提高OBU射频动态范围的方法、射频前端和OBU与流程

本申请涉及电子不停车收费领域，更具体地，涉及提高obu射频动态范围及适应性的方法、射频前端和obu。

背景技术：

高速公路不停车收费系统(electronictollcollection,简称etc)是以现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算机和网络技术等为主，实现车辆不停车自动收费的智能交通电子系统。该系统通过高速收费站的路侧单元(rsu)与车载单元(obu)之间的专用短程通信，在不需要司机停车和其他收费人员操作的情况下，自动完成收费的过程。etc系统能够大大提高效率。

车辆上的obu，平时处于低功耗等待唤醒状态，当车辆行驶到etc车道后，obu被rsu发射的14khz已调波唤醒，obu被唤醒后，进行信号的发射和接收，与rsu进行通信。

目前obu采用的硬件架构多采用集成芯片的形式，特别是其射频前端，如图1所示，主要由天线、匹配或滤波电路、集成芯片构成。由于各集成芯片原厂提供的集成芯片射频指标基本相似，目前市面的obu射频性能，主要由射频集成芯片决定。

各obu设计厂家，其obu的唤醒链路、发射链路、接收链路多采用同一个天线和支路。对于发射功率、唤醒灵敏度、接收灵敏度等射频指标，通过更改芯片寄存器控制字的方式，来更改各个射频指标，其动态范围基本定型。但是由于一些指标在国标中只给定射频参数最大或者最小极限值，而且不同车型的挡风玻璃对信号衰减不同等因素，导致各生产厂家的obu，在实际应用过程中，仍然会存在射频指标不符合实际应用的情况，但是由于集成芯片已经定型，导致obu后期难以调试。

现有的obu难以适应多车型的多种应用场景。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了提高obu射频动态范围及适应性的方法、射频前端和obu。

第一方面，本申请实施例提供了一种提高obu射频动态范围的方法，所述方法包括：

设置多个射频通道，每个射频通道包括天线、支路单元，其中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元；

在等待唤醒阶段，选择第一射频通道组合作为接收通道；

在唤醒后，选择第二射频通道组合作为接收通道，选择第三射频通道组合作为发射通道。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述第二射频通道组合中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

采用自适应算法，根据与rsu间的通信来确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合，包括：

在出厂时，预设初始射频参数；

行驶到etc车道时，将自身初始发射功率发送至rsu；

接收rsu返回的信息，所述信息包括rsu自身的发射功率、测距信息、上行链路损耗和上行电磁波损耗，其中，所述上行链路损耗根据测距信息l以及上行工作频率f计算得到，其公式为：上行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的上行电磁波损耗，其公式为：上行电磁波损耗＝obu初始发射功率-上行链路损耗+rsu天线增益-obu到达rsu的实际功率，其中obu到达rsu的实际功率由rsu自身电路测得；

根据接收到的信息计算下行链路损耗和下行电磁波损耗，其中所述下行链路损耗根据测距信息l以及下行工作频率f计算得到；其公式为：下行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的下行电磁波损耗，其公式为：下行链路损耗＝rsu发射功率-下行链路损耗+rsu天线增益-rsu到达obu的实际功率，其中rsu到达obu的实际功率由obu自身电路测得；

在obu与rsu多次交互过程中，产生多组上行电磁波损耗和下行电磁波损耗，按照预设算法(例如取均值等)，最终确定由车前挡风玻璃或者车内环境造成的综合电磁波损耗；

根据综合电磁波损耗来确定实际需要的射频参数，根据所述初始射频参数和实际需要的射频参数，选择所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合或更新射频芯片中的寄存器配置。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

预先配置至少一个候选第一射频通道组合、至少一个候选第二射频通道组合以及至少一个候选第三射频通道组合；

确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合，包括：

从所述至少一个候选第一射频通道组合中确定第一射频通道组合，从所述至少一个候选第二射频通道组合中确定第二射频通道组合，以及从所述至少一个候选第三射频通道组合中确定第三射频通道组合。

第二方面，本申请实施例提供了一种用于obu的射频前端，所述射频前端包括：

多个射频通道，每个射频通道包括天线、支路单元，其中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元；

射频开关控制单元，连接射频通道的天线单元和集成芯片，用于控制各个射频通道打开或关闭，其中，在等待唤醒阶段选择第一射频通道组合作为接收通道，在唤醒后选择第二射频通道组合作为接收通道，选择第三射频通道组合作为发射通道；

集成芯片，用于对射频信号进行处理并完成数字信号与射频信号间的转换。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述第二射频通道组合中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元。

第三方面，本申请实施例提供了采用如上所述的射频前端的obu，所述obu被配置为采用自适应算法，根据与rsu间的通信来确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述obu被配置为：

在出厂时，预设初始射频参数；

行驶到etc车道时，将自身初始发射功率发送至rsu；

接收rsu返回的信息，所述信息包括rsu自身的发射功率、测距信息、上行链路损耗和上行电磁波损耗，其中，所述上行链路损耗根据测距信息l以及上行工作频率f计算得到，其公式为：上行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的上行电磁波损耗，其公式为：上行电磁波损耗＝obu初始发射功率-上行链路损耗+rsu天线增益-obu到达rsu的实际功率，其中obu到达rsu的实际功率由rsu自身电路测得；

根据接收到的信息计算下行链路损耗和下行电磁波损耗，其中所述下行链路损耗根据测距信息l以及下行工作频率f计算得到；其公式为：下行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的下行电磁波损耗，其公式为：下行链路损耗＝rsu发射功率-下行链路损耗+rsu天线增益-rsu到达obu的实际功率，其中rsu到达obu的实际功率由obu自身电路测得；

在obu与rsu多次交互过程中，产生多组上行电磁波损耗和下行电磁波损耗，按照预设算法(例如取均值等)，最终确定由车前挡风玻璃或者车内环境造成的综合电磁波损耗；

根据综合电磁波损耗来确定实际需要的射频参数，根据所述初始射频参数和实际需要的射频参数，选择所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合或更新射频芯片中的寄存器配置。

作为本申请实施例的一种具体实现方式，所述obu中被预先配置至少一个候选第一射频通道组合、至少一个候选第二射频通道组合以及至少一个候选第三射频通道组合；

所述obu被配置为从所述至少一个候选第一射频通道组合中确定第一射频通道组合，从所述至少一个候选第二射频通道组合中确定第二射频通道组合，以及从所述至少一个候选第三射频通道组合中确定第三射频通道组合。

在上述实施例中，设置多个射频通道，每个射频通道包括天线、支路单元，其中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元；在等待唤醒阶段，选择第一射频通道组合作为接收通道；在唤醒后，选择第二射频通道组合作为接收通道，选择第三射频通道组合作为发射通道。从而，通过不同射频通道间的组合，可大大提高了obu的射频动态范围，以适用多种车型的各种应用场景。特别地，上述实施例中通过专门设置含衰减单元的射频通道，导致某些场景下因天线灵敏度太高而导致的一系列问题。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示现有obu射频前端的结构示意图。

图2显示根据本申请一个实施例的obu射频前端的结构示意图。

图3显示根据本申请一个示例性实施例的obu射频前端的结构示意图。

图4显示根据本申请一个示例性实施例的obu射频前端的结构示意图。

图5显示根据本申请一个示例性实施例的obu自动更新和校准的流程示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然以下描述了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本申请提出了一种提高obu射频动态范围的方法，所述方法包括：

设置多个射频通道，每个射频通道包括天线、支路单元，其中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元；

在等待唤醒阶段，选择第一射频通道组合作为接收通道；

在唤醒后，选择第二射频通道组合作为接收通道，选择第三射频通道组合作为发射通道。

以上用第一、第二、第三来区分不同射频通道组合，并不用于说明其一定是不同的，意图在于说明这三个射频通道组合各有针对性。在一些应用中中，所选择的三个射频通道组合各不相同；在另一些应用中，其可能是都相同的，或者某两个是相同的。

针对不同的应用场景及车型，可将各个射频通道进行组合，来达到不同的射频性能，满足实况要求。该系统可提高射频性能，进一步增大系统的动态范围，具备自适应性。

在一个示例中，所述第二射频通道组合中至少一个射频通道的支路单元是衰减单元。

发明人深入研究发现，市面上的芯片，唤醒灵敏度范围在-40dbm—-50dbm，接收灵敏度-70—-80dbm，但在国标要求当中，并未限定obu接收灵敏度最高值，这导致在实际应用中，唤醒后的obu接收灵敏度往往过高。从而，当车辆在通过etc车道并且obu被唤醒后，由于obu接收灵敏度过高，容易接收到临道etc车道rsu的信息，导致obu与临道etcrsu进行通信。通过在第二射频通道组合包括衰减支路，可避免因唤醒后obu灵敏度过高带来的问题。

在一个示例中，obu可采用自适应算法，根据与rsu间的通信来确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合。

具体地，obu可先将自身初始发射功率发送至rsu；

然后接收rsu返回的信息，所述信息包括rsu自身的发射功率、测距信息、上行链路损耗和上行电磁波损耗，其中，所述上行链路损耗根据测距信息l以及上行工作频率f计算得到，其公式为：上行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的上行电磁波损耗，其公式为：上行电磁波损耗＝obu初始发射功率-上行链路损耗+rsu天线增益-obu到达rsu的实际功率，其中obu到达rsu的实际功率由rsu自身电路测得；

之后根据接收到的信息计算下行链路损耗和下行电磁波损耗，其中所述下行链路损耗根据测距信息l以及下行工作频率f计算得到；其公式为：下行链路损耗＝32.45+20logl(km)+20logf(mhz)；由车前挡风玻璃或者车内环境造成的下行电磁波损耗，其公式为：下行链路损耗＝rsu发射功率-下行链路损耗+rsu天线增益-rsu到达obu的实际功率，其中rsu到达obu的实际功率由obu自身电路测得；

在obu与rsu多次交互过程中，产生多组上行电磁波损耗和下行电磁波损耗，按照预设算法(例如取均值等)，最终确定由车前挡风玻璃或者车内环境造成的综合电磁波损耗；

最后根据综合电磁波损耗来确定所述第一射频通道组合、所述第二射频通道组合和所述第三射频通道组合。

可以在obu发行前，先针对车型等预先设置至少一个候选第一射频通道组合、至少一个候选第二射频通道组合以及至少一个候选第三射频通道组合。实际应用中，obu可以从预先配置好的至少一个候选第一射频通道组合中确定第一射频通道组合，从预先配置好的至少一个候选第二射频通道组合中确定第二射频通道组合，以及从所述至少一个候选第三射频通道组合中确定第三射频通道组合。

图5显示根据本申请一个示例性实施例的obu自动更新和校准的流程示意图。如图所示，obu自动更新和校准包括步骤501～步骤504。

步骤501，在obu出厂时预设初始射频参数；

步骤502，行驶到etc车道时，obu计算得到综合电磁波损耗值，具体的计算方法可参见上文；

步骤503，根据综合电磁波损耗来确定实际需要的射频参数；

步骤504，根据实际需要的射频参数，在初始射频参数基础上进行调整，来选择第一射频通道组合、第二射频通道组合和第三射频通道组合或更新射频芯片中的寄存器配置，从而实现obu射频参数合理化。

此处给出一个具体示例。例如obu出厂预设定唤醒灵敏度为-45dbm，当带有obu的车辆行驶到etc车道时，按照上述方法得出，综合电磁波损耗值为：9db，那么可得在该车型下及车内环境下，该obu的唤醒灵敏度应该设定为-45dbm-9dbm＝-54dbm，obu会自行对射频通道进行组合或者修改集成芯片的寄存器配置，使得obu的唤醒灵敏度达到-54dbm。

针对高档轿车，由于其前挡风玻璃对信号的衰减较大，车辆在过etc车道时候，要求obu具备很高的唤醒灵敏度，一般集成芯片无法满足。根据本申请，可以采用两个obu射频通道，即：两个支路单元和天线，组成小型天线阵，来提高天线增益，提高obu唤醒灵敏度。

针对普通车辆，行驶至etc车道，当obu被唤醒后，obu上的射频通道，由唤醒射频通道，切换至含衰减单元的射频通道，以此来降低obu的接收灵敏度，防止车辆obu接收灵敏度过高，与临车道进行通信，造成误扣费或者多扣费。

以下给出了根据本申请的两个具体应用示例。

应用示例1

本应用示例主要针对普通车辆obu实际应用过程中的，obu唤醒灵敏度正常，接收灵敏度过高的问题。

当装有obu的车辆行驶到etc车道时，obu被唤醒后，obu会进行信号的发射和接收，由于目前市面现有obu芯片，存在接收灵敏度过高的问题，此时obu会与旁边的etc车道进行通信。容易接收到临道etc车道rsu的信息，导致obu与临道etcrsu进行通信。

如图3所示的应用示例主要包括两个射频通道，射频通道3-1和射频通道3-2。射频通道3-1包括：天线1：3-10和支路单元1：3-11。其中，天线1：3-10增益为1db，极化方式为圆极化；支路单元1：3-11，由衰减器电路构成，衰减器采用，为pi型衰减器，其衰减值为20db，主要包括电阻r1为60.4欧姆，电阻r2，为249欧姆，电阻r3为60.4欧姆。射频通道3-2包括：天线2：3-20和支路单元2：3-22。其中，天线：3-20增益为3db，极化方式为圆极化；支路单元2：3-22，主要由滤波电路构成，此滤波器采用高通滤波器，主要是滤除5ghz以下信号，其插损为1db。射频开关控制器3-3采用单刀双掷开关，可配置成分别与射频通道1：3-1及射频通道2：3-2连通。射频开关控制器3-3另一端与集成芯片3-4相连接。

针对常规场景，由于市面上的集成芯片，唤醒灵敏度动态范围在-40—-50dbm，接收灵敏度范围在-70—-80dbm。一般obu的配置，要求接收灵敏度比唤醒灵敏度高10db左右，例如当唤醒灵敏度在-45dbm时，要求接收灵敏度要求在-55dbm。要达到上述要求，只靠集成芯片的配置，很难满足。根据本应用示例，当obu在等待唤醒模式时，射频开关3-3连通集成芯片3-4和射频通道3-2，obu工作在射频通道2：3-2模式，此时在该通道下其唤醒灵敏度为-45dbm。当obu被唤醒后，射频前端开关3-3迅速连通集成芯片3-4和射频通道3-1，进入射频通道1：3-1模式。由于射频通道1：3-1采用了低增益天线3-10，且支路1：3-11引入了pi型衰减器，使obu切换在该通道3-1时，接收灵敏度降低20db左右，此时动态范围约为-50—-60dbm，再通过集成芯片3-4内部寄存器配置，完全可以达到-55dbm的要求。obu发射信号时，可以根据实际情况选择射频通道，再配合更改obu集成芯片3-4芯片控制字。在本应用示例中，发射通道选用射频通道3-2，在obu发射信号时，射频开关3-3连通集成芯片3-4和射频通道3-2。

本应用示例很好地解决了在某些场景，obu接收灵敏度过高的问题。

应用示例2

本应用示例主要针对当obu安装在高档车辆时候，由于高档车前挡风玻璃对信号衰减较大，车辆行驶到etc车道后，很难被唤醒或者唤醒距离过近的问题。

如图4所示，本实施例中，包含四个射频通道，即：射频通道1：4-1；射频通道2：4-2；射频通道3：4-3；射频通道4：4-4。前三个射频通道，即射频通道1：4-1、射频通道2：4-2和射频通道3：4-3，用于obu的唤醒链路；最后一个射频通道，即射频通道4：4-4，用于obu的接收链路和发射链路。

射频通道4-4，主要包括：天线4：4-40、支路单元4：4-41。天线4:4-40，其增益为3db,极化方式为圆极化天线。支路单元4:4-41，其由衰减器电路构成，衰减器采用pi型衰减器，其衰减值为3db，主要包括电阻r4为294欧姆，电阻r5，为17.4欧姆，电阻r6，为294欧姆。

射频通道1：4-1，主要包括天线1：4-10、支路单元1：4-11；天线1：4-10，其增益为6db，极化方式为圆极化天线。支路单元1：4-11，其采用相位补偿电路。相位补偿电路其作用是在射频通道1：4-1，与其他射频通路组合，形成天线阵的时候对天线1：4-10，进行相位补偿。

射频通道2：4-2，主要包括天线2：4-20、支路单元2：4-21。天线2：4-20，其增益为6db，极化方式为圆极化天线。支路单元2：4-21，其采用相位补偿电路。相位补偿电路其作用是在射频通道2：4-2，与其他射频通路组合，形成天线阵的时候对天线2：4-20，进行相位补偿。

射频通道3：4-3，主要包括天线3：4-30、支路单元3：4-31。天线3：4-30，其增益为6db，极化方式为圆极化天线。支路单元3：4-31，其采用相位补偿电路。相位补偿电路其作用是在射频通道3：4-31，与其他射频通路组合，形成天线阵的时候对天线3：4-30，进行相位补偿。

在本实施例中，当obu处于低功耗等待唤醒状态时，射频开关4-5将集成芯片4-6与三个射频通道4-1、4-2、4-3同时连通。此时，天线1：4-10、天线2：4-20、天线3：4-30组成天线阵，其天线阵整体增益约为10.8db，以提高obu整体唤醒灵敏度，obu进入高唤醒灵敏度状态。当obu被唤醒后，obu切换至接收、发射链路状态，即：射频开关4-5将切换至射频通道4-4，射频开关4-5将射频通道4-4、集成芯片4-6连同在一起。射频通道4-4满足obu信号的发射和接收链路要求，在射频通道4-4，obu对信号进行发射和接收，与rsu进行通信。

本应用示例非常适用于唤醒信号衰减较大的场景，并且能够很好解决obu唤醒灵敏度不足的问题。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。