CN116075979A - 用于车辆中的无线电移动通信的毫米波天线系统 - Google Patents

用于车辆中的无线电移动通信的毫米波天线系统 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆中的无线电移动通信的天线系统(100、300)，包括至少一个远程天线模块(2)，该远程天线模块(2)通过电缆(3a、3b)连接到中央控制单元(1)；远程天线模块(2)包括：多个辐射元件(20)、RF前端(21)、和控制接口(22)；中央控制单元(1)包括：信号处理器(10)、和控制接口(12)；远程天线模块的控制接口(22)和中央控制单元的控制接口(12)适当地配置为通过所述电缆(3a、3b)来传输输入/输出数据信号(S0、St)和控制信号(S1、S3)，从而控制远程天线模块的控制接口(22)和RF前端(21)。

Description

用于车辆中的无线电移动通信的毫米波天线系统
技术领域
本发明涉及一种安装在车辆中的移动无线通信系统，其使用多个毫米波天线模块，具体地，涉及一种允许中央单元实时选择和控制天线或具有收发信道的最好条件的天线的方法。
背景技术
当前，称为4G的通信系统用于无线数据传输。为了满足对无线数据流量不断增长的需求，人们正在努力开发一种更先进的通信系统，即5G。为了实现更高的数据传输速率，毫米波(mmW)频带已分配给5G通信系统。然而，在这样的频率范围内，由于无线电波在自由空间中的传播或由于障碍物的存在而导致的衰减非常高。因此，有必要增加收发器天线的增益，以补偿损耗并增加无线电波的传输距离(覆盖范围)。为此，可以使用不同的技术来调节多个输入和输出，例如波束成形(收发器波束的动态修改)和/或波束控制(收发器波束的动态寻址)、MIO(多输入-多输出)、以及与编码、调制等相关的其它解决方案……
在例如汽车的交通工具中，通常由金属制成或涂有金属的交通工具本身的存在导致对电磁波的不可穿透的屏蔽，尤其是在毫米频带中。为了克服这样的问题，必须在车辆上安装多个天线以保证与无线电基站(BS)通信的可能性，无论它们位于相对于车辆的哪个方向，从而提高移动通信系统的稳定性和用户体验。
US5767793和US6034641公开了适合检测障碍物存在的用于车辆的毫米波雷达天线。然而，在这种情况下，雷达不需要与无线电基站(BS)通信；因此，无需决定使用哪种雷达天线，因为所有雷达天线同时运行以检测其可见范围内是否存在障碍物。
在通常比车辆小得多的设备中，例如移动电话(智能手机)、手持设备(平板电脑)、便携式电子计算机(笔记本电脑)等，使用放置在不同位置的多个天线和一个或者选择更多具有最佳信道质量的一个或多个天线。
WO2019156468-A1和US20200044314公开了安装在设备中以选择天线的传感器，例如6轴传感器或触摸传感器(电容传感器或具有其它技术的传感器)。然而，在这些应用中，控制单元与要选择和/或控制的天线之间的距离很短(几厘米)，因此可以通过专用迹线和信号与单个电子板上的天线进行通信而几乎没有或没有复杂度。
相反，在车辆中，中央控制单元与远程天线模块之间的连接电缆的长度(通常超过2米)使得通信和天线选择需要不同类型的解决方案。
US2018/269915公开了一种传统的车辆天线系统，其包括多个天线模块。每个模块仅包括一个常规类型的天线而不是毫米波天线。由于该模块仅包括一个天线，显然该模块不具有能够执行波束成形或波束控制以改变天线波束指向的RF前端。在不改变指向的情况下，天线增益将太差而无法确保足够的通信连接，因为毫米波信号会发生高路径衰减，而在较低频率的频带中则不会。这样的天线系统提供远程控制每个模块的单相和单增益。该模块没有带波束成形的RF前端，可同时控制模块中多个天线的相位和增益。这种天线系统在低频下运行，不需要频率转换来远程传输模拟信号，而毫米波需要频率转换。该系统在中频(低于载波频率)执行上下转换从而进行部分调制/解调，从而减少必要的传输和接收频带，并且不克服由于非常高的信号导致的频率损失。这样的文件公开了位于车辆中的不同天线模块之间的相位和幅度变化并且没有提供波束成形，改变同一天线模块中的几个天线的相位和幅度。
US2018/288763公开了一种基于时序选择天线的毫米波天线系统。单个天线无法改变其波束成形，因此不需要对天线模块进行控制。这种系统提供可用天线之间的切换，而无需对每个单独天线的波束进行任何控制，无需相位调整，并且无需能够执行波束成形的前端。尽管提到了波束成形，但关于如何从中央控制单元远程调节波束成形的描述并不支持波束成形。天线模块彼此靠近，可以通过开关(包括机械开关)轻松选择，并且靠近通过直接数字连接非常简单地控制模块的控制单元。因此，US2018/288763不涉及建立从中央单元到通过同轴或数字电缆(例如：以太网)连接的远程模块的控制通信的问题。
US2006/172712公开了一种车载非毫米波天线系统。
US2019/393883公开了一种车载数字天线系统。该系统不包括毫米波天线，或具有天线阵列的模块，或能够在模块的天线之间执行波束成形的RF前端。这样的文件描述了模拟/数字转换器中天线的模拟控制电路，其可以远离天线阵列放置，也就是说在模拟连接之后。这种解决方案与毫米波不兼容，因为天线结构与包含在模拟/数字转换器中的放大器之间的损耗会过大，并且会严重损害毫米波系统的性能。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种用于车辆无线电通信的天线系统来消除现有技术的缺点，该天线系统能够实时地选择和控制具有收发器信道的最佳条件的一个或多个天线。
另一个目的是提供高效、有效、可靠、通用且易于安装的天线系统。
这些目的根据具有独立权利要求的特征的本发明来实现。
本发明的有利实施例出现在从属权利要求中。
本发明涉及一种用于车辆中的5G通信的天线系统，与4G系统相比能够支持更高的数据传输速率，以及实现这种天线系统的方式。根据本发明的天线系统可以应用于基于5G通信标准和相关技术的不同类型的车辆(例如轿车、商用车、厢式货车、卡车、火车、摩托车、拖拉机等)。
根据本发明的天线系统包括至少一个天线模块。每个天线模块包括多个使用毫米频带的辐射元件。天线模块远离中央单元定位。辐射元件具有可变波束。每个天线模块都具有RF前端，能够对模块的辐射元件执行波束成形。由于本专利申请中描述的模块的通信和控制系统，天线模块可以远离中央控制单元安装在车辆上。
中央单元能够实时选择具有收发信道的最佳条件的至少一个辐射元件。
以这种方式，选定的辐射元件可以基于对从中央单元接收的信号的质量的检测从而以改进的性能来接收和传输信号。
附图说明
本发明的附加特征将从以下详细描述中显现出来，其涉及仅说明性而非限制性的实施例，如附图中所示，其中：
图1是根据本发明的天线系统的示意图，示出了连接到位于车辆的对应部分中的远程天线模块的中央控制单元；
图2示出了根据本发明的天线系统的远程天线模块的可能结构的四个框图；
图2A是框图，说明根据本发明的天线系统的中央控制单元；
图3是框图，说明在远程天线模块与中央控制单元之间通过同轴电缆的连接的情况下的根据本发明的天线系统；
图3A是图3的框图，说明根据本发明的天线系统所管理的信号的方向；
图4是框图，说明在远程天线模块与中央控制单元之间通过高速数字电缆的连接的情况下的根据本发明的天线系统；
图4A是图4的框图，说明根据本发明的天线系统所管理的信号的方向；
图5是框图，说明在单个毫米波辐射元件的情况下的最小架构；
图6是框图，详细说明图3的系统的控制装置；
图7是图3的框图，详细说明中央控制单元的控制装置；
图7A是图7的框图，说明中央控制单元的控制装置的变体；
图8是框图，详细说明在从中央单元到远程天线的数据传输期间中央单元和远程天线的控制装置；
图9和10是两个框图，说明在数字传输的情况下远程天线到中央单元的两种可能的连接配置。
具体实施方式
参考附图，公开了根据本发明的天线系统，其通常用参考数字100指示。
参考图1，系统100包括连接到多个远程天线模块2的中央控制单元1，这些远程天线模块2位于车辆200中的不同位置并且通过同轴或数字电缆连接到中央控制单元1。
系统100安装在车辆200上，因此考虑从系统100传输到无线电基站(上行链路)的信号流和从无线电基站传输到系统100的信号流(下行链路)。
未来的移动通信技术，通常被称为5G(通过3GPP主体的LTE演进)，规定使用毫米波频带来增加可用于大量数据传输的带宽。具体来说，FR2频带涵盖24.25GHz至52.6GHz。在这些频率下，毫米波在自由空间中的路径衰减非常高。
因此，远程天线模块2包括具有窄波束的高增益天线，可以使用特殊技术(例如波束控制和/或波束成形)对其进行动态寻址。
此外，任何障碍物，特别是那些由金属材料构成的障碍物，对于毫米波的传播来说实际上是不可逾越的。出于这些原因，已经详细研究和分析了在这些频带中的车辆上安装远程天线模块2，以便确定合适的天线位置，使得车身和汽车结构的其它部分不阻断每个天线的视线(LOS)。在任何情况下，都可以逐车研究和优化安装，从而最大限度地提高性能并保证最大的水平覆盖范围。
远程天线模块2可以使用具有不同辐射特性的天线类型。远程天线模块2包括位于车身前部、后部和侧面(例如在后视镜中)或集成在车辆的前照灯或保险杠中的有限水平场天线2'，以及可能位于水平视野开阔区域(例如车顶的中央部分)的其它全水平场天线2"。
参考图2，远程天线模块2可以包括不同类型的天线模块2a、2b。每个天线模块包括：
-多个辐射元件20，适于接收和传输毫米波信号；
-RF前端21，包括用于管理由辐射元件发送或接收的信号以及辐射元件20的波束控制/波束成形功能的电路；
-控制接口22，用于将天线模块2连接到电缆3，例如同轴电缆或数字电缆。
有利地，每个模块的辐射元件20布置成阵列。辐射元件20具有可变波束。
天线模块2a、2b具有多个辐射元件20，它们可以被供电从而改变辐射波束的模块和相位。在这种情况下，RF前端21很复杂，因为它们必须能够处理波束成形/波束控制。
天线模块2a具有处理模拟类型的波束成形/波束控制的RF前端21；相反，天线模块2b具有处理数字类型的波束成形/波束控制的RF前端21。
此外，远程天线模块2可以包括配备有RF前端的天线模块，用于处理用混合数字/模拟方法实现的混合波束成形/波束控制。
参考图2A，中央控制单元1包括信号处理器10，例如连接到控制接口12的调制解调器，用于将中央控制单元1连接到电缆3。
由于远程天线模块2与中央控制单元1之间的距离，需要在中央控制单元1和远程天线模块的控制接口12、22上采取一些措施2。特别地，控制接口12、22配置为允许通过电缆3来传输输入和输出数据信号以及控制信号，控制信号适于控制远程天线模块的控制接口22和RF前端21。
图3示出了天线系统100，其中远程天线模块2与中央控制单元1之间的连接经由同轴电缆3a来进行。
中央控制单元1包括信号处理器10，例如调制解调器，以及控制接口，控制接口连接到信号处理器10并连接到远程天线模块2。
远程天线模块2包括：
-多个辐射元件20，具有可变波束和毫米波类型，
-RF前端21，能够在辐射元件之间执行波束成形，以及
-控制接口22。
控制接口22包括频率转换器23和控制装置24。
频率转换器23连接到RF前端21和控制装置24。
频率转换器23允许经由同轴电缆3a传输从天线模块接收的输入数据信号S0(图3A)。事实上，同轴电缆3a可以很长(超过两米)，因此，它可以在毫米波频带中的信号上产生相当大的衰减，同时它将在几GHz的中频(IF)信号上产生低得多的衰减。
另外，频率转换器23转换将由天线模块传输的输出数据信号St(图3A)的频率。
因此，频率转换器23将辐射元件20接收到的毫米波频率的输入数据信号S0(图3A)转换为包含在1GHz与6GHz之间(取决于信号带宽)的第一中频IF1的数据信号，并将来自信号处理器10的第一中频IF1或同一频带内的另一个IF的输出数据信号St转换为毫米频率的数据信号，从而由辐射元件20传输。
除了来自并指向频率转换器23的输入和输出数据信号S0、St之外，来自中央控制单元的信号处理器10的控制信号S1、S2被传递在相同同轴电缆3a上，从而分别控制频率转换器23和RF前端21。控制信号S1、S2包括低复杂度信号和高复杂度信号。
低复杂度信号用于在传输功率放大器PA和接收低噪声放大器LNA之间进行选择，如图5所示。
相反，高复杂度信号用于控制能够处理模拟波束成形的RF前端21(例如在天线模块2a的情况下)或能够处理数字波束成形的RF前端21波束成形(例如在天线模块2b的情况下)。
在模拟波束成形的情况下，高复杂度控制信号用于控制模拟波束成形功能所必需的移相器和功率放大器PA或低噪声放大器LNA网络。
在数字波束成形的情况下，高复杂度控制信号用于控制数字波束成形阶段，该数字波束成形阶段通常包括可控移相器、来自阵列中每个子天线的信号的幅度(权重)控制、频率转换器、D/A和A/D转换器、时钟控制、自适应滤波器等...
中央控制单元1的控制接口12包括控制装置14，该控制装置14与远程天线模块2的控制接口22中设置的控制装置24通信，从而承载在相同同轴电缆3a上的控制信号S1、S2，其上也传输转换为第一中频IF1的输入和输出数据信号S0、St。
中央控制单元的控制装置14包括UP型频率转换器，能够将控制信号S1、S2转换为第二中频IF2，该第二中频IF2不同于用于传输数据信号S0、St的第一中频IF1。为了说明的目的，第二中频IF2可以包括在0.1GHz与1GHz之间的范围内。这样，输入和输出数据信号S0、St与控制信号S1、S2之间不会产生干扰。
中央控制单元1的控制装置14包括收发器41，用于将来自信号处理器10的控制信号转换为第二中频IF2。
天线模块2的控制装置24为DOWN频率转换器，适于将控制信号S1、S2从第二中频IF2转换为较低频率，从而控制频率转换器23和RF前端21。此外，天线模块的控制装置24解释控制信号S1、S2并相应地作用于频率转换器23和RF前端21。为此，天线模块的控制装置24包括转换来自第二中频IF2的信号的收发器以及例如微控制器或ASIC或FPGA的逻辑装置。
此外，远程天线模块2必须通过用于传输数据和控制信号的相同同轴电缆3a来供电。因此，中央控制单元1和远程天线模块2包括对应的电源块15、25，它们通过同轴电缆3a相互通信。天线模块的电源块25能够从同轴电缆3a回收直流(DC)电力，而不干扰在同轴电缆上以中频IF1和IF2来传播的高频信号S0、St、S1、S2。
中央控制单元1的控制接口12包括多个DA/AD转换器单元16，其中每个DA/AD转换器单元16连接到对应的远程天线模块2。每个DA/AD转换器组件16包括数模DA转换器和模数AD转换器。
由于系统100包括多个远程天线模块2，因此可以一次选择单个远程天线模块，或者通过数字或模拟方法将从多个远程天线模块接收到的信号组合起来，即，天线阵列或分集或各种类型的MIMO技术(通过DSP以模拟或数字方式执行的几个信号的幅度和/或相位混合)。在其最简单的版本中，天线的选择是通过检测每个天线的信号电平RSSI并显然选择提供最高信号电平(最高功率)的天线来执行的。
参考图3A，在接收期间，由辐射元件20拾取的输入数据信号S0必须被发送到信号处理器10。为此，辐射元件20拾取毫米波输入数据信号S0，该输入数据信号被RF前端21放大并路由到正确的路径上。输入数据信号S0被发送到频率转换器23，从而转换为第一中频IF1并引入同轴电缆3a，该同轴电缆3a将输入数据信号S0传送到中央控制单元的转换器单元16的A/D转换器，其将输入数据信号S0数字化并将其发送到信号处理器10。显然，转换器16必须能够以第一中频对输入数据信号S0进行采样。
在传输过程中，来自信号处理器10的输出数据信号St必须被发送到辐射元件20，从而在以太中传输。为此，信号处理器10以数字格式输出输出数据信号St。转换器单元16以第一中频IF1将输出数据信号St从数字转换为模拟。显然，转换器单元16必须具有能够以第一中频IF1进行转换的DA转换器。在第一中频IF1的输出数据信号St通过同轴电缆3a传输并到达远程天线模块2的频率转换器23，该频率转换器23将其转换为毫米频率。毫米频率的输出数据信号St被放大并由RF前端路由到辐射元件20，辐射元件20将其传输到以太中。
控制信号S1、S2由信号处理器10生成并被发送到中央控制单元的控制装置14，中央控制单元将它们转换为第二中频IF2并将它们引入同轴电缆3a。在第二中频IF2的控制信号S1、S2到达远程天线模块的控制装置24，并被转换为适于分别控制频率转换器23和RFRF前端21的低频。
电源信号A在同轴电缆3a上从电源块15发送到电源块25，该电源块25为远程天线模块2的所有有源设备供电。
远程天线模块2的电源块25向控制装置24发送指示电源块25的状态的诊断信号S4。控制装置24将诊断信号S4转换成第二中频IF2。在这种情况下，控制装置24必须具有UP转换器从而将诊断信号S4传送到第二中频IF2。在第二中频IF2的诊断信号S4通过同轴电缆3a发送至中央控制单元1的控制装置14，该控制装置14将其转换为较低频率并将其发送至信号处理器10，其检测电源的任何异常。因此，中央控制单元的控制装置14必须提供DOWN频率转换器从而降低诊断信号S4的频率。
从中央控制单元1传输到远程天线模块2的控制信号包括电源控制信号S5，该电源控制信号S5必须到达远程天线模块的电源块25。电源控制信号S5跟随与控制信号S1、S2相同的路径，并从控制单元24传输到电源块25。
参考图6，中央控制单元的控制装置14包括逻辑装置40，该逻辑装置40接收来自信号处理器10的控制信号S1、S2、S5。逻辑装置40处理控制信号S1、S2、S5并将其封装为封装信号C3，该封装信号C3被发送至收发器41，该收发器41将封装信号C3转换为第二中频IF2。在第二中频IF2的封装信号C3通过低通滤波器42，该低通滤波器42适于阻断同轴电缆3a上存在的第一中频IF1，然后封装信号C3被发送到混合器(mixer)43，在混合器43它以第一中频IF1与输出数据信号St混合。可选地，中央控制单元的控制装置14包括高通滤波器44，其适于在到达转换器单元16之前阻断存在于同轴电缆3a上的第二中频IF2。
从混合器43输出包括封装信号C3和输出数据信号St的混合信号M。这样的混合信号在同轴电缆3a上发送并到达设置在远程天线模块的控制单元24中的分离器(demixer)50。
分离器50将在第二中频IF2的封装信号C3与在第一中频的输出数据信号St分离。来自分离器50的在第二中频IF2的封装信号C3通过低通滤波器52，该低通滤波器52阻断第一中频IF1，并且封装信号C3到达天线模块的控制装置的收发器53。收发器53将封装信号C3返回到基带并将其发送到逻辑装置54，该逻辑装置54解封控制信号S1、S2、S5。
可选地，远程天线模块的控制装置24可以包括高通滤波器51从而在分频器50的输出处阻断第二中频IF2。
参考图7，在多于一个远程天线模块2的情况下，来自中央控制单元的控制装置的唯一收发器41的在第二中频IF2的封装信号C3与来自转换器单元16的每个DA转换器的在第一中频IF1的输出数据信号St混合，并且混合信号M在连接到对应天线的同轴电缆3a上被发送。在这种情况下，低通滤波器42和混合器43的数量将等于天线2的数量。
图7A图示了中央控制单元的控制装置14，其包括数量等于天线2的数量的收发器41。每个收发器41输出在第二中频IF2的封装信号C3，该封装信号C3与来自转换器单元16的每个DA转换器的在第一中频IF1的输出数据信号St混合.
图4图示了基于通过例如以太网电缆的数字电缆3b的信号传输的天线系统300的第二实施例。每个远程天线模块2包括至少一个辐射元件20、RF前端21和控制接口22。
控制接口22包括频率转换器23、DA/AD转换器单元26和控制装置124。
DA/AD转换器单元26包括数模(DA)转换器和模数(AD)转换器，其适于使模拟信号适于数字传输，反之亦然。
中央控制单元1包括信号处理器10和包括控制装置114的控制接口12。
天线模块的控制装置124适于在输入数据信号S0的流中还包括控制装置124的状态的诊断信号S4。中央控制单元的控制装置114还适于在输出数据信号St的流中还包括用于控制频率转换器23、RF前端21和DA/AD转换器单元的控制信号S1、S2、S3。
天线模块的控制装置124能够将输出数据信号St与控制信号S1、S2、S3分离。中央控制单元的控制装置114能够将输入数据信号S0与诊断信号S4分离。
为此，天线模块的控制装置124包括数字传输控制器、能够封装/解封数字信号的串行器/解串器、以及用于管理天线模块的设备的计算单元(例如微控制器、ASIC或FPGA)。
中央控制单元的控制装置114包括数字传输控制器和能够封装/解封数字信号的串行器/解串器。
输入数据信号S0、输出数据信号St、控制信号S1、S2、S3和诊断信号S4在数字电缆3b上传输，并通过远程天线模块和中央控制单元的两个控制装置114、124之间的直接通信，从远程天线模块2到中央控制单元1收发。
中央控制单元的控制装置114直接连接到信号处理器10。
在天线模块2通过数字电缆3b而连接到中央控制单元的情况下，数字电缆3b的一些极点可以专用于承载直流电源，避免需要电源块25、15，如图3所示。
参考图4A，在接收期间，由辐射元件20拾取的输入数据信号S0必须被发送到信号处理器10。为此，在毫米频率的输入数据信号S0被辐射元件20拾取并被发送到RF前端21，RF前端21对其进行放大和路由。输入数据信号S0由频率转换器23从毫米频率转换为包含在0.1GHz与6GHz之间的中频IF1。然后输入数据信号S0被转换器单元26的AD转换器数字化。
控制装置124将输入数据信号S0与诊断信号S4一起封装在数字通信协议中，从而获得封装信号C1。
控制装置124在数字电缆3b上以数字格式传输所述封装信号C1(由输入数据信号S0和诊断信号S4组成)。然后，数字格式的封装信号C1到达中央单元的控制装置114，控制装置114对其解封从而获得输入数据信号S0，该输入数据信号S0被发送到信号处理器10。
在传输期间，来自信号处理器10的输出数据信号St必须被发送到辐射元件20，从而在以太中传输。为此，信号处理器10以数字格式输出输出数据信号St。中央控制单元的控制装置114将输出数据信号St与控制信号S1、S2、S3一起封装从而获得在数字电缆3b上传输的封装信号C2。封装信号C2被远程天线模块的控制装置124接收并解封，从而获得数字格式的输出数据信号St。数字格式的输出数据信号St被发送到转换器单元26的DA转换器，DA转换器将其转换为模拟信号。模拟输出数据信号St被频率转换器23转换为毫米频率。在毫米频率的输出数据信号St被放大并由RF前端21路由到辐射元件20，辐射元件20将其传输到以太中。
控制信号S1、S2、S3由信号处理器10以数字格式生成，并被发送到中央控制单元的控制装置114，控制装置114将它们与输出数据信号St一起封装从而获得在数字电缆3b上传输的封装信号C2。封装信号C2(包括输出数据信号St和控制信号S1、S2、S3)被远程天线模块的控制装置124接收，该控制装置124解封信号从而获得数字控制信号S1、S2、S3，从而分别控制频率转换器23、RF前端21和DA/AD转换器单元26。
功率信号A从中央控制单元的控制装置114传送到远程天线模块的控制装置124，从而为远程天线模块的所有有源设备供电。
诊断信号S4用于通知信号处理器10关于控制装置124的状态以及关于整个远程天线模块的状态。诊断信号S4是数字类型的并且通过远程天线模块的控制装置124与输入数据信号S0一起封装从而获得封装信号C1。然后，封装信号C1通过数字电缆3b来传输，并被中央控制单元的控制装置114接收，控制装置114对其进行解封从而获得数字格式的诊断信号S4，诊断信号S4被发送到信号处理器10从而检测控制装置124的状态和整个远程天线模块的状态。
图8图示了在从中央控制单元1的控制装置114到远程天线模块2的控制装置124的数字传输的情况下的框图。
中央控制单元1的控制装置114包括编码/解码逻辑115、串行器/解串器116、时钟恢复/锁相环PLL电路117和线路驱动器118。中央控制单元1包括连接到PLL 117的时钟发生器119，使得PLL可以生成发送到串行器116的时钟信号Sc。
天线模块2的控制装置124包括线路驱动器128、解串器/串行器126、时钟恢复/PLL装置127和解码/编码逻辑125。
中央控制单元的控制装置的编码逻辑115接收、处理和编码来自信号处理器10的输出数据信号St和控制信号S1、S2、S3。编码信号被发送到串行器116，在那里它们与用作同步时间参考的时钟信号Sc一起在单个高速数据流中排队。
排队信号St、S1、S2、S3由数字电缆3b上的线路驱动器118来传输。
高速信号流被远程天线模块的控制装置的线路驱动器128接收并可能放大，时钟信号Sc被时钟恢复装置127恢复并发送到解串器126从而解串信号流。解串信号流被发送到解码逻辑125，其中输出数据信号St和控制信号S1、S2、S3被解封并在相关总线上路由。
通过将从远程天线模块的控制装置124到控制装置114的各种装置的操作反向,输入数据信号S0和任何其它控制信号可以相对于图8中指示的方向以相反的方向流动，也就是说，从远程天线模块的控制装置124到中央控制单元的控制装置114。
在这种情况下，解码/编码逻辑125作为编码逻辑运行，解串器/串行器126作为串行器运行，线路驱动器128在数字电缆3b中引入信号，线路驱动器118接收来自数字电缆3b的信号，串行器/解串器116作为解串器运行，并且解码/编码逻辑115作为解码器运行。
参考图9，所有远程天线模块2通过连接到单个共享数据总线B的相应数字电缆3b来接收信号St、S1、S2、S3、Sc，该单个共享数据总线B从中央控制单元的控制装置114的线路驱动器118出来。类似地，所有远程天线模块2通过共享数据总线B上的相应数字电缆3b传输输入数据信号S0和任何控制信号。
在这种情况下，在共享数据总线B上传输的各种信号具有寻址(共享频带)。因此，正确的发送器/接收器的识别是通过由对应控制装置114、124插入的传输协议标头来执行的，该对应控制装置114、124封装了要在共享数据总线B上发送的信号。
参考图10，所有远程天线模块2经由连接到对应专用数据总线B1，...Bn的对应数字电缆3b来接收/发送信号，该对应专用数据总线B1，...Bn从中央控制单元的控制装置114的线路驱动器118出来。
在这种情况下，每个远程天线模块2都有自己的专用数据总线(专用带宽)。因此，传输器与接收器之间没有歧义，并且避免了由于用于非常高速数据信号的数字通信协议而导致的带宽限制。
借助于CST和HFSS，申请人在实验室中对天线系统100、300进行了仿真，并集成到车辆部件上，从而评估其性能。RF前端21的波束成形性能已通过专用于此目的的IC进行测量和表征，并且RF前端21已由专门编程的FPGA进行控制。
该仿真已经表明，模块的辐射元件的波束成形是必要的，并且这种波束成形可以由来自中央控制单元1的控制信号S2来控制。

Claims (11)

1.用于车辆中的无线电移动通信的天线系统(100、300)，包括至少一个远程天线模块(2)，该远程天线模块(2)通过电缆(3a、3b)连接到中央控制单元(1)；
其中，所述远程天线模块(2)包括：
-至少一个辐射元件(20)，其适于接收/传输输入/输出数据信号(S0、St)，
-RF前端(21)，其适用于放大、移相和路由所述输入/输出数据信号(S0、St)，以及
-控制接口(22)，其连接到所述RF前端(21)和所述电缆(3a、3b)；
其中，所述中央控制单元(1)包括：
-信号处理器(10)，以及
-控制接口(12)，其连接到所述信号处理器(10)和所述电缆(3a、3b)；
其中，该远程天线模块的所述控制接口(22)和该中央控制单元的所述控制接口(12)适当地配置为通过所述电缆(3a、3b)来传输所述输入/输出数据信号(S0、St)和所述控制信号(S1、S3)，从而控制该远程天线模块的所述控制接口(22)，
其特征在于
所述远程天线模块(2)包括多个具有可变波束的辐射元件(20)，该辐射元件(20)用于接收/传输高于20GHz的毫米波(mmW)信号；
所述RF前端(21)配置为从该中央控制单元(1)接收控制信号(S2)并执行单个远程天线模块的所述多个辐射元件(20)的波束成形。
2.根据权利要求1所述的天线系统(100、300)，其中，远程天线模块的所述多个辐射元件(20)包括辐射元件阵列。
3.根据权利要求1或2所述的天线系统(100、300)，其中，该远程天线模块的所述控制接口(22)包括频率转换器(23)，该频率转换器(23)接收在毫米波的该输入数据信号(S0)并将其转换为在低于毫米波的第一中频(IF1)的输入数据信号，从而通过电缆(3a、3b)发送它，并且该频率转换器(23)接收在低于毫米波的频率的该输出数据信号(St)并将其转换为在毫米波的输出数据信号，从而将其发送到该辐射元件(20)。
4.根据权利要求3所述的天线系统(100)，其中，所述电缆(3a)是同轴电缆并且该中央控制单元的所述控制接口(12)包括DA/AD转换器单元(16)，该DA/AD转换器单元(16)包括：
-AD转换器，其以所述第一中频(IF1)将来自该频率转换器(23)并通过所述同轴电缆(3a)传播的所述输入数据信号(S0)从模拟转换为数字，以及
-DA转换器，其以所述第一中频(IF1)将来自所述信号处理器(10)的所述输出数据信号(S0)从数字转换为模拟，从而通过该同轴电缆(3a)发送到所述频率转换器(23)。
5.根据权利要求4所述的天线系统(100)，其中，该中央控制单元的所述控制接口(12)包括控制装置(14)，该控制装置(14)通过该同轴电缆(3a)连接到该天线模块的所述控制接口(12)的控制装置(24)，
其中，该中央控制单元的该控制装置(14)包括UP频率转换器，其用于将来自所述信号处理器(10)的控制信号(S1、S2)转换为不同于该第一中频(IF1)的第二中频(IF2)，并且该天线模块的该控制装置(24)包括DOWN频率转换器，其用于将来自该中央控制单元的所述控制装置(14)的控制信号(S1、S2)转换为频率较低的控制信号(S1、S2)，适于控制所述频率转换器(23)和所述RF前端(21)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的天线系统(100)，其中所述中央控制单元(1)包括电源块(15)，该电源块(15)通过所述同轴电缆(3a)连接到所述天线模块的电源块(25)，该电源块(25)为所述天线模块的有源组件供电。
7.根据从属于权利要求5的权利要求6所述的天线系统(100)，其中，该天线模块的所述电源块(25)连接到该天线模块的所述控制装置(24)从而发送指示该天线模块的所述电源块(25)的状态的诊断信号(S4)，并且该天线模块的所述控制装置(24)包括UP频率转换器，将来自该电源块(25)的所述诊断信号(S4)转换成在所述第二中频的诊断信号，从而通过该同轴电缆(3a)来发送，并且该中央控制单元的该控制装置(14)包括DOWN频率转换器，将该诊断信号(S4)从该第二中频(IF2)转换为到合适的频率从而被发送到所述信号处理器(10)。
8.根据权利要求1或2或3所述的天线系统(300)，其中，所述电缆(3b)是数字电缆并且该中央控制单元和该远程天线模块的所述控制接口(12、22)包括控制装置(114、124)，该控制装置(114、124)适于封装数字信号从而将它们发送到所述数字电缆(3b)并且适于解封来自所述数字电缆(3b)的数字信号。
9.根据权利要求8所述的天线系统(300)，其中，该远程天线模块的所述控制接口(22)包括连接到所述频率转换器(23)和所述控制装置(124)的DA/AD转换器单元(26)，所述DA/AD转换器单元(26)包括用于将来自该频率转换器(23)的在该第一中频(IF1)的所述输入数据信号(S0)转换为数字的AD转换器，以及用于将来自该远程天线模块的该控制装置(124)的所述输出数据信号(S0)转换为模拟的DA转换器。
10.根据权利要求9所述的天线系统(300)，其中，该远程天线模块的所述控制装置(124)适当地配置为用来自所述控制装置(124)的诊断信号(S4)来封装该输入数据信号(S0)，从而获得将要通过该数字电缆(3b)来发送的第一封装信号(C1)，并且该中央控制单元的所述控制装置(114)适当地配置为解封所述第一封装信号(C1)，从而获得所述输入数据信号(S0)和诊断信号(S4)；
其中，该中央控制单元的所述控制装置(114)适当地配置为用来自所述信号处理器的控制信号(S1、S2、S3)来封装该输出数据信号(St)，从而获得将要通过该数字电缆(3b)来发送的第二封装信号(C2)，并且该远程天线模块的所述控制装置(124)适当地配置为解封所述第二封装信号(C2)，从而获得所述输出数据信号(St)和所述控制信号(S1、S2、S3)，从而控制所述频率转换器(23)、所述RF前端(21)和所述DA/AD转换器单元(26)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的天线系统(300)，其中，该中央控制单元(1)的该控制装置(114)包括编码/解码逻辑(115)、串行器/解串器(116)、时钟恢复/锁相环(PLL)(117)、和线路驱动器(118)；
该中央控制单元(1)包括连接到该PLL(117)的时钟发生器(119)，从而使得该PLL能够生成发送到该串行器(116)的时钟信号(Sc)；并且该天线模块(2)的该控制装置(124)包括线路驱动器(128)、解串器/串行器(126)、时钟恢复/PLL装置(127)、和解码/编码逻辑(125)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5767793A (en) 1995-04-21 1998-06-16 Trw Inc. Compact vehicle based rear and side obstacle detection system including multiple antennae
JPH1093321A (ja) 1996-09-18 1998-04-10 Honda Motor Co Ltd アンテナ装置
DE19848360A1 (de) * 1998-10-21 2000-04-27 Bosch Gmbh Robert Rundfunkempfangssystem und Verfahren zum Betreiben desselben
US7546146B2 (en) 2005-02-01 2009-06-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Control system and method for diversity antenna system
DE102015012893A1 (de) 2015-10-06 2017-04-06 Audi Ag Kraftfahrzeug mit mehreren Antennen und wenigstens einer Kommunikationseinrichtung
JP6528797B2 (ja) 2017-03-30 2019-06-12 トヨタ自動車株式会社 車載ミリ波通信装置および通信方法
KR102480351B1 (ko) 2018-02-08 2022-12-22 삼성전자 주식회사 실시간으로 안테나를 전환하기 위한 단말 방법 및 장치
US10554213B2 (en) 2018-06-21 2020-02-04 Northrop Grumman Systems Corporation Digital communications converter for a vehicle antenna system
CN208589528U (zh) 2018-08-03 2019-03-08 瑞声科技（南京）有限公司 毫米波阵列天线架构

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