一种基于DDS的RSU的相控阵发射系统的制作方法

一种基于dds的rsu的相控阵发射系统
技术领域
1.本发明涉及一种相控阵发射系统，尤其涉及etc领域一种基于dds的rsu的相控阵发射系统。


背景技术：

2.etc：( electronic toll collection ) 不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式，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的微波专用短程通讯，扣取用户卡上的金额或利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，etc是先进的电子收费技术，目前主要应用在匝道出入口和主线标识站，均为封闭式高速公路收费场景下的etc应用模式，随着国家高速公路政策的改革，提供更快的通行速度和更高的通行效率己是迫在眉睫，自由流高速公路收费模式通过建设虚拟主线路侧单元站，从而具有较高的通行效率和优良的通行服务体验。
3.obu：（即on board unit的缩写），直译就是车载单元的意思，就是采用dsrc（dedicated short range communication）技术，与rsu进行通讯的微波装置，在etc系统中，obu放在车上，路边架设路侧单元（rsu-road side unit），相互之间通过微波进行通讯，车辆高速通过rsu的时候，obu和rsu之间用微波通讯。
4.rsu：是road side unit的英文缩写，直译就是路侧单元的意思，是etc系统中，安装在路侧，采用dsrc（dedicated short range communication）技术，与车载单元（obu，on board unit）进行通讯，实现车辆身份识别，电子扣费的装置。
5.dds信号发生器采用直接数字频率合成(direct digital synthesis，简称dds)技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节，采用这种方法设计的信号源可工作于调制状态，可对输出电平进行调节，也可输出各种波形。
6.随着etc的应用推广，etc并行车道越来越多，etc邻道干扰和跟车干扰问题越为突出，一直困扰着etc的发展，为了更好的对rsu的发射波束范围动态控制，出现了模拟相控阵发射波束扫描技术，该相控阵发射波束扫描是通过控制多通道5.8g频段射频信号的相位和幅度来实现的，控制相位使用的是移相器，控制幅度使用的衰减器；然而，5.8g频段移相器和衰减器价格都很贵，并且每个通道都需要使用，这大大增加了rsu的物料成本。
7.另外，移相器和衰减器都是通过有限的阶梯（通常小于或等于64级）对信号进行移相和衰减，无法实现精确移相和精确调幅，因此难以做到对波束精确调整，为了解决上述技术问题，本技术提供一种基于dds的rsu的相控阵发射系统。


技术实现要素：

8.基于现有技术的不足，本发明提供一种基于dds的rsu的相控阵发射系统，包括rsu处理器模块、发射信号处理器模块、dds中频信号产生模块、参考时钟模块、中频信号处理模
块、上变频模块、本振模块、射频信号处理模块和天线阵列模块，所述发射信号处理器模块与所述rsu处理器模块连接并实现参数配置，所述发射信号处理器模块通过io接收所述rsu处理器模块的基带io电平信号，所述发射信号处理器模块、所述dds中频信号产生模块、所述中频信号处理模块、所述上变频模块、所述射频信号处理模块和所述天线阵列模块依次连接，所述参考时钟模块与所述dds中频信号产生模块连接，所述发射信号处理器模块与所述本振模块连接，所述本振模块与所述上变频模块连接。
9.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述发射信号处理器模块包括通信接口模块、参数初始化模块、通道幅相校准模块、波束动态扫描算法模块和dds控制接口模块，所述rsu处理器模块通过所述通信接口模块与所述参数初始化模块、所述通道幅相校准模块、所述波束动态扫描算法模块连接，所述参数初始化模块、所述通道幅相校准模块、所述波束动态扫描算法模块再通过所述dds控制接口模块与所述dds中频信号产生模块连接，所述本振模块与所述参数初始化模块连接。
10.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述dds中频信号产生模块包括多通道的dds，所述dds包括相位累加器、加法器、cos(x)相幅转换器、乘法器和dac，所述相位累加器、所述加法器、所述cos(x)相幅转换器、所述乘法器和所述dac依次连接，所述dds中频信号产生模块输出多通道频率、相位、幅值可独立控制的模拟中频信号。
11.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述参考时钟为所述dds中频信号产生模块提供参考时钟信号。
12.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述中频信号处理模块包括中频滤波器和中频放大器，所述中频滤波器的通带带宽小于5mhz。
13.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述上变频模块包括混频器，所述上变频模块将所述模拟中频信号变频为5.83ghz或5.84ghz的射频信号。
14.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述本振模块为所述上变频模块提供本振信号，所述混频器共用同一所述本振信号。
15.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述射频信号处理模块包括射频滤波器和射频放大器。
16.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述天线阵列模块由两个或两个以上独立的微带天线阵组成，所述天线阵列模块把射频信号变成可以在自由空间传播的电磁波。
17.作为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的改进，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述微带天线阵采用线性排列，相邻两个所述微带天线阵之间的距离为发射信号波长的1/2。
18.与现有技术相比较，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统具有以下有益效果：所述发射信号处理器模块通过io接收所述rsu处理器模块的基带io电平信号，所述dds中频
信号产生模块的各通道dds拥有独立的频率、相位、幅值，实现相控阵发射波束赋形和波束扫描，所述发射信号处理器模块对所述dds中频信号产生模块的各通道dds的频率、相位、幅值控制，所述dds中频信号产生模块输出多通道dds生成多通相位、幅值可独立控制的中频信号，从而实现了相位和幅值控制，能够实现精细移相和精细调幅，使得波束控制更精确，能够很好的解决了etc邻道干扰和跟车干扰问题；并且省去了昂贵的射频移相器，降低了rsu的物料成本。
附图说明
19.图1为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统优选实施例的所述基于dds的rsu的相控阵发射系统框图。
20.图2为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统优选实施例的所述发射信号处理器模块组成框图。
21.图3为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统优选实施例的所述dds中频信号产生模块组成框图。
22.图4为本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统优选实施例的均匀线阵发射波束相控模型图。
具体实施方式
23.本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统主要适用于etc。
24.参考图1、图2、图3和图4，下文将详细描述本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统。
25.参考图1，本实施例中的一种基于dds的rsu的相控阵发射系统包括rsu处理器模块、发射信号处理器模块、dds中频信号产生模块、参考时钟模块、中频信号处理模块、上变频模块、本振模块、射频信号处理模块和天线阵列模块，所述发射信号处理器模块与所述rsu处理器模块连接并实现参数配置，所述发射信号处理器模块通过io接收所述rsu处理器模块的基带io电平信号，所述发射信号处理器模块、所述dds中频信号产生模块、所述中频信号处理模块、所述上变频模块、所述射频信号处理模块和所述天线阵列模块依次连接，所述参考时钟模块与所述dds中频信号产生模块连接，所述发射信号处理器模块与所述本振模块连接，所述本振模块与所述上变频模块连接，本发明的基于dds的rsu的相控阵发射系统是通过独立控制多通道dds的相位、幅值，使得多通道dds生成多通相位、幅值可独立控制的中频信号，来控制波束发射方向，多通道中频信号经过滤波放大后，使用同一本振信号混频生成多通道的射频信号，多通道射频信号经过滤波放大后，由多通道天线阵列发射出去，各通道dds使用同一参考时钟，且各通道dds中频信号频率相同。
26.参考图2，在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述发射信号处理器模块包括通信接口模块、参数初始化模块、通道幅相校准模块、波束动态扫描算法模块和dds控制接口模块，所述rsu处理器模块通过所述通信接口模块与所述参数初始化模块、所述通道幅相校准模块、所述波束动态扫描算法模块连接，所述参数初始化模块、所述通道幅相校准模块、所述波束动态扫描算法模块再通过所述dds控制接口模块与所述dds中频信号产生模块连接，所述本振模块与所述参数初始化模块连接，所述通信接口模块负责
与所述rsu处理器模块通过有线接口通信，实现参数设置；所述参数初始化模块用于设置所述本振模块的频率和所述dds中频信号产生模块的频率、相位、幅值等各项参数；所述通道幅相校准模块用于校正由于各通道元件及制造工艺造成的相位、幅值偏差，把各通道的相位、幅值校准到幅相一致，提高波束控制精度；所述波束动态扫描算法模块用于根据期望波束发射方向、天线阵列的空间分布、各通道幅相校准的相位和幅值的修正值，计算推导出产生期望波束发射方向的各通道的相位、幅值参数，如图4所示，均匀线阵的间距为d，设各个发射阵元的信号幅值相等，相位可独立控制，如果期望产生夹角为θ的发射波束，以第1阵元为参考，则第2个阵元相对第1个阵元的相位差为φ=-2πd sinθ/λ，第n个阵元相对第1个阵元的相位差为(n-1)φ，由此可见，通过控制各阵元的相位，能实现波束动态扫描。
27.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述dds控制接口模块用于初始化所述dds中频信号产生模块的频率、相位、幅值等参数；根据所述参数初始化模块、所述波束动态扫描算法模块生成的各通道相位、幅值来控制相应通道dds的相位、幅值。
28.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述dds中频信号产生模块用于输出模拟中频信号，所述dds中频信号产生模块是实现相控阵发射的核心组件，主要由多通道dds（直接数字频率合成器）组成，各通道dds共用同一参考时钟信号来实现同步，各通道dds拥有独立的频率、相位、幅值控制，根据所述发射信号处理器模块对各通道dds的频率、相位、幅值控制，实现相控阵发射波束赋形和波束扫描，输出多通道的模拟中频信号。
29.参考图3，在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述dds中频信号产生模块的所述dds包括相位累加器、加法器、cos(x)相幅转换器、乘法器和dac，所述相位累加器、所述加法器、所述cos(x)相幅转换器、所述乘法器和所述dac依次连接，所述相位累加器在所述参考时钟模块控制下以步长k累加运算，输出大于等于32位的二进制码，取大于等于14位msb截断输出与相位控制字p相加后作为所述cos(x)相幅转换器的地址对cos(x)波形表进行寻址，cos(x)波形表输出大于等于10位的幅度码与幅度控制字a相乘后作为所述dac的输入，所述dac的位数大于等于10位，所述dac在所述参考时钟模块控制下进行数模转换，输出模拟中频信号。
30.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的各通道的频率控制字k相同，使各通道产生相同的频率，所述模拟中频信号输出一般大于20mhz；各通道的相位控制字p的位宽大于等于14位，因此可以实现大于等于2
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（即16384）级的调相控制，可见调相精度远高于传统移相器的64级；各通道的幅度控制字a的位宽大于等于10位，因此可以实现大于等于2
10
（即1024）级的调幅控制，可见调幅精度远高于传统衰减器的64级；另外，ask信号的调制是通过控制幅度控制字a来实现的；各通道的相位控制字p的位宽大于等于14位，各通道的幅度控制字a的位宽大于等于10位时，调相、调幅精度远高于传统移相器和衰减器，因此可以实现精细移相和精细调幅，使波束控制更精确，从而很好的解决etc邻道干扰和跟车干扰问题。
31.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述参考时钟为所述dds中频信号产生模块提供参考时钟信号。
32.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述中频信号处理模块包括中频滤波器和中频放大器，所述中频滤波器的通带带宽小于5mhz，所述中频滤波器用
于过滤dac量化产生的谐波分量和带外杂散信号，所述中频滤波器可以使用带通滤波器来实现，所述中频放大器用于对所述中频滤波器滤波后的信号放大。
33.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述上变频模块包括混频器，所述上变频模块将模拟中频信号变频为5.83ghz或5.84ghz的射频信号，所述上变频模块由多通道的所述混频器组成。
34.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述本振模块为所述上变频模块提供本振信号，多通道的所述混频器共用同一本振信号，所述发射信号处理器模块通过设置所述本振模块的频率来改变射频发射信号的频率，rsu发射的两个中心频点5.83ghz和5.84ghz是通过设置所述本振模块的频率来实现的。
35.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述射频信号处理模块包括射频滤波器和射频放大器，所述射频滤波器用于过滤混频产生的镜像频谱和抑制etc频带以外的杂散信号，所述射频滤波器可以使用带通滤波器来实现，所述射频放大器用于对所述射频滤波器滤波后的信号放大。
36.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述天线阵列模块由两个或两个以上独立的微带天线阵组成，所述天线阵列模块把射频信号变成可以在自由空间传播的电磁波。
37.在本实施例中，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统的所述微带天线阵采用线性排列，相邻两个所述微带天线阵之间的距离为发射信号波长的1/2。
38.与现有技术相比较，本发明基于dds的rsu的相控阵发射系统具有以下有益效果：所述发射信号处理器模块通过io接收所述rsu处理器模块的基带io电平信号，所述dds中频信号产生模块的各通道dds拥有独立的频率、相位、幅值，实现相控阵发射波束赋形和波束扫描，所述发射信号处理器模块对所述dds中频信号产生模块的各通道dds的频率、相位、幅值控制，所述dds中频信号产生模块输出多通道dds生成的多通相位、幅值可独立控制的中频信号，从而实现了相位和幅值控制，能够实现精细移相和精细调幅，使得波束控制更精确，能够很好的解决了etc邻道干扰和跟车干扰问题；并且省去了昂贵的射频移相器，降低了rsu的物料成本。
39.以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。