一種桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法
【專利摘要】一種桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法，在桌面發(fā)行設備中增加開關電路和天線陣列處理器，通信過程中，通過天線陣列處理器控制開關電路工作在多種重構模式中的一種重構模式中，開關電路根據(jù)該重構模式控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉，通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式，從而得到滿足當前待發(fā)行設備通信需求的重構模式。因此，桌面發(fā)行設備能夠自動選擇通信效果較好的重構模式來適應不同的待發(fā)行設備，以解決桌面發(fā)行設備對不同型號的待發(fā)行設備兼容性差的問題。
【專利說明】
一種桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法
技術領域
[0001]本申請涉及可重構天線陣列技術領域，具體涉及一種桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法。
【背景技術】
[0002]按照國家標準，5.8GHz DSRC(Dedicated Short Range Communicat1ns，專用短程通信技術)的桌面發(fā)行設備所使用的天線通信距離范圍為I?20厘米，這個區(qū)域覆蓋了天線的電抗性近場和輻射近場。這一區(qū)域里，電磁場分布區(qū)域不規(guī)律，再加上發(fā)行對象的反射和近場耦合，使得電磁環(huán)境更加復雜。
[0003]以對車載單元(On board Unit，0BU)進行發(fā)行的桌面發(fā)行設備為例，在實際使用中，不同廠商的OBU產(chǎn)品，其喚醒靈敏度、天線方向圖、天線增益、動態(tài)范圍，等指標差異很大，再加上各種OBU的信號分布和反射不完全相同，桌面發(fā)行設備對各種型號的OBU產(chǎn)品很難做到完全兼容，導致通信鏈路可靠性降低，發(fā)行成功率不高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本申請?zhí)峁┮环N桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法，解決了桌面發(fā)行設備的信號覆蓋區(qū)域?qū)Σ煌吞柕拇l(fā)行設備兼容性差的問題。
[0005]根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N桌面發(fā)行設備，包括:
[0006]殼體，所述殼體的一面為用于放置待發(fā)行設備的發(fā)行面板；
[0007]可重構天線陣列，所述可重構天線陣列排布在殼體內(nèi)，包括多個天線單元；
[0008]開關電路，其第一信號端與可重構天線陣列連接，所述開關電路用于以多種重構模式中的一種控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉；
[0009]天線陣列處理器，所述天線陣列處理器與開關電路的控制端連接，用于控制所述開關電路工作在其中一種重構模式中；
[0010]通信電路，所述通信電路與開關電路的第二信號端連接，用于獲取可重構天線陣列接收的信號和控制可重構天線陣列發(fā)射信號；通信電路還與天線陣列處理器連接，用于根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式。
[0011]根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N桌面發(fā)行設備的可重構天線陣列控制方法，包括:
[0012]天線陣列處理器控制開關電路工作在多種重構模式中的一種重構模式中；
[0013]開關電路根據(jù)該重構模式控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉；
[0014]通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式。
[0015]本申請?zhí)峁┑囊环N桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法，在桌面發(fā)行設備中增加開關電路和天線陣列處理器，通信過程中，通過天線陣列處理器控制開關電路工作在多種重構模式中的一種重構模式中，開關電路根據(jù)該重構模式控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉，通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式，從而得到滿足當前待發(fā)行設備通信需求的重構模式。因此，桌面發(fā)行設備能夠自動選擇通信效果較好的重構模式來適應不同的待發(fā)行設備，以解決桌面發(fā)行設備對不同型號的待發(fā)行設備兼容性差的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本申請一種實施例中桌面發(fā)行設備的結構示意圖；
[0017]圖2為本申請一種實施例桌面發(fā)行設備對一種型號的OBU進行發(fā)行時，可重構天線的信號接收情況示意圖；
[0018]圖3為本申請一種實施例桌面發(fā)行設備對另一種型號的OBU進行發(fā)行時，可重構天線的信號接收情況示意圖；
[0019]圖4為本申請一種實施例桌面發(fā)行設備對另一種型號的OBU進行發(fā)行時，可重構天線的信號接收情況示意圖；
[0020]圖5為本申請一種實施例中桌面發(fā)行設備的可重構天線陣列控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0021]可重構天線技術屬于新型的電子技術，用于在通信過程中，動態(tài)地改變通信區(qū)域、信號強度和天線方向圖?？芍貥嬏炀€分為機械可重構天線和電調(diào)可重構天線兩種。
[0022]在工程中通信距離在10個電磁波長內(nèi)的天線均要按照近場天線的方法設計，桌面發(fā)行設備大多采用近場天線。遠場天線的設計一般遵循:設計一仿真一測試一優(yōu)化的迭代過程。近場天線與遠場天線不同，近場天線的仿真技術由于應用距離的限制，仿真結果與實測結果相差很遠，所以近場天線的設計一般都以經(jīng)驗和測試為主，仿真軟件的參考價值較低。
[0023]為解決桌面發(fā)行設備的信號覆蓋區(qū)域?qū)Σ煌吞柕拇l(fā)行設備兼容性差的問題，本申請實施例提供了一種桌面發(fā)行設備及其可重構天線陣列控制方法。本申請的發(fā)明構思在于:在桌面發(fā)行設備中增加開關電路和天線陣列處理器，通信過程中，通過天線陣列處理器控制開關電路工作在多種重構模式中的一種重構模式中，開關電路根據(jù)該重構模式控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉，通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式，從而得到滿足當前待發(fā)行設備通信需求的重構模式?？芍貥嬏炀€陣列的信號接收情況包括可重構天線陣列是否能夠接收到待發(fā)行設備的信號、可重構天線陣列的通信區(qū)域、信號強度、傳輸速度等。因此，桌面發(fā)行設備能夠自動選擇通信效果較好的重構模式來適應不同的待發(fā)行設備。
[0024]為便于對本申請進行說明，本申請實施例主要以用于智能交通(IntelligentTransportat1n System, ITS)領域中，對OBU進行發(fā)行的桌面發(fā)行設備進行說明。
[0025]下面通過【具體實施方式】結合附圖對本申請作進一步詳細說明。
[0026]實施例一
[0027]請參考圖1，本實施例提供了一種桌面發(fā)行設備，包括殼體10、可重構天線陣列
20、開關電路30、天線陣列處理器40和通信電路50。
[0028]殼體10的一面為用于放置待發(fā)行設備的發(fā)行面板。
[0029]可重構天線陣列20排布在殼體10內(nèi)，包括多個天線單元。本實施例中，可重構天線陣列20包括多個電大尺寸monopole (單極)天線和多個電大尺寸PIFA (PlanarInverted-F antenna，平面倒F天線)天線，且monopole天線和PIFA天線的數(shù)量相等，例如，其數(shù)量為η (η為大于I的整數(shù))個。如圖1所示，201為第I個monopole天線，202為第η個monopole天線，203為第I個PIFA天線，204為第η個PIFA天線。在其他實施例中，可重構天線陣列20可以只包括一種形式的天線，也可以包括超過兩種形式的天線，且每種形式的天線的數(shù)量也可以不相同，其使用的天線種類和數(shù)量可以根據(jù)桌面發(fā)行設備的實際用途進行選擇。
[0030]開關電路30設置在殼體10內(nèi)，其第一信號端與可重構天線陣列20連接，第一信號端作為信號的輸入、輸出端。開關電路30用于以多種重構模式中的一種控制可重構天線陣列20中的天線單元開啟或關閉。本實施例中，開關電路30包括多個與天線單元一一對應的射頻開關，即每一個天線單元由一個射頻開關控制，射頻開關的控制端通過控制總線連接至天線陣列處理器40，射頻開關的輸入端和輸出端分別連接到天線單元和通信電路50。如圖1所示，301為第I個射頻開關，302為第2η個射頻開關。在其他實施例中，開關電路30還可以采用其他形式實現(xiàn)。
[0031]天線陣列處理器40設置在殼體10內(nèi)，與開關電路30的控制端連接，天線陣列處理器40用于控制開關電路30工作在其中一種重構模式中。天線陣列處理器40可以與桌面發(fā)行設備的主處理器相互獨立，也可以相互集成。
[0032]每種不同的重構模式使得不同的天線單元處于開啟狀態(tài)，優(yōu)選的，任意一種重構模式下有多個天線單元處于開啟狀態(tài)，從而利用近場能量的耦合，擴展信號覆蓋范圍，提升兼容性。
[0033]需要說明的是，以桌面發(fā)行設備包括2η個射頻開關為例，每個開關有通斷兩種工作狀態(tài)，因此可重構天線陣列20可以有2的2η次方種重構模式，然而，實際上只根據(jù)經(jīng)驗選取若干種主要的重構模式，并將這些模式以重構模式表的形式存儲進天線陣列處理器40。天線陣列處理器40根據(jù)重構模式表依次切換開關電路30的重構模式。
[0034]通信電路50設置在殼體10內(nèi)，與開關電路30的第二信號端連接，用于獲取可重構天線陣列20接收的信號和控制可重構天線陣列20發(fā)射信號；通信電路50還與天線陣列處理器30連接，用于根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列20的信號接收情況，控制天線陣列處理器30保持或切換開關電路40的重構模式。開關電路30的第二信號端作為信號的輸入、輸出端。
[0035]本實施例中，通信電路50發(fā)送握手通信信號后，判斷是否收到可重構天線陣列接收的信號，如果是，則向天線陣列處理器40發(fā)送要求天線陣列處理器40控制開關電路30保持當前重構模式的指令；如果否，則不向天線陣列處理器40發(fā)送指令，天線陣列處理器40還用于在預設時間內(nèi)沒有收到通信電路50發(fā)送的指令時，自動切換開關電路30的重構模式。在某些實施例中，上述指令可以是一高電平，在天線陣列處理器40在預設時間內(nèi)沒有收到高電平時，便默認自動切換開關電路30的重構模式。其中，可重構天線陣列20接收的信號為OBU發(fā)送的反饋信號，包括OBU的唯一識別碼。
[0036]當然，在另一些實施例中，也可以是通信電路50向天線陣列處理器40發(fā)送一要求切換重構模式的短消息指令。
[0037]通信電路50僅僅為射頻收發(fā)電路時，通信電路50可將當前重構模式下接收到的信號強度(Received Signal Strength Indicat1n，RSSI)作為保持當前重構模式的指令發(fā)送給天線陣列處理器40，如果天線陣列處理器40接收到該指令，則保持當前重構模式，如果在預定時間內(nèi)未接收到則切換到下一重構模式；另一種判斷方式為:如果天線陣列處理器40接收到該指令，還判斷該信號強度是否符合要求，如果符合，則保持當前重構模式，如果不符合或者在預定時間內(nèi)未接收到，則切換到下一重構模式。
[0038]在某些實施例中，通信電路50包括射頻收發(fā)電路、調(diào)制/解調(diào)電路、編碼/解碼電路、分別用于進行射頻信號的收發(fā)、對信號進行調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼。射頻收發(fā)電路、調(diào)制/解調(diào)電路、編碼/解碼電路可以通過FPGA實現(xiàn)。這種情況下，通信電路50可在收到可重構天線陣列接收的信號后，向天線陣列處理器40直接發(fā)送一要求切換重構模式的控制指令。
[0039]在其他實施例中，天線陣列處理器40也可以通過輪詢的方式遍歷重構模式表記錄的所有重構模式，由通信電路50確定出通信效果最好的重構模式，然后通知天線陣列處理器40切換到該重構模式。
[0040]天線陣列處理器40在工作時，輪詢每一種存儲的重構模式時，可以通過軟件配置實現(xiàn)。實現(xiàn)該功能的天線陣列處理器40可以是單片機，也可以是FPGA，直接使用預置好狀態(tài)機邏輯的硬件實現(xiàn)。
[0041]以OBU發(fā)行設備為例，ETC (Electronic Toll Collect1n，電子不停車收費系統(tǒng))國標里存在通信握手的機制，利用該機制來判斷當前開關配置是否適合通信。
[0042]發(fā)行設備發(fā)送通信握手信號，OBU返回反饋信號，反饋信號里包含OBU的唯一識別號碼。如果發(fā)行設備在規(guī)定的超時時間內(nèi)，收到了反饋信號，則證明當前天線配置效果較好，然后通信電路50給天線陣列處理器40提供確認信號，天線陣列處理器40處于保持狀態(tài)，進而完成OBU的發(fā)行工作。如果在超時時間內(nèi)沒有收到反饋信號，證明當前配置不正確，通信電路50不會向天線陣列處理器40提供確認信號，天線陣列處理器40內(nèi)部同時出現(xiàn)了配置超時，從而自動切換到輪詢表(重構模式表)的下一種模式。一般，上述超時的時間都是毫秒量級，而輪詢表內(nèi)的重構模式一般不會超過16種，執(zhí)行一次OBU發(fā)行，正常耗時大約3-5秒，所以對于OBU發(fā)行來說，盡管會出現(xiàn)很多次配置錯誤，導致發(fā)行時間延長，但使用者主觀上并不容易察覺，因此，不會影響用戶體驗。
[0043]請參考圖2-4，下面進一步以同一桌面發(fā)行設備對3種不同型號的OBU進行發(fā)行時，可重構天線的信號接收情況的變化，對本實施例進行說明。圖2-4中，00為桌面發(fā)行設備的發(fā)行面板，OBU放置在發(fā)行面板00上，monopole天線和PIFA天線各有2個，分成兩排布置，每排各包含一個monopole天線和一個PIFA天線，且不同類型的天線交錯設置。Pl和P2分別為第IPIFA天線和第2PIFA天線，Ml和M2分別為第Imonopole天線和第2monopole天線。
[0044](I)請參考圖2，將第I種型號的OBU放置在發(fā)行面板00上時，P1、P2、M1、M2的通信區(qū)域分別為PI’、P2’、M1’、M2’。可見，對于第I種型號的0BU，Pl和P2的通信區(qū)域可以覆蓋發(fā)行面板00的大部分區(qū)域，因此，經(jīng)過天線陣列處理器40重構后，可確定重構模式為:P1、P2開啟，Ml、M2關閉。
[0045](2)請參考圖3，將第2種型號的OBU放置在發(fā)行面板00上時，PU P2、MU M2的通信區(qū)域分別為PI’、P2’、Ml’、M2’。可見，對于第2種型號的OBU，Ml和M2的通信區(qū)域可以覆蓋發(fā)行面板00的大部分區(qū)域，因此，經(jīng)過天線陣列處理器40重構后，可確定重構模式為:沖1、？2關閉，11、12開啟。
[0046](3)請參考圖3，將第3種型號的OBU放置在發(fā)行面板00上時，經(jīng)過天線陣列處理器40重構后，確定重構模式為:P1、P2、M1、M2開啟。即只有Pl、P2、Ml、M2同時開啟時，可重構天線陣列20的通信區(qū)域才能較好地覆蓋發(fā)行面板00，從而對OBU進行發(fā)行工作。圖3中示出了 P1、P2、M1、M2同時開啟時，相互耦合后的通信區(qū)域MP’。因為P1、P2、M1、M2的耦合，使得近場能量分布更加均勻，形成更大的通信區(qū)域，避免信號在通信區(qū)域的空間分布劇變，同時減小信號發(fā)生飽和的機會，保障了通信成功率。需要說明的是，圖2和圖3中也存在通信區(qū)域的耦合，但為了更加明了地表示出單個天線的通信區(qū)域，未在圖2和圖3中示出耦合后的通信區(qū)域。
[0047]P1、P2、M1、M2的通信區(qū)域分別為P1’、P2’、M1’、Μ2’。可見，對于第2種型號的OBU，Ml和M2的通信區(qū)域可以覆蓋大部門發(fā)行面板00的區(qū)域，因此，經(jīng)過天線陣列處理器40重構后，可確定重構模式為:P1、P2關閉，Ml、M2開啟。
[0048]本實施例提供的桌面發(fā)行設備在對OBU進行發(fā)行時，可重構天線陣列能夠選取較優(yōu)的重構模式進行工作，從而兼容不同型號的0BU，提高通信質(zhì)量。需要說明的是，本實施例的桌面發(fā)行設備不局限于OBU發(fā)行設備，也適用于其他使用可重構天線陣列的發(fā)行設備，例如公交卡、銀行卡、圖書證等發(fā)行設備。
[0049]實施例二
[0050]請參考圖5，基于上述實施例一提供的桌面發(fā)行設備，本實施例相應提供了一種桌面發(fā)行設備的可重構天線陣列控制方法，包括下面步驟:
[0051]步驟1.1:天線陣列處理器讀取重構模式表。
[0052]步驟1.2:天線陣列處理器根據(jù)重構模式表內(nèi)的順序選取一種重構模式，并控制開關電路工作在選取的重構模式中。每種不同的重構模式使得不同的天線單元處于開啟狀態(tài)，優(yōu)選的，任意一種重構模式下有多個天線單元處于開啟狀態(tài)，從而利用近場能量的耦合，擴展信號覆蓋范圍，提升兼容性。
[0053]步驟1.3:開關電路按選取的重構模式控制可重構天線陣列，使得可重構天線陣列按照選取的重構模式工作。
[0054]步驟1.4:當可重構天線陣列按照選取的重構模式工作時，通信電路發(fā)送握手通信信號后，并等待判斷是否收到可重構天線陣列接收的信號。
[0055]步驟1.5:通信電路判斷是否收到可重構天線陣列接收的信號，如果收到，則轉到步驟1.6 ;如果沒收到，則轉到步驟1.8。
[0056]步驟1.6:通信電路向天線陣列處理器發(fā)送要求天線陣列處理器控制開關電路保持當前重構模式的指令，以使桌面發(fā)行設備在當前重構模式下繼續(xù)發(fā)行工作。
[0057]步驟1.7:天線陣列處理器接收到上述指令后，即說明當前重構模式具有較好的通信效果，因此保持該重構模式，以繼續(xù)進行發(fā)行工作。
[0058]步驟1.8:天線陣列處理器根據(jù)重構模式表，按順序切換到下一重構模式，并回到步驟1.2，直到選出較優(yōu)的重構模式以供發(fā)行工作使用。
[0059]本實施例提供的方法的部分原理解釋在上述實施例一已有詳細說明，因此，本實施例不再贅述。
[0060]本領域技術人員可以理解，上述實施方式中各種方法的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關硬件完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁盤或光盤等。
[0061]以上內(nèi)容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。
【主權項】
1.一種桌面發(fā)行設備，其特征在于，包括: 殼體，所述殼體的一面為用于放置待發(fā)行設備的發(fā)行面板； 可重構天線陣列，所述可重構天線陣列排布在殼體內(nèi)，包括多個天線單元； 開關電路，其第一信號端與可重構天線陣列連接，所述開關電路用于以多種重構模式中的一種控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉； 天線陣列處理器，所述天線陣列處理器與開關電路的控制端連接，用于控制所述開關電路工作在其中一種重構模式中； 通信電路，所述通信電路與開關電路的第二信號端連接，用于獲取可重構天線陣列接收的信號和控制可重構天線陣列發(fā)射信號；通信電路還與天線陣列處理器連接，用于根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式。2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，每種不同的重構模式使得不同的天線單元處于開啟狀態(tài)，且任意一種重構模式下有多個天線單元處于開啟狀態(tài)。3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式時:通信電路發(fā)送握手通信信號后，判斷是否收到可重構天線陣列接收的信號，如果是，則向天線陣列處理器發(fā)送要求天線陣列處理器控制開關電路保持當前重構模式的指令；如果否，則不向天線陣列處理器發(fā)送指令，天線陣列處理器還用于在預設時間內(nèi)沒有收到通信電路發(fā)送的指令時，自動切換開關電路的重構模式。4.如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，所述可重構天線陣列包括多個電大尺寸monopole天線和多個電大尺寸PIFA天線，且monopole天線和PIFA天線的數(shù)量相等。5.如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，所述開關電路包括多個與天線單元--對應的射頻開關。6.一種桌面發(fā)行設備的可重構天線陣列控制方法，其特征在于，包括: 天線陣列處理器控制開關電路工作在多種重構模式中的一種重構模式中， 開關電路根據(jù)該重構模式控制可重構天線陣列中的天線單元開啟或關閉； 通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式。7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，每種不同的重構模式使得不同的天線單元處于開啟狀態(tài)，且任意一種重構模式下有多個天線單元處于開啟狀態(tài)。8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，通信電路根據(jù)當前重構模式下可重構天線陣列的信號接收情況，控制天線陣列處理器保持或切換開關電路的重構模式，具體為:通信電路發(fā)送握手通信信號后，判斷是否收到可重構天線陣列接收的信號，如果是，則向天線陣列處理器發(fā)送要求天線陣列處理器控制開關電路保持當前重構模式的指令；如果否，則不向天線陣列處理器發(fā)送指令，天線陣列處理器在預設時間內(nèi)判斷到?jīng)]有收到通信電路發(fā)送的指令時，自動切換開關電路的重構模式。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述天線陣列處理器根據(jù)重構模式表依次切換開關電路的重構模式。10.如權利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述桌面發(fā)行設備為車載單元發(fā)行設備，可重構天線陣列接收的信號為車載單元發(fā)送的反饋信號，包括車載單元的唯一識別碼。
【文檔編號】H01Q21/00GK105990694SQ201510073814
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】徐勇, 鐘勇
【申請人】深圳市金溢科技股份有限公司