CN205265923U - 支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，包括：N根射频天线、N个射频信号收发通道、多协作方式信号处理模块、三选一开关电路、基带处理模块、数据处理模块、主控制器、外部接口；主控制器与数据处理模块、外部接口、多协作方式信号处理模块、三选一开关分别相连；外部接口、数据处理模块、基带处理模块、射频信号收发通道依次相连；三选一开关电路信号输出端与基带处理模块相连；所述多协作信号处理模块包括点协作、全协作和部分协作模块。本实用新型能根据系统资源占用率和传输质量的要求，分别工作在不同的协作方式，消除基站间的干扰，提高越区切换的准确率、可靠性以及小区边缘数据传输的吞吐量。

Description

支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备

技术领域

本实用新型涉及无线移动通信与智能交通技术领域，尤其涉及快速公交车辆行驶中车载信息终端与道路周边各个无线网络接入点的支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备。

背景技术

近来许多大中型城市中开通了快速公交（BRT）专线，为广大市民的出行带来了极大的便利。在智慧型城市中，BRT上还需要提供车载信息服务，如Internet接入服务或车载娱乐等，而BRT车辆的基本信息传输模式是车对地（V2R），即BRT车辆是通过车载信息单元（OBU）与BRT线路上若干个路边单元（RSU）进行无线信息交换。车辆在行驶中必然会要求V2R信息链接从前一个RSU转接到与后一个RSU，即OBU越区产生RSU切换。

随着我国城市建设水准的不断提高，城区高大建筑物越来越多，造成无线电波的传播环境变得越来越恶劣，接收信号强度的变化范围较大，以至于OBU在越区切换过程中极易产生信号中断，极大地损害了车载用户的在线服务质量与车辆运行的安全性。

另外，BRT的车速加快使得车辆通过两个相邻的路边单元（RSU）的信号重叠覆盖区的时间较短，导致采用传统越区切换技术的OBU正常的越区切换过程不能按时完成，V2R信息链接存在较大的中断概率和中断时延，极大影响了用户的服务质量。

如果采用协作通信技术，由邻近多个基站共同为OBU提供服务，可消除OBU越区切换时基站间的干扰，或将干扰信号转变为有用信号，而且能有效利用信号分集技术，增强OBU接收信号的信干噪比，从而提高OBU越区切换时对车载用户的服务质量和系统吞吐量。

但是，采用多基站协作技术为OBU进行越区切换会多占用一些通信资源，而不同的协作方式占用的通信资源一般不等，不同的协作方式产生的协作系统的性能也不相同，资源占用率最少而协作系统性能最好是理论上的追求目标，但在实际应用中，往往需要在系统性能的提高与资源占用率的增大之间进行权衡，因此，采用多基站协作越区切换的车载信息转接设备有必要提供多个不同的协作方式供用户选择。

为此本实用新型针对BRT车辆行驶速度相对较高、电波传播条件变得越来越恶劣的通信环境，利用基站间协作通信技术，提出一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是为行驶速度较高的车载信息转接设备在电波传播条件较恶劣的移动通信环境中，如城市BRT、高速公路等场合，提供一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，克服了传统车载信息转接设备在移动速度较高、电波传播条件较恶劣的通信环境中越区切换的不可靠性，降低越区切换的中断概率，消除小区间的互相干扰，为小区边缘用户提供协作分集增益，提高小区边缘用户的数据吞吐量，同时降低协作越区切换系统的资源占用率。

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：包括N根射频天线、与所述N根射频天线相连的N个射频信号收发通道、与N个射频信号收发通道相连的多协作方式信号处理模块、与多协作方式信号处理模块相连的三选一开关电路、基带处理模块、数据处理模块、主控制器、外部接口；所述主控制器与多协作方式信号处理模块、三选一开关电路、数据处理模块、外部接口分别相连；所述外部接口、数据处理模块、基带处理模块、N个射频信号收发通道依次相连；所述三选一开关电路信号输出端与基带处理模块相连；所述多协作方式信号处理模块包括点协作信号处理模块、全协作信号处理模块和部分协作信号处理模块，且分别与所述N个射频信号收发通道、三选一开关电路相连；所述点协作信号处理模块包括一个N选一开关；所述全协作信号处理模块包括等增益合并器一；所述部分协作信号处理模块包括N选M开关电路和与所述N选M开关电路相连的等增益合并器二；

所述主控制器用于根据系统资源占用率和通信质量数据要求控制车载信息转接设备工作在非协作方式、点协作方式、全协作方式或部分协作方式；当车辆行驶到蜂窝小区边缘地区时，所述多协作方式信号处理模块与N个射频信号收发通道连通，车载信息转接设备自动转入多协作方式越区切换，相邻基站相互协作进行车载信息转接设备的越区切换，越区切换之后，车载信息转接设备自动回到非协作工作方式。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述数据处理模块包括数据存储器和数据转发器，所述数据存储器和数据转发器均分别与外部接口、主控制器、基带处理模块相连；所述数据存储器存储每个射频信号收发通道的通信质量数据和系统资源占用率；所述数据转发器将通过每个射频信号收发通道接收到的信息数据传送到基带处理模块编码和调制，再通过N个射频信号收发通道和射频天线进行转发。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述系统资源占用率和通信质量数据来自车辆行驶时周边各个基站发送、并通过射频天线和每个射频信号收发通道接收、多协作信号处理模块处理后、基带处理模块的解调和译码后的数据或来自外部接口。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述基带处理模块包括调制器、编码器、解调器和译码器，所述编码器将数据处理模块发送的信号进行编码，再经调制器调制后发送给射频信号收发通道；所述解调器将三选一开关输出的多协作方式输出信号解调后经译码器译码发送给数据处理模块。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述主控制器采用TI公司的OMAP5912；所述三选一开关电路采用带控制端的模拟选择开关CD4503BM。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述点协作信号处理模块中的N选一开关采用AD7501带控制端的多路模拟选择器；所述部分协作信号处理模块中的N选M开关采用M个N选一开关电路实现。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述全协作信号处理模块中的等增益合并器一和部分协作信号处理模块中的等增益合并器二均采用多个运算放大器实现，运算放大器采用TI公司的宽带OPA847。

前述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述外部接口采用1路RS485串口、4路USB口。

本实用新型所达到的有益效果是：该设备中增加了多协作方式信号处理模块，使车辆行驶到蜂窝小区边缘时，用户可根据对系统资源占用率和系统性能的具体要求，选择不同的协作方式，利用选择的协作方式使相邻基站相互协作为OBU进行越区切换；该设备在OBU越区切换时能通过多个射频信号收发通道接收多个基站的发送信号，或忽略某些通信质量数据较差基站的发送信号，消除小区间的互相干扰，为小区边缘用户提供协作分集增益，增强OBU接收信号的信干噪比，使越区切换的执行更准确和可靠，同时提高了小区边缘数据传输的吞吐量，降低了越区切换中断发生的概率和协作越区切换系统的资源占用率。

附图说明

图1是支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备结构示意图；

图2是主控制器控制点协作、全协作和部分协作方式的流程图；

图3是车载信息转接设备工作在点协作方式的流程图；

图4是车载信息转接设备工作在全协作方式的流程图；

图5是车载信息转接设备工作在部分协作方式的流程图；

附图标记中的含义：101-射频天线1，102-射频天线2，103-射频天线N，104-多协作方式信号处理模块，105-点协作信号处理模块，106-N选一开关，107-全协作信号处理模块，108-部分协作信号处理模块，109-N选M开关，110-三选一开关电路，111-基带处理模块，112-数据处理模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本车载信息转接设备的硬件结构如图1所示，主要部件如下：

1）射频天线（101～103），采用现有移动通信系统使用的射频天线，如GSM系统的射频天线；

2）N个射频信号收发送通道，采用现有移动通信基站中的射频信号收发模块，如华为公司的公共射频功能单元CRFU模块；

3）点协作信号处理模块105中的N选一开关电路106采用AD7501带控制端的多路模拟选择器；

4）全协作信号处理模块107中的等增益合并器一与部分协作信号处理模块108中的等增益合并器二，均采用多个运算放大器实现，运算放大器采用TI公司的宽带放大器OPA847；

5）部分协作信号处理模块108中的N选M开关电路109，采用M个N选一开关电路实现，N选一开关电路采用CD4051带控制端的多路模拟选择器；

6）控制点协作、全协作和部分协作信号处理模块的三选一开关电路110采用CD4503BM带控制端的模拟选择开关实现；

7）基带处理模块111，采用现有移动通信基站的基带模块，如华为公司的BBU3900基带处理模块；

8）数据处理模块112，包括数据存储器和数据转发器，数据存储器采用3GBRAM、512MBflash，数据转发器采用低功耗、增强型ARM926处理器；

9）主控制器，采用TI公司的OMAP5912，包括TMS320C55X内核与低功耗、高性能ARM926处理器；

10）外部接口，采用1路RS485串口、4路USB口；

上述硬件各部件连接后，系统加电，首先射频天线1（101）、射频天线2（102）和射频天线N（103）接收车辆周边各个基站的发送信号，再将接收到的各个基站发送信号分别送到相应的射频信号收发通道1、射频信号收发通道2和射频信号收发通道N，N为车辆周边的基站数，各射频信号收发通道将接收到的射频信号经过混频、滤波、变成低频基带信号，送到多协作信号处理模块（104）。主控制器控制三选一开关电路110于分支1，即车载信息转接设备工作在点协作方式，主控制器又对点协作信号处理模块105的N选一开关106进行控制，分别将1至N个射频信号收发通道的输出信号通过基带处理模块111的解调器解调和译码器译码，再将译码后的数据传送到数据处理模块112的数据转发器和数据存储器；在主控制器的控制下数据转发器将接收到的信息数据再传送到基带处理模块111进行编码和调制并通过射频信号收发通道1-N和射频天线1-N发送或通过外部接口将该信息数据直接输出，外部接口可将预设的工作参数传到主控制器和数据处理模块112的数据存储器，数据处理模块112的数据存储器存储的数据可通过外部接口输出；当主控制器控制三选一开关电路110于位分支2时，则车载信息转接设备工作在全协作方式，全协作信号处理模块107则将N个射频信号收发通道的输出信号通过等增益合并器一进行等增益合并，等增益是指合并时N个射频信号接收通道的输出信号的加权系数都相等，当加权系数为1时，等增益合并相当于将N个射频信号收发通道的输出信号直接相加，N个射频信号收发通道的输出信号合并后的信号再送到基带处理模块111的解调器解调和译码器译码，再将译码后的数据传送到数据处理模块112的数据转发器和数据存储器的输入端，在主控制器的控制下将信息数据送到数据转发器进行转发或将质量数据送到数据存储器进行存储；当主控制器控制三选一开关电路110于分支3时，则车载信息转接设备工作在部分协作方式，主控制器对部分协作信号处理模块108的N选M开关109进行控制，从N个射频信号收发通道的输出信号中选出M个射频信号收发通道的输出信号（M<N），再通过等增益合并器二进行等增益合并，M个射频信号收发通道的输出信号合并后的信号再送到基带处理模块111的解调器解调和译码器译码，再将译码后的数据传送到数据处理模块112的数据转发器和数据存储器的输入端，在主控制器的控制下将信息数据送到数据转发器进行转发或将质量数据送到数据存储器进行存储。

主控制器控制车载信息转接设备工作在非协作、点协作、全协作和部分协作方式的流程如图2所示：

主控制器从数据处理模块的存储器中读取通过N个射频信号收发通道接收或通过外部接口预置的通信质量数据和系统资源占用率以及对协作越区切换系统要达到的通信质量数据和资源占用率要求（步骤201），数据存储器存储的通过射频信号收发通道接收的通信质量数据和系统资源占用率以及对协作越区切换系统要达到的通信质量数据和资源占用率要求均来自N个射频信号收发通道前一次接收的由车辆周边基站发送信号，或来自外部接口，再对N个射频信号收发通道接收的通信质量数据和系统资源占用率进行比较（步骤202），判断N个射频信号收发通道接收的通信质量数据中是否只有一个射频信号收发通道接收的通信质量数据远大于其它通道接收的通信质量数据（步骤203）。当车辆在蜂窝小区中非边缘地带行驶时，由于OBU距离小区服务基站较近，因此OBU的N个射频信号收发通道中只有一个通道接收的通信质量数据远大于其它通道，步骤203的条件成立，此时OBU工作在非协作方式204，N选一开关与三选一开关电路的分支1相连，转接设备传输的是远大于其他收发通道的该通信质量数据。当车辆行驶到蜂窝小区边缘时，由于OBU距离周边其它小区基站也较近，因此OBU的N个射频信号收发通道接收的通信质量数据中较好的通信质量数据的通道不止一个，因此步骤203的条件不成立，OBU自动转入协作工作方式。此时主控制器再判断协作越区切换系统受否要求资源占用率最小（步骤205），如果步骤205的条件成立，主控制器又判断是否要求协作越区切换系统的通信质量数据最大（步骤207），如果步骤207的条件不成立，则主控制器控制图1所示的三选一开关电路置于分支1，即车载信息转接设备工作在点协作方式（步骤209），这时主控制器又控制点协作信号处理模块的N选一电路开关只将N个射频信号收发通道中通信质量数据最大的单个射频信号收发通道的输出信号送往基带处理模块进行解调和译码；如果步骤207的条件成立，则主控制器控制图1所示的三选一开关电路置于分支3，即车载信息转接设备工作在部分协作方式（步骤210），这时主控制器又控制部分协作信号处理模块的N选M电路开关将N个射频信号收发通道中通信质量数据较大的M个射频信号收发通道的输出信号进行等增益合并，再将合并后的信号送往基带处理模块进行解调和译码；如果步骤205的条件不成立，主控制器再判断是否要求协作越区切换系统的通信质量数据最大（步骤206），如果步骤206的条件成立，则主控制器控制图1所示的三选一开关电路置于分支2，即车载信息转接设备工作在全协作方式（步骤208），这时主控制器又控制全协作信号处理模块将N个射频信号收发通道的输出信号进行等增益合并，再将合并后的信号送往基带处理模块进行解调和译码；如果步骤206的条件不成立，车载信息转接设备工作转入非协作方式（步骤204）。

车载信息转接设备的点协作工作方式的流程如图3所示：

主控制器先将图1所示的三选一开关电路控制在分支1（步骤301），再对点协作信号处理模块中的N选一开关电路实施进一步的控制（步骤302），并将N选一开关电路中与通信质量数据最大对应的一个射频信号收发通道的输出端口闭合（步骤303），这样与通信质量数据最大对应的一个射频信号收发通道的输出信号被送往基带信号处理模块解调和译码（步骤304）。

车载信息转接设备工作在全协作方式的流程如图4所示：

主控制器先将图1所示的三选一开关电路控制在分支2（步骤401），全协作信号处理模块中的等增益合并器一将N个射频信号收发通道的输出信号进行等增益合并（步骤402），等增益合并器一的输出信号被送往基带信号处理模块解调和译码（步骤403）。

车载信息转接设备工作在部分协作方式的流程如图5所示：

主控制器先将图1所示的三选一开关电路控制在分支3（步骤501），再对部分协作信号处理模块中的N选M开关电路实施进一步的控制（步骤502），并将将N选M开关电路中与通信质量数据最大对应的M个射频信号收发通道的端口闭合（步骤503），部分协作信号处理模块中的等增益合并器二将M个射频信号收发通道的输出信号进行等增益合并（步骤504），等增益合并器二的输出信号被送往基带信号处理模块解调和译码（步骤505）。

Claims (8)

1.一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：包括N根射频天线、与所述N根射频天线相连的N个射频信号收发通道、与N个射频信号收发通道相连的多协作方式信号处理模块、与多协作方式信号处理模块相连的三选一开关电路、基带处理模块、数据处理模块、主控制器、外部接口；所述主控制器与多协作方式信号处理模块、三选一开关电路、数据处理模块、外部接口分别相连；所述外部接口、数据处理模块、基带处理模块、N个射频信号收发通道依次相连；所述三选一开关电路信号输出端与基带处理模块相连；所述多协作方式信号处理模块包括点协作信号处理模块、全协作信号处理模块和部分协作信号处理模块，且分别与所述N个射频信号收发通道、三选一开关电路相连；所述点协作信号处理模块包括一个N选一开关；所述全协作信号处理模块包括等增益合并器一；所述部分协作信号处理模块包括N选M开关电路和与所述N选M开关电路相连的等增益合并器二；

所述主控制器用于根据系统资源占用率和通信质量数据要求控制车载信息转接设备工作在非协作方式、点协作方式、全协作方式或部分协作方式；当车辆行驶到蜂窝小区边缘地区时，所述多协作方式信号处理模块与N个射频信号收发通道连通，车载信息转接设备自动转入多协作方式越区切换，相邻基站相互协作进行车载信息转接设备的越区切换，越区切换之后，车载信息转接设备自动回到非协作工作方式。

2.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述数据处理模块包括数据存储器和数据转发器，所述数据存储器和数据转发器均分别与外部接口、主控制器、基带处理模块相连；所述数据存储器存储每个射频信号收发通道的通信质量数据和系统资源占用率；所述数据转发器将通过每个射频信号收发通道接收到的信息数据传送到基带处理模块编码和调制，再通过N个射频信号收发通道和射频天线进行转发。

3.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述系统资源占用率和通信质量数据来自车辆行驶时周边各个基站发送、并通过射频天线和每个射频信号收发通道接收、多协作信号处理模块处理后、基带处理模块的解调和译码后的数据或来自外部接口。

4.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述基带处理模块包括调制器、编码器、解调器和译码器，所述编码器将数据处理模块发送的信号进行编码，再经调制器调制后发送给射频信号收发通道；所述解调器将三选一开关电路输出的多协作方式输出信号解调后经译码器译码发送给数据处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述主控制器采用TI公司的OMAP5912；所述三选一开关电路采用带控制端的模拟选择开关CD4503BM。

6.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述点协作信号处理模块中的N选一开关采用AD7501带控制端的多路模拟选择器；所述部分协作信号处理模块中的N选M开关采用M个N选一开关电路实现。

7.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述全协作信号处理模块中的等增益合并器一和部分协作信号处理模块中的等增益合并器二均采用多个运算放大器实现，运算放大器采用TI公司的宽带OPA847。

8.根据权利要求1所述的一种支持多协作方式越区切换的车载信息转接设备，其特征是：所述外部接口采用1路RS485串口、4路USB口。