基于5.8 G多義性路徑標識基站關(guān)鍵技術(shù)淺析

吳海東 劉詠平 向濤

摘? 要：隨著我國高速公路收費信息化的發(fā)展和高速路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復雜和多樣化，對“多義性路徑識別”精準收費的要求也越來越高，我國目前主要應用的多義性路徑識別解決方案是基于433 MHz的多義性路徑識別技術(shù)和基于5.8 G的多義性路徑識別技術(shù)設計的。該文主要闡述基于5.8 G的多義性路徑識別技術(shù)，從標識基站的層面出發(fā)，分析了有助于提升標識基站RSU標識成功率的幾個關(guān)鍵性技術(shù)。

關(guān)鍵詞：5.8 GHz通信技術(shù);多義性路徑識別;高速公路;ETC

中圖分類號：U491? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，高速公路路網(wǎng)增多，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復雜化和多樣化，公路投資方也更加多元化，使高速通行費用的拆分變得更為復雜。要想對車輛通行費用進行精準計費就需要對車輛行駛路徑進行精準識別，在高速公路路網(wǎng)中設置路徑標識系統(tǒng)是目前廣泛采用的多義性路徑識別解決方案。目前我國應用于高速公路的路徑識別技術(shù)主要為基于433 M的射頻識別（RFID）技術(shù)和基于5.8 G的多義性路徑識別技術(shù)?；?33 M射頻識別技術(shù)在短期內(nèi)只能解決MTC用戶的通行計費問題，而基于5.8 G的多義性路徑識別技術(shù)能夠在處理通行計費的同時解決了ETC車輛及MTC車輛的路徑識別問題。從未來高速公路收費信息化發(fā)展來看，基于5.8 G的多義性路徑識別技術(shù)無疑更有發(fā)展前景。該系統(tǒng)與現(xiàn)有ETC設備工作于同一頻段，覆蓋范圍遠，能在車輛高速通行的情況下完成路徑標識流程，實現(xiàn)車輛高速高效通行。該文主要從輻射覆蓋范圍，無差別標識技術(shù)等方面對5.8 G路徑標識基站的關(guān)鍵性技術(shù)進行分析。闡述如何從提升系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)指標的方向提升系統(tǒng)性能，保證標識成功率。

1 基于5.8 G多義性路徑識別系統(tǒng)的原理說明

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

多義性路徑識別系統(tǒng)是收費公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要由?。▍^(qū)、市）聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算管理中心系統(tǒng)、路段收費中心系統(tǒng)、收費站系統(tǒng)、標識點基站系統(tǒng)、收費車道系統(tǒng)、電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）車載設備包括車載單元（OBU）和非現(xiàn)金支付卡、CPC卡等構(gòu)成。

1.2 運行原理

裝有車載電子標簽（OBU）的車輛經(jīng)入口ETC車道進入路網(wǎng);持非現(xiàn)金支付卡及無卡用戶經(jīng)入口半自動收費（MTC）車道領取CPC復合通行卡，經(jīng)MTC入口進入路網(wǎng);車輛經(jīng)過設置在路網(wǎng)中的標識點基站路側(cè)單元（RSU）時，OBU或CPC與基站RSU系統(tǒng)通過5.8 GHz通信鏈路進行數(shù)據(jù)交互，將標識站的標識信息寫入OBU（含非現(xiàn)金支付卡）或高速公路復合通行卡（CPC）復合通行卡內(nèi);ETC車輛經(jīng)出口ETC車道駛離時，ETC車道系統(tǒng)通過車道RSU將車載單元中寫入的標識路徑信息讀取，按計費規(guī)則計費后進行扣費，完成扣費后車輛駛離路網(wǎng);持CPC復合通行卡車輛從MTC車道駛離時，MTC車道系統(tǒng)通過讀卡器將CPC卡中寫入的標識路徑信息讀取，按計費規(guī)則計費后進行繳費，繳費后車輛駛離路網(wǎng)。

2 標識點基站RSU設備關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 標識點基站RSU系統(tǒng)

標識點基站RSU包括室外單元、控制器、交換機、路由器以及3G模塊等。通過網(wǎng)線連接并接入客戶的UPS及車道控制系統(tǒng)，如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 基站RSU輻射覆蓋范圍

基站RSU輻射信號覆蓋范圍是指在穩(wěn)定通信的前提下RSU信號覆蓋區(qū)域的大小，也就是通常所指的通信區(qū)域。該通信區(qū)域路徑識別標識站點通常選擇在比較開闊的路段。標識站點過車速度較快，并且可能存在車輛變道行駛的情況。車速快，意味著車輛在標識區(qū)域停留的時間短。在多車同時經(jīng)過時留給標識基站處理的時間就不多。如果過車時能爭取到更多的時間留給基站RSU與OBU或CPC進行交互，對提升標識成功率將大有幫助。如何在標識站來車方向形成一個足夠遠的信號無縫覆蓋區(qū)域呢？從信號層面來考慮，可通過把通信區(qū)域的縱向覆蓋距離拉遠，保證從最遠處喚醒OBU或CPC開始到車輛通過標識站點這段路程的通行時間更多，這樣就有足夠的時間留給基站RSU系統(tǒng)和OBU或CPC之間進行數(shù)據(jù)交互處理。同時，在5.8 G多義性路徑標識系統(tǒng)中，不會只安裝一臺RSU來標識OBU或CPC，而是每一條道路安裝一臺甚至多臺RSU，天線發(fā)射面朝向來車方向。天線的橫向通信區(qū)域在臨界位置重疊，能確保整個斷面無縫覆蓋，無信號盲區(qū)，可以減少由于過車速度快、變道等產(chǎn)生的漏標現(xiàn)象。

2.2.1.1 增加基站RSU的輻射功率

提升基站RSU縱向覆蓋距離，優(yōu)化基站RSU輻射信號覆蓋范圍，可以通過增加輻射功率的方式，這有利于把通信區(qū)域覆蓋得更遠。如果通信區(qū)域足夠遠，OBU或CPC就有更多的時間被喚醒并與基站RSU進行鏈路數(shù)據(jù)交互，OBU或CPC被標識成功的機會就越大。但是，一味增大輻射功率，使信號輻射覆蓋區(qū)域范圍過大也不可取。如果輻射信號覆蓋范圍過大，信號有可能輻射至相鄰路段或反向路段，可能會與其他路段的車輛產(chǎn)生串標或與反向行駛的車輛產(chǎn)生反標。應合理配置標識基站RSU輻射功率大小，以保證覆蓋區(qū)域足夠遠的同時仍能防止反標。

2.2.1.2 更優(yōu)的天線方向性設計

提升輻射功率的同時，兼顧考慮優(yōu)化天線方向性設計，使遠端的方向性更集中，這也是一個有助于優(yōu)化基站RSU輻射信號覆蓋范圍的關(guān)鍵技術(shù)。天線方向性的優(yōu)化設計能夠在遠端將天線功率集中在本向車道范圍內(nèi)，避免功率發(fā)散至相鄰方向車道或其他路段，從而規(guī)避串標、反標現(xiàn)象。

2.2.1.3 標識站點的設置

通過不同選址的方式設置標識點龍門架，也是能保證信號輻射覆蓋范圍并減小信號串擾的方式。上下行龍門架的設置在相對位置上應建設在相背遠離的位置，如圖2所示，相背離的基站RSU站點設置，保證信號覆蓋區(qū)域的同時，有利于基站系統(tǒng)進行防串標反標的系統(tǒng)邏輯設計，以降低通信區(qū)域覆蓋太大帶來的反標串標概率。

2.2.2 連續(xù)無差別標識技術(shù)

系統(tǒng)運行在某一時刻，有幾臺基站RSU可能同時發(fā)射信號或者各基站RSU發(fā)射信號的間隔不夠，會導致基站RSU發(fā)射的信號在空間疊加碰撞。而OBU或CPC無法解析接收到疊加的信號，從而無法完成與RSU的正常交互。引入一種連續(xù)無差別的標識技術(shù)將RSU發(fā)射信號的時序進行同步控制，可以確保基站RSU之間協(xié)同工作實現(xiàn)無差別無縫信號覆蓋。圖3為一種基站RSU的同步控制的連接方式。

通過同步控制各基站RSU發(fā)送信號的時序，使各基站RSU的信號有序發(fā)射，能有效保證各基站RSU發(fā)射的信號在空間不會疊加和碰撞，保證了多義性路徑識別系統(tǒng)對OBU或CPC較高的標識成功率。

3 結(jié)語

據(jù)交通部官網(wǎng)發(fā)文，截至2019年8月，全國ETC用戶已累計突破1億。隨著ETC用戶數(shù)量的逐漸增多，高速通行效率大大提升的同時對5.8 G路徑識別系統(tǒng)的考驗也越來越嚴峻，保證系統(tǒng)高效可靠的運行變得至關(guān)重要。針對5.8 G路徑識別標識基站的關(guān)鍵性技術(shù)分析表明，在應用中通過提升基站RSU的輻射覆蓋范圍，確保車道斷面無縫覆蓋，配合合理的站點設置和系統(tǒng)邏輯設計以避免反標串標，能保證OBU或CPC有穩(wěn)定、可靠、足夠的時間完成標識流程。同時引入一種連續(xù)無差別的處理技術(shù)可有效避免基站RSU信號在空間的疊加和碰撞，確?？臻g信號在交互中能正常解析。這些都將有助于提高系統(tǒng)標識成功率。

參考文獻

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