车载自适应增强天线控制系统和方法与流程

1.本发明涉及汽车领域，特别涉及一种用于控制车载自适应增强天线的控制系统，以及一种用于控制车载自适应增强天线的控制方法。


背景技术：

2.车联网obu(on board unit车载单元)，通常支持很多通讯制式如：2g/3g/4g蜂窝网通讯制式、wi-fi无线局域网制式和最新的v2x(vehicle-to-everything蜂窝车联)车联网通讯制式，会使用很多天线包括内置天线是在obu pcb(printed circuit board印制电路板)内部放置内置天线和外置天线(通常放置在车顶远离obu车载终端)供比较重要通讯制式使用。
3.如图1所示，现有车载天线，为了适应广泛的应用场景，都采用全向辐射天线进行通讯。现有技术的优先是天线是全方向覆盖没有盲点，适应全方位覆盖。
4.现有技术的缺点和问题包括：
5.1.为了全向覆盖，导致天线方向图全向覆盖导致增益比较低。
6.2.基站在中强信号覆盖下，对用户的通讯质量和可靠性影响较小；但是在基站小区边缘或有部分遮挡的弱信号覆盖下，对用户的通讯质量和可靠性稳定性都有较大的影响，特别是运动中的车载通讯变得更差。


技术实现要素：

7.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
8.本发明要解决的技术问题是提供一种能根据当前车辆环境情况自适应切换指定方向高增益天线，减少无效方向天线辐射的车载自适应增强天线控制系统。
9.相应的，本发明还提供一种能根据当前车辆环境情况自适应切换指定方向高增益天线，减少无效方向天线辐射的车载自适应增强天线控制方法。
10.为解决上述技术问题，本发明提供的车载自适应增强天线控制系统，其特征在于，包括：
11.第一定向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
12.第一全向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
13.第二定向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
14.第二全向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
15.第一开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将2g、3g、4g和/或5g通信射频信号发送至通讯模组；
16.第二开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将v2x通信射频信号送至通讯模
组；
17.处理器单元，其分别连接高精度定位模组和车载传感器，其根据高精度定位模组和车载传感器数据发送蜂窝开关切换信号至第一开关单元选择第一定向辐射天线或第一全向辐射天线进行通讯；
18.以及，其根据高精度定位模组和车载传感器数据发送v2x开关切换信号至第二开关单元选择第二定向辐射天线或第二全向辐射天线进行通讯。
19.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，第一定向辐射天线方向为垂直于车辆航向方向。
20.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，第二定向辐射天线方向为平行于车辆航向方向。
21.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，所述高精度定位模组数据包括：当前车辆位置、高精度地图和车辆航向角；
22.所述高精度地图具有当前位置所处区域和道路信息；
23.所述车载传感器包括：车载外置摄像头和雷达；
24.所述车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量。
25.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，处理器单元根据车载传感器数据获得当前行驶道路图像信息并结合高精度地图估算基站位置，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用天线，控制第一开关单元和第二开关单元执行切换或保持。
26.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，所述高精度定位模组数据包括：当前车辆位置、高精度地图和车辆航向角；
27.所述高精度地图具有当前位置所处区域、道路信息和基站位置；
28.所述车载传感器包括：车载外置摄像头和雷达；
29.所述车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量。
30.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，处理器单元根据当前车辆位置查询高精度地图获得车辆周围基站位置，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与其周围基站的指向和方位，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向图和覆盖区域选择使用天线，控制第一开关单元和第二开关单元执行切换或保持。
31.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，若当前车辆位置为郊区或高速，则处理单元指令使用第一定向辐射天线和第二定向辐射天线进行通讯；
32.否则，处理单元指令使用第一全向辐射天线和第二定全向辐射天线进行通讯。
33.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，处理单元根据实时检测第一全向辐射天线和第二全向辐射天线工况，若第一全向辐射天线失效则立即切换到第一定向辐射天线进行通讯，若第二全向辐射天线失效则立即切换到第二定向辐射天线进行通讯。
34.可选择的，进一步改进所述的车载自适应增强天线控制系统，第一开关单元和第二开关单元是单刀双掷开关。
35.为解决上述技术问题，本发明提供一种车载自适应增强天线控制方法，包括以下
步骤：
36.s1，获取车辆当前车辆位置、高精度地图、车辆航向角和车载传感器数据；
37.所述高精度地图具有当前位置所处区域和道路信息，车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
38.s2，根据车载传感器数据获得当前行驶道路图像信息并结合高精度地图估算基站位置；
39.s3，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位；
40.s4，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用全向辐射天线或定向辐射天线。
41.可选择的，进一步改进所述车载自适应增强天线控制方法，所述高精度地图还具有基站位置，则步骤s2，根据当前车辆位置查询高精度地图获得车辆周围基站位置。
42.可选择的，进一步改进所述车载自适应增强天线控制方法，设有两个定向辐射天线和两个全向辐射天线，第一定向辐射天线方向为垂直于车辆航向方向，第一定向辐射天线和第一全向辐射天线作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
43.第二定向辐射天线方向为平行于车辆航向方向，第二定向辐射天线和第二全向辐射天线作为v2x通信天线。
44.可选择的，进一步改进所述车载自适应增强天线控制方法，若当前车辆位置为郊区或高速，则处理单元指令使用第一定向辐射天线和第二定向辐射天线进行通讯；
45.否则，处理单元指令使用第一全向辐射天线和第二定全向辐射天线进行通讯。
46.可选择的，进一步改进所述车载自适应增强天线控制方法，若第一全向辐射天线失效则立即切换到第一定向辐射天线进行通讯，若第二全向辐射天线失效则立即切换到第二定向辐射天线进行通讯。
47.现有车载方案(如图1所示)：车载天线：蜂窝2/3/4/5g采用全向天线，v2x采用全向天线进行通讯覆盖，如城市道路和交叉路口，通讯蜂窝基站和v2x基站rsu(road side unit)路边单元紧挨道路架设在道路两旁，基站布网比较密集信号覆盖质量很好，所以对车载终端天线要求比较低，对用户上网速度和通话质量影响较小。
48.但是在实际使用中，并不是所有路段均如城市内形成有良好的通信基站覆盖。比如在郊区和高速路况下，如图3(郊区和高速路况下蜂窝通讯)和图4(郊区和高速路况下v2x通讯)。蜂窝通讯基站和v2x基站rsu(road side unit)路边单元，由于成本和使用效率原因，布网分散覆盖面积变大，如果还是传统车载使用全向天线通讯，基站或rsu小区边缘信号就会弱化很多，会较大影响用户上网速率和通话质量。
49.本发明根据蜂窝基站和rsu的分布特点(图3郊区和高速路况下蜂窝通讯和图4(郊区和高速路况下v2x通讯)所示，结合车行驶在道路的特定方向，只需将特定功能天线，在特定方向(指向区域内的蜂窝基站或v2x基站rsu位置)上增强天线增益，用于解决通讯覆盖差的问题。根据以上特点，采用定向方向辐射的天线，极大增强特定方向的天线增益，来提升车载天线的发射和接收信号的能力，提升车载上网速率和通话质量。定向辐射天线的特点是，主瓣方向对着需求重要方向上(指向区域内的蜂窝基站或v2x基站rsu位置)，这样天线增益很高覆盖更好，对不重要的方向上，通过低增益的旁瓣进行覆盖就行。如图3(郊区和高速路况下蜂窝通讯)，蜂窝基站主要在道路两旁的高处，只需要将2g/3g/4g/5g天线增强对
道路两旁的覆盖即蜂窝基站位置，其余方向覆盖要求不高,天线增益可以适当降低。
50.可以将2g/3g/4g/5g(全向辐射天线)
⑷
切换到2g/3g/4g/5g(定向辐射天线)
⑶
，以提升蜂窝基站方向的天线增益，提升用户的上网速率和通话质量。2g/3g/4g/5g(定向辐射天线)
⑶
的优点是特定方向增加提升很多，其余方向增益较小。同理如图4郊区和高速路况下v2x通讯，v2x基站rsu(road side unit)路边单元主要在道路路边和道路抱杆上，只需要将v2x天线增强对道路前后方向的覆盖即rsu位置，实现对v2i(vehicle-to-infrastructure)车对基础设施通讯。针对v2v(vehicle-to-vehicle)车对车通讯，通讯车辆主要也在道路的前后方向，左右方向由于道路宽度，覆盖距离非常近，天线左右方向增益可以适当降低。针对这个特点，只需要将v2x天线增强对道路前后方向的覆盖，特选择针对道路前后方向的定向增益v2x天线，通过将v2x(全向辐射天线)切换到v2x(定向辐射天线)，以提升车载通讯v2x天线，有效的针对rsu和其他车辆v2v的通讯距离和质量，提升通讯可靠性和稳定性。
51.本发明根据当前车辆后为实际通信环境，增加定向天线指向小区基站，增强弱信号下通讯覆盖能力。结合定位系统航向角和高精度地图基站分布的位置，以及车载传感器(摄像头、雷达等)等信息，通过决策智能选择天线，适配当前车辆行驶的路况，提升弱信号路况场景下的车载通讯信号质量和稳定性。并且在全向天线损坏，能使用定向天线继续通讯，提高了车辆天线冗余性和安全性。
附图说明
52.本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
53.图1是现有车载天线通信示意图。
54.图2是本发明车载自适应增强天线控制系统原理示意图。
55.图3是郊区和高速路况下蜂窝通讯示意图。
56.图4是郊区和高速路况下v2x通讯示意图。
具体实施方式
57.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
58.应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连
接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。
59.第一实施例；
60.本发明提供一种车载自适应增强天线控制系统，包括：
61.第一定向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
62.第一全向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
63.第二定向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
64.第二全向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
65.第一开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将2g、3g、4g和/或5g通信射频信号发送至通讯模组；
66.第二开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将v2x通信射频信号送至通讯模组；
67.处理器单元，其分别连接高精度定位模组和车载传感器，其根据高精度定位模组和车载传感器数据发送蜂窝开关切换信号至第一开关单元选择第一定向辐射天线或第一全向辐射天线进行通讯；
68.以及，其根据高精度定位模组和车载传感器数据发送v2x开关切换信号至第二开关单元选择第二定向辐射天线或第二全向辐射天线进行通讯。
69.第二实施例；
70.参考图2所示，本发明提供一种车载自适应增强天线控制系统，包括：
71.第一定向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
72.第一全向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
73.第二定向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
74.第二全向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
75.第一开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将2g、3g、4g和/或5g通信射频信号发送至通讯模组；
76.第二开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将v2x通信射频信号送至通讯模组；
77.处理器单元，其分别连接高精度定位模组和车载传感器，根据车载传感器数据获得当前行驶道路图像信息并结合高精度地图估算基站位置(例如利用通信数据中的rtk数据包)，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用天线，控制第一开关单元和第二开关单元执行切换或保持；所述高精度定位模组数据包括：当前车辆位置、高精度地图和车辆航向角；所述高精度地图具有当前位置所处区域和道路信息；所述车载传感器包括：
车载外置摄像头和雷达；所述车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
78.其中，第一定向辐射天线方向为垂直于车辆航向方向，第二定向辐射天线方向为平行于车辆航向方向。
79.第三实施例；
80.参考图2所示，本发明提供一种车载自适应增强天线控制系统，包括：
81.第一定向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
82.第一全向辐射天线，其连接第一开关单元，其作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
83.第二定向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
84.第二全向辐射天线，其连接第二开关单元，其作为v2x通信天线；
85.第一开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将2g、3g、4g和/或5g通信射频信号发送至通讯模组；
86.第二开关单元，其连接处理单元和通讯模组，其将v2x通信射频信号送至通讯模组；
87.处理器单元，据当前车辆位置查询高精度地图获得车辆周围基站位置，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与其周围基站的指向和方位，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向图和覆盖区域选择使用天线，控制第一开关单元和第二开关单元执行切换或保持；所述高精度地图具有当前位置所处区域、道路信息和基站位置；所述车载传感器包括：车载外置摄像头和雷达；所述车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
88.其中，第一定向辐射天线方向为垂直于车辆航向方向，第二定向辐射天线方向为平行于车辆航向方向。
89.第四实施例；
90.本发明第四实施例是在上述第二实施例或第三实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述；
91.若当前车辆位置为郊区或高速，则处理单元指令使用第一定向辐射天线和第二定向辐射天线进行通讯；
92.否则，处理单元指令使用第一全向辐射天线和第二定全向辐射天线进行通讯。
93.第五实施例；
94.本发明第四实施例是在上述第二实施例、第三实施例或第四实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述；
95.处理单元根据实时检测第一全向辐射天线和第二全向辐射天线工况，若第一全向辐射天线失效则立即切换到第一定向辐射天线进行通讯，若第二全向辐射天线失效则立即切换到第二定向辐射天线进行通讯。
96.其中，上述任意实施例所述的第一开关单元和第二开关单元可以选择使用单刀双掷开关。
97.第六实施例；
98.本发明提供一种车载自适应增强天线控制方法，包括以下步骤：
99.s1，获取车辆当前车辆位置、高精度地图、车辆航向角和车载传感器数据；
100.所述高精度地图具有当前位置所处区域和道路信息，车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
101.s2，根据车载传感器数据获得当前行驶道路图像信息并结合高精度地图估算基站位置；
102.s3，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位；
103.s4，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用全向辐射天线或定向辐射天线。
104.第七实施例；
105.本发明提供一种车载自适应增强天线控制方法，包括以下步骤：
106.s1，获取车辆当前车辆位置、高精度地图、车辆航向角和车载传感器数据；
107.所述高精度地图具有当前位置所处区域和道路信息，车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
108.s2，根据车载传感器数据获得当前行驶道路图像信息并结合高精度地图估算基站位置；
109.s3，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位；
110.s4，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用全向辐射天线或定向辐射天线。
111.第八实施例；
112.本发明提供一种车载自适应增强天线控制方法，包括以下步骤：
113.s1，获取车辆当前车辆位置、高精度地图、车辆航向角和车载传感器数据；
114.所述高精度地图具有当前位置所处区域、道路信息和基站位置，车载传感器数据包括：当前道路图像信息、车道状况和车流数量；
115.s2，根据当前车辆位置查询高精度地图获得车辆周围基站位置；
116.s3，根据车辆当前车辆航向角计算获得车辆与估算基站位置的指向和方位；
117.s4，根据车载天线全向辐射天线和定向辐射天线辐射方向和覆盖区域选择使用全向辐射天线或定向辐射天线。
118.第九实施例；
119.本发明第九实施例是在上述第七实施例或第八实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述；
120.设有两个定向辐射天线和两个全向辐射天线，第一定向辐射天线方向为垂直于车辆航向方向，第一定向辐射天线和第一全向辐射天线作为2g、3g、4g和/或5g通信天线；
121.第二定向辐射天线方向为平行于车辆航向方向，第二定向辐射天线和第二全向辐射天线作为v2x通信天线；
122.若当前车辆位置为郊区或高速，则处理单元指令使用第一定向辐射天线和第二定向辐射天线进行通讯；
123.否则，处理单元指令使用第一全向辐射天线和第二定全向辐射天线进行通讯。
124.第十实施例；
125.本发明第九实施例是在上述第七实施例、第八实施例或第九实施例基础上进行的进一步改进，相同的部分不再赘述；
126.若第一全向辐射天线失效则立即切换到第一定向辐射天线进行通讯，若第二全向辐射天线失效则立即切换到第二定向辐射天线进行通讯。
127.除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
128.以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。