CN1398051A - 用于专用短程通信路边设备的射频装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种ITS中DSRC RSE的RF装置。本发明的目的是为DSRC RSE提供RF装置，其包括用于根据在DSRC频带中与OBE的通信时的发送/接收模式切换通路的RF切换器；用于接收DSRC频带中的RF信号、将接收的RF信号和本机振荡信号混合、将混合的信号转换成中间频率信号、并从中间频率信号解调出接收数据的接收部分；用于利用本机振荡信号对发送数据进行ASK调制、放大ASK调制信号的功率、并经过RF切换器发送放大的信号的发送部分；和用于根据发送/接收模式由PLL方案产生DSRC频带的本机振荡信号并把本机振荡信号分别输出到发送和接收部分的本机振荡器。

Description

用于专用短程通信路边设备的射频装置

发明领域

本发明涉及智能运输系统(ITS)中的专用短程通信(DSRC)路边设备(RSE)，特别涉及用于DSRC RSE的射频(RF)装置，其包括信号发送/接收通路上共用的晶体振荡器和锁相环(PLL)模块。另外，本发明涉及用于根据增益、幅值或电平对将要发送到机载设备(OBE)的信号进行调幅的DSRC RSE。

背景技术

ITS是一种将现有运输系统和信息、通信、电子、控制和计算机技术相结合来提高灵活性、稳定性、效率和运输环境的新型运输系统。它也可减轻交通阻塞，减少交通事故，增加公共运输的利用率并减少实体分配成本。

为了提供ITS服务而引入DSRC系统，它是在安装于交通工具上的机载装置(OBE)和沿道路分布的RSE之间的双向系统。作为提供大量信息的装置，对于由ITS服务的高级交通管理系统、高级旅客信息系统、高级公共运输系统、商用车操作、高级车辆和公路系统是必要的，DSRC系统构成了服务于ITS的基础设施。

DSRC系统可按不同方式应用于交通信息的收集和利用，例如驾驶中的前方事故和紧急情况、交通流量控制、提供交通信息、附近的旅客信息、自动收费、用于公共运输管理的服务指导系统、货车管理和防止在交叉路口的相撞等。

DSRC系统是支持在5.8GHz频带操作，传输距离低于100米，传输速度为1Mbps的时分多址(TDMA)/时分双工(TDD)方案的小型输出装置。它容纳了全部的与交通信息和控制系统及电子收费系统有关的ITS服务。

图1显示的是现有DSRC RSE的RF装置。参考图1，现有RF装置包括：RF切换器110，用于根据在经过天线100与OBE通信期间的发送或接收模式而切换通路；接收部分120，用于从RF切换器110接收RF、将RF转换到中间频率(IF)并解调IF成为数据信号；发送部分130，用于调制将要发送的数据，从而经过RF切换器110输出调制信号；和本机振荡器140，用于输出本机振荡信号以调谐接收部分120和发送部分130的频率。

在此，接收部分120包括用于滤波接收到的信号来输出5.8GHz频带的第一带通滤波器121，用于放大滤波信号中的低噪声信号的低噪声放大器(LNA)122，用于将LNA 122输出的信号和本机振荡信号混合并转换混合的信号频率成为IF的变频器123，用于滤波IF的第二带通滤波器124，用于放大IF信号的IF放大器125，和用于解调来自放大的IF信号的数据信号的幅移键控(ASK)解调器。

发送部分130包括数据滤波器131，用于对数据进行滤波以输出预定频带的信号；ASK调制器132，用于利用本机振荡信号调制滤波的信号；第三带通滤波器133，用于对ASK调制信号进行滤波以输出5.8GHz频带；以及功率放大器134，用于放大通过第三带通滤波器133滤波的信号的功率。

本机振荡器140包括用于产生5.8GHz频带的接收频率的第一介质谐振振荡器(DRO)121，用于放大接收频率来将其作为本机振荡信号输出到变频器123的第一驱动放大器142，用于产生5.8GHz频带的发送信号的第DRO 143，用于放大发送频率来将其作为本机振荡信号输出到ASK调制器132的第二驱动放大器144。

现有用于DSRC RSE的RF装置结合附图说明如下。

当RF切换器110切换到接收侧时，将通过天线100接收从OBU发送的5.8GHz频带的信号，并输出到接收部分120。

接收部分120将接收的信号和本机振荡信号混合来形成IF信号，并解调接收数据。就接收部分120的这个操作而论，第一带通滤波器121滤波接收的信号以输出5.8GHz频带，并消除其它频带的信号。LNA122为改善噪声图形而放大滤波的低噪声信号。变频器123将从LNA122输出的信号频率和本机振荡信号混合以将它们转换成IF信号。第二带通滤波器124进行滤波以只输出IF频带。IF放大器125放大滤波的IF信号，ASK解调器126解调从中间信号接收到的数据信号。

在发送模式下，发送部分130的数据滤波器131滤波输入的数据信号。ASK调制 132利用本机振荡信号把数据信号调制成5.8GHz频带的信号。第三带通滤波器133对调制的信号进行滤波从而输出必要的5.8GHz频带。功率放大器134放大滤波信号的功率并将之输出。

从发送部分130的功率放大器134输出的发送信号经过与RF切换器110相连的天线100输出到OBU，其在发送模式下和功率放大器134交互工作。

另一方面，本机振荡器140根据发送或接收模式产生各个对应的本机振荡信号，并将其分别发送到接收部分120和发送部分130。第一DRO 141产生5.8GHz的接收频带，更具体地是5.87GHz。第一驱动放大142放大接收频率来将其作为接收本机振荡信号输出到变频器123。

第二DRO 143产生5.8GHz的接收频带，更具体地是5.87GHz。第二驱动放大器144放大发送频率来将其作为本机振荡信号输出到ASK调制器132，并随后调制发送数据。

图2显示的是DSRC RSE中ASK调制器132的输入/输出波形。ASK调制器132根据将要调制的数字数据的高或低电平把5.8GHz的本机振荡信号(即图2A所示的载波输入)调制成数字数据，并如图3C所示发送此输出信号。

也就是，当数字数据的电平为高时，输入模拟信号调制为“1”。当数字数据的电平为低时，输入模拟信号调制为“0”。利用对应“1”或“0”的每个信号的强度比代表调制电平。因此，输出调幅信号。

调幅方案和比如开-关键控的数字发送方案一样，当数字时钟为0时，其输出较小振幅的信号，而当数字时钟为1时，其输出具有初始振幅的信号。

但是，DRO 141、143(产生5.8GHz的振荡频率)安装在现有振荡器140中的每个不同发送和接收通路上。由于DRO 141、143体积大，只能使用从工厂交货时设定的固定信道，信道扫描和改变是不可能的。

和DRO 141、143的形状一样，DRO 141、143的RF部分也有大尺寸，且大尺寸对于从全部RSE中的RF部分分离控制器是关键因素。

现有ASK调制器也不得不采用线性放大器，其成本很高。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于DSRC RSE的RF装置，以根据发送/接收模式，利用温度补偿晶体振荡器(TCXO)和PLL模块产生本机振荡信号，使用其来调谐发送和接收频率。

本发明的另一个目的是提供一种用于DSRC RSE的本机振荡装置，以利用高速切换器来共享昂贵的放大器和乘法器，并输出从PLL模块发送的频率，

本发明的另一个目的是提供一种ASK调制器，用于根据取决于信号增益或幅值的衰减程度和电平以及输出结果，对5.8GHz频带输入载波信号进行振幅调制。

为了实现该目的，根据本发明，提供了一种用于DSRC RSE的RF装置，包括：RF切换器，用于当在DSRC频带中和OBE通信时，根据发送/接收模式切换通路；接收部分，用于在DSRC频带中接收RF信号，将接收的RF信号和本机振荡信号混合，将混合的信号转换为中间频率信号，并由中间频率信号解调接收数据；发送部分，用于利用本机振荡信号对发送数据进行ASK调制，放大ASK调制信号的功率，并通过RF切换器发送放大的信号；以及本机振荡器，用于根据发送/接收模式通过PLL方案产生DSRC频带的本机振荡信号，并将本机振荡信号分别输出到发送和接收部分。

根据本发明，由于安装了晶体振荡器和PLL模块，可以进行信道扫描和改变，这在现有DRO中是不可能的，然后可以进行对RSE的信道和不同服务的远程控制。

此外，由于包括PLL的本机振荡器的体积变小，RF装置也可更小。因此，安装和维修变得容易，增强了RF装置的价格竞争能力。

另外，通过根据数据信号的增益控制、衰减程度调节或切换等对输入模拟信号进行振幅调制，并在DSRC频带内向OBE输出调幅信号，RF装置可由低价零件实现。

附图说明

通过结合附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特征会变得更加清楚。附图中：

图1显示的是现有DSRC RSE的RF装置的结构；

图2显示的是现有ASK调制器的波形；

图3显示的是根据本发明第一个实施例的用于DSRC RSE的RF装置的结构；

图4至图6显示的是根据本发明的图3所示的ASK调制器的实施例的电路图；

图7显示的是根据本发明第二个实施例的用于DSRC的RSE的RF装置的结构。

优选实施例详述

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

图3显示的是根据本发明第一个实施例的用于DSRC RSE的RF装置的结构。图4至图6显示的是根据本发明的如图3所示的ASK调制器的实施例的电路图。图7显示的是根据本发明第二个实施例的用于DSRC RSE的RF装置的结构。

参考图3，RF装置包括：RF切换器210，用于将经过天线200发送到OBE或从OBE接收到的DRSC数据切换到相应通路；接收部分220，用于接收RF信号，利用本机振荡信号将RF信号转换成IF信号，并解调来自IF信号的数据；发送部分230，用于利用本机振荡信号调制发送数据，放大5.8GHz频带中的调制信号的功率，并将其发送到RF切换器210；本机振荡器240，用于根据发送/接收模式、利用TCXO 242、252、PLL模块243、253和乘法器244、254输出DRSC频带的本机振荡信号。

本机振荡器240包括TCXO 242、252，用于根据发送/接收模式产生PLL参考频率PLL模块243、253，用于利用PLL参考频率产生发送和接收频率；RF放大器244、254，用于放大发送和接收频率；乘法器244、255，用于将放大的频率乘以2；第四带通滤波器246、256，用于对倍增的频率进行滤波以输出5.8GHz频带；以及驱动放大器247、257，用于放大滤波的频率并输出本机振荡信号。

如图7所示，作为本发明的第二个实施例的本机振荡器包括：RF切换器344，用于切换由发送和接收PLL模块342、343分别产生的PLL频率，以根据发送/接收模式共享RF放大器345、乘法器346、带通滤波器347和驱动放大器348；输出切换器349，用于根据发送/接收模式切换在驱动放大器308中放大的发送和接收本机振荡信号，并将切换的信号输出到接收部分310和发送部分320。

现在将参照附图对根据本发明实施例的用于DSRC RSE的上述结构的RF装置进行详细说明。

参考图3，对于带有OBE的DSRC，通过根据发送/接收模式利用RF切换器210切换经过天线200发送/接收的信号，DSRC RSE允许DSRC频率的发送/接收。

在接收模式下，从OBU发送的信号经过天线200接收。接收到的RF信号通过由RF切换器210切换的通路发送到接收部分220。在接收部分220中，第一带通滤波器221滤波RF信号，且低噪声放大器222放大带有低噪声的滤波信号。

变频器223将接收的RF信号和本机振荡信号混合来将它们转换成IF信号。第二带通滤波器234为了只输出IF而对转换频率的IF进行滤波。滤波的信号由IF放大器235放大，并由ASK解调器236解调成为1Mbps的Manchester编码数据。

在发送模式下，Manchester编码Tx数据利用本机振荡信号，即载波进行调制，并经过发送部分230中的RF切换器210和天线200发送到OBE。

参考发送部分230的上述操作，数据滤波器231对将要发送的1Mbps的Manchester编码数字数据进行滤波。ASK调制器232利用本机振荡信号调制发送数据。第三带通滤波器233为输出5.8GHz频带而对调制的频率进行滤波。功率放大器234放大经过了带通滤波的频率的功率，且RF切换器210通过RF切换器210切换的通路b输出功率放大信号。

图4显示的是ASK调制器的实施例。ASK调制器包括功率放大器261、262，用于多级放大从本机振荡器输入的5.8GHz频带载波信号；和可变电阻器263，用于降低将要发送的数字数据的电压，以调节调制程度并控制功率放大器261、262的增益。

从ASK调制器的操作，多级功率放大器261、262包括为了多级放大5.8GHz频带输入载波信号IN而分别串联连接的晶体管或FET。每个功率放大器261、262作为在5.8GHz频带中操作的发送放大器而运行，且单级大概为10dB。可变电阻器263发送来自控制器(未显示)的输出数字数据到多级功率放大器261、263的每个栅极。

在此，可变电阻器263根据功率放大器261、262的每个特征调节调制程度。若不需要调节调制程度，可变电阻器可替换成标准电阻器。根据国内标准，可确保75％或更大的调制程度。也就是，当栅极开始在2伏操作时，数据信号以0～5伏输入。因此，数据信号电压可降低。

当输入5.8GHz频带载波信号IN到功率放大器261、262，且把通过可变电阻器263降低了电压的数据加到每个栅极时，将些数据调制成根据栅极电压的周期和电平改变振幅的信号并随后输出。

在此，功率放大器261、262具有在5.8GHz频带操作的发送放大器的多级配置，在本发明中为2级配置。每级大概有10dB的增益。因此，可实现20dB(大约80％)的增益。根据国内标准，满足了75％或更大的调制程度。通过利用发送数据对输入载波信号IN调节功率放大器261、262的增益，输入载波信号可根据发送数据的周期进行振幅调制。

图5显示的是ASK调制器的另一个实施例。参考图5，ASK调制器包括可变衰减器271。根据数据信号的电平对5.8GHz频带输入载波信号的衰减量进行调节。输入载波信号在ASK中调制并输出。这就是，当数据是1时，可变衰减器271的衰减量设为0，且输入载波信号将作为初始的信号输出。当数据是0时，可变衰减器271的衰减量设为1，且初始载波信号变成衰减的并随后输出。因此，实现了振幅调制。在此，根据本说明书，可变衰减器271的衰减量(例如)在20～30dB之间。利用这个5.8GHz频带可变衰减器271，数据信号按照用户要求的数量衰减并进行振幅调制。

图6显示的是ASK调制器的另一个实施例。参考图6，ASK调制器包括RF切换器281。利用RF切换器281，DSRC频带(即5.8GHz频带)的输入载波信号根据发送数据的电平从a切换到b或从a到c。当输入数据信号是1时，输入端a连接到输出端b，且输入载波信号无改变地输出。当输入数据信号是0时，输入端a连接到输出端c，且输入载波信号经过电阻器R1输出到地，以便于其可被衰减。

也就是，RF切换器301将5.8GHz频带的输入载波信号切换到一个输出端b、c，并随后输出1或0的经过振幅调制的信号。

本机振荡器240为了分别调谐发送部分220和接收部分230的发送和接收信号而根据发送/接收模式产生本机振荡信号。本机振荡器240包括发送和接收频率产生模块251、241来为数据发送/接收产生本机振荡信号。

发送和接收频率产生模块251、241位于每个不同的发送和接收通路中。它们包括TCXO 242、252，PLL模块243、253，RF放大器(Amp)244、254，乘法器(x2)245、255，带通滤波器(BPF)246、256和驱动放大器247、257。

TCXO 242、252是一种改进的应用产品，为了分别操作PLL模块243、253而产生参考频率。PLL模块243、253比较PLL参考频率的相位和振荡频率的相位，利用它们之间的差找到合适的2.9/2.935GHz的发送和接收频率，并分别输出。PLL模块243、253存在于双向通信时TDD方案的发送和接收通路(Tx、Rx)上。

RF放大器244、254放大分别在PLL模块243、253中产生的PLL振荡频率。乘法器245、255将放大的频率乘2以在5.8GHz DSRC频带中输出。也就是说，PLL模块243、253产生的2.9GHz的频率在乘法器245、255中乘以2，并随后输出5.8GHz DSRC频率，分别作为DSRC的本机振荡频率。

第四和第五BPF 246、256分别从乘法器245、255输出的频率中滤出5.8GHz频带，以消除其它频带。驱动放大器247、257放大滤波的5.8GHz频带并将其作为发送和接收本机振荡信号分别输出到发送和接收部分210、230。

在此，由于5.8GHz的发送频率和5.87GHz的接收频率隔开70MHz，在发送和接收时发生70MHz的频率改变。

如上所述，在发送和接收通路上定位TCXO 242、252以及发送和接收PLL模块243、253，并且2倍乘PLL频率以输出用于无线电通信的本机振荡频率，允许产生5.8GHz频带。

由于采用PLL方案作为RF部分中的本机振荡器以用于ITS中的RSE，信道扫描是可行的，信道改变是容易的，基站信道可从中心远程控制，且可支持各种不同服务。

作为第二个实施例，图7显示的是用于DSRC RSE的RF装置结构。和第一个实施例一样的标号的详细说明已省略。

参考图7，在接收模式下，接收部分320利用第一带通滤波器321对由RF切换器310切换的通路a输入的RF频率进行滤波，利用低噪声放大器322放大低噪声的滤波频率，并利用本机振荡信号将放大的频率转换为中间频率。此后，接收部分320利用第二BPF 324滤波IF，利用IF放大器325放大滤波的频率，并利用ASK解调器326解调1Mbps的接收数据。

在发送模式下，发送部分330利用数据滤波器331滤波1Mbps的发送数据，利用ASK调制器332通过本机振荡信号调制滤波数据，利用第三BPF 333带通滤波已调制的信号，利用功率放大器334放大带通滤波信号的功率，并随后通过RF切换器310的切换通路b输出5.8GHz发送信号。

本机振荡器340利用TCXO 341产生的PLL参考频率，通过操作发送和接收PLL模块342、343，产生发送和接收PLL频率。

此时，RF切换器344和RF切换器310交互工作，为了在发送模式下将之连接到发送通路b，或在接收模式下连接到接收通路c，根据发送/接收模式切换PLL模块342、343产生的2.9/2.935GHz的发送和接收频率，并随后分别输出发送和接收频率。

RF放大器345放大从RF切换器344输出的PLL频率，且乘法器346将放大的频率乘以2来输出5.8GHz频带的DSRC频率。第四BPF 347只在放大的频率中滤波需要的5.8GHz频带。驱动放大器348放大已滤波的需要的5.8GHz频带。

由于输出切换器349(和RF切换器310交互工作)将带通滤波的频率连接到发送通路b或接收通路a，本机振荡信号发送到发送部分320或接收部分330。在此，输出切换器309为TDD通信快速切换发送和接收频率。

此后，通过本机振荡器340的输出切换器349输出的接收本机振荡信号用在接收部分320接收的RF信号调谐，并调制成为IF信号。输出到输出切换器349的发送本机振荡信号将发送数据调制到DSRC频带。

在第二个实施例中，RF切换器344切换在单一通路上发送和接收PLL模块342、343产生的发送和接收频率，且为了共用第一个实施例的RF放大器345、乘法器346、BPF347和驱动放大器348，输出切换器349根据TDD方案快速切换驱动放大器345放大的发送和接收频率。因此，本机振荡器340的本机振荡信号输出到接收部分310和发送部分320，并随后实现双向通信。

Claims (7)

1.一种用于专用短程通信(DSRC)路边设备(RSE)的射频(RF)装置，包括：

RF切换器，在与专用短程通信(DSRC)频带的机载设备(OBE)通信时根据发送/接收模式切换通路；

接收部分，用于接收DSRC频带中的RF信号，将接收到的RF信号和本机振荡信号混合，将混合的信号转换成中间频率信号，并由中间频率信号解调出接收数据；

发送部分，用于利用本机振荡信号对发送数据进行振幅键控(ASK)调制，放大ASK调制信号的功率，并经过RF切换器发送放大的信号；以及

本机振荡器，用于根据发送/接收模式通过锁相环(PLL)方案产生DSRC频带中的本机振荡信号，并把本机振荡信号分别输出到发送和接收部分。

2.根据权利要求1所述的用于DSRC RSE的RF装置，其中本机振荡器包括：

多个晶体振荡器，用于在发送/接收模式下产生PLL操作的参考频率；

多个PLL模块，用于在PLL参考频率下操作并产生发送和接收频率；

多个RF放大器，用于分别放大在PLL模块中产生的发送和接收振荡频率；

多个乘法器，用于对RF放大器输出的振荡频率分别进行乘法操作；

多个带通滤波器，用于对乘过的频率进行滤波以输出DSRC频带的频率；以及

多个驱动放大器，用于放大经带通滤波的频率并将其输出到发送部分和接收部分。

3.根据权利要求1所述的DSRC RSE的RF装置，其中发送部分包括：

多级放大器，用于根据将要发送的数据信号的增益输出5.8GHz频带中的输入模拟信号，以作为调幅信号从DSRC RSE发送到OBE；以及

可变电阻器，用于降低数据信号的电压以调节多级放大器的调制程度并输出电压降低的信号。

4.根据权利要求1所述的DSRC RSE的RF装置，其中发送部分包括可变衰减器，用于根据数据信号的幅值调节从本机振荡器输入的载波信号的衰减量，并对其进行振幅调制。

5.根据权利要求1所述的专用短程通信(DSRC)路边设备(RSE)的RF装置，其中发送部分包括第二RF切换器，用于根据发送数据信号的电平把从本机振荡器输入的载波信号切换为高电平或低电平信号，并输出经振幅调制的信号。

6.一种DSRC RSE的RF装置，包括：

RF切换器，用于在DSRC频带中与OBE通信时根据发送/接收模式切换相应的通路；

接收部分，用于接收DSRC频带中的RF，将接收到的RF和本机振荡信号混合，将混合的信号转换成中间频率信号，并由中间信号解调出接收数据；

发送部分，用于利用本机振荡信号对发送数据进行ASK调制，放大ASK调制信号的功率，并经过RF切换器发送放大的信号；以及

本机振荡器，用于根据发送/接收模式由PLL方案产生DSRC频带中的本机振荡信号，并把本机振荡信号分别输出到发送和接收部分。

7.根据权利要求6所述的DSRC RSE的RF装置，其中本机振荡器包括：

晶体振荡器，用于根据发送/接收模式产生PLL参考频率；

多个PLL模块，用于根据PLL参考频率产生发送和接收频率；

RF切换器，用于根据发送/接收模式而高速切换发送或接收频率；

RF放大器，用于放大通过RF切换器输入的发送和接收频率；

乘法器，用于对放大的发送或接收频率进行乘法操作；

带通滤波器，用于利用DSRC频带对乘过的频率进行滤波；

驱动放大器，用于放大需要的经带通滤波的频率；以及

输出切换器，用于根据发送/接收模式切换由驱动放大器放大的发送或接收频率，并输出所述频率。

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