CN201114027Y

CN201114027Y - 用于专用短程通信的双通道射频收发装置

Info

Publication number: CN201114027Y
Application number: CNU2007200571412U
Authority: CN
Inventors: 李兴锐; 黄伟斌; 曾雄超
Original assignee: Shenzhen Genvict Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Genvict Technology Co Ltd
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2017-09-18

Abstract

本实用新型公开了一种用于专用短程通信的双通道射频收发装置，包括：射频切换器，用于在DSRC通信过程中，路侧设备与车载电子标签通信时切换两个通信区域信号的发射与接收通路；接收链路，用于接收射频信号，并将射频信号与本振信号混频产生中频信号，再通过ASK解调器解调出其中的数据信号；发射链路，用于通过ASK调制器对发送的数据信号进行调制，将已调制的信号进行放大后，发送至射频切换器；锁相环信号发生器，用于给接收链路和发射链路提供本振信号；所述射频切换器包括天线、射频收发开关阵列及其逻辑控制电路，天线经射频收发开关阵列切换与接收链路或发射链路连接。本实用新型适用于解决DSRC通信设备需要采用两个通道进行收发的场合。

Description

用于专用短程通信的双通道射频收发装置

技术领域

本实用新型涉及智能交通系统(ITS)中的专用短程通信(DSRC)技术领域，特别涉及一种用于专用短程通信的双通道射频收发装置。

背景技术

专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)技术主要基于无线通信(包括红外和微波技术等)而实现，用于电子不停车收费(ETC)、车辆自动辨识(AVI)、物资管理、驾车安全等领域，以实现人、车、路之间在限定区域内的无线信息交互，专用短程通信技术一般采用定向天线技术将无线通信控制在特定空间范围内。DSRC的通信频段是5.8GHz，该频段在抗干扰和信息传输量等技术标准上具有优势。

专用短程通信(DSRC)设备通常包括两个关键设备：车载电子标签(On-Board Units，简称OBU)和路侧设备(Road-Side Units，简称RSU)。其中电子标签安装在车辆、集装箱等被标识的移动或固定的物体上，用于存储该物体的关键信息；路侧设备的主要功能是采集车载电子标签所记录的信息，实现对被标识物体的自动辨识，并与电子标签通过无线链路进行信息交互以配合完成相关的应用流程。

一般的DSRC设备使用的都是单通信区域，即一个路侧单元只输出一路射频信号定向覆盖一个通信区域，单通信区域按区域长短分为有长通信区域和短通信区域。这两种区域都有其不足之处：

(1)短通信区域，约覆盖1～6米区域，造成可供车辆通过的交易时间不够，没有足够时间使到路侧单元与车载单元完成通信，因此只能减低过车速度，从而降低了通行效率。

(2)长通信区域，约覆盖2～10米，通信区域过比较大，造成经常有多辆车辆同时出现在天线覆盖区域内的情形，当前端车辆不能完成交易而后端车辆完成交易的情况下，就会出现系统控制的混乱，例如前端车辆被放行而后端车辆被拦截的错误，即跟车干扰。

于2006年11月22日公告的中国实用新型专利CN 2840200Y(专利号为200520067262.6)，公开了一种双通信区电子不停车收费车道系统。该实用新型所提供的双通信区域分为远区域和近区域，每个区域都结合了上文所述的长通信区域和短通信区域的优缺点，提供了一种可以减少跟车干扰，提高通车速度的车道系统和实现方法，但是，该实用新型只是在整个车道系统和方法上实现，没有涉及到具体的路侧单元射频装置。

于2005年11月23日授权公告的中国发明专利CN 1228925C(专利号为02140704.5)，公开了一种用于专用短程通信路边设备的射频装置。该发明提供了一种应用于ITS的路侧单元的射频装置，但是，该射频装置只是提供一个天线的输出，只可以使用在单个的通信覆盖区域，没有能提供可用于双个通信区域使用的路边设备射频装置。

如图1所示，为已有的专利或正在使用的DSRC单区域使用的路侧单元射频装置，包括天线收发开关101，接收控制和发射控制分别控制天线开关101，使信号切换到接收和发送通路；发送部分116，TX数据通过一个带通滤波器113，控制一个由锁相环信号发生器109产生的5.8GHz信号通过一个开关112(开关112打开，信号通过；关闭，则信号阻塞)，从而产生ASK信号，通过滤波器111，再由功率放大器110放大信号，发送到天线开关101的发射端；接收部分117，由天线100接收到信号，通过天线开关101，经带通滤波器102滤波，再由放大器103低噪放大，由锁相环信号发生器108产生的本地振荡信号与之在混频器104混频，产生一中频信号，通过中频滤波器105，再经放大器106放大，由ASK解调器107解调出信号。

接收部分117，包括带通滤波器102，滤掉5.8GHz有用频带外的干扰信号，放大弱信号的低噪声放大器103，双平衡混频器104与本振信号混频，滤掉70MHz通道带宽外的中频滤波器105，中频放大器106，转换模拟信号成数字信号的ASK解调器107。

发送部分116，包括数据滤波器113，作为ASK调制器的射频开关112，5.8GHz的带通滤波器111，放大已经过ASK调制的5.8GHz信号的功率放大器110。

发射和接收通路的本振信号分别由锁相环信号发生器109、108所产生，接收本振提供一个5.72GHz信号，发射本振提供一个5.83GHz的信号，这是中国DSRC标准(GB/T 20851.1-2007物理层)的信道1的本振频率，若为信道2则接收本振频率为5.73GHz，发射本振频率为5.840GHz。

如图2所示，为另一种使用DSRC单区域使用的路侧单元射频装置，包括天线收发开关201，接收控制和发射控制分别控制天线开关201，使信号切换到接收和发送通路；发送链路220，TX数据通过一个带通滤波器216，由数据高电平1控制开关215打开，信号通过，低电平0则关闭信号，从而产生ASK信号，通过滤波器214，再由功率放大器213放大信号，发送到天线开关201的发射端；接收链路210，由天线200接收到信号，通过天线开关201，经带通滤波器202滤波，再由放大器203低噪放放大，与混频器204混频，产生一中频信号，通过中频滤波器205，由中频放大器206放大，由ASK解调器207解调出信号。

接收部分210，包括带通滤波器202，滤掉5.8GHz有用频带外的干扰信号，放大弱信号的低噪声放大器203，双平衡混频器204与本振信号混频，滤掉40MHz通道带宽外的中频滤波器205，中频放大器206，转换模拟信号成数字信号的ASK解调器207。

发送部分220，包括数据滤波器216，作为ASK调制器的射频开关215，5.8GHz的带通滤波器214，放大已经通过ASK调制的5.8GHz信号的功率放大器213。

发射和接收通路的本振信号由锁相环信号发生器208所产生，具体频率为5.830GHz，通过一个高速射频开关209，在发射和接收状态时切换，分别由驱动放大器212、211放大，作为发射链路和接收链路的驱动本振信号。这是中国DSRC标准的信道1的本振频率，若为信道2则本振频率为5.840GHz。

上述两种专用短程通信(DSRC)路侧单元的射频装置都使用的是单个收发天线和单个通信区域的形式，因此，无法提供适合双通信区域使用的射频收发装置。

发明内容

针对上述实际问题，本实用新型的目的在于提供一种用于专用短程通信(DSRC)的双通道射频收发装置，满足为解决专用短程通信设备需要采用两个通道进行收发的场合，例如为解决电子不停车收费过程中车速过慢和跟车干扰而设计的双通信区域专用短程通信设备的要求。

本实用新型的另一个目的是提供一种应用于双通道射频收发装置的射频收发开关阵列，具有高速、高隔离度、低插入损耗特性，用于根据不同通道切换到发射和接收天线，达到不同通道发射和接收信号的应用。

本实用新型的另一个目的是提供一种应用于双通道射频收发装置的ASK(幅移键控)调制器，将发射数据正电压电平信号转换成负电压电平，通过数据滤波器，再通过分压调节输出的数据电平幅度来控制模拟衰减器的衰减量，实现信号的ASK调制和调制度的调整，同时降低对邻信道的干扰，提高对带外杂散信号的抑制能力。

本实用新型的另一个目的是提供一种应用于双通道射频收发装置的ASK(幅移键控)解调器，通过对数放大器解调器解调，分成两路信号，一路通过信号检波，产生一随接收解调信号输出电平变化的参考比较电平，另一路延迟一定时间，两路信号通过信号比较判别，实现解调出接收到的ASK信号。

本实用新型所采用的技术方案：一种用于专用短程通信的双通道射频收发装置，包括：射频切换器，用于在专用短程通信过程中，路侧设备RSU与车载电子标签OBU通信时切换两个通信区域信号的发射与接收通路；接收链路，用于接收由射频切换器接入的射频信号，将该射频信号与本振信号混频产生中频信号，再通过ASK解调器解调出其中的数据信号；发射链路，用于通过ASK调制器对发送的数据信号进行调制，再将已调制的信号进行放大后，发送至射频切换器；锁相环信号发生器，用于给接收链路和发射链路提供本振信号；所述射频切换器包括天线、射频收发开关阵列及其逻辑控制电路，所述天线经射频收发开关阵列切换与接收链路或发射链路连接。

上述射频收发开关阵列包括四个单刀双掷开关，用于改变射频信号的传输方向。所述逻辑控制电路包括两个逻辑非门，用于输出两路相反的信号，控制射频收发开关阵列中开关的闭合或开启。

上述接收链路包括以信号流向顺序连接的：带通滤波器，用于滤除通带以外的无用干扰信号；低噪声放大器，用于低噪声放大接收到的射频信号；双平衡混频器，用于将接收到的射频信号与本振信号混频，产生中频信号；中频滤波器，用于滤除中频频带以外的无用信号；中频信号放大器，用于放大经过中频滤波器的中频信号；ASK解调器，用于实现ASK解调，解调出其中的数据信号。其中，所述ASK解调器还包括：对数放大器，用于放大解调带有数据信息的中频信号，输出一随输入电平大小相对应的模拟电压信号；信号延迟电路，用于延迟上述模拟电压信号；信号检波电路，用于产生直流参考比较电平；信号比较判别电路，用于比较由信号延迟电路和信号检波电路输出的信号，将模拟信号转变成数字信号输出。所述接收链路还包括与低噪声放大器连接的电源开关。

上述发射链路包括以信号流向顺序连接的：数据滤波器，用于滤除数字方波信号中的高次谐波成分；压控模拟衰减器，用于实现ASK调制；数字衰减器，用于调整发射链路的输出功率；射频开关，用于开启或关断射频输出信号；带通滤波器，用于滤除通带以外的无用信号；多级功率放大器，用于放大已调制的信号，并输出至开关阵列的发射端口。其中，所述压控模拟衰减器作为ASK调制器还包括：电平转换器，由有源器件及无源电阻、电容组成，用于将正电压的数字信号转变成负电压的数字信号；电平分压器，由有源器件及无源电阻、电容组成，用于改变经电平转换器的信号电平的大小，达到改变压控衰减器的衰减值，实现可变ASK调制度调整；数据滤波器，用于滤除经电平分压器的信号中的高次谐波成分；经上述数据滤波器滤波后的数据信号再经压控模拟衰减器，与本振信号进行调制后，输出调制信号。所述发射链路还包括与功率放大器连接的电源开关，用于关断功率放大器的电源，实现关断射频信号输出。所述数字衰减器的衰减量程为1～31dB。

本实用新型的显著特点在于，其不仅可以适用于专用短程通信(DSRC)的双区域电子不停车收费车道系统，同时也可以应用到单区域的应用场合，只需将一匹配负载接到一天线输出口即可，提高了该装置的应用多样性。

附图说明

图1为现有的一种DSRC单区域使用不同收发本振信号的路侧单元射频装置的原理图；

图2为现有的另一种DSRC单区域使用相同收发本振信号的路侧单元射频装置的原理图；

图3为本实用新型的双通信区域电子不停车收费车道系统的路侧单元射频收发装置的原理图；

图4为本实用新型的数据信号变换、分压、滤波的ASK调制器电路的原理图；

图5为本实用新型的接收数据的ASK解调电路的原理图；

图6为本实用新型的射频收发开关阵列电路的原理图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图3所示，本实用新型所述射频收发装置包括：射频收发开关阵列302，包括四个相同的单刀双掷开关303、304、305、306，控制开关阵列的逻辑电路307。发射链路330，包括数据滤波器326，受发射数据控制的压控模拟衰减器325做ASK调制器；可1dB步进调整的1～31dB衰减的数字衰减器324，通过数字衰减器324可以调整发射链路的输出功率；单刀双掷开关322；滤除带外杂散、谐波等无用信号的带通滤波器321；放大已调信号的功率放大器320，功率放大器的电源开关327。接收链路318，包括带通滤波器310，低噪声放大器311，低噪声放大器电源开关317，用于将接收到的射频信号与本振信号混频产生中频信号的双平衡混频器312，中频滤波器315，中频信号放大器313，ASK解调器314。锁相环信号发生器316给接收链路318提供5.72GHz的本振信号，锁相环信号发生器329给发射链路330提供5.83GHz的本振信号。

该射频收发装置的工作过程如下：

在工作于天线1(300)覆盖的区域时，发射状态：通过逻辑电路307控制，5.83GHz的发射信号由开关303经a2到开关306，再到天线1(300)，a1、a3信号截止，开关304和305与a4连通，天线2(301)为隔离端，没有信号输出；接收状态：发射控制关掉输出5.83GHz信号，天线1(300)接收5.790GHz的信号由开关306经a1到开关305，开关303和304与a3连通，a2、a4信号截止。(其中，a1～a4见附图6)

在工作于天线2(301)覆盖的区域时，发射状态：通过逻辑电路307控制，5.83GHz的发射信号由开关303经a3到开关304，再到天线2(301)，a2、a4信号截止，开关306和305与a1连通，天线1(300)为隔离端，没有信号输出；接收状态：发射控制关掉输出5.83GHz信号，天线2(301)接收5.790GHz的信号由开关304经a4到开关305，开关303和306与a2连通，a1、a3信号截止。(其中，a1～a4见附图6)

在发射链路330，FM0编码的256kbps的TX数据，通过滤波器326，滤除方波信号的高次谐波成分及电平转换，锁相环信号发生器329产生一5.83GHz信号输入到压控模拟衰减器325，由TX数据控制输出衰减，产生ASK调制，数字衰减器324的衰减量程为1～31dB(可1dB步进)，可调整输出的功率，通过功率放大器320放大输出到开关阵列302的发射端口；开关322在发射状态是信号直通，接收状态时信号输出到负载电阻R2吸收，相当于关断发射信号，实现时分双工方式工作，也可以把电源开关327关断的方式关断发射信号，或者两者结合使用。在另一信道工作方式中，锁相环信号发生器329产生的是5.84GHz频率信号。

在接收链路318，从车载电子标签(OBU)发送的5.79GHz信号，由天线1(300)或天线2(301)经开关阵列302到接收链路318，在接收链路中，先经带通滤波器310滤掉带外干扰信号，再经低噪声放大器311放大，双平衡混频器312将该信号与经由锁相环信号发生器316产生的5.72GHz信号混频产生一中频70MHz信号，再经中频的声表面波滤波器315滤掉干扰信号，由中频放大器313放大，得到适合的电平由ASK解调器314解出512kbps的FM0编码的数据信号。在另一信道方式中，锁相环信号发生器316产生的5.73GHz信号。

图4所示的是ASK调制器的实施例。FM0编码的256kbps信号由电平转换器240转换，经过电平转换器240，信号由+5V_0电平变成0_-5V，信号电平1由输出的+5V电压变成0V，信号电平0输出的电压变成-5V；再经电平分压器242分压，变成0_-3V；再经过数据滤波器243进行滤波，滤掉方波信号的高次谐波成分。控制电压为0V时，压控模拟衰减器325为最小衰减；控制电压为-3V时，压控模拟衰减器325为最大衰减32dB，这样通过电平分压器242的输出分压，可改变本振信号经压控模拟衰减器325输出的幅度，实现可变调制度的ASK调制器。

图5所示的是ASK解调器的实施例。带有数据信息的中频70MHz的信号通过对数放大器251放大解调输出，输出信号为一随输入电平大小相对应的模拟电压信号，该信号分成两路，一路通过由有源和无源器件组成的信号检波电路254，产生一比接收解调信号输出电平小一半的直流参考比较电平，输入到信号比较判别器253的一端；另一路通过有源和无源器件组成的信号延迟电路252延迟一定时间，输入到信号比较判别器253端另一端；两路信号经比较后输出，实现ASK信号的解调。

图6所示的是双天线输出的开关阵列的实施例。在工作于天线1(300)覆盖的区域时，发射状态：通过逻辑电路307控制，5.83GHz的发射信号由开关303经a2到开关306，再到天线1(300)，a1、a3信号截止，开关304和305与a4连通，天线2(301)为隔离端，没有信号输出；接收状态：发射控制关掉输出5.83GHz信号，天线1(300)接收车载电子标签(OBU)发送过来的5.790GHz的信号，由开关306经a1到开关305，开关303和304与a3连通，a2、a4信号截止，天线2(301)为隔离端。

在工作于天线2(301)覆盖的区域时，发射状态：通过逻辑电路307控制，5.83GHz的发射信号由开关303经a3到开关304，再到天线2(301)，a2、a4信号截止，开关306和305与a1连通，天线1(300)为隔离端，没有信号输出；接收状态：发射控制关掉输出5.83GHz信号，天线2(301)接收车载电子标签(OBU)发送过来的5.790GHz的信号，由开关304经a4到开关305，开关303和306与a2连通，a1、a3信号截止，天线1(300)为隔离端。

以上所述为本实用新型的最佳实施方式之一，但并不局限于此。在不超越本实用新型所附权利要求及说明书定义的范围的前提下，本领域的技术人员可根据实际情况对具体实施方案进行适应性修改，在此不再累述。

Claims

1.一种用于专用短程通信的双通道射频收发装置，包括：

射频切换器，用于在专用短程通信过程中，路侧设备RSU与车载电子标签OBU通信时切换两个通信区域信号的发射与接收通路；

接收链路(318)，用于接收由射频切换器接入的射频信号，将该射频信号与本振信号混频产生中频信号，再通过ASK解调器解调出其中的数据信号；

发射链路(330)，用于通过ASK调制器对发送的数据信号进行调制，再将已调制的信号进行放大后，发送至射频切换器；

锁相环信号发生器(316、329)，用于给接收链路和发射链路提供本振信号；

其特征在于，所述射频切换器包括天线(301、300)、射频收发开关阵列(302)及其逻辑控制电路(307)，所述天线经射频收发开关阵列切换与接收链路或发射链路连接。

2.根据权利要求1所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述射频收发开关阵列(302)包括四个单刀双掷开关(303、304、305、306)，用于改变射频信号的传输方向。

3.根据权利要求1或2所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述逻辑控制电路(307)包括两个逻辑非门，用于输出两路相反的信号，控制射频收发开关阵列(302)中开关的闭合或开启。

4.根据权利要求1所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述接收链路(318)包括以信号流向顺序连接的：

带通滤波器(310)，用于滤除通带以外的无用干扰信号；

低噪声放大器(311)，用于低噪声放大接收到的射频信号；

双平衡混频器(312)，用于将接收到的射频信号与本振信号混频，产生中频信号；

中频滤波器(315)，用于滤除中频频带以外的无用信号；

中频信号放大器(313)，用于放大经过中频滤波器的中频信号；

ASK解调器(314)，用于实现ASK解调，解调出其中的数据信号。

5.根据权利要求4所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述接收链路(318)中的ASK解调器(314)还包括：

对数放大器(251)，用于放大解调带有数据信息的中频信号，输出一随输入电平大小相对应的模拟电压信号；

信号延迟电路(252)，用于延迟上述模拟电压信号；

信号检波电路(254)，用于产生直流参考比较电平；

信号比较判别电路(253)，用于比较由信号延迟电路和信号检波电路输出的信号，将模拟信号转变成数字信号输出。

6.根据权利要求4所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述接收链路(318)还包括与低噪声放大器(311)连接的电源开关(317)。

7.根据权利要求1所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述发射链路(330)包括以信号流向顺序连接的：

数据滤波器(326)，用于滤除数字方波信号中的高次谐波成分；

压控模拟衰减器(325)，用于实现ASK调制；

数字衰减器(324)，用于调整发射链路的输出功率；

射频开关(322)，用于开启或关断射频输出信号；

带通滤波器(321)，用于滤除通带以外的无用信号；

功率放大器(320)，用于放大已调制的信号，并输出至开关阵列(302)的发射端口。

8.根据权利要求7所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述压控模拟衰减器(325)作为ASK调制器还包括：

电平转换器(240)，由有源器件及无源电阻、电容组成，用于将正电压的数字信号转变成负电压的数字信号；

电平分压器(242)，由有源器件及无源电阻、电容组成，用于改变经电平转换器的信号电平的大小；

数据滤波器(243)，用于滤除经电平分压器的信号中的高次谐波成分；

经上述数据滤波器(243)滤波后的数据信号再经压控模拟衰减器(325)，与本振信号进行调制后，输出调制信号。

9.根据权利要求7所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述发射链路(330)还包括与功率放大器(320)连接的电源开关(327)。

10.根据权利要求7所述用于专用短程通信的双通道射频收发装置，其特征在于，所述数字衰减器(324)的衰减量程为1～31dB。