用于车辆中的无线电移动通信的毫米波天线系统技术方案

一种用于车辆中的无线电移动通信的天线系统(100、300)，包括至少一个远程天线模块(2)，该远程天线模块(2)通过电缆(3a、3b)连接到中央控制单元(1)；远程天线模块(2)包括：多个辐射元件(20)、RF前端(21)、和控制接口(22)；中央控制单元(1)包括：信号处理器(10)、和控制接口(12)；远程天线模块的控制接口(22)和中央控制单元的控制接口(12)适当地配置为通过所述电缆(3a、3b)来传输输入/输出数据信号(S0、St)和控制信号(S1、S3)，从而控制远程天线模块的控制接口(22)和RF前端(21)。的控制接口(22)和RF前端(21)。的控制接口(22)和RF前端(21)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆中的无线电移动通信的毫米波天线系统


[0001]本专利技术涉及一种安装在车辆中的移动无线通信系统，其使用多个毫米波天线模块，具体地，涉及一种允许中央单元实时选择和控制天线或具有收发信道的最好条件的天线的方法。

技术介绍

[0002]当前，称为4G的通信系统用于无线数据传输。为了满足对无线数据流量不断增长的需求，人们正在努力开发一种更先进的通信系统，即5G。为了实现更高的数据传输速率，毫米波(mmW)频带已分配给5G通信系统。然而，在这样的频率范围内，由于无线电波在自由空间中的传播或由于障碍物的存在而导致的衰减非常高。因此，有必要增加收发器天线的增益，以补偿损耗并增加无线电波的传输距离(覆盖范围)。为此，可以使用不同的技术来调节多个输入和输出，例如波束成形(收发器波束的动态修改)和/或波束控制(收发器波束的动态寻址)、MIO(多输入
‑
多输出)、以及与编码、调制等相关的其它解决方案
……
[0003]在例如汽车的交通工具中，通常由金属制成或涂有金属的交通工具本身的存在导致对电磁波的不可穿透的屏蔽，尤其是在毫米频带中。为了克服这样的问题，必须在车辆上安装多个天线以保证与无线电基站(BS)通信的可能性，无论它们位于相对于车辆的哪个方向，从而提高移动通信系统的稳定性和用户体验。
[0004]US5767793和US6034641公开了适合检测障碍物存在的用于车辆的毫米波雷达天线。然而，在这种情况下，雷达不需要与无线电基站(BS)通信；因此，无需决定使用哪种雷达天线，因为所有雷达天线同时运行以检测其可见范围内是否存在障碍物。
[0005]在通常比车辆小得多的设备中，例如移动电话(智能手机)、手持设备(平板电脑)、便携式电子计算机(笔记本电脑)等，使用放置在不同位置的多个天线和一个或者选择更多具有最佳信道质量的一个或多个天线。
[0006]WO2019156468
‑
A1和US20200044314公开了安装在设备中以选择天线的传感器，例如6轴传感器或触摸传感器(电容传感器或具有其它技术的传感器)。然而，在这些应用中，控制单元与要选择和/或控制的天线之间的距离很短(几厘米)，因此可以通过专用迹线和信号与单个电子板上的天线进行通信而几乎没有或没有复杂度。
[0007]相反，在车辆中，中央控制单元与远程天线模块之间的连接电缆的长度(通常超过2米)使得通信和天线选择需要不同类型的解决方案。
[0008]US2018/269915公开了一种传统的车辆天线系统，其包括多个天线模块。每个模块仅包括一个常规类型的天线而不是毫米波天线。由于该模块仅包括一个天线，显然该模块不具有能够执行波束成形或波束控制以改变天线波束指向的RF前端。在不改变指向的情况下，天线增益将太差而无法确保足够的通信连接，因为毫米波信号会发生高路径衰减，而在较低频率的频带中则不会。这样的天线系统提供远程控制每个模块的单相和单增益。该模块没有带波束成形的RF前端，可同时控制模块中多个天线的相位和增益。这种天线系统在低频下运行，不需要频率转换来远程传输模拟信号，而毫米波需要频率转换。该系统在中频
(低于载波频率)执行上下转换从而进行部分调制/解调，从而减少必要的传输和接收频带，并且不克服由于非常高的信号导致的频率损失。这样的文件公开了位于车辆中的不同天线模块之间的相位和幅度变化并且没有提供波束成形，改变同一天线模块中的几个天线的相位和幅度。
[0009]US2018/288763公开了一种基于时序选择天线的毫米波天线系统。单个天线无法改变其波束成形，因此不需要对天线模块进行控制。这种系统提供可用天线之间的切换，而无需对每个单独天线的波束进行任何控制，无需相位调整，并且无需能够执行波束成形的前端。尽管提到了波束成形，但关于如何从中央控制单元远程调节波束成形的描述并不支持波束成形。天线模块彼此靠近，可以通过开关(包括机械开关)轻松选择，并且靠近通过直接数字连接非常简单地控制模块的控制单元。因此，US2018/288763不涉及建立从中央单元到通过同轴或数字电缆(例如：以太网)连接的远程模块的控制通信的问题。
[0010]US2006/172712公开了一种车载非毫米波天线系统。
[0011]US2019/393883公开了一种车载数字天线系统。该系统不包括毫米波天线，或具有天线阵列的模块，或能够在模块的天线之间执行波束成形的RF前端。这样的文件描述了模拟/数字转换器中天线的模拟控制电路，其可以远离天线阵列放置，也就是说在模拟连接之后。这种解决方案与毫米波不兼容，因为天线结构与包含在模拟/数字转换器中的放大器之间的损耗会过大，并且会严重损害毫米波系统的性能。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是通过提供一种用于车辆无线电通信的天线系统来消除现有技术的缺点，该天线系统能够实时地选择和控制具有收发器信道的最佳条件的一个或多个天线。
[0013]另一个目的是提供高效、有效、可靠、通用且易于安装的天线系统。
[0014]这些目的根据具有独立权利要求的特征的本专利技术来实现。
[0015]本专利技术的有利实施例出现在从属权利要求中。
[0016]本专利技术涉及一种用于车辆中的5G通信的天线系统，与4G系统相比能够支持更高的数据传输速率，以及实现这种天线系统的方式。根据本专利技术的天线系统可以应用于基于5G通信标准和相关技术的不同类型的车辆(例如轿车、商用车、厢式货车、卡车、火车、摩托车、拖拉机等)。
[0017]根据本专利技术的天线系统包括至少一个天线模块。每个天线模块包括多个使用毫米频带的辐射元件。天线模块远离中央单元定位。辐射元件具有可变波束。每个天线模块都具有RF前端，能够对模块的辐射元件执行波束成形。由于本专利申请中描述的模块的通信和控制系统，天线模块可以远离中央控制单元安装在车辆上。
[0018]中央单元能够实时选择具有收发信道的最佳条件的至少一个辐射元件。
[0019]以这种方式，选定的辐射元件可以基于对从中央单元接收的信号的质量的检测从而以改进的性能来接收和传输信号。
附图说明
[0020]本专利技术的附加特征将从以下详细描述中显现出来，其涉及仅说明性而非限制性的
实施例，如附图中所示，其中：
[0021]图1是根据本专利技术的天线系统的示意图，示出了连接到位于车辆的对应部分中的远程天线模块的中央控制单元；
[0022]图2示出了根据本专利技术的天线系统的远程天线模块的可能结构的四个框图；
[0023]图2A是框图，说明根据本专利技术的天线系统的中央控制单元；
[0024]图3是框图，说明在远程天线模块与中央控制单元之间通过同轴电缆的连接的情况下的根据本专利技术的天线系统；
[0025]图3A是图3的框图，说明根据本专利技术的天线系统所管理的信号的方向；
[0026]图4是框图，说明在远程天线模块与中央控制单元之间通过高速数字电缆的连接的情况下的根据本专利技术的天线系统；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于车辆中的无线电移动通信的天线系统(100、300)，包括至少一个远程天线模块(2)，该远程天线模块(2)通过电缆(3a、3b)连接到中央控制单元(1)；其中，所述远程天线模块(2)包括：
‑
至少一个辐射元件(20)，其适于接收/传输输入/输出数据信号(S0、St)，
‑
RF前端(21)，其适用于放大、移相和路由所述输入/输出数据信号(S0、St)，以及
‑
控制接口(22)，其连接到所述RF前端(21)和所述电缆(3a、3b)；其中，所述中央控制单元(1)包括：
‑
信号处理器(10)，以及
‑
控制接口(12)，其连接到所述信号处理器(10)和所述电缆(3a、3b)；其中，该远程天线模块的所述控制接口(22)和该中央控制单元的所述控制接口(12)适当地配置为通过所述电缆(3a、3b)来传输所述输入/输出数据信号(S0、St)和所述控制信号(S1、S3)，从而控制该远程天线模块的所述控制接口(22)，其特征在于所述远程天线模块(2)包括多个具有可变波束的辐射元件(20)，该辐射元件(20)用于接收/传输高于20GHz的毫米波(mmW)信号；所述RF前端(21)配置为从该中央控制单元(1)接收控制信号(S2)并执行单个远程天线模块的所述多个辐射元件(20)的波束成形。2.根据权利要求1所述的天线系统(100、300)，其中，远程天线模块的所述多个辐射元件(20)包括辐射元件阵列。3.根据权利要求1或2所述的天线系统(100、300)，其中，该远程天线模块的所述控制接口(22)包括频率转换器(23)，该频率转换器(23)接收在毫米波的该输入数据信号(S0)并将其转换为在低于毫米波的第一中频(IF1)的输入数据信号，从而通过电缆(3a、3b)发送它，并且该频率转换器(23)接收在低于毫米波的频率的该输出数据信号(St)并将其转换为在毫米波的输出数据信号，从而将其发送到该辐射元件(20)。4.根据权利要求3所述的天线系统(100)，其中，所述电缆(3a)是同轴电缆并且该中央控制单元的所述控制接口(12)包括DA/AD转换器单元(16)，该DA/AD转换器单元(16)包括：
‑
AD转换器，其以所述第一中频(IF1)将来自该频率转换器(23)并通过所述同轴电缆(3a)传播的所述输入数据信号(S0)从模拟转换为数字，以及
‑
DA转换器，其以所述第一中频(IF1)将来自所述信号处理器(10)的所述输出数据信号(S0)从数字转换为模拟，从而通过该同轴电缆(3a)发送到所述频率转换器(23)。5.根据权利要求4所述的天线系统(100)，其中，该中央控制单元的所述控制接口(12)包括控制装置(14)，该控制装置(14)通过该同轴电缆(3a)连接到该天线模块的所述控制接口(12)的控制装置(24)，其中，该中央控制单元的该控制装置(14)包括UP频率转换器，其用于将来自所述信号处理器(10)的控制信号(S1、S2)转换为不同于该第一中频(IF1)的第二中频(IF2)，并且该天线模块的该控制装置(24)包括DOWN频率转换器，其用于将来自该中央控制单元的所述控制装置(14)的控制信号(S1、S2)转换为频率较低的控制信号(S1、S2)，适于控制所述频率转换器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：ASK工业股份公司，
类型：发明
国别省市：