CN111954289A - 一种基于闭环功率控制的v2x功率补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提出一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法，通过在发射电路上设置闭环功率自动调节模块，和接收电路的功率补偿过程，实现了V2X天线的全面覆盖，及灵活地补偿了驾驶过程中造成的不同链路损耗，以及有效控制不同温度环境造成的温漂，大大提升V2X天线的使用性能，有效保障了智能交通、自动驾驶的安全性和实用性。

Description

一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法。
背景技术
车联网通信V2X(Vehicle-to-Everything Communications，简称为V2X)是指通过装载在车辆上的传感器、车载终端及电子标签提供车辆信息，采用各种通信技术实现车与车通信(Vehicle-to-Vehicle Communication，简称V2V)、车与人通信(Vehicle-to-Pedestrian Communications，简称为V2P)、车与网络基础设施通信(Vehicle-to-Infrastructure Communications，简称为V2I)，车与网络(Vehicle-to-NetworkCommunications，简称为V2I)通信，并在信息网络平台上对信息进行提取、共享等有效利用，对车辆进行有效的管控和提供综合服务。
为了能实现V2X信号全向覆盖，需要在车上搭载两根V2X天线，实现方向图的互补。
目前有两种方案，一是两根V2X天线同时放在鲨鱼鳍中；二是一根V2X天线安装在前挡风玻璃，另外一根放在鲨鱼鳍中。但是这两种V2X天线布局方案，都会有V2X增益不足的问题。
第一个方案中，两根天线同时放在鲨鱼鳍中，虽然天线到V2X控制器的距离短，线损小，但由于鲨鱼鳍高度有限，难以满足增益日益提高的需求；而且鲨鱼鳍内部天线数目越来越多，天线之间存在信号反射，难以保证V2X天线实现全向覆盖。第二个方案中，两根天线距离远，容易实现V2X全向覆盖，但其中一个天线距离V2X控制器较远，天线和控制器之间的同轴线长度在4m以上，再加上V2X频率较高，在5.850~5.925GHz，该频率下的同轴线损耗较大，在1.5~3db/m，所以该方案线损大，会降低整个V2X系统的灵敏度、发射功率。通常的补偿机制是增加功率放大器，对信号进行放大补偿线损。但是V2X天线一般安装在车辆表面，功率放大器的性能会受到环境温度的影响，放大器的温漂会带来信号质量下降、线性度差的问题。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出了一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法，通过设置闭环功率自动调节过程进行灵活的调节功率补偿，从而解决同轴线线长造成的线损大的问题，进而保证系统在不同的温度环境下正常运行。
具体如下：
一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置，包括：V2X模块和功率补偿模块，所述V2X模块包括通信端口RFIO1、通信端口RFIO2，和控制端口TX_Active，所述通信端口RFIO1与天线ANT1连接，所述通信端口RFIO2与功率补偿模块中的天线ANT2连接，所述功率补偿模块还包括V2X信号的发射电路，接收电路和控制电路，及用于切换所述发射电路和接收电路的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2；其中，所述控制电路用于控制所述发射电路进行闭环功率调节；所述接收电路用于对所述接收到的V2X信号功率进行补偿，所述V2X模块和所述功率补偿模块之间通过同轴线进行信号传输。
还包括：数字衰减器和功率放大器PA，用于对所述发射的V2X信号功率进行补偿。
其中，所述控制电路，包括：MCU模块，包括ANT_DET端口，Temp_DET端口，Power_DET端口和GPIO端口，进一步的。
所述ANT_DET端口与所述天线ANT2端连接，用于检测天线ANT2是否短路或开路。
所述Temp_DET端口与热敏电阻连接，用采集所述热敏电阻监测到的温度值。
所述Power_DET端口与放大器PA连接，用于检测PA输出的功率值。
所述GPIO端口与数字衰减器连接，用于调节所述数字衰减器对信号的衰减值。
其中，所述接收电路，还包括：低噪声放大器LNA。
作为优选地，本发明还提供了一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿方法，包括以下过程：
所述V2X模块发射V2X信号，与TX_Active信号耦合在同轴线上，经所述发射电路时进行闭环功率自动调节后，传输至天线ANT2端。
所述天线ANT2端接收到的V2X信号，经所述接收电路时进行功率补偿后，传输至所述V2X模块。
其中，所述闭环功率自动调节，还包括：
当所述通信端口RFIO2发送V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发射电路，所述Power_DET端口检测到所述放大器PA输出的功率值后，根据预设的系统发射功率目标值，调节所述数字衰减器的衰减值与放大器PA的增益，直至系统发射功率达到目标值，则通过所述单刀双掷开关K2发送至所述天线ANT2端。
当所述通信端口RFIO2接收V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发接收电路，所述天线ANT2端接收到V2X信号后，经低噪声放大器LNA功率补偿后，传输到所述通信端口RFIO2。
在高温环境下，根据所述MCU模块中的Temp_DET端口与热敏电阻检测到的温度值，调整功率放大器PA的增益，保证PA正常工作。
进一步的，还包括：通过设置所述放大器PA的增益的补偿幅值，及闭环功率自动调节，补偿所述同轴线造成的线损。
综上所述，本发明提供一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法，通过V2X模块发射V2X信号，与TX_Active信号耦合在同轴线上，经所述发射电路时进行闭环功率自动调节后，传输至天线ANT2端，所述天线ANT2端接收到的V2X信号，经所述接收电路时进行功率补偿后，传输至所述V2X模块。也就是说，本发明通过在发射电路，接收电路中，实现了发射信号和接收信号的自适应调节，同时，还根据温度值进行功率放大器PA的增益的调整，有效解决了现有技术中的放大器的温漂会带来信号质量下降、线性度差的问题，进一步保证了V2X天线实现全向覆盖，避免了V2X增益不足的问题，实现了降低成本，提高了V2X系统的灵敏度的技术效果。
附图说明
图1为一实施例中的基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明的一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法作进一步详细描述。
如图1为实施例中的基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置，具体包括：V2X模块和功率补偿模块。
优选的，所述V2X模块包括通信端口RFIO1、通信端口RFIO2，和控制端口TX_Active，所述通信端口RFIO1与天线ANT1连接，所述通信端口RFIO2与功率补偿模块中的天线ANT2连接，所述功率补偿模块还包括V2X信号的发射电路，接收电路和控制电路，及用于切换所述发射电路和接收电路的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2。
优选的，所述控制电路用于控制所述发射电路进行闭环功率调节；所述接收电路用于对所述接收到的V2X信号功率进行补偿，所述V2X模块和所述功率补偿模块之间通过同轴线进行信号传输。
优选的，所述发射电路，还包括：数字衰减器和功率放大器PA，用于对所述发射的V2X信号功率进行补偿。
优选的，所述控制电路，包括：MCU模块，包括ANT_DET端口，Temp_DET端口，Power_DET端口和GPIO端口。
其中：
所述ANT_DET端口与所述天线ANT2端连接，用于检测天线ANT2是否短路或开路；
所述Temp_DET端口与热敏电阻连接，用于采集所述热敏电阻监测到的温度值；
所述Power_DET端口与放大器PA连接，用于检测PA输出的功率值；
所述GPIO端口与数字衰减器连接，用于调节所述数字衰减器对信号的衰减值；
优选的，所述接收电路，还包括：低噪声放大器LNA。
作为另一优选的实施例，本发明还提供基于闭环功率控制的V2X功率补偿方法，具体过程包括：所述V2X模块发射V2X信号，与TX_Active信号耦合在同轴线上，经所述发射电路时进行闭环功率自动调节后，传输至天线ANT2端；所述天线ANT2端接收到的V2X信号，经所述接收电路时进行功率补偿后，传输至所述V2X模块。
优选的，所述TX_Active信号通过阻容电路耦合到同轴线，再通过阻容电路分离出来，去控制两个开关。例如，所述TX_Active信号通过电阻R1和电容C1，所述V2X信号通过电容C2，二者耦合到同轴线后，再分别通过电阻R2和电容C3，及电容C4实现分离。其中，所述R2另一端连接单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2，用于控制所述K1和K2的切换。
其中，所述闭环功率自动调节，还包括：
当所述通信端口RFIO2发送V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发射电路，所述Power_DET端口检测到所述放大器PA输出的功率值后，根据预设的系统发射功率目标值，调节所述数字衰减器的衰减值与放大器PA的增益，直至系统发射功率达到目标值，则通过所述单刀双掷开关K2发送至所述天线ANT2端；当所述通信端口RFIO2接收V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发接收电路，所述天线ANT2端接收到V2X信号后，经低噪声放大器LNA功率补偿后，传输到所述通信端口RFIO2。
优选的，在高温环境下，根据所述MCU模块中的Temp_DET端口与热敏电阻检测到的温度值，调整功率放大器PA的增益，保证PA正常工作。
本发明采用的闭环功率控制方式，在前期设计中可以根据不同的增益需求设置补偿幅值，在实际使用中动态微调功率补偿值，解决了同轴线线长造成的线损大的问题，灵活适配实际装车中不同长度的同轴线。
此外，考虑到高温环境会导致PA性能变差、功耗增加，存在过热烧坏的风险，本发明通过MCU和热敏电阻构成的温度补偿电路可以动态调节不同温度下PA的增益，保证PA在不同温度下正常工作，发挥最佳的性能。
综上所述，本发明所提供的一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置及方法，通过设置的控制电路进行发射电路的闭环功率调节，及采用低噪声放大器LNA对接收电路进行V2X信号功率进行补偿，从而实现了不同的链路损耗的灵活补偿，有效自适应调控放大器的温漂，提高了信号质量及V2X天线的全向覆盖，大大提升V2X天线的使用性能，有效保障了智能交通、自动驾驶的安全性和实用性。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿装置，其特征在于，包括：V2X模块和功率补偿模块，所述V2X模块包括通信端口RFIO1、通信端口RFIO2，和控制端口TX_Active，所述通信端口RFIO1与天线ANT1连接，所述通信端口RFIO2与功率补偿模块中的天线ANT2连接，所述功率补偿模块还包括V2X信号的发射电路，接收电路和控制电路，及用于切换所述发射电路和接收电路的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2；其中，所述控制电路用于控制所述发射电路进行闭环功率调节；所述接收电路用于对所述接收到的V2X信号功率进行补偿，所述V2X模块和所述功率补偿模块之间通过同轴线进行信号传输。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述发射电路，还包括：数字衰减器和功率放大器PA，用于对所述发射的V2X信号功率进行补偿。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述控制电路，包括：MCU模块，包括ANT_DET端口，Temp_DET端口，Power_DET端口和GPIO端口，其中：
所述ANT_DET端口与所述天线ANT2端连接，用于检测天线ANT2是否短路或开路；
所述Temp_DET端口与热敏电阻连接，用于采集所述热敏电阻监测到的温度值；
所述Power_DET端口与放大器PA连接，用于检测PA输出的功率值；
所述GPIO端口与数字衰减器连接，用于调节所述数字衰减器对信号的衰减值。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述接收电路，还包括：低噪声放大器LNA。
5.一种基于闭环功率控制的V2X功率补偿方法，其特征在于，包括：
所述V2X模块发射V2X信号，与TX_Active信号耦合在同轴线上，经所述发射电路时进行闭环功率自动调节后，传输至天线ANT2端；
所述天线ANT2端接收到的V2X信号，经所述接收电路时进行功率补偿后，传输至所述V2X模块。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述闭环功率自动调节，还包括：
当所述通信端口RFIO2发送V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发射电路，所述Power_DET端口检测到所述放大器PA输出的功率值后，
根据预设的系统发射功率目标值，调节所述数字衰减器的衰减值与放大器PA的增益，直至系统发射功率达到目标值，则通过所述单刀双掷开关K2发送至所述天线ANT2端。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述闭环功率自动调节，还包括：
当所述通信端口RFIO2接收V2X信号时，所述控制端口TX_Active会控制所述单刀双掷开关K1和K2切换至发接收电路，所述天线ANT2端接收到V2X信号后，经低噪声放大器LNA功率补偿后，传输到所述通信端口RFIO2。
8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述闭环功率自动调节，还包括：
在高温环境下，根据所述MCU模块中的Temp_DET端口与热敏电阻检测到的温度值，调整功率放大器PA的增益，保证PA正常工作。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，还包括：通过设置所述放大器PA的增益的补偿幅值，及闭环功率自动调节，补偿所述同轴线造成的线损。
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