5.8G無(wú)線電干擾定位系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

徐祎

摘要：近兩年我國(guó)已基本全面形成了以5.8G頻點(diǎn)為基礎(chǔ)的ETC系統(tǒng)，然而該系統(tǒng)較少考慮到無(wú)線電干擾問題。本文分析了可能發(fā)生的無(wú)線電干擾情況，并設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的5.8G無(wú)線電干擾定位系統(tǒng)。當(dāng)ETC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠幫助高速公路管理人員快速了解周邊環(huán)境中ETC頻段射頻信號(hào)的分布情況，并對(duì)無(wú)線電空間中的干擾源進(jìn)行初步定位分析，盡快排除無(wú)線電干擾問題。

關(guān)鍵詞：無(wú)線電;干擾定位;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）34-0048-02

Abstract： In the past two years， China has basically formed an ETC system based on 5.8G frequency， but this system takes less consideration of radio interference issues. This article analyzes the possible radio interference situation and designs a 5.8G radio interference location system based on the Internet of Things technology. When there is a problem with the ETC system， it can help highway managers quickly understand the distribution of RF signals at ETC band in the surrounding environment， and conduct a preliminary analysis of interference sources in the radio space to eliminate radio interference problems as soon as possible.

Key words： radio; interference location; system design

近兩年來ETC行業(yè)發(fā)展迅猛，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定要求，在2019年10月底，所有高速公路車道均具備ETC服務(wù)功能，部分地區(qū)ETC專用車道占比不低于70%，現(xiàn)有收費(fèi)站人工通道也普遍采用了5.8G的CPC卡?；救鏄?gòu)成了以5.8G頻點(diǎn)為基礎(chǔ)，由OBU/CPC以及門架和收費(fèi)站組成的射頻短程通信無(wú)線電系統(tǒng)。

然而該系統(tǒng)基本處于無(wú)保護(hù)的狀態(tài)，較少考慮到無(wú)線電干擾等問題。隨著通信行業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)5.8GHz（5725-5850MHz）ISM頻段常見的無(wú)線通信設(shè)備越來越多，包括WIFI、ETC、航模視頻FPV及微波雷達(dá)感應(yīng)器等，這些因素都可能影響到ETC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為防止ETC系統(tǒng)在運(yùn)行過程中被信號(hào)干擾，本文設(shè)計(jì)了一種對(duì)周圍環(huán)境中ETC特定頻段的射頻信號(hào)進(jìn)行搜索并分析其分布情況，進(jìn)而確定干擾源相對(duì)位置的系統(tǒng)。

1 干擾分析

ETC系統(tǒng)可能受到的干擾包括頻譜阻塞式干擾、MAC層偽造數(shù)據(jù)包干擾以及協(xié)議層干擾等。其中頻譜阻塞式干擾是最直接簡(jiǎn)單的干擾方式，且具有一定的隱蔽性，比如市面上最容易獲得的WIFI 5G頻段干擾源。或者可能存在一些未經(jīng)型號(hào)核準(zhǔn)的非法無(wú)線電設(shè)備或信號(hào)干擾源，被非法購(gòu)買、使用進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，以上產(chǎn)品較難做到全面監(jiān)管。

由于ETC系統(tǒng)一般建在環(huán)境較為空曠的戶外，信號(hào)傳播范圍更廣，此時(shí)如果有一些發(fā)射功率大的或頻率范圍精準(zhǔn)有效的無(wú)線電設(shè)備，雖然使用者可能是無(wú)意而為，但仍可在一定距離以外對(duì)ETC通信系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。上述情況可能引發(fā)交易失敗，甚至高速道路車輛擁堵等情況。

2 系統(tǒng)總體概述

5.8G無(wú)線電干擾定位系統(tǒng)通過對(duì)周圍環(huán)境中ETC頻段信號(hào)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾源方位的初步判斷。系統(tǒng)由下位機(jī)及上位機(jī)兩個(gè)部分組成，下位機(jī)完成信號(hào)采集工作并將采集到的數(shù)據(jù)通過接口發(fā)送至上位機(jī)，由上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。上位機(jī)主要通過圖形用戶界面GUI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面的顯示，完成硬件控制和數(shù)據(jù)信息處理兩方面功能。其中硬件控制部分包括系統(tǒng)歸零、信號(hào)掃描功能。數(shù)據(jù)信息處理包括數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、方向圖繪制、干擾源峰值判定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

5.8G無(wú)線電干擾定位系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層及應(yīng)用層組成。在本系統(tǒng)中，感知層是底層硬件，包括射頻信號(hào)采集板和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，射頻信號(hào)采集板可通過固定式、移動(dòng)式或車載式等多種方法對(duì)周圍無(wú)線電空間中ETC專用頻段信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板可獲得當(dāng)前角度信息。網(wǎng)絡(luò)層將收集到的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。平臺(tái)層對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成數(shù)據(jù)顯示、方向圖繪制、干擾源峰值判定等功能。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)最終將數(shù)據(jù)通過圖形界面顯示給用戶的過程。

用戶在使用過程中通過對(duì)圖形界面的操作，可以進(jìn)行系統(tǒng)歸零、信號(hào)掃描、方向圖繪制、峰值判定等功能的操作控制。系統(tǒng)運(yùn)行整體流程圖見圖2所示。

3.2系統(tǒng)歸零功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)歸零功能主要通過分析電機(jī)驅(qū)動(dòng)板當(dāng)前位置角度，通過計(jì)算當(dāng)前角度與零度方位的順時(shí)針夾角。若夾角大于180度，則計(jì)算當(dāng)前角度與360度的補(bǔ)角，并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)角角度;若夾角小于180度，則逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)夾角角度。轉(zhuǎn)動(dòng)完成后，再次檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板當(dāng)前位置角度是否歸零，若歸零則成功完成系統(tǒng)歸零流程。其中分析計(jì)算部分的代碼如下：

def tozero（）：

if getdeg（） >= 180：

forwardtozero（）

else：

backwardtozero（）

3.3干擾源峰值角度設(shè)計(jì)

在信號(hào)掃描完成后，將周圍無(wú)線電空間中信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行顯示，并通過繪圖模塊將數(shù)據(jù)繪制成方向圖形。在所有信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值中，通過分析比較數(shù)值大小，判斷干擾源峰值位置，分析比較過程工作流程如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

在ETC系統(tǒng)持續(xù)高速發(fā)展、無(wú)線電環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的大背景下，需要對(duì)無(wú)線電方面可能產(chǎn)生的干擾投入更多的研究。本文初步設(shè)計(jì)了一種通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及信號(hào)采集設(shè)備搭建起來的無(wú)限帶你采集分析定位系統(tǒng)，能夠通過對(duì)射頻信號(hào)強(qiáng)度分析進(jìn)行干擾源定位判斷。在ETC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠幫助高速公路ETC管理人員了解周邊環(huán)境中ETC頻段射頻信號(hào)的分布情況，并對(duì)無(wú)線電空間中的干擾源進(jìn)行初步定位分析，盡快排除無(wú)線電干擾問題。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】