发器1同步接收射频信号，并对射频信号进行解调和解码以生成数字信号之后，还包括：

射频收发器1当在数字信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；

数字信号调理电路2对各个射频收发器1同步输出的中断信号进行逻辑与处理；并将经逻辑与处理后的输出信号发送至微控制器3，以便微控制器3依次在接收到输出信号之后开始或者结束读取窄带宽数字信号。

本申请所提供的电子不停车收费设备及其射频接收方法的具体实施方式与上文所描述的射频前端可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于电子不停车收费设备的射频前端，其特征在于，包括：

多个射频收发器：用于同步接收射频信号，对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号；并在解调后的解调信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；其中，各个所述射频收发器的接收频点范围不同且存在交集频段；

数字信号调理电路：用于对各个所述射频收发器同步输出的所述数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；并对各个所述射频收发器同步输出的所述中断信号进行逻辑与处理；并将经所述逻辑与处理后的输出信号发送至微控制器；

所述微控制器：用于依次在接收到所述输出信号之后开始或者结束读取所述数字信号调理电路生成的所述窄带宽数字信号。

2.根据权利要求1所述的射频前端，其特征在于，所述射频收发器具体用于：

对所述射频信号进行解调和FM0解码以生成所述数字信号。

3.根据权利要求1所述的射频前端，其特征在于，所述射频收发器为两个。

4.根据权利要求1至3任一项所述的射频前端，其特征在于，所述微控制器还用于：

在接收到用户输入的本振频点设置指令后，根据所述本振频点设置指令设置各个所述射频收发器的本振频点；其中，各个所述射频收发器的所述本振频点不同，以便各个所述射频收发器具有不同的所述接收频点范围。

5.一种电子不停车收费设备，包括车载单元、读写器或路侧单元；其特征在于，所述车载单元、读写器或路侧单元包括如权利要求1至4任一项所述的射频前端。

6.一种用于电子不停车收费设备的射频接收方法，其特征在于，包括：

多个射频收发器同步接收射频信号，并对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号；其中，各个所述射频收发器的接收频点范围不同且存在交集频段；

所述射频收发器当在解调后的解调信号中检测到预设帧头或者预设帧尾后，生成中断信号；

数字信号调理电路对各个所述射频收发器同步输出的所述数字信号进行逻辑与处理，以生成窄带宽数字信号；并对各个所述射频收发器同步输出的所述中断信号进行逻辑与处理，以生成输出信号；

微控制器依次在接收到所述输出信号之后开始或者结束读取所述数字信号调理电路生成的所述窄带宽数字信号。

7.根据权利要求6所述的射频接收方法，其特征在于，所述多个射频收发器同步接收射频信号，并对所述射频信号进行解调和解码以生成数字信号具体包括：

多个所述射频收发器同步接收所述射频信号，并对所述射频信号进行解调和FM0解码以生成所述数字信号。

8.根据权利要求6所述的射频接收方法，其特征在于，所述射频收发器为两个。

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