本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，用于車載通信的頻段為：5855MHz-5925MHz。但是隨著車載用戶數(shù)量和通信需求的大幅度增加，僅僅70MHz是不能滿足車載通信的需要的。實(shí)驗(yàn)表明，其他授權(quán)頻段存在著大量的“頻譜空洞”，這些“頻譜空洞”大部分時間中是沒有授權(quán)用戶在使用的，因此怎樣把這些“頻譜空洞”利用在車載通信中便成為一個研究熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有車載頻段無法滿足車載通信需求的問題，提供一種具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)。
為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)，包括2個以上的認(rèn)知用戶和路邊單元；
每個認(rèn)知用戶包括認(rèn)知中心處理器、認(rèn)知通信機(jī)、基站通信機(jī)、基站中心處理器、控制中心、射頻前端、基帶處理模塊和車載單元；
基站中心處理器連接基站通信機(jī)；基站通信機(jī)和認(rèn)知通信機(jī)通過天線連接；認(rèn)知中心處理器連接認(rèn)知通信機(jī)；
基站中心處理器連接射頻前端的射頻前端本；射頻前端連接基帶處理模塊，基帶處理模塊連接基站中心處理器；
基站中心處理器連接控制中心；控制中心連接車載單元；車載單元通過天線連接路邊單元。
上述射頻前端包括射頻天線、前低通濾波器、低噪聲放大器、衰減器、第二級放大器、混頻器、射頻前端本振、后低通濾波器和自動增益控制器；射頻天線的輸出端連接前低通濾波器的輸入端；前低通濾波器的輸出端連接低噪聲放大器的輸入端；低噪聲放大器的輸出端經(jīng)衰減器與第二級放大器的輸入端相連；第二級放大器的輸出端連接混頻器的一輸入端，基站中心處理器經(jīng)射頻前端本振連接混頻器的另一輸入端；混頻器的輸出端分為I、Q兩路輸出端，I、Q兩路輸出端各經(jīng)后低通濾波器和自動增益控制器后，與基帶處理模塊的一路輸入端相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型構(gòu)建了一個由認(rèn)知用戶和路邊單元構(gòu)成的車載通信系統(tǒng)；該系統(tǒng)既能在DSRC(短距離通信)授權(quán)頻段空閑時使用授權(quán)頻段，也能在授權(quán)頻段繁忙時開啟認(rèn)知功能，檢測居民區(qū)DVB-T的頻段使用情況并且利用，有效的提高了頻譜利用率。
附圖說明
圖1為具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括認(rèn)知用戶和設(shè)置在路邊單元(RSU)。每個認(rèn)知用戶包括認(rèn)知中心處理器、認(rèn)知通信機(jī)、基站通信機(jī)、基站中心處理器、控制中心、射頻前端、基帶處理模塊和車載單元(OBU)，其中認(rèn)知通信機(jī)和基站通信機(jī)均為2.4G通信機(jī)。
每個認(rèn)知用戶包括認(rèn)知中心處理器、認(rèn)知通信機(jī)、基站通信機(jī)、基站中心處理器、控制中心、射頻前端、基帶處理模塊和車載單元?；局行奶幚砥鬟B接基站通信機(jī)；基站通信機(jī)和認(rèn)知通信機(jī)通過天線連接；認(rèn)知中心處理器連接認(rèn)知通信機(jī)?；局行奶幚砥鬟B接射頻前端的射頻前端本；射頻前端連接基帶處理模塊，基帶處理模塊連接基站中心處理器?；局行奶幚砥鬟B接控制中心；控制中心連接車載單元；車載單元通過天線連接路邊單元。
射頻前端采用零中頻結(jié)構(gòu)將射頻信號搬移到零頻。射頻前端主要由射頻天線、前低通濾波器、低噪聲放大器、衰減器、第二級放大器、混頻器、射頻前端本振、后低通濾波器和自動增益控制器順序連接組成。射頻天線的輸出端連接前低通濾波器的輸入端；前低通濾波器的輸出端連接低噪聲放大器的輸入端；低噪聲放大器的輸出端經(jīng)衰減器與第二級放大器的輸入端相連；第二級放大器的輸出端連接混頻器的一輸入端，基站中心處理器經(jīng)射頻前端本振連接混頻器的另一輸入端；混頻器的輸出端分為I、Q兩路輸出端：其中I、Q兩路輸出端分別連接各自的第一級自動增益放大器的輸入端，且I、Q兩路的第一級自動增益放大器的輸出端經(jīng)各自的后低通濾波器后與各自的第二級自動增益放大器的輸入端相連。
射頻天線接收DVB-T頻段信號，通過低噪聲放大器進(jìn)行線性放大，其中低噪聲放大器采用型號為MAX2130的芯片，工作范圍為50-878MHz，能夠覆蓋DVB-T的全部頻段；接收信號經(jīng)衰減器和第二級放大器后與本振頻率進(jìn)行混頻，射頻前端本振采用鎖相環(huán)與單片機(jī)構(gòu)成，鎖相環(huán)采用型號為ADF4351的芯片，它的輸出頻率范圍為35MHz-4400MHz，通過單片機(jī)向鎖相環(huán)內(nèi)部寫入相應(yīng)的寄存器值就可以改變鎖相環(huán)的輸出頻率；基站中心處理器控制本振輸出相應(yīng)的本振頻率與射頻信號進(jìn)行混頻，將各個子頻段的中頻點(diǎn)混頻到零中頻處，混頻器采用的型號為ADL5387的芯片，工作頻率范圍是30MHz-2GHz，可以進(jìn)行直接下變頻調(diào)制，本振頻率與射頻信號混頻后產(chǎn)生I、Q兩路基帶信號。I、Q兩路基帶信號各通過低通濾波器經(jīng)自動增益控制后將信號送入基帶處理模塊。。
基帶處理模塊由一個雙通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和FPGA組成，射頻接收模塊的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端連接FPGA的輸入端。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用型號為AD9248的芯片，該芯片是14位雙通道AD轉(zhuǎn)換芯片；I/Q兩路信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字基帶信號；數(shù)字芯片F(xiàn)PGA選用型號為Cyclone II EP2C8Q240C8N的芯片，數(shù)字基帶信號進(jìn)入FPGA后對其進(jìn)行數(shù)字處理。FPGA內(nèi)部的數(shù)字處理器對各個輸入的子頻段進(jìn)行頻譜檢測。即數(shù)字芯片內(nèi)部加有雙門限能量檢測算法和循環(huán)前綴算法。雙門限能量檢測算法可以檢測出空閑的頻段，循環(huán)前綴算法專門用于檢測DVB-T信號，它可以檢測出認(rèn)知用戶在使用授權(quán)頻段的時候授權(quán)用戶是否出現(xiàn)占用該頻段，若檢測出授權(quán)用戶出現(xiàn)，則利用干擾溫度進(jìn)行判斷認(rèn)知用戶是否需要退出使用該頻段。
上述車載通信系統(tǒng)的工作過程如下：
(1)待通信的認(rèn)知用戶的認(rèn)知中心處理器通過認(rèn)知通信機(jī)向基站通信機(jī)發(fā)送通信請求，基站中心處理器將信息傳遞給控制中心?？刂浦行氖盏揭M(jìn)行通信的信息后，與所處位置的路邊單元(RSU)進(jìn)行信息交換。
(2)路邊單元將感知到的短距離通信(DSRC)頻段的頻譜使用情況報告給控制中心。若有空閑頻段則直接使用短距離通信頻段進(jìn)行通信；若無空閑頻段，則路邊單元將該信息廣播給該附近隊列中的認(rèn)知用戶，該隊列中的認(rèn)知用戶開啟認(rèn)知功能，進(jìn)行頻譜感知。路邊單元進(jìn)行感知的方法為現(xiàn)有技術(shù)已知的DSRC頻段感知方法。
(3)隊列中的認(rèn)知用戶的射頻天線接收DVB-T頻段信號。射頻前端將整個頻段按照預(yù)設(shè)的子頻段帶寬分段?；局行奶幚砥魍ㄟ^改變射頻前端本振的輸出頻率將各個子頻段搬移到零頻，并將它分為I、Q兩路后送入基帶處理模塊中。如基站中心處理器控制本振輸出55MHz頻率，通過正交解調(diào)器與50-60MHz子頻段混頻后將頻段搬移到基帶，此時在0-5MHz頻段內(nèi)就有50-60MHz頻段的全部信息，通過帶寬為5MHz的后低通濾波器將50-60MHz頻段信息進(jìn)行AD采樣后送入FPGA進(jìn)行處理。
(4)基站中心處理器向基帶處理模塊發(fā)送頻譜檢測的命令，基帶處理模塊采用基于路邊單元的加權(quán)雙門限能量檢測的協(xié)作頻譜感知方法進(jìn)行頻譜檢測來判斷該子頻段是否空閑，并將感知結(jié)果發(fā)送給路邊單元。當(dāng)一個子頻段感知完成之后，基站中心處理器控制射頻前端本振切換到下一子頻段進(jìn)行感知?；局行奶幚砥鬟M(jìn)行感知的方法為現(xiàn)有技術(shù)已知的DVB-T的頻段感知方法。
(5)路邊單元根據(jù)感知決策的最終結(jié)果，將可利用的頻譜分配給待通信的認(rèn)知用戶。認(rèn)知用戶的認(rèn)知通信機(jī)接收到空閑頻段信息后將該信息傳輸給認(rèn)知中心處理器，認(rèn)知中心處理器控制認(rèn)知用戶本振調(diào)整通信頻率到空閑頻段進(jìn)行通信，與此同時，本發(fā)明還能利用循環(huán)前綴算法檢測出授權(quán)用戶出現(xiàn)與否，并且利用干擾溫度來判斷是否需要認(rèn)知用戶退出使用授權(quán)的頻段。
(6)當(dāng)頻譜分配完成之后，路邊單元將頻譜池清空，開始準(zhǔn)備下一個周期。
本實(shí)用新型提出一種基于短距離通信的具有認(rèn)知功能的車載通信系統(tǒng)，其重點(diǎn)在于將現(xiàn)有技術(shù)已有的器件進(jìn)行硬件整合，并對器件的連接方式進(jìn)行調(diào)整，對于器件內(nèi)部運(yùn)行程序僅僅進(jìn)行的適應(yīng)性的改進(jìn)，并沒有對其內(nèi)部算法進(jìn)行改進(jìn)，其主要將現(xiàn)有DSRC(短距離通信)與認(rèn)知無線電結(jié)合起來，并運(yùn)用到車載通信中，既能在DSRC授權(quán)頻段空閑時使用授權(quán)頻段，也能在授權(quán)頻段繁忙時開啟認(rèn)知功能，檢測居民區(qū)DVB-T的頻段使用情況并且利用，有效的提高了頻譜利用率。