CN108964735B - 一种etc相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置，包括：信号产生模块，用于产生基带信号；变频模块，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；处理模块，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；校正模块，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对信号产生模块进行参数调整，以使信号产生模块产生的基带信号与处理模块得到的微波信号相位对应；多阵列天线，用于发射当前微波信号。利用校正模块对信号产生模块的参数进行调整，从而得到相位相同的基带信号和微波信号，实现了ETC系统中的闭环负反馈调整，不需添加移相器就能有效解决邻道干扰，方案中校正模块通过程序设计，应用环境灵活多变，低功耗低成本。

Description

一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置
技术领域
本发明涉及信号传输领域，特别涉及一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及装置。
背景技术
ETC(Electronic Toll Collection，电子收费)系统，是在对我国高速公路收费技术现状、需求和发展趋势进行充分调研的基础上研发出来的，解决收费站交通拥堵等问题、提高高速公路通行能力和服务质量最有效的手段。在目前的ETC车道中，为了保证车辆有较高的通行速度，读写天线通信区域所处的位置在自动栏杆前约10米的范围之内，呈椭圆型，由于设置的读写天线通信范围较大，经常出现多车辆同时处于读写天线通讯区域内的现象，当RSU(Remote Subscriber Unit，远程用户单元)接收到其他车道的OBU(电子标签)上行信号时，就造成了邻道干扰。
为了解决邻道干扰，厂商设计了多种方法，例如通过RSU设备天线射频指标和天线方向图进行必要的条件约束，又例如通过增加同步器的方式与相邻车道协同工作，较为理想的方案是设计通过波束赋形的方法，将波束赋到相应的车道上，使波束不扫描旁边的车道，从而解决邻道干扰。但是在实现该方案时，产生的基带信号经过放大器和混频器等器件混频到射频，这中间的一系列信号变换可能改变原始基带信号的相位，从而导致波束赋形失败，不能有效解决邻道干扰的问题。为了校正相位，厂商在射频链路后增添了加射频移相器将改变的相位移回来，补偿器件造成的相位差，得到需要的相位，从而波束赋形的效果更加理想。
但是，这种方法需要采用专用的硬件和射频芯片，不灵活，经济价值不高，无法满足市场需求。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及装置，以便能够通过更灵活通用的方式，解决ETC系统中的邻道干扰问题。其具体方案如下：
一种ETC相控阵波束赋形系统，包括：
信号产生模块，用于产生基带信号；
变频模块，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
处理模块，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
校正模块，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应；
多阵列天线，用于发射当前微波信号。
优选的，所述校正模块具体用于：
将当前微波信号转换为包络信号并与当前基带信号求相位差，根据所述相位差对所述信号产生模块进行参数调整。
优选的，所述校正模块具体还用于：
比较当前微波信号与当前基带信号的幅值，对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号幅值相对应。
优选的，所述变频模块具体用于：对两路当前基带信号分别进行插值滤波后，分别与高频载波相乘，然后相加得到数字信号，最后经过DAC数模转换并滤波，得到所述高频信号。
优选的，所述ETC相控阵波束赋形系统还包括：
控制所述信号产生模块的上位机。
优选的，所述信号产生模块为基于直接数字频率合成技术的信号产生模块。
优选的，所述变频模块采用正交调试模式。
优选的，所述处理模块具体用于：
对所述高频信号进行混频、滤波、放大处理，得到5.83GHz的微波信号。
相应的，本发明还公开了一种ETC相控阵波束赋形方法，包括：
通过信号产生模块产生基带信号；
将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位相同；
发射当前微波信号。
相应的，本发明还公开了一种路侧装置，包括如上文所述ETC相控阵波束赋形系统。
本发明公开了一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置，包括：信号产生模块，用于产生基带信号；变频模块，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；处理模块，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；校正模块，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应；多阵列天线，用于发射当前微波信号。利用校正模块对信号产生模块的参数进行调整，从而得到相位相同的基带信号和微波信号，实现了ETC系统中的闭环负反馈调整，不需要额外添加成本较高的移相器就能有效解决邻道干扰，方案中校正模块通过程序设计，应用环境灵活多变，低功耗低成本，经济价值较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种ETC相控阵波束赋形系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种信号产生模块的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种变频模块02的工作示意图；
图4为本发明实施例中一种ETC相控阵波束赋形方法的步骤流程图。
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。
本发明实施例公开了一种ETC相控阵波束赋形系统，参见图1所示，包括：
信号产生模块01，用于产生基带信号；
一般来说，信号产生模块01采用直接数字频率合成DDS(DirectDigitalSynthesizer)技术产生基带信号，DDS的结构主要由相位累加器011、波形存储器012、数模(D/A)转换器013和低通滤波器014四个单元组成，结构图如图2所示，其中相位累加器011包括N位加法器和N位累加寄存器，是一个非常重要的单元。在参考频率时钟的驱动下，信号产生模块01开始工作；当每来一个参考时钟时，累加器就把频率控制字FW与寄存器输出的值进行累加，将相加后的结果再输入到寄存器中，而累加寄存器就将在上一个参考时钟作用时产生的数据通过反馈的方式输送到累加器中。这样，在时钟的作用下，就可以不停的对频率控制字进行累加。此时，用相位累加器输出的数据作为地址在波形存储器中通过查找地址所对应的幅值表，就可以完成其从相位到幅值之间的转化，在参考信号与加法器或寄存器的位数给定时，信号最终的输出频率主要由频率控制字决定。故当频率控制字变化时，输出频率也跟着变化，从而可以实现调频的基本功能。
变频模块02，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
进一步的，变频模块02具体用于：对两路当前基带信号分别进行插值滤波后，分别与高频载波相乘，然后相加得到数字信号，最后经过DAC数模转换并滤波，得到所述高频信号。
参见图3所示，信号产生模块01产生的基带信号为两路正交的正弦信号I和Q，变频模块02接收当前基带信号，变频模块02内部的数控振荡器产生两路相差90°的高频载波，在时钟控制下，基带信号I、Q以相同的速率进入变频模块02，在其内部经过插值滤波后达到与高频载波相同的采样率，基带信号与高频载波在乘法器上进行乘法，然后将相乘后的两路信号相加，得到数字上变频后的数字信号，再经过DAC数模转换并滤波，就可以得到最终的高频信号。
处理模块03，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
可以理解的是，虽然经过变频模块02后得到了频率较高的信号，但高频信号的功率依然不够，所以需要处理模块进行混频滤波甚至放大高频信号，最后得到符合功率要求的微波信号，通常处理模块03为5.8G射频链路，调制后输出的微波信号为5.8GHz。
校正模块04，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块01进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应；
具体的，比较当前微波信号与当前基带信号的相位时，先要将微波信号转换为相应的包络信号再与基带信号求相位差，以此判定处理模块03输出的微波信号的相位是否由于器件、温度等原因发生了相位偏移；再根据相位差对信号产生模块01进行参数调整，将相位差对应的偏移量与相位累加器相加，求出新的相位控制字，使信号产生模块01产生的基带信号与对应得到的微波信号相位对应，也即对微波信号做了相位补偿。
除了相位之外，校正模块04还可以比较微波信号和基带信号的幅值，对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号幅值相对应。
多阵列天线05，用于发射当前微波信号。
可以理解的是，多阵列天线05将多路微波信号发射出去，在空间中可以合成跟踪车辆的扫描波束，也即达到ETC相控阵波束赋形的目的。
在本实施例的ETC相控阵波束赋形系统中，信号产生模块01、变频模块02以及校正模块04一般是利用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现各自的作用效果，进一步本实施例还可以包括控制信号产生模块01的上位机06，上位机06会向信号产生模块01输出控制字。编程手段灵活，容易实现，可以满足各种复杂场景的应用以及市场的需求，可以根据用户需求任意地改变波束的指向来适应各类ETC车道布局、现场环境。
本发明公开了一种ETC相控阵波束赋形系统，包括：信号产生模块，用于产生基带信号；变频模块，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；处理模块，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；校正模块，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应；多阵列天线，用于发射当前微波信号。利用校正模块对信号产生模块的参数进行调整，从而得到相位相同的基带信号和微波信号，实现了ETC系统中的闭环负反馈调整，不需要额外添加成本较高的移相器就能有效解决邻道干扰，方案中校正模块通过程序设计，应用环境灵活多变，低功耗低成本，经济价值较高。
相应的，本发明实施例还公开了一种ETC相控阵波束赋形方法，参见图4所示，包括：
S1：通过信号产生模块产生基带信号；
S2：将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
S3：对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
S4：比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对信号产生模块进行参数调整，以使信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位相同；
S5：发射当前微波信号。
本实施例中的五个步骤依次与上一实施例中ETC相控阵波束赋形系统中的信号产生模块、变频模块、混频滤波处理模块、校正模块和多阵列天线一一对应，如何实现本实施例的每一步骤参考上述实施例中对应模块的描写即可。
本实施例利用校正模块对信号产生模块的参数进行调整，从而得到相位相同的基带信号和微波信号，实现了ETC系统中的闭环负反馈调整，不需要额外添加成本较高的移相器就能有效解决邻道干扰，方案中校正模块通过程序设计，应用环境灵活多变，低功耗低成本，经济价值较高。
相应的，本发明实施例还公开了一种路侧装置，包括如上文实施例中所述ETC相控阵波束赋形系统。
该路侧装置可以安装在龙门架上，进行道路区域的扫描进行波束赋形。
具体有关路侧装置的细节描述，可以参考上述实施例中关于ETC相控阵波束赋形系统的相关形容，此处不再赘述。
本实施例利用校正模块对信号产生模块的参数进行调整，从而得到相位相同的基带信号和微波信号，实现了ETC系统中的闭环负反馈调整，不需要额外添加成本较高的移相器就能有效解决邻道干扰，方案中校正模块通过程序设计，应用环境灵活多变，低功耗低成本，经济价值较高。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
以上对本发明所提供的一种ETC相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，包括：
信号产生模块，用于产生基带信号；
变频模块，用于将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
处理模块，用于对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
校正模块，用于比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应；
多阵列天线，用于发射当前微波信号；
其中，所述校正模块具体用于：将当前微波信号转换为包络信号并与当前基带信号求相位差，以根据所述相位差判定当前微波信号是否发生相位偏移，若是，再根据所述相位差对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应，若否，则确定当前所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号相位对应。
2.根据权利要求1所述ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，所述校正模块具体还用于：
比较当前微波信号与当前基带信号的幅值，对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与所述处理模块得到的微波信号幅值相对应。
3.根据权利要求1至2任一项所述ETC相控阵波束赋形系统，所述变频模块具体用于：
对两路当前基带信号分别进行插值滤波后，分别与高频载波相乘，然后相加得到数字信号，最后经过DAC数模转换并滤波，得到所述高频信号。
4.根据权利要求3所述ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，还包括：
控制所述信号产生模块的上位机。
5.根据权利要求4所述ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，所述信号产生模块为基于直接数字频率合成技术的信号产生模块。
6.根据权利要求5所述ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，所述变频模块采用正交调试模式。
7.根据权利要求6所述ETC相控阵波束赋形系统，其特征在于，所述处理模块具体用于：
对所述高频信号进行混频、滤波、放大处理，得到5.83GHz的微波信号。
8.一种ETC相控阵波束赋形方法，其特征在于，包括：
通过信号产生模块产生基带信号；
将当前基带信号进行数字上变频得到高频信号；
对当前高频信号进行混频滤波处理得到微波信号；
比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位对应；
发射当前微波信号；
所述比较当前微波信号与当前基带信号的相位，并对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位对应的过程，具体包括：
将当前微波信号转换为包络信号并与当前基带信号求相位差，以根据所述相位差判定当前微波信号是否发生相位偏移，若是，再根据所述相位差对所述信号产生模块进行参数调整，以使所述信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位对应，若否，则确定当前所述信号产生模块产生的基带信号与对应的微波信号相位对应。
9.一种路侧装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述ETC相控阵波束赋形系统。
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