无线收发装置及ETC系统的制作方法

无线收发装置及etc系统
技术领域
1.本实用新型涉及到etc数据传输领域，更具体地说是指一种无线收发装置及etc系统。


背景技术：

2.当前的电子不停车收费系统（etc），通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站etc车道上的微波天线之间进行的专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过高速公路或桥梁收费站无需停车而能交纳高速公路或桥梁费用的目的。所采用的路侧微波天线与车载电子标签，基于5.8g射频识别（rfid）技术，采用的是低端的ask调制方式，其数据传输速率仅为下行256kbit/s、上行512kbit/s，在较短的过车时间内，只能传输小数据量的指令信息。所以当前的etc系统只能用作车辆的身份识别及不停车扣费。
3.随着etc的发展，etc的用户群体越来越多，用户的需求日益多样化与现有etc功能单一的矛盾越来越大。etc系统不能只提供收费功能，还需要向用户提供服务，比如路况信息播报、实时危险预警、车路协同应用等，还能充分利用通过its( 智能运输系统) 收集到的路线信息，扩充成了一个全新的服务系统。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种无线收发装置及etc系统。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
7.第一方面，本实用新型提出一种无线收发装置，包括室外控制单元和射频收发单元；
8.所述室外控制单元包括第一核心板、第一验证模块和编码调制模块；所述第一验证模块连接所述第一核心板，配置于对交易信息进行加密验证；所述编码调制模块连接所述第一核心板，配置于对收发信号的编解码和信号调制；所述第一核心板配置于处理来自所述第一验证模块和编码调制模块的数据，或，与边缘计算单元进行数据通信；
9.所述射频收发单元包括与所述编码调制模块连接的射频发射模块和射频接收模块；所述射频发射模块设置有若干个发射信道，配置于将发射信号辐射到目标区域；所述射频接收模块设置有若干个接收信道，配置于接收来自监测区域的上行信号，并传输至所述编码调制模块。
10.进一步地，还包括室内控制单元，所述室内控制单元包括第二核心板、通信模块和第二验证模块；所述通信模块将所述第二核心板与边缘计算单元进行连接，所述第二核心
板和边缘计算单元通过所述通信模块进行数据通信；所述第二验证模块连接所述第二核心板，配置于对交易信息进行加密验证；所述第二核心板连接所述第一核心板，配置于将来自边缘计算单元的服务数据传输至第一核心板，或，接收来自所述室外控制单元传输的接收数据。
11.进一步地，所述发射信道包括压控振荡器、带通滤波器、功率放大器和发射天线；所述压控振荡器的输入端连接所述编码调制模块，输出端连接所述带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述发射天线，通过发射天线将发射信号辐射至目标区域。
12.进一步地，所述接收信道包括低噪声放大器、混频器、低通滤波器、包络检波器和接收天线；所述包络检波器的输出端连接所述编码调制模块，输入端连接所述低通滤波器的输出端，所述低通滤波器的输入端连接所述混频器的输出端，所述混频器的输入端连接所述低噪声放大器的输出端，所述低噪声放大器的输入端连接所述接收天线，通过所述接收天线接收来自监测区域的上行信号。
13.进一步地，所述编码调制模块配置于控制所述压控振荡器对发射信号进行gfsk调制及信道间隔划分，或，对收发信号进行编码和解码。
14.进一步地，所述第二核心板与所述第一核心板通过以太网接口连接；所述第二核心板与边缘计算单元通过以太网接口连接。
15.进一步地，所述通信模块内设置有以太网控制芯片，所述以太网控制芯片集成有spi通信总线。
16.进一步地，所述第二验证模块包括mcu和psma卡，所述mcu与所述第二核心板通过以太网接口连接；所述psma卡与所述mcu连接，配置于对交易数据进行加密验证。
17.进一步地，所述发射天线和接收天线为微带天线。
18.第二方面，本实用新型还提出一种etc系统，包括如上任一项所述的无线收发装置。
19.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型提供一种无线收发装置及etc系统，本方案的无线收发装置具备高数据传输速率，大通信区域、低时延的优点；在应用于etc系统时，能够在满足常规的etc扣费及身份识别的功能外，还可以满足在不同使用场景下向obu设备无损快速的传输高质量的服务数据，实现更好的用户服务。
20.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型一实施例提供的一种无线收发装置的结构框图；
23.图2为本实用新型一实施例提供的一种无线收发装置的发射信道的结构框图；
24.图3为本实用新型一实施例提供的一种无线收发装置的接收信道的结构框图；
25.图4为本实用新型另一实施例提供的一种无线收发装置的结构框图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
33.名词解释：
34.obu设备（on board unit），车载设备，在etc系统中，obu设备放在车上，路边架设路侧设备，相互之间通过微波进行通讯。
35.图1为本实用新型的一实施例的一种无线收发装置的原理框图。参考图1，本实施例的无线收发装置包括室外控制单元10和射频收发单元20。本方案室外控制单元10将服务数据通过射频收发单元20辐射至目标区域，或者通过射频收发单元20接收来自其他终端的
上传数据，其具备高数据传输速率，大通信区域、低时延的特点，能够满足不同应用场景下无损快速的高质量图片、语音及视频流数据传输。具体的，本实施例的无线收发装置可以应用于etc系统中，并与车载的obu设备进行无线数据传输。
36.本实施例的室外控制单元10作为整个无线收发装置的核心。参考图1，室外控制单元10包括第一核心板11、第一验证模块13和编码调制模块12。第一验证模块13连接第一核心板11，配置于对交易信息进行加密验证；编码调制模块12连接第一核心板11，配置于对收发信号的编解码和信号调制；第一核心板11连接边缘技术单元，配置于处理来自第一验证模块13和编码调制模块12的数据，并与边缘计算单元40进行数据通信与应用端软件的部署。
37.其中，边缘计算单元40作为服务资源的提供方，可以将服务数据传输给室外控制单元10，再进一步通过射频收发单元20进行发射，或者通过射频收发单元20接收到的上行信号经过室外控制单元10处理后，通过以太网接口快速传输至边缘计算单元40内进行输出筛选和处理。上述的服务数据包括信息播报的文字声音、图片、视频等转换的数据。
38.在本实施例中，编码调制模块12为fpga（field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列）。第一验证模块13设置有psam卡。
39.参考图1，本实施例的射频收发单元20包括与编码调制模块12连接的射频发射模块21和射频接收模块22；射频发射模块21设置有若干个发射信道，配置于将发射信号辐射到目标区域；射频接收模块22设置有若干个接收信道，配置于接收来自监测区域的上行信号，并传输至编码调制模块12。
40.参考图2，本实施例的发射信道包括压控振荡器211、带通滤波器212、功率放大器213和发射天线214；压控振荡器211的输入端连接编码调制模块12，输出端连接带通滤波器212的输入端，带通滤波器212的输出端连接功率放大器213的输入端，功率放大器213的输出端连接发射天线214，通过发射天线214将发射信号辐射至目标区域。
41.在本实施例中，编码调制模块12作为发射信道的编码及调制的主控芯片，编码调制模块12配置于控制压控振荡器211对发射信号进行gfsk调制及信道间隔划分，或，对收发信号进行编码和解码。控制压控振荡器211（vco）进行gfsk调制及信道间隔划分时，gfsk频率偏移为1mhz，信道间隔5mhz，具体划分如下表所示：发射信道5830mhz5835mhz5840mhz
…
gfsk调制频率5829mhz5831mhz5834mhz5836mhz5839mhz5841mhz
…
42.每一个发射信道的压控振荡器211输出连接带通滤波器212（bpf），由带通滤波器212进行带外杂散抑制，然后进入功率放大器213（pa）进行信号放大，最后通过发射天线214将信号辐射到工作区域。
43.参考图3，本实施例的接收信道包括低噪声放大器224、混频器223、低通滤波器222、包络检波器221和接收天线225；包络检波器221的输出端连接编码调制模块12，输入端连接低通滤波器222的输出端，低通滤波器222的输入端连接混频器223的输出端，混频器223的输入端连接低噪声放大器224的输出端，低噪声放大器224的输入端连接接收天线225，通过接收天线225接收来自监测区域的上行信号。
44.在本实施例中，由不同的接收信道（接收信道1-n）负责接收不同的上行信号。接收天线225接收到的上行信号，经过低噪声放大器224（lna）进行放大，然后进入混频器223
（mix）进行下变频，下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。下变频后的信号经过低通滤波器222（lpf），将gfsk调制信号高频调制点进行抑制，从而将fsk调制频谱转化为ask调制频谱，再进入包络检波器221进行包络检波输出原始信号的模拟包络波形，最近进入编码调制模块12进行解调解码，还原出原始数据，完成上行信号/数据的接收。
45.例如，车载的obu设备与车辆通过can总线相连，车辆控制器将车辆采集的数据信息包括信息播报的文字声音、图片、视频等转换为数据，按需通过can总线发送给obu设备。obu设备将数据信息通过5.8ghz高频信号发送给无线收发装置，通过接收天线225接收后传输到接收信道；接收信道将接收到的5.8ghz高频信号进行低噪声放大后，在射频芯片内部进行解调并传输到编码调制模块12进行解码。编码调制模块12解码后的数据通过gpmc总线传输到第一核心板11，第一核心板11将数据分包通过高速以太网发送到边缘计算单元，进行数据汇总、显示及有效性甄别。
46.具体的，上述的发射天线和接收天线为微带天线。
47.本实施例的无线收发装置只需包含室外控制单元10和射频收发单元20，就可以独立布置实现数据高速发射和接收，实现无线高速传输，具体能够直接布置于高速公路匝道分合流、隧道出入口、城市复杂道路等不方便安装室内控制单元30的场景。正常使用时，第一核心板11从边缘技术单元获取到发射数据，发射数据包括但是不限制于高质量的图片、语音及视频流数据等大容量数据，并通过编码调制模块12将发射数据调制在5.8ghz的信道，调试方式为gfsk，数据速率达到了4mbit/s，数据传输速率远远高于已有的传输方式；最后，调制后的5.8ghz高频信号通过发射天线214辐射到高速公路及城市道路的车辆通行区域，车载设备接收到发射数据后，进行解调解码，将数据还原为语音文字、图片、视频等信息，为车辆提供i2v服务。
48.本实施例的无线收发装置具备高数据传输速率，大通信区域、低时延的优点；在应用于etc系统时，能够在满足常规的etc扣费及身份识别的功能外，还可以满足在不同使用场景下向obu设备无损快速的传输高质量的服务数据，实现更好的用户服务。
49.图4为本实用新型另一实施例的一种无线收发装置的原理框图。参考图4，本实施的无线收发装置除了包括室外控制单元10和射频收发单元20之外，还包括有室内控制单元30，本实施例的室外控制单元10和射频收发单元20与上述实施例相同，就不在此赘述
50.具体的，室内控制单元30包括第二核心板31、通信模块32和第二验证模块33；通信模块32将第二核心板31与边缘计算单元40进行连接，第二核心板31和边缘计算单元40通过通信模块32进行数据通信，将服务数据从边缘计算单元40传输至第二核心板31，或者，第二核心板31将接收数据上传至边缘计算单元40；第二验证模块33连接第二核心板31，配置于对交易信息进行加密验证；第二核心板31连接第一核心板11，配置于将来自边缘计算单元40的服务数据传输至第一核心板11，或，射频收发单元20接收来自监测区域的上行信号，室外控制单元10最终将接收数据传输至自边缘计算单元40。
51.其中，边缘计算单元40作为服务资源的提供方，可以将服务数据传输给室内控制单元30，再由室内控制单元30进行分包并通过高速以太网接口传递给室外控制单元10，并进一步通过射频收发单元20进行发射，或者通过射频收发单元20接收到的上行信号经过室外控制单元10处理后，再经室内控制单元30通过以太网接口快速传输至边缘计算单元40内
进行输出筛选和处理。上述的服务数据包括信息播报的文字声音、图片、视频等转换的数据。
52.在本实施例中，第二核心板31与第一核心板11通过以太网接口连接；第二核心板31与边缘计算单元40通过以太网接口连接。第二核心板31与第一核心板11和边缘计算单元40均通过高速以太网接口连接，可以保证服务数据或者接收数据能够在无线收发装置内部高速传输；配合编码调制模块12将发射数据调制在5.8ghz的信道，调试方式为gfsk，数据速率达到了4mbit/s，数据传输速率远远高于已有的传输方式；最后，调制后的5.8ghz高频信号通过发射天线214辐射到高速公路及城市道路的车辆通行区域，车载设备接收到发射数据后，进行解调解码，将数据还原为语音文字、图片、视频等信息，并通过高速以太网传输至边缘计算单元40进行进一步的筛选和处理。
53.在本实施例中，通信模块32内设置有以太网控制芯片，以太网控制芯片集成有spi通信总线。spi是串行外设接口（serial peripheral interface）的缩写，spi通信总线是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为pcb的布局上节省空间，提供方便。本方案采用集成了spi总线的以太网控制芯片，即保证了数据在无线收发装置内部的传输速率，又简化了无线收发装置。
54.在本实施例中，第二验证模块33包括mcu和psma卡，mcu与第二核心板31通过以太网接口连接；psma卡与mcu连接，配置于对交易数据进行加密验证。
55.本实施例的无线收发装置采用了室内控制单元30和室外控制单元10一拖一的工作模式，该模式的无线收发装置主要应用于高速公路门架及收费站出入口场景，例如室外控制单元10设置与室外制定区域，而室内控制单元30部署于岗亭或者路侧控制机柜，进而提高无线收发装置的工作稳定性。
56.本实施例的无线收发装置具备高数据传输速率，大通信区域、低时延的优点；在应用于etc系统时，能够在满足常规的etc扣费及身份识别的功能外，还可以满足在不同使用场景下向obu设备无损快速的传输高质量的服务数据，实现更好的用户服务。
57.本实用新型另一实施例还提出一种etc系统，包括上述实施例所述的无线收发装置，通过无线收发装置与监测区域内车端的obu设备进行数据无线高速传输。
58.本实施提出的一种etc系统，应用了上述实施例中的无线收发装置，应用于etc系统中，具备高数据传输速率，大通信区域、低时延的有点，在满足常规的etc系统的扣费及身份识别的功能外，还可以满足在高速公路或城市场景下向车载的obu设备无损快速的传输高质量的图片、语音及视频流数据，更好地为用户服务。
59.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。