CN113992234B - 用于车辆v2x设备的电路、车辆v2x设备以及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于车辆V2X设备的电路、车辆V2X设备及车辆，可应用于无人/自动驾驶车辆领域，上述电路包括：天线单元，该天线单元包括：信号放大单元，该信号放大单元包括发射放大电路和接收放大电路。发射放大电路和接收放大电路的一端设置有第一切换开关，发射放大电路和接收放大电路用于通过第一切换开关连接于V2X单元；发射放大电路和接收放大电路的另一端经由第二切换开关连接至收发天线。其中，第一切换开关和第二切换开关的控制端用于接收来自V2X单元的开关控制信号；基于该开关控制信号的控制，第一切换开关和第二切换开关进行发射放大电路导通与接收放大电路导通之间的切换。该电路能够提高V2X设备的通信距离。

Description

用于车辆V2X设备的电路、车辆V2X设备以及车辆

技术领域

本公开涉及车辆通信技术领域，尤其涉及一种用于车辆V2X设备的电路、车辆V2X设备及车辆。

背景技术

在车辆领域，车联网通信技术（V2X，Vehicle to Everything）作为车路协同的一种实现技术，能够极大地提升交通运行效率，目前广泛应用于车辆的自动/无人驾驶领域。V2X设备安装在车辆上，可以实现车与车、车与路等之间的通信。车辆基于V2X设备发射的无线电能够实现测距、测速、定位或者导航等功能，进而促进无人/自动驾驶技术的落地。

目前的V2X设备通常由V2X主机、外接天线及相应外围供电等功能单元组成，V2X设备主机通常安装在车辆内部，天线通过电缆（例如为射频线缆）安装固定在车顶位置。

发明内容

为了至少解决车辆V2X设备的通信距离有限的技术问题，本公开的实施例提供了一种用于车辆V2X设备的电路、车辆V2X设备及车辆。

第一方面，本公开的实施例提供了一种用于车辆V2X设备的电路。上述电路包括：天线单元。上述天线单元包括：信号放大单元，上述信号放大单元包括发射放大电路和接收放大电路，上述发射放大电路和上述接收放大电路的一端设置有第一切换开关，上述发射放大电路和上述接收放大电路用于通过上述第一切换开关连接于V2X单元；上述发射放大电路和上述接收放大电路的另一端经由第二切换开关连接至收发天线。其中，上述第一切换开关和上述第二切换开关的控制端用于接收来自上述V2X单元的开关控制信号；基于上述开关控制信号的控制，上述第一切换开关和上述第二切换开关进行上述发射放大电路导通与上述接收放大电路导通之间的切换。

根据本公开的实施例，上述电路还包括：V2X单元。上述V2X单元包括：基带模块，射频模块和电平转换升压模块；上述基带模块用于产生上述开关控制信号，上述射频模块的控制端连接于上述基带模块的控制信号输出端，上述电平转换升压模块的输入端连接于上述基带模块的控制信号输出端。上述天线单元还包括：电平转换降压模块，上述电平转换降压模块的输入端与上述电平转换升压模块的输出端通过电缆连接，上述电平转换降压模块的输出端连接于上述第一切换开关和上述第二切换开关的上述控制端。

根据本公开的实施例，上述基带模块产生的上述开关控制信号分为两个支路，一个支路的开关控制信号用于控制上述射频模块；另一支路的开关控制信号基于上述电平转换升压模块进行升压转换，升压转换后的开关控制信号基于上述电平转换降压模块进行降压转换，降压转换后的开关控制信号作为上述第一切换开关和上述第二切换开关的控制端的输入。

根据本公开的实施例，上述V2X单元还包括：第一供电单元，上述第一供电单元包括：第一电源、第一RL耦合过滤网络和第一电容；上述第一电容设置于上述射频模块的输出路径上；上述第一RL耦合过滤网络的一端连接于上述第一电源的输出端，另一端连接于上述第一电容的输出端；其中，上述射频模块经由上述第一电容和电缆与上述信号放大单元进行连接。

根据本公开的实施例，上述天线单元还包括：第二供电单元，上述第二供电单元包括：第二电源、第二RL耦合过滤网络和第二电容，上述第二电容设置于上述信号放大单元的输入路径上；上述第二RL耦合过滤网络的一端连接于上述第二电源的输入端，另一端连接于上述第二电容的输入端；其中，上述射频模块经由上述第一电容、上述电缆和上述第二电容与上述信号放大单元进行连接。

根据本公开的实施例，上述第一供电单元还包括：第三电容，上述第三电容的一端连接于上述第一电源的输出端与上述第一RL耦合过滤网络的输入端之间；上述第三电容的另一端接地。

根据本公开的实施例，上述第二供电单元还包括：第四电容，上述第四电容的一端连接于上述第二RL耦合过滤网络的输出端与上述第二电源的输入端之间；上述第四电容的另一端接地。

根据本公开的实施例，上述发射放大电路包括：功率放大器和第一滤波器；上述功率放大器用于对上述V2X单元的输出信号进行放大处理，上述第一滤波器用于对放大处理后的输出信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由上述收发天线进行信号发射。上述接收放大电路包括：低噪声放大器和第二滤波器；上述低噪声放大器用于对收发天线接收的输入信号进行放大处理，上述第二滤波器用于对放大处理后的输入信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由电缆接入上述V2X单元。

第二方面，本公开的实施例提供了一种车辆V2X设备。上述V2X设备包括如上所述的用于车辆V2X设备的电路。

第三方面，本公开的实施例提供了一种车辆。上述车辆包括如上所述的用于车辆V2X设备的电路或如上所述的车辆V2X设备。

本公开实施例提供的上述技术方案至少具有如下优点的部分或全部：

通过在天线单元中设置信号放大单元，信号放大单元包括发射放大电路和接收放大电路，通过第一切换开关和第二切换开关的通断实现发射放大电路和接收放大电路二者接通的切换控制，并且第一切换开关和第二切换开关的开关控制信号来自于V2X单元，既符合V2X协议标准中对于终端发射最大功率的要求，同时又能够弥补长线传输带来的功率损失，可以极大地提高V2X设备的通信距离，电路可靠且有效，进而实现车辆定位、测速、测距或者导航等至少一种功能，促进无人驾驶技术的落地。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性地示出了根据本公开一实施例的用于车辆V2X设备的电路的结构示意图；

图2A示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路基于开关切换信号控制发射放大电路导通的状态示意图；

图2B示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路基于开关切换信号控制接收放大电路导通的状态示意图；

图3示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路中开关控制信号的传输过程示意图；

图4示意性地示出了根据本公开一实施例的用于车辆V2X设备的电路中供电单元的结构示意图；

图5示意性地示出了根据本公开另一实施例的用于车辆V2X设备的电路中供电单元的结构示意图。

具体实施方式

考虑到V2X射频工作在5.9GHz频率、频段较高，射频线缆对信号衰减很大；尤其是当车型相对较大时，连接于天线和V2X设备之间的射频线缆大致会有5米长，对应的衰减会达到近10dB；这样会导致通信距离降低到原来的1/3。因此，如何提升车辆V2X设备的通信距离成为有待于解决的技术问题。

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种用于车辆V2X设备的电路、车辆V2X设备及车辆，该电路既符合V2X协议标准中对于终端发射最大功率的要求，同时又能够弥补长线传输带来的功率损失，可以极大地提高V2X设备的通信距离。

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

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，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本公开的第一个示例性实施例提供了一种用于车辆V2X设备的电路。

图1示意性地示出了根据本公开一实施例的用于车辆V2X设备的电路的结构示意图。

参照图1所示，本公开实施例提供的用于车辆V2X设备的电路100，包括：天线单元120。上述天线单元120包括：信号放大单元，上述信号放大单元包括发射放大电路121和接收放大电路122，上述发射放大电路121和上述接收放大电路122的一端设置有第一切换开关123，上述发射放大电路121和上述接收放大电路122用于通过上述第一切换开关123连接于V2X单元110；上述发射放大电路121和上述接收放大电路122的另一端经由第二切换开关124连接至收发天线125。

图2A示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路基于开关切换信号控制发射放大电路导通的状态示意图；图2B示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路基于开关切换信号控制接收放大电路导通的状态示意图。

参照图2A和图2B所示，上述第一切换开关123和上述第二切换开关124的控制端用于接收来自上述V2X单元的开关控制信号SPDT_EN；基于上述开关控制信号SPDT_EN的控制，上述第一切换开关123和上述第二切换开关124进行发射放大电路121导通与接收放大电路122导通之间的切换。

其中，第一切换开关123、第二切换开关124的导通时长和切换时序等参数均由V2X单元110进行控制。例如，V2X单元110采用TDD时分复用通信方式，通过在不同的时间段分别进行信号的发射和接收，并在信号发射/接收过程中分别对应通过发射/接收放大电路来使得信号进行功率放大，从而能够在V2X单元110与天线单元120通过电缆连接时，基于发射/接收放大电路所起到的功率放大作用，来弥补由于V2X单元的发射功率有限、并且射频线缆传输过程中导致的功率损失，从而可以极大地提高V2X设备的通信距离，电路可靠且有效，进而实现车辆定位、测速、测距或者导航等至少一种功能，促进无人驾驶技术的落地。

根据本公开的实施例，参照图2A所示，当发射放大电路121处于导通状态时，信号传输路径为：V2X单元110→发射放大电路121→收发天线125（作为发射端）。上述发射放大电路121包括：功率放大器1211和第一滤波器1212；上述功率放大器1211用于对上述V2X单元110的输出信号进行放大处理，上述第一滤波器1212用于对放大处理后的输出信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由上述收发天线125进行信号发射。

参照图2B所示，当接收放大电路122处于导通状态时，信号传输路径为：收发天线125（作为接收端）→接收放大电路122→V2X单元110。上述接收放大电路122包括：低噪声放大器1221和第二滤波器1222；上述低噪声放大器1221用于对收发天线125接收的输入信号进行放大处理，上述第二滤波器1222用于对放大处理后的输入信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由电缆（例如为射频线缆）接入上述V2X单元。

由于V2X协议标准中对于终端发射功率有明确的要求、最大发射功率为23dBm±2dB，因此在V2X单元110的发射端发射功率的最大值是有限的，经过电缆进行长距离（例如5m左右）传输后会导致最终通过收发天线发射出去的信号的传输距离变小，或者所能接收到的信号的范围也是有限的。本公开所提供的电路，通过在天线单元中设置信号放大单元，信号放大单元包括发射放大电路和接收放大电路，通过第一切换开关和第二切换开关的通断实现发射放大电路和接收放大电路二者接通的切换控制，并且第一切换开关和第二切换开关的开关控制信号来自于V2X单元，既符合V2X协议标准中对于终端发射最大功率的要求，同时又能够弥补长线传输带来的功率损失，可以极大地提高V2X设备的通信距离，电路可靠且有效。

除了对上述天线单元的改进之外，还对该电路中的V2X单元和天线单元之间的供电、控制等进行了改进。

在上述实施例的基础上，下面的实施例进一步对上述电路中的控制部分和供电部分进一步进行介绍。

上述电路100除了包括用于与V2X单元110进行连接的天线单元120之外，还包括：V2X单元110。本公开实施例提供的V2X单元用于进行通信和协议信号的处理，同时还给天线单元进行供电，并提供开关控制信号。

图3示意性地示出了根据本公开实施例的用于车辆V2X设备的电路中开关控制信号的传输过程示意图。

参照图3所示，上述电路100中的V2X单元110包括：基带模块111，射频模块112和电平转换升压模块113。上述基带模块111用于产生开关控制信号SPDT_EN，上述射频模块112的控制端连接于上述基带模块111的控制信号输出端，上述电平转换升压模块113的输入端连接于上述基带模块111的控制信号输出端。相应的，上述天线单元120包括：电平转换降压模块126，上述电平转换降压模块126的输入端与上述电平转换升压模块113的输出端通过电缆连接，上述电平转换降压模块126的输出端连接于上述第一切换开关123和上述第二切换开关124的上述控制端。

根据本公开的实施例，上述基带模块111产生的上述开关控制信号SPDT_EN分为两个支路，一个支路的开关控制信号用于控制上述射频模块112；另一支路的开关控制信号基于上述电平转换升压模块113进行升压转换，升压转换后的开关控制信号基于上述电平转换降压模块126进行降压转换，降压转换后的开关控制信号作为上述第一切换开关123和上述第二切换开关124的控制端的输入。

例如，在一实施例中，上述开关控制信号SPDT_EN采用的是V2X单元上天线口的开关切换信号，为低压控制信号，这里以1.8V作为具体示例，由于低压控制信号不适合长距离（5m左右）传输，需要在V2X单元110中基于电平转换升压模块113进行升压转换，一般可以提升到4.2V或者5V，经过电缆传输后再在天线单元120中基于电平转换降压模块126降压到1.8V使用。

图4示意性地示出了根据本公开一实施例的用于车辆V2X设备的电路中供电单元的结构示意图。在图4中，为了明确示意输出端和输入端，采用箭头来示意供电信号对应的输出和输入的方向。

根据本公开的实施例，参照图4所示，上述V2X单元110还包括：第一供电单元，上述第一供电单元包括：第一电源S1、第一RL耦合过滤网络（R1-L1）和第一电容C1；上述第一电容C1设置于上述射频模块112的输出路径上；上述第一RL耦合过滤网络的一端连接于上述第一电源S1的输出端，另一端连接于上述第一电容C1的输出端；其中，上述射频模块112经由上述第一电容C1和电缆与上述信号放大单元进行连接。

上述第一RL耦合过滤网络包括并联连接的第一电阻R1和第一电感L1。

根据本公开的实施例，上述天线单元120还包括：第二供电单元，上述第二供电单元包括：第二电源S2、第二RL耦合过滤网络（R2-L2）和第二电容C2，上述第二电容C2设置于上述信号放大单元的输入路径上；上述第二RL耦合过滤网络的一端连接于上述第二电源S2的输入端，另一端连接于上述第二电容C2的输入端；其中，上述射频模块112经由上述第一电容C1、上述电缆和上述第二电容C2与上述信号放大单元进行连接。

上述第二耦合过滤网络包括并联连接的第二电阻R2和第二电感L2。

由于第一电容C1起到隔离直流的作用，第一电源S1经过包含第一电阻R1和第一电感L1的第一RL耦合过滤网络后输出的电压被第一电容C1隔离，无法到达射频模块112的输出端，只能经由电缆（例如为射频线缆）传输到天线单元120；V2X单元110输出的射频信号（例如为有用射频信号）经第一电容C1输出，由于包含第一电阻R1和第一电感L1的第一RL耦合过滤网络对射频信号呈现高阻状态，使得该射频信号也只能通过电缆和天线单元进行发射。

由于第二电容C2起到隔离直流的作用，通过电缆传输过来的电源信号只能经过包含第二电阻R2和第二电感L2的第二RL耦合过滤网络后输出至第二电源S2的输入端；经第二电源S2对输入的电源信号进行调节后再给天线单元进行供电（例如对天线单元的信号放大单元进行供电）；通过电缆传输过来的有用射频信号经第二电容C2后输出给信号放大单元，由于包含第二电阻R2和第二电感L2的第二RL耦合过滤网络网络对射频信号呈现高阻状态，使得该射频信号无法到达第二电源S2，如此实现了在接收端的电源信号和射频信号之间的分离。

这样一来，基于第一供电单元和第二供电单元的设置，可以将第一电源S1和V2X单元110中的射频模块112产生的射频信号合在一起用一根同轴电缆进行传输，电路设计巧妙且安装简便，电源信号的传输方向参照图4中单点划线箭头所示，射频信号的传输方向参照图4中的双点划线箭头所示。

图5示意性地示出了根据本公开另一实施例的用于车辆V2X设备的电路中供电单元的结构示意图。

在上述电路的基础上，进一步对上述第一供电单元和第二供电单元进行优化设置。例如，在另一实施例中，参照图5所示，上述第一供电单元还包括：第三电容C3，上述第三电容C3的一端连接于上述第一电源S1的输出端与上述第一RL耦合过滤网络（R1-L1）的输入端之间；上述第三电容C3的另一端接地。

通过设置第三电容C3，能够对第一电源S1的输出信号起到滤波作用，使得第一供电单元工作稳定。

根据本公开的实施例，上述第二供电单元还包括：第四电容C4，上述第四电容C4的一端连接于上述第二RL耦合过滤网络（R2-L2）的输出端与上述第二电源S2的输入端之间；上述第四电容C4的另一端接地。

通过设置第四电容C4，能够对第二电源S2的输入信号起到滤波作用，使得第二供电单元工作稳定。

综上所述，本实施例提供了一种适用于车辆V2X设备的硬件电路，通过在天线单元中设置收发放大电路，弥补由于天线与V2X单元（V2X主机）之间的电缆插损带来的通信距离缩短问题，对于控制电路和供电电路分别进行了优化和对应的设置，电路可靠且结构简单，并能够有效提高V2X设备的通信距离。

本公开的第二个示例性实施例提供了一种车辆V2X设备，上述V2X设备包括如上所述的用于车辆V2X设备的电路。

本公开的第三个示例性实施例提供了一种车辆，上述车辆包括如上所述的用于车辆V2X设备的电路或如上所述的车辆V2X设备。

基于上述电路的设置，上述车辆V2X设备和车辆既符合V2X协议标准中对于终端发射最大功率的要求，同时又能够弥补长线传输带来的功率损失，可以极大地提高V2X设备的通信距离，电路可靠且有效。

上述车辆可以是无人驾驶车辆或者自动驾驶车辆等。

本公开实施例中提到的各个模块的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑阵列（PLA）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（ASIC），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，上述模块中一个或多个模块可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开的技术构思。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于车辆V2X设备的电路，其特征在于，包括：

天线单元，所述天线单元包括：信号放大单元，所述信号放大单元包括发射放大电路和接收放大电路，所述发射放大电路和所述接收放大电路的一端设置有第一切换开关，所述发射放大电路和所述接收放大电路用于通过所述第一切换开关连接于V2X单元；所述发射放大电路和所述接收放大电路的另一端经由第二切换开关连接至收发天线；

其中，所述第一切换开关和所述第二切换开关的控制端用于接收来自所述V2X单元的开关控制信号；基于所述开关控制信号的控制，所述第一切换开关和所述第二切换开关进行所述发射放大电路导通与所述接收放大电路导通之间的切换；

V2X单元，所述V2X单元包括：基带模块，射频模块和电平转换升压模块；所述基带模块用于产生所述开关控制信号，所述射频模块的控制端连接于所述基带模块的控制信号输出端，所述电平转换升压模块的输入端连接于所述基带模块的控制信号输出端；

所述天线单元还包括：电平转换降压模块，所述电平转换降压模块的输入端与所述电平转换升压模块的输出端通过电缆连接，所述电平转换降压模块的输出端连接于所述第一切换开关和所述第二切换开关的所述控制端。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述基带模块产生的所述开关控制信号分为两个支路，一个支路的开关控制信号用于控制所述射频模块；另一支路的开关控制信号基于所述电平转换升压模块进行升压转换，升压转换后的开关控制信号基于所述电平转换降压模块进行降压转换，降压转换后的开关控制信号作为所述第一切换开关和所述第二切换开关的控制端的输入。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述V2X单元还包括：第一供电单元，所述第一供电单元包括：第一电源、第一RL耦合过滤网络和第一电容；所述第一电容设置于所述射频模块的输出路径上；所述第一RL耦合过滤网络的一端连接于所述第一电源的输出端，另一端连接于所述第一电容的输出端；

其中，所述射频模块经由所述第一电容和电缆与所述信号放大单元进行连接。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述天线单元还包括：第二供电单元，所述第二供电单元包括：第二电源、第二RL耦合过滤网络和第二电容，所述第二电容设置于所述信号放大单元的输入路径上；所述第二RL耦合过滤网络的一端连接于所述第二电源的输入端，另一端连接于所述第二电容的输入端；

其中，所述射频模块经由所述第一电容、所述电缆和所述第二电容与所述信号放大单元进行连接。

5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述第一供电单元还包括：第三电容，所述第三电容的一端连接于所述第一电源的输出端与所述第一RL耦合过滤网络的输入端之间；所述第三电容的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二供电单元还包括：第四电容，所述第四电容的一端连接于所述第二RL耦合过滤网络的输出端与所述第二电源的输入端之间；所述第四电容的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述发射放大电路包括：功率放大器和第一滤波器；所述功率放大器用于对所述V2X单元的输出信号进行放大处理，所述第一滤波器用于对放大处理后的输出信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由所述收发天线进行信号发射；

所述接收放大电路包括：低噪声放大器和第二滤波器；所述低噪声放大器用于对收发天线接收的输入信号进行放大处理，所述第二滤波器用于对放大处理后的输入信号进行滤波处理，滤波处理后的信号经由电缆接入所述V2X单元。

8.一种车辆V2X设备，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的电路。

9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的电路或权利要求8所述的车辆V2X设备。

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