吳海東 劉詠平 向濤

摘? 要：隨著我國(guó)高速公路收費(fèi)信息化的發(fā)展和高速路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜和多樣化，對(duì)“多義性路徑識(shí)別”精準(zhǔn)收費(fèi)的要求也越來(lái)越高，我國(guó)目前主要應(yīng)用的多義性路徑識(shí)別解決方案是基于433 MHz的多義性路徑識(shí)別技術(shù)和基于5.8 G的多義性路徑識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)的。該文主要闡述基于5.8 G的多義性路徑識(shí)別技術(shù)，從標(biāo)識(shí)基站的層面出發(fā)，分析了有助于提升標(biāo)識(shí)基站RSU標(biāo)識(shí)成功率的幾個(gè)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(shí)別;高速公路;ETC

中圖分類號(hào)：U491? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著我國(guó)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(fù)雜化和多樣化，公路投資方也更加多元化，使高速通行費(fèi)用的拆分變得更為復(fù)雜。要想對(duì)車輛通行費(fèi)用進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)就需要對(duì)車輛行駛路徑進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，在高速公路路網(wǎng)中設(shè)置路徑標(biāo)識(shí)系統(tǒng)是目前廣泛采用的多義性路徑識(shí)別解決方案。目前我國(guó)應(yīng)用于高速公路的路徑識(shí)別技術(shù)主要為基于433 M的射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)和基于5.8 G的多義性路徑識(shí)別技術(shù)?；?33 M射頻識(shí)別技術(shù)在短期內(nèi)只能解決MTC用戶的通行計(jì)費(fèi)問(wèn)題，而基于5.8 G的多義性路徑識(shí)別技術(shù)能夠在處理通行計(jì)費(fèi)的同時(shí)解決了ETC車輛及MTC車輛的路徑識(shí)別問(wèn)題。從未來(lái)高速公路收費(fèi)信息化發(fā)展來(lái)看，基于5.8 G的多義性路徑識(shí)別技術(shù)無(wú)疑更有發(fā)展前景。該系統(tǒng)與現(xiàn)有ETC設(shè)備工作于同一頻段，覆蓋范圍遠(yuǎn)，能在車輛高速通行的情況下完成路徑標(biāo)識(shí)流程，實(shí)現(xiàn)車輛高速高效通行。該文主要從輻射覆蓋范圍，無(wú)差別標(biāo)識(shí)技術(shù)等方面對(duì)5.8 G路徑標(biāo)識(shí)基站的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析。闡述如何從提升系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)的方向提升系統(tǒng)性能，保證標(biāo)識(shí)成功率。

1 基于5.8 G多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)的原理說(shuō)明

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)是收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，主要由省（區(qū)、市）聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算管理中心系統(tǒng)、路段收費(fèi)中心系統(tǒng)、收費(fèi)站系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)點(diǎn)基站系統(tǒng)、收費(fèi)車道系統(tǒng)、電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）車載設(shè)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(yùn)行原理

裝有車載電子標(biāo)簽（OBU）的車輛經(jīng)入口ETC車道進(jìn)入路網(wǎng);持非現(xiàn)金支付卡及無(wú)卡用戶經(jīng)入口半自動(dòng)收費(fèi)（MTC）車道領(lǐng)取CPC復(fù)合通行卡，經(jīng)MTC入口進(jìn)入路網(wǎng);車輛經(jīng)過(guò)設(shè)置在路網(wǎng)中的標(biāo)識(shí)點(diǎn)基站路側(cè)單元（RSU）時(shí)，OBU或CPC與基站RSU系統(tǒng)通過(guò)5.8 GHz通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將標(biāo)識(shí)站的標(biāo)識(shí)信息寫(xiě)入OBU（含非現(xiàn)金支付卡）或高速公路復(fù)合通行卡（CPC）復(fù)合通行卡內(nèi);ETC車輛經(jīng)出口ETC車道駛離時(shí)，ETC車道系統(tǒng)通過(guò)車道RSU將車載單元中寫(xiě)入的標(biāo)識(shí)路徑信息讀取，按計(jì)費(fèi)規(guī)則計(jì)費(fèi)后進(jìn)行扣費(fèi)，完成扣費(fèi)后車輛駛離路網(wǎng);持CPC復(fù)合通行卡車輛從MTC車道駛離時(shí)，MTC車道系統(tǒng)通過(guò)讀卡器將CPC卡中寫(xiě)入的標(biāo)識(shí)路徑信息讀取，按計(jì)費(fèi)規(guī)則計(jì)費(fèi)后進(jìn)行繳費(fèi)，繳費(fèi)后車輛駛離路網(wǎng)。

2 標(biāo)識(shí)點(diǎn)基站RSU設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 標(biāo)識(shí)點(diǎn)基站RSU系統(tǒng)

標(biāo)識(shí)點(diǎn)基站RSU包括室外單元、控制器、交換機(jī)、路由器以及3G模塊等。通過(guò)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(hào)覆蓋范圍是指在穩(wěn)定通信的前提下RSU信號(hào)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(shí)別標(biāo)識(shí)站點(diǎn)通常選擇在比較開(kāi)闊的路段。標(biāo)識(shí)站點(diǎn)過(guò)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(biāo)識(shí)區(qū)域停留的時(shí)間短。在多車同時(shí)經(jīng)過(guò)時(shí)留給標(biāo)識(shí)基站處理的時(shí)間就不多。如果過(guò)車時(shí)能爭(zhēng)取到更多的時(shí)間留給基站RSU與OBU或CPC進(jìn)行交互，對(duì)提升標(biāo)識(shí)成功率將大有幫助。如何在標(biāo)識(shí)站來(lái)車方向形成一個(gè)足夠遠(yuǎn)的信號(hào)無(wú)縫覆蓋區(qū)域呢？從信號(hào)層面來(lái)考慮，可通過(guò)把通信區(qū)域的縱向覆蓋距離拉遠(yuǎn)，保證從最遠(yuǎn)處喚醒OBU或CPC開(kāi)始到車輛通過(guò)標(biāo)識(shí)站點(diǎn)這段路程的通行時(shí)間更多，這樣就有足夠的時(shí)間留給基站RSU系統(tǒng)和OBU或CPC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互處理。同時(shí)，在5.8 G多義性路徑標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中，不會(huì)只安裝一臺(tái)RSU來(lái)標(biāo)識(shí)OBU或CPC，而是每一條道路安裝一臺(tái)甚至多臺(tái)RSU，天線發(fā)射面朝向來(lái)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(gè)斷面無(wú)縫覆蓋，無(wú)信號(hào)盲區(qū)，可以減少由于過(guò)車速度快、變道等產(chǎn)生的漏標(biāo)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(hào)覆蓋范圍，可以通過(guò)增加輻射功率的方式，這有利于把通信區(qū)域覆蓋得更遠(yuǎn)。如果通信區(qū)域足夠遠(yuǎn)，OBU或CPC就有更多的時(shí)間被喚醒并與基站RSU進(jìn)行鏈路數(shù)據(jù)交互，OBU或CPC被標(biāo)識(shí)成功的機(jī)會(huì)就越大。但是，一味增大輻射功率，使信號(hào)輻射覆蓋區(qū)域范圍過(guò)大也不可取。如果輻射信號(hào)覆蓋范圍過(guò)大，信號(hào)有可能輻射至相鄰路段或反向路段，可能會(huì)與其他路段的車輛產(chǎn)生串標(biāo)或與反向行駛的車輛產(chǎn)生反標(biāo)。應(yīng)合理配置標(biāo)識(shí)基站RSU輻射功率大小，以保證覆蓋區(qū)域足夠遠(yuǎn)的同時(shí)仍能防止反標(biāo)。

2.2.1.2 更優(yōu)的天線方向性設(shè)計(jì)

提升輻射功率的同時(shí)，兼顧考慮優(yōu)化天線方向性設(shè)計(jì)，使遠(yuǎn)端的方向性更集中，這也是一個(gè)有助于優(yōu)化基站RSU輻射信號(hào)覆蓋范圍的關(guān)鍵技術(shù)。天線方向性的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠在遠(yuǎn)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(biāo)、反標(biāo)現(xiàn)象。

2.2.1.3 標(biāo)識(shí)站點(diǎn)的設(shè)置

通過(guò)不同選址的方式設(shè)置標(biāo)識(shí)點(diǎn)龍門架，也是能保證信號(hào)輻射覆蓋范圍并減小信號(hào)串?dāng)_的方式。上下行龍門架的設(shè)置在相對(duì)位置上應(yīng)建設(shè)在相背遠(yuǎn)離的位置，如圖2所示，相背離的基站RSU站點(diǎn)設(shè)置，保證信號(hào)覆蓋區(qū)域的同時(shí)，有利于基站系統(tǒng)進(jìn)行防串標(biāo)反標(biāo)的系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)，以降低通信區(qū)域覆蓋太大帶來(lái)的反標(biāo)串標(biāo)概率。

2.2.2 連續(xù)無(wú)差別標(biāo)識(shí)技術(shù)

系統(tǒng)運(yùn)行在某一時(shí)刻，有幾臺(tái)基站RSU可能同時(shí)發(fā)射信號(hào)或者各基站RSU發(fā)射信號(hào)的間隔不夠，會(huì)導(dǎo)致基站RSU發(fā)射的信號(hào)在空間疊加碰撞。而OBU或CPC無(wú)法解析接收到疊加的信號(hào)，從而無(wú)法完成與RSU的正常交互。引入一種連續(xù)無(wú)差別的標(biāo)識(shí)技術(shù)將RSU發(fā)射信號(hào)的時(shí)序進(jìn)行同步控制，可以確?；綬SU之間協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)無(wú)差別無(wú)縫信號(hào)覆蓋。圖3為一種基站RSU的同步控制的連接方式。

通過(guò)同步控制各基站RSU發(fā)送信號(hào)的時(shí)序，使各基站RSU的信號(hào)有序發(fā)射，能有效保證各基站RSU發(fā)射的信號(hào)在空間不會(huì)疊加和碰撞，保證了多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)對(duì)OBU或CPC較高的標(biāo)識(shí)成功率。

3 結(jié)語(yǔ)

據(jù)交通部官網(wǎng)發(fā)文，截至2019年8月，全國(guó)ETC用戶已累計(jì)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(shí)對(duì)5.8 G路徑識(shí)別系統(tǒng)的考驗(yàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻，保證系統(tǒng)高效可靠的運(yùn)行變得至關(guān)重要。針對(duì)5.8 G路徑識(shí)別標(biāo)識(shí)基站的關(guān)鍵性技術(shù)分析表明，在應(yīng)用中通過(guò)提升基站RSU的輻射覆蓋范圍，確保車道斷面無(wú)縫覆蓋，配合合理的站點(diǎn)設(shè)置和系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)以避免反標(biāo)串標(biāo)，能保證OBU或CPC有穩(wěn)定、可靠、足夠的時(shí)間完成標(biāo)識(shí)流程。同時(shí)引入一種連續(xù)無(wú)差別的處理技術(shù)可有效避免基站RSU信號(hào)在空間的疊加和碰撞，確?？臻g信號(hào)在交互中能正常解析。這些都將有助于提高系統(tǒng)標(biāo)識(shí)成功率。

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