CN202353824U - 基于wave标准的芯片及车载设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于WAVE标准的芯片及车载设备，用以采用集成的方式实现采用WAVE标准的芯片并用于车载设备单元，提高产品的集成度，缩短开发时间，节约生产成本，在提高产品质量的同时降低开发难度和复杂度。该芯片包括主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块和电源模块。本实用新型同时公开了一种基于WAVE标准的车载设备。

Description

基于WAVE标准的芯片及车载设备

技术领域

本实用新型涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于车用环境无线通信网络(Wireless Access in Vehicle Environment，WAVE)标准的芯片及车载设备。

背景技术

为了实现智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)应用提出的车用环境无线通信网络(Wireless Access in Vehicle Environment，WAVE)标准包括两个子标准：IEEE 802.11p标准和IEEE 1609标准。IEEE 802.11p标准定义了将IEEE 802.11(也称Wi-Fi)技术用于汽车和卡车应用的高速无线环境机制。IEEE 1609标准分为四个细分的标准，分别为：1609.1负责资源管理；1609.2负责安全服务；1609.3负责网络层和传输层管理；1609.4负责多信道管理。

在ITS应用环境下，路侧单元(Road Side Unit，RSU)或者其他服务提供设备向车载设备单元(On Board Unit，OBU)提供服务时，通信双方均采用如附图1所示的标准协议栈进行数据通信，其中，应用层(Application Layer)的高层标准(Higher Layer Standards)对应1609.1，管理平面中的安全服务(SecurityServices)对应1609.2，管理平面中的WAVE管理实体(WAVE ManagementEntity，WME)对应1609.3，WME中又包括MAC层管理实体扩展(MAC LayerManagement Entity Extension)、MAC层管理实体(MAC Layer ManagementEntity，MLME)和物理层管理实体(Physical Layer Management Entity，PLME)，传输层(Transport Layer)和网络层包含的UDP/TCP、IPV6和WAVE短消息协议，以及数据链路层(Data Link Layer)中的逻辑链路层(Logical Link Layer，LLC)对应1609.3，属于数据链路层的多信道操作(Multichannel Operation)对应1609.4，而MAC和物理层对于802.11P。其应用模式如附图2所示，服务提供方在后台电脑或者服务器上存储内容和服务数据；服务供应商通过通信网络，将数据传输给RSU，RSU接收服务提供方发送来的数据；RSU采用WAVE协议将数据传输给物理层，通过无线通信网络接口发送给OBU；OBU同样采用WAVE标准接收数据，最后将数据内容通过用户界面(如显示设备LCD等)传输给最终的用户。

虽然，目前国际上存在采用分离式元器件设计的采用WAVE标准的OBU，但是由于采用分离式元器件进行设计导致一致性不高，分离式元器件实现成本高，产品开发周期长，且制作OBU产品的生产流程复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于WAVE标准的芯片及车载设备，用以采用集成的方式实现采用WAVE标准的芯片并用于车载设备，提高产品的集成度，缩短开发时间，节约生产成本，在提高产品质量的同时降低开发难度和复杂度。

本实用新型实施例提供的具体技术方案如下：

一种基于车用环境无线通信网络WAVE标准的芯片，包括主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块以及电源模块：

主控模块，分别连接编解码模块和电源模块，向所述电源模块下发电源管理指令，以及向所述编解码模块发送需要传送给远端设备的第一信号，并接收所述编解码模块处理通过的由远端设备发送的第二信号；

射频通信模块，连接调制解调模块，接收调制解调模块发送的调制后的第一信号，经由天线发射给远端设备，以及经由天线接收远端设备发送的第二信号；

调制解调模块，分别连接射频通信模块和编解码模块，接收编解码模块发送的编码后的第一信号，对编码后的第一信号进行调制后发送给射频通信模块，以及接收射频通信模块发送的经由天线接收的第二信号，对所述第二信号进行解调后发送给编解码模块；

编解码模块，分别连接调制解调模块和主控模块，接收主控模块发送的所述第一信号，对所述第一信号编码后发送给调制解调模块，以及对调制解调模块发送的解调后的第二信号进行解码后发送给主控模块；

电源模块，分别连接射频通信模块、调制解调模块、编解码模块和主控模块，接收主控模块下发的所述电源管理指令进行相应的操作，为射频通信模块、调制解调模块、编解码模块与主控模块供电。

一种基于车用环境无线通信网络WAVE标准的车载设备，包括：上述芯片，以及与所述芯片包含的至少一个接口相连接的外围设备。

基于上述技术方案，本实施例中，通过设计包含主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块以及电源管理模块的芯片，通过主控模块向电源模块下发电源管理指令，以及与编解码模块进行信号交互，通过编解码模块接受主控模块发送的信号，进行编码处理后由调制解调模块进行解调，再由射频通信模块通过天线发射，以及由天线接收信号后，通过射频通信模块传送给调制解调模块进行解调、再由编解码模块解码后发送给主控模块，通过电源模块接收主控模块下发的电源管理指令进行相应操作，为射频通信模块、调制解调模块、编解码模块与主控模块供电，从而能够通过集成方式实现的芯片进行信号的接收和发送，实现与路侧单元或其他车辆的通信，从而能够将该芯片用于智能交通系统。并且，通过集成的方式实现的采用WAVE标准的芯片可以提高产品的集成度，缩短开发时间，节约生产成本，在提高产品质量的同时降低开发难度和复杂度。

附图说明

图1为WAVE标准协议栈示意图；

图2为基于WAVE标准的通信模式示意图；

图3为本实施例中基于WAVE标准的芯片系统架构图；

图4为本实施例中主控模块架构图；

图5为本实施例中主控子模块的详细功能框图；

图6为本实施例中嵌入式安全控制模块的详细功能框图；

图7为本实施例中射频通信模块的详细功能框图；

图8为本实施例中芯片实现方案的层级分布图。

具体实施方式

为了采用集成的方式实现采用WAVE标准的芯片并用于车载设备单元，提高产品的集成度，缩短开发时间，节约生产成本，在提高产品质量的同时降低开发难度和复杂度，本实用新型实施例提供了一种基于车用环境无线通信网络(WAVE)标准的芯片，主要包括主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块和电源模块。

下面结合附图对本实用新型优选的实施方式进行详细说明。

如附图3所示，本实用新型实施例中，基于WAVE标准的芯片系统主要包括主控模块(Host Controller)301、射频通信模块(RF)302、调制解调模块(Module)303、编解码模块304和电源模块(Power Manager Unit)305，其中，

主控模块301，分别连接编解码模块304和电源模块305，向电源模块303下发电源管理指令，以及向编解码模块304发送需要传送给远端设备的第一信号，并接收编解码模块304处理通过的由远端设备发送的第二信号；

射频通信模块302，连接调制解调模块303，接收调制解调模块303发送的调制后的第一信号，经由天线发射给远端设备，以及经由天线接收远端设备发送的第二信号；

调制解调模块303，分别连接射频通信模块302和编解码模块304，接收编解码模块304发送的编码后的第一信号，对编码后的第一信号进行调制后发送给射频通信模块302，以及接收射频通信模块302发送的经由天线接收的第二信号，对所述第二信号进行解调后发送给编解码模块304；

编解码模块304，分别连接调制解调模块303和主控模块301，接收主控模块301发送的第一信号，对第一信号编码后发送给调制解调模块303，以及对调制解调模块303发送的解调后的第二信号进行解码后发送给主控模块301；

电源模块305，分别连接射频通信模块302、调制解调模块303、编解码模块304和主控模块301，接收主控模块301下发的电源管理指令进行相应的操作，为射频通信模块302、调制解调模块303、编解码模块304和主控模块301供电。

本实施例中，远端设备可以是路侧单元，主控模块301经编解码模块304、调制解调模块303和射频通信模块302发送第一信号给路侧单元，以根据该第一信号进行计算实现缴费、路况信息统计等功能，而路侧单元发送第二信号至主控模块，以将路况信号、缴费信息等告知主控模块301，再由主控模块301进行相应的处理，例如，由主控模块301通过显示接口将路况信息或缴费数额显示给用户。远端设备还可以是位于其他车辆上的车载设备，主控模块301经射频通信模块302与其他车辆的车载设备进行路况等信息的交互，或者获知主控模块301本地的车辆与其他车辆之间的距离。

其中，射频通信模块302通过接口与天线相接，以用于信号的发送和接收。

本实施例中，如附图4所示，主控模块301包括主控子模块401、外围设备接口和应用模块402，外围设备接口和应用模块402连接外围设备403，主控子模块401与编解码模块304连接，向编解码模块304发送第一信号以及接收经编解码模块304发送的第二信号，主控子模块401还用于通过外围设备接口和应用模块402与连接的外围设备403进行信息交互。

如附图5所示，具体地，主控子模块401包括：主控处理器(Host Processor)、同步动态随机存储器(SDRAM)、闪存(Flash)、总线控制器(Bus Controller)、定时器(Times)和看门狗电路(Watchdog)中的一种或多种，其中，同步动态随机存储器、闪存、总线控制器、定时器、看门狗电路与主控处理器通过总线进行连接。具体地，外围设备接口和应用模块402包括：嵌入式安全控制模块(ESAM)、发射/接收天线接口(TX/RX)、智能卡接口(Smart Card Interface)、显示接口(Visual Interface)、音频接口(Audio Interface)、电源管理接口(PowerManagement Unit)、通用输入输出接口(GPIO Interface)、键盘接口(KeypadInterface)、网络接口(Network Interface)、调试接口(Develop Interface)和串行/并行接口(Parallel&Serial Interface)中的一种或多种，且嵌入式安全控制模块及各个接口通过总线与主控模块中的主控处理器进行连接。

本实施例中，如附图6所示，嵌入式安全控制模块包括：嵌入式安全控制处理器(ESAM CPU)、加密逻辑(Security Sleep Logic)、随机数发生器(RNG)、超级加密处理器(ACE)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、外部随机存储器(XRAM)和非易失性存储器(NVM)，其中，随机数发生器、超级加密处理器、只读存储器、随机存储器、外部随机存储器和非易失性存储器通过总线与嵌入式安全控制处理器连接，加密逻辑与嵌入式安全控制处理器相连接。其中，加密逻辑可以保证只读存储器中的数据安全，是外界不用非法获取只读存储器中的数据；随机存储器用于嵌入式安全控制操作系统工作时存放命令参数，并返回结构、安全状态、临时工作密钥等信息；只读存储器中主要用于存放嵌入式安全控制操作系统程序；非易失性存储器用于存放用户应用数据，操作系统将数据以文件形式保存至非易失性存储区中，在满足预设的安全条件时才允许进行读写操作；超级加密处理器中存储有加密算法，嵌入式安全控制处理器在需要进行加密时，从超级加密处理器中获取加密算法并基于随机数发生器生成的随机数进行加密。

如附图7所示，具体地，射频通信模块302包括：模拟数字/数字模拟转换器(I/Q AD，即AD/DA转换器)、滤波器(Filter)、发送器(Transmitter)、功率放大器(PA)和射频开关滤波器(RF Switch)，且AD/DA转换器、滤波器、发送器、功率放大器和射频开关滤波器依次串联。本实施例中，射频通信模块302还包括：锁相环(PLL)、接收器(Receiver)和低噪声信号放大器(LNA)，低噪声信号放大器的输出端与接收器的输入端相连接，且接收器的输出端与滤波器的输入端相连接，低噪声信号放大器的输入端与射频开关滤波器的输出端相连接，锁相环的输出端与接收器的输入端相连接。其中，锁相环用于提供与WAVE标准相应的5.9G赫兹的频率。调制解调模块303和编解码模块304由数字信号处理器(DSP)实现，DSP分别连接AD/DA转换器和主控接口，通过主控接口与主控模块301连接。

如附图8所示，上述芯片实现方案完全按照WAVE标准进行层级分布。

基于上述方案，本实用新型实施例中，如附图7所示，基于上述芯片的数据发送方法，具体为：通过主控接口接收主控模块发送的第一信号，由DSP接收第一信号后，在第一信号的数据中加入扰码并进行卷积编码，进行数据交织，再对第一信号的数据进行调制后加入控制信息，并在进行快速傅里叶变换后，增加保护隔离带，实现信息窗，并发送给AD/DA转换器进一步对第一信号的数据进行数字模拟转换，由滤波器过滤基带信号后发送给发送器，由发送器进一步将第一信号调制为高频信号后进行功率放大，由射频开关滤波器进行滤波后发送出去。其中，交织(interleaving)是一种差错控制技术，目的是使误码离散化，将突发差错信道变为离散差错信道，再通过纠正随机差错改善数据传输质量。

基于上述方案，本实用新型实施例中，如附图7所示，基于上述芯片的数据接收方法，具体为：射频开关滤波器经由天线接收第二信号，过滤高频信号后，由低噪声信号放大器进行功率放大，再由接收器解调为低频信号，经由滤波器过滤掉基带信号，进一步由AD/DA转换器进一步进行模拟数字转换后，传输至DSP，由DSP去掉保护隔离带，并进行快速傅里叶逆变换，去除控制信息后，进一步对第二信号的数据进行解调后进行数据解交织，并进行卷积解码，对第二信号的数据去除扰码后，通过主控接口发送给主控模块。

本实用新型实施例中，还提供了一种基于WAVE标准的车载设备，包含上述的芯片，以及与该芯片包含的至少一个接口相连接的外围设备。其中，与芯片包含的至少一个接口相连接的外围设备，具体包括：与所述的发射/接收天线接口相连接的天线；与芯片的智能卡接口相连接的智能卡读取设备；与芯片的显示接口相连接的显示设备；与芯片的音频接口相连接的音频设备；与芯片的电源管理接口相连接的电源设备；与通用输入输出接口相连接的通用输入输出设备；与键盘接口相连接的键盘；与网络接口相连接的网络设备；与调试接口相连接的调试设备；与串行/并行接口相连接的全球定位系统。其中，显示设备可以是指示灯，也可以是显示器。

基于上述技术方案，本实施例中，通过设计包含主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块以及电源模块的芯片，通过主控模块向电源模块下发电源管理指令，以及与编解码模块进行信号交互，通过编解码模块接受主控模块发送的信号，进行编码处理后由调制解调模块进行调制，再由射频通信模块通过天线发射，以及由天线接收信号后，通过射频通信模块传送给调制解调模块进行解调、再由编解码模块解码后发送给主控模块，通过电源模块接收主控模块下发的电源管理指令进行相应操作，为射频通信模块、调制解调模块、编解码模块与主控模块供电，从而能够通过集成方式实现的芯片进行信号的接收和发送，实现与路侧单元或其他车辆的通信，从而能够将该芯片用于智能交通系统。并且，通过集成的方式实现的采用WAVE标准的芯片可以提高产品的集成度，缩短开发时间，节约生产成本，在提高产品质量的同时降低开发难度和复杂度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于车用环境无线通信网络WAVE标准的芯片，其特征在于，包括主控模块、射频通信模块、调制解调模块、编解码模块以及电源模块：

主控模块，分别连接编解码模块和电源模块，向所述电源模块下发电源管理指令，以及向所述编解码模块发送需要传送给远端设备的第一信号，并接收所述编解码模块处理通过的由远端设备发送的第二信号；

射频通信模块，连接调制解调模块，接收调制解调模块发送的调制后的第一信号，经由天线发射给远端设备，以及经由天线接收远端设备发送的第二信号；

调制解调模块，分别连接射频通信模块和编解码模块，接收编解码模块发送的编码后的第一信号，对编码后的第一信号进行调制后发送给射频通信模块，以及接收射频通信模块发送的经由天线接收的第二信号，对所述第二信号进行解调后发送给编解码模块；

编解码模块，分别连接调制解调模块和主控模块，接收主控模块发送的所述第一信号，对所述第一信号编码后发送给调制解调模块，以及对调制解调模块发送的解调后的第二信号进行解码后发送给主控模块；

电源模块，分别连接射频通信模块、调制解调模块、编解码模块和主控模块，接收主控模块下发的所述电源管理指令进行相应的操作，为射频通信模块、调制解调模块、编解码模块与主控模块供电。

2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述主控模块包括主控子模块、外围设备接口和应用模块；

所述外围设备接口和应用模块连接外围设备；

所述主控子模块与所述编解码模块连接，向所述编解码模块发送所述第一信号以及接收经所述编解码模块传送的第二信号；以及通过所述外围设备接口和应用模块与连接的外围设备进行信息交互。

3.如权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述主控子模块包括：主控处理器、同步动态随机存储器、闪存、总线控制器、定时器和看门狗电路中的一种或多种，且所述同步动态随机存储器、闪存、总线控制器、定时器和看门狗电路通过总线与所述主控处理器相连接。

4.如权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述外围设备接口和应用模块包括：嵌入式安全控制模块、发射/接收天线接口、智能卡接口、显示接口、音频接口、电源管理接口、通用输入输出接口、键盘接口、网络接口、调试接口和串行/并行接口中的一种或多种，且均通过总线与所述主控处理器相连接。

5.如权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述嵌入式安全控制模块包括：嵌入式安全控制处理器、加密逻辑、随机数发生器、超级加密处理器、只读存储器、随机存储器、外部随机存储器和非易失性存储器；其中

所述随机数发生器、超级加密处理器、只读存储器、随机存储器、外部随机存储器和非易失性存储器通过总线与所述嵌入式安全控制处理器连接，所述加密逻辑与所述嵌入式安全控制处理器相连接。

6.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述射频通信模块包括：模拟数字/数字模拟转换器、滤波器、发送器、功率放大器和射频开关滤波器，且所述模拟数字/数字模拟转换器、滤波器、发送器、功率放大器和射频开关滤波器依次串联。

7.如权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述射频通信模块还包括：锁相环、接收器和低噪声信号放大器，所述低噪声信号放大器的输出端与所述接收器的输入端相连接，且所述接收器的输出端与所述滤波器的输入端相连接，所述低噪声信号放大器的输入端与所述射频开关滤波器的输出端相连接，所述锁相环的输出端与所述接收器的输入端相连接。

8.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述调制解调模块以及编解码模块由数字信号处理器实现。

9.一种基于车用环境无线通信网络WAVE标准的车载设备，其特征在于，包括：权利要求1-8任一项所述的芯片，以及与所述芯片包含的至少一个接口相连接的外围设备。

10.如权利要求9所述的车载设备，其特征在于，与所述芯片包含的至少一个接口相连接的外围设备，具体包括：

与所述芯片的发射/接收天线接口相连接的天线；

与所述芯片的智能卡接口相连接的智能卡读取设备；

与所述芯片的显示接口相连接的显示设备；

与所述芯片的音频接口相连接的音频设备；

与所述芯片的电源管理接口相连接的电源设备；

与所述通用输入输出接口相连接的通用输入输出设备；

与所述键盘接口相连接的键盘；

与所述网络接口相连接的网络设备；

与所述调试接口相连接的调试设备；

与所述串行/并行接口相连接的全球定位系统。

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