CN115483943A - 一种车载天线系统及其天线补偿器和补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种车载天线系统及其天线补偿器和补偿方法，车载天线系统包含车头天线、车尾天线、天线补偿器和射频收发器，射频收发器中的V2X模组通过无线方式发送同步控制信号给天线补偿器中的BLE模组，由BLE模组控制天线补偿器切换到对应的发射通路和接收通路，并分别对V2X发射信号和V2X接收信号进行放大补偿，且BLE模组采集天线端口功率信息，健康状态和诊断信息，通过无线方式回传给射频收发器，实现闭环功率控制和健康状态监测，以及故障诊断。本发明通过V2X天线和BLE天线的复用实现了对V2X发射信号的闭环功率控制和对V2X接收信号的功率补偿，同时利用天线补偿器中和射频收发器中的BLE模组实现了车钥匙定位，降低了设计和安装成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种车载天线系统及其天线补偿器和补偿方法。
背景技术
随着车联网的发展，越来越多的车型配备了V2X(vehicle to everything，车与万物互联)功能，是未来智能交通运输系统的关键技术。V2X功能使得车与车、车与基站、基站与基站之间能够通信，从而获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，以提高驾驶安全性，减少拥堵，提高交通效率，提供车载娱乐信息等。
为保证通信质量、通信距离以及覆盖范围，V2X的两根天线就需要拉开距离分别布置在车头和车尾的位置，这样的布置就会导致天线距离V2X的射频收发器(T-BOX)较远，射频线缆过长导致衰减过大，有效通信距离大大减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载天线系统及其天线补偿器和补偿方法，实现了对V2X发射信号的闭环功率控制和V2X接收信号的功率补偿，降低了设计和安装成本。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于车载天线系统的天线补偿器，所述车载天线系统包含车头天线、车尾天线和射频收发器，所述天线补偿器包含：
端口切换模块，其用于根据同步控制信号来切换车头天线和/或车尾天线处于发射状态或接收状态，并对发射或接收的V2X射频信号的功率进行放大补偿；
BLE模组，其用于接收来自射频收发器的同步控制信号发送给所述端口切换模块，并实时采集所述端口切换模块的天线端口功率将天线端口功率通过车头天线和/或车尾天线反馈至所述射频收发器；
双工器，其连接所述端口切换模块和BLE模组，用于接收和发射V2X射频信号和BLE射频信号。
所述端口切换模块包含单刀双掷射频开关，以及接收通路和发射通路；
所述单刀双掷射频开关的公共端口连接至所述射频收发器，所述单刀双掷射频开关的剩余两个端口分别连接至所述接收通路和发射通路；
所述接收通路上串联有第一放大器，用于对接收状态时的V2X射频信号进行功率放大；
所述发射通路上串联有第二放大器，用于对发射状态时的V2X射频信号进行功率放大。
所述天线补偿器还包含：供电电路，其连接所述通路切换模块中的射频前端模块、射频开关和BLE模组，用于提供电能。
本发明还提供一种车载天线系统，包含：设置在车头位置的车头天线和设置在车尾位置的车尾天线，所述车头天线和车尾天线采用V2X天线和BLE天线共用设计，实现V2X天线和BLE天线的功能复用；所述车头天线和所述车尾天线分别连接至所述的天线补偿器，所述车头天线补偿器和所述车尾天线补偿器分别连接至射频收发器，所述射频收发器控制所述车头天线和车尾天线的收发状态与射频收发器保持一致，并控制天线补偿器对发射的V2X射频信号进行闭环功率补偿。
所述射频收发器包含：V2X模组，BLE模组和一根内置的BLE天线，以及车身处理器VP和应用处理器AP；所述V2X模组用于发射和接收V2X射频信号，并发射同步控制信号；所述BLE模组和所述BLE天线用于将所述同步控制信号传输至所述天线补偿器，以切换所述车头天线和车尾天线的发射接收状态，并控制所述天线补偿器对所述车头天线和车尾天线进行功率补偿。
所述车头天线集成在所述车头天线补偿器中，和/或，车尾天线集成在所述车尾天线补偿器中。
所述射频收发器包含：电源，所述电源连接所述V2X模组、车身处理器VP、应用处理器AP和BLE模组，用于提供电能。
所述射频收发器包含：与所述BLE模组连接的车身处理器VP，用于计算车钥匙位置。
所述射频收发器包含：与所述V2X模组连接的应用处理器AP，用于提供蜂窝通信功能，实现C-V2X通信。本发明还提供一种天线补偿方法，射频收发器中的V2X模组根据V2X通路的发射状态或接收状态发送同步控制信号给射频收发器中的BLE模组；BLE模组通过内置的BLE天线发射同步控制信号给车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组；由天线补偿器中的BLE模组控制天线补偿器中的端口切换模块切换到对应的发射通路和接收通路，使所述车头天线和车尾天线的收发状态与所述射频收发器保持一致；天线补偿器中的射频前端模块中的发射通路对发射的V2X射频信号的功率进行放大补偿，接收通路对接收的V2X射频信号的功率进行放大补偿。
所述天线补偿器中的BLE模组实时采集所述射频前端模块的天线端口功率，通过车头天线和车尾天线将天线端口功率回传给射频收发器中的BLE天线，再通过射频收发器中的BLE模组将天线端口功率发送给射频收发器中的V2X模组，所述V2X模组根据天线端口功率实时调节V2X射频信号的发射功率，从而完成V2X功率的闭环反馈控制，并且把健康状态和故障诊断信号上报给应用处理器AP，再由应用处理器AP上报给车身处理器VP，由车身处理器VP完成健康状态监控和故障诊断。
本发明具有以下优点：
1、利用BLE模组实现了对V2X射频信号的补偿和射频收发器的闭环控制，不需要额外增加用于补偿器的控制电路，节省了资源，降低了成本。
2、车头天线和车尾天线采用V2X天线和BLE天线共用设计，将不同频的V2X天线和BLE天线使用双工器进行分频，实现了V2X天线和BLE天线的功能复用，减少了天线使用量，大大降低了设计和安装成本，同时解决了天线安装位置紧缺的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种车载天线系统的结构示意图。
图2是天线补偿器的结构示意图。
图3是天线处于发射状态时的补偿方法流程图。
图4是天线处于接收状态时的补偿方法流程图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。
由于V2X天线的工作频率在5.9GHz，低损耗射频线缆在5.9GHz的损耗为1.7dB/m，部分车型的线缆长度会长至7米，那么总共衰减11.9dB，功率大小只有原先的1/16，有效通信距离大大减小。如何解决射频线缆过长导致衰减过大的问题，是迫在眉睫要解决的难题。
V2X通信和WIFI一样是时分复用的机制，发射和接收共用同一个通路，芯片内部利用不同的时隙进行发射和接收。天线端的有源补偿电路必须和射频收发器保持收发同步，控制开关切换分别对发射和接收信号进行放大，这样才能起到补偿长线束带来的通路损耗。
如图1所示，本发明提供一种车载天线系统，包含设置在车头位置的车头天线ANT1和设置在车尾位置的车尾天线ANT2，所述车头天线ANT1和车尾天线ANT2的结构一样，都可以实现V2X天线和BLE(Bluetooth low energy，低功耗蓝牙)天线的功能复用。所述车载天线系统还包含设置在所述车头天线ANT1附近的车头天线补偿器1，以及设置在所述车尾天线ANT2附近的车尾天线补偿器2，所述车头天线补偿器1和车尾天线补偿器2的结构相同，用于实现对天线通路损耗的补偿。在实际应用中，所述天线可以集成在所述天线补偿器中，或者，所述天线通过射频线缆连接所述天线补偿器。所述车载天线系统还包含分别通过同轴线缆连接所述车头天线补偿器1和所述车尾天线补偿器2的射频收发器3，所述射频收发器3实现对所述车头天线ANT1和车尾天线ANT2的补偿控制。
如图1所示，所述射频收发器3包含：一根内置的BLE天线31，BLE模组32，V2X模组33，车身处理器(VP)34，应用处理器(AP)35和电源36；所述BLE模组32与所述BLE天线31之间通过PCB上的微带线或者同轴线缆连接，传输BLE射频信号；所述BLE模组32与所述V2X模组33之间通过Uart(串口)进行通信，传输BLE射频信号；所述V2X模组33用于发射V2X射频信号，还用于发射同步控制信号(TX/RX control)以切换所述车头天线和车尾天线的发射接收状态，并控制所述天线补偿器对所述车头天线和车尾天线进行功率补偿；所述BLE模组32和所述BLE天线31用于将所述同步控制信号(TX/RX control)传输至所述天线补偿器；所述车身处理器(VP)34和所述应用处理器(AP)35之间通过Uart(串口)或SPI(SerialPeripheral Interface)传输数字信号，所述车身处理器(VP)34用于接收、处理和发送车身CAN数据，所述应用处理器(AP)35用于完成应用处理，应用处理器和射频方案集成在一起，为4G/5G模组，是起到提供蜂窝通信作用的，V2X和基站通信后称为C-V2X)；所述BLE模组32与所述车身处理器(VP)34之间通过Uart(串口)进行传输数字信号；所述V2X模组33与所述应用处理器(AP)35之间通过USB或SPI传输数字信号；所述电源36通过电感(L0和L2)连接所述V2X模组33，为所述V2X模组33提供电能，电感起到的作用是通低频信号(电信号)，隔绝高频信号(V2X射频信号)；所述V2X模组33通过电容(C1和C3)连接至车头天线补偿器1和车尾天线补偿器2，电容起到的作用是通高频信号(V2X射频信号)，隔绝直流信号(电信号)。
如图2所示，以所述车头天线补偿器1为例，所述车头天线补偿器1通过同轴线缆连接所述射频收发器3中的所述V2X模组33，传输V2X射频信号。
所述车头天线补偿器1包含：
双工器101，其通过微带线连接所述射频前端模块102和BLE模组104，用于接收和发射V2X射频信号和BLE射频信号；
通路切换模块，其用于切换天线处于发射状态或接收状态，并对V2X发射信号和V2X接收信号的功率分别进行放大；所述通路切换模块包含：射频前端模块102和射频开关(SPDT)103，所述射频前端模块102包含接收通路和发射通路，所述射频前端模块102还包含单刀双掷开关K，所述单刀双掷开关K的公共端口连接至所述双工器101，其剩余两个端口分别连接至所述接收通路和发射通路；所述射频开关103是单刀双掷开关，其公共端口连接至外部连接器后再经过同轴线缆连接至所述射频收发器3中的所述V2X模组33，其剩余两个端口分别连接至所述接收通路和发射通路，所述接收通路上串联有第一放大器(LNA，低噪声放大器)，用于对接收状态时的V2X接收信号进行功率放大，所述发射通路上串联有第二放大器(PA)，所述第二放大器用于对发射状态时的V2X射频信号进行功率放大，在所述发射通路上还串联有带通滤波器(BF)，所述带通滤波器用于增加带外抑制，减少与WiFi的互扰；
BLE模组104，其用于接收同步控制信号(TX/RX control)，并采集所述射频前端模块102的状态形成功率检测信号(telemetry)，所述功率检测信号包含射频前端模块102的天线端口功率、健康状态和诊断信息等；
供电电路105，其通过同轴线缆连接至所述射频收发器3中的电源36，所述供电电路105连接所述射频前端模块102、射频开关103和BLE模组104，用于提供电能。
其中，所述发射通路和接收通路经过所述射频开关103合一后，通过电容C2连接至外部连接器，再通过同轴线缆连接至所述射频收发器3，电容用于隔绝直流信号(电信号)，通高频信号(V2X射频信号)。所述电感L1是用于通低频信号(电信号)，隔绝高频信号(V2X射频信号)。
本发明还提供一种天线补偿方法，采用BLE模组和BLE天线通过空口传输(通过BLE无线信号传输V2X的同步控制信号)同步控制信号，实现了对分别布置在车头和车尾的两根V2X天线的收发同步和功率补偿。射频收发器中的V2X模组为TDD(Time-division Duplex，时分双工)工作模式，发射信号TX和接收信号RX共用同一个射频通路。射频收发器中的BLE模组和V2X模组实时通信获取V2X通路的发射和接收状态，通过内置的BLE天线发射同步控制信号给车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组，由BLE模组控制天线补偿器中的射频前端模块和射频开关同时切换到对应的发射通路或接收通路，控制天线补偿器和V2X模组收发同步，并采用发射通路和接收通路中的放大器分别对发射信号和接收信号进行功率放大，以补偿传输衰减。天线补偿器中的BLE模组将从射频前端模块中采集的天线端口功率，健康状态，故障诊断信号通过BLE天线发射给射频收发器中的BLE模组，射频收发器中的BLE模组再把收到的天线端口功率，健康状态，故障诊断信息传输给V2X模组，所述V2X模组根据天线端口功率实时调节V2X射频信号的发射功率，从而完成V2X功率的闭环反馈控制，并且把健康状态和故障诊断信号上报给应用处理器AP，再由应用处理器AP上报给车身处理器VP，由车身处理器VP完成健康状态监控和故障诊断。
如图3所示，在发射V2X射频信号时，射频收发器中的V2X模组处于发射状态。射频收发器中的V2X模组同时发射同步控制信号(TX/RX control)给射频收发器中的BLE模组，此时的同步控制信号为发射状态。射频收发器中的BLE模组将同步控制信号通过内置BLE天线发射出去。车头天线或车尾天线接收到同步控制信号，经过天线补偿器中的双工器分频后，将同步控制信号传输给天线补偿器中的BLE模组，天线补偿器中的BLE模组将同步控制信号(TX/RX control)解析成基带信号传输给射频前端模块和射频开关。射频前端模块和射频开关同时切换到发射通路，V2X模组发射的V2X射频信号通过同轴电缆传输至射频前端模块。通路切换模块切换到发射通路，内置放大器PA对V2X发射信号进行放大补偿，最后经双工器传输给车头天线或车尾天线。车头天线或车尾天线将放大补偿后的V2X射频信号发射出去。天线补偿器中的BLE模组采集射频前端模块中的天线端口功率，健康状态，诊断信息，形成功率检测信号(telemetry)经双工器由车头天线或车尾天线发射出去。射频收发器中的内置BLE天线接收到功率检测信号(telemetry)，由射频收发器中的BLE模组解析后传输给V2X模组，V2X模组内部有功率控制机制，如果检测到天线端口的功率值大于目标功率，则V2X模组会降低发射功率，如果检测到天线端口的功率值小于目标功率，则V2X模组会增大发射功率，直至满足目标功率完成闭环功率控制，所述V2X模组把健康状态和故障诊断信号上报给应用处理器AP，再由应用处理器AP上报给车身处理器VP，由车身处理器VP完成健康状态监控和故障诊断。
如图4所示，在接收V2X射频信号时，射频收发器中的V2X模组处于接收状态，V2X模组发射同步控制信号(TX/RX control)给射频收发器中的BLE模组，此时的同步控制信号为接收状态。射频收发器中的BLE模组把同步控制信号(TX/RX control)通过内置BLE天线发射出去。车头天线或车尾天线接收到外界的V2X射频信号和同步控制信号(TX/RX control)并传输给天线补偿器，经过天线补偿器中的双工器分频后，V2X射频信号传输给天线补偿器中的射频前端模块，同步控制信号(TX/RX control)传输给天线补偿器中的BLE模组。天线补偿器中的BLE模组将同步控制信号(TX/RX control)解析成基带信号传输给射频前端模块和射频开关。射频前端模块和射频开关同时切换到接收通路，接收通路中的内置放大器LNA对V2X射频接收信号进行放大补偿。通路切换模块切换到接收通路，将放大后的V2X接收信号通过同轴线缆传输到射频收发器。
进一步，由于本发明分别在车头天线、车尾天线和射频收发器中设置有BLE天线，可以利用三点定位法原理实现车钥匙定位功能。
场景一：汽车熄火后，车钥匙远离时，射频收发器控制车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组断电，使其处于关闭状态，射频收发器中的BLE模组处于低功耗状态，只间歇性对外发出广播信号，用于检测车钥匙。
场景二：当车钥匙接近汽车，车钥匙接收到射频收发器中的BLE模组通过内置BLE天线发出的广播信号后，车钥匙与射频收发器中的BLE模组建立通信连接，射频收发器中的BLE模组检测到车钥匙信号S0，于此同时射频收发器中的BLE模组唤醒射频收发器系统。
射频收发器给车头天线补偿器和车尾天线补偿器上电，唤醒车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组工作。车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组分别与车钥匙建立连接，车头天线补偿器中的BLE模组检测到车钥匙信号S1，车尾天线补偿器中的BLE模组检测到车钥匙信号S2。车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组被唤醒后同时与射频收发器中的BLE模组建立通信，并把检测到的车钥匙信号S1和S2上报给射频收发器中的BLE模组。由射频收发器中的BLE模组把车钥匙信号S0，S1，S2上报给车身处理器(VP)，车身处理器(VP)34通过内置的算法进行车钥匙精确定位，完成定位后与内置的列表进行比对，完成不同距离下的车辆控制。
场景三：车辆点火后，车钥匙就在车内。只需要由射频收发器中的BLE模组与其建立连接，间歇性检测车钥匙状态。车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组则释放算力，全力完成天线补偿器的控制工作。
本发明具有以下优点：
1、利用BLE模组实现了对V2X射频信号的补偿和射频收发器的闭环控制，不需要额外增加用于补偿器的控制电路，节省了资源，降低了成本。
2、车头天线和车尾天线采用V2X天线和BLE天线共用设计，将不同频的V2X天线和BLE天线使用双工器进行分频，实现了V2X天线和BLE天线的功能复用，减少了天线使用数量，大大降低了设计和安装成本，同时解决了天线安装位置紧缺的问题。
需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于车载天线系统的天线补偿器，所述车载天线系统包含车头天线、车尾天线和射频收发器，其特征在于，所述天线补偿器包含：
通路切换模块，其用于根据同步控制信号来切换车头天线和/或车尾天线处于发射状态或接收状态，并对发射或接收的V2X射频信号的功率进行放大补偿；
BLE模组，其用于接收来自射频收发器的同步控制信号发送给所述通路切换模块，并实时采集所述通路切换模块的天线端口功率，将天线端口功率通过车头天线和/或车尾天线反馈至所述射频收发器；
双工器，其连接所述通路切换模块和BLE模组，用于接收和发射V2X射频信号和BLE射频信号。
2.如权利要求1所述的天线补偿器，其特征在于，所述通路切换模块包含单刀双掷射频开关，以及接收通路和发射通路；
所述单刀双掷射频开关的公共端口连接至所述射频收发器，所述单刀双掷射频开关的剩余两个端口分别连接至所述接收通路和发射通路；
所述接收通路上串联有第一放大器，用于对接收状态时的V2X接收信号进行功率放大；
所述发射通路上串联有第二放大器，用于对发射状态时的V2X发射信号进行功率放大。
3.如权利要求2所述的天线补偿器，其特征在于，所述天线补偿器还包含：供电电路，其连接所述通路切换模块和BLE模组，用于提供电能。
4.一种车载天线系统，其特征在于，包含：设置在车头位置的车头天线和设置在车尾位置的车尾天线，所述车头天线和车尾天线采用V2X天线和BLE天线共用设计，实现V2X天线和BLE天线的功能复用；所述车头天线和所述车尾天线分别连接至如权利要求1-3中任意一项所述的天线补偿器，所述车头天线补偿器和所述车尾天线补偿器分别连接至射频收发器，所述射频收发器控制所述车头天线和车尾天线的收发状态与射频收发器保持一致，并控制天线补偿器对发射的V2X射频信号进行闭环功率补偿。
5.如权利要求4所述的车载天线系统，其特征在于，所述射频收发器包含：V2X模组，BLE模组和一根内置的BLE天线；所述V2X模组用于发射和接收V2X射频信号，并发射同步控制信号；所述BLE模组和所述BLE天线用于将所述同步控制信号传输至所述天线补偿器，以切换所述车头天线和车尾天线的发射接收状态，并控制所述天线补偿器对所述车头天线和车尾天线的V2X发射信号进行闭环功率控制和对V2X接收信号进行功率补偿。
6.如权利要求5所述的车载天线系统，其特征在于，所述车头天线集成在所述车头天线补偿器中，和/或，车尾天线集成在所述车尾天线补偿器中。
7.如权利要求6所述的车载天线系统，其特征在于，所述射频收发器包含：电源，为所射频收发器提供电能。
8.如权利要求7所述的车载天线系统，其特征在于，所述射频收发器包含：
与所述BLE模组连接的车身处理器VP，用于计算车钥匙位置；
与所述V2X模组连接的应用处理器AP，用于提供蜂窝通信功能。
9.一种利用如权利要求8所述的车载天线系统进行的天线补偿方法，其特征在于，射频收发器中的V2X模组根据V2X通路的发射状态或接收状态发送同步控制信号给射频收发器中的BLE模组；BLE模组通过内置的BLE天线发射同步控制信号给车头天线补偿器中的BLE模组和车尾天线补偿器中的BLE模组；由天线补偿器中的BLE模组控制天线补偿器中的通路切换模块切换到对应的发射通路和接收通路，使所述车头天线和车尾天线的收发状态与所述射频收发器保持一致；天线补偿器中的发射通路对发射的V2X射频信号的功率进行闭环控制，天线补偿器中的接收通路对接收的V2X射频信号的功率进行放大补偿。
10.如权利要求9所述的天线补偿方法，其特征在于，所述天线补偿器中的BLE模组实时采集所述端口切换模块的天线端口功率，通过车头天线和车尾天线将天线端口功率回传给射频收发器中的BLE天线，再通过射频收发器中的BLE模组将天线端口功率发送给射频收发器中的V2X模组，所述V2X模组根据天线端口功率实时调节射频收发器中的V2X射频信号的发射功率。
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