基于5.8 G多義性路徑標識基站關鍵技術淺析

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展和高速路路網結構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和基于5.8 G的多義性路徑識別技術設計的。該文主要闡述基于5.8 G的多義性路徑識別技術，從標識基站的層面出發，分析了有助于提升標識基站RSU標識成功率的幾個關鍵性技術。

關鍵詞：5.8 GHz通信技術;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

隨著我國交通事業的發展，高速公路路網增多，路網結構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，在高速公路路網中設置路徑標識系統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主要為基于433 M的射頻識別（RFID）技術和基于5.8 G的多義性路徑識別技術。基于433 M射頻識別技術在短期內只能解決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展來看，基于5.8 G的多義性路徑識別技術無疑更有發展前景。該系統與現有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，無差別標識技術等方面對5.8 G路徑標識基站的關鍵性技術進行分析。闡述如何從提升系統關鍵性技術指標的方向提升系統性能，保證標識成功率。

1 基于5.8 G多義性路徑識別系統的原理說明

1.1 系統構成

多義性路徑識別系統是收費公路聯網收費系統的一個子系統，主要由省（區、市）聯網收費結算管理中心系統、路段收費中心系統、收費站系統、標識點基站系統、收費車道系統、電子不停車收費系統（ETC）車載設備包括車載單元（OBU）和非現金支付卡、CPC卡等構成。

1.2 運行原理

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

2 標識點基站RSU設備關鍵技術分析

2.1 標識點基站RSU系統

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。通過網線連接并接入客戶的UPS及車道控制系統，如圖1所示。

2.2 關鍵技術

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定通信的前提下RSU信號覆蓋區域的大小，也就是通常所指的通信區域。該通信區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域停留的時間短。在多車同時經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域呢？從信號層面來考慮，可通過把通信區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系統和OBU或CPC之間進行數據交互處理。同時，在5.8 G多義性路徑標識系統中，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，天線發射面朝向來車方向。天線的橫向通信區域在臨界位置重疊，能確保整個斷面無縫覆蓋，無信號盲區，可以減少由于過車速度快、變道等產生的漏標現象。

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，這有利于把通信區域覆蓋得更遠。如果通信區域足夠遠，OBU或CPC就有更多的時間被喚醒并與基站RSU進行鏈路數據交互，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生串標或與反向行駛的車輛產生反標。應合理配置標識基站RSU輻射功率大小，以保證覆蓋區域足夠遠的同時仍能防止反標。

2.2.1.2 更優的天線方向性設計

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

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，保證信號覆蓋區域的同時，有利于基站系統進行防串標反標的系統邏輯設計，以降低通信區域覆蓋太大帶來的反標串標概率。

2.2.2 連續無差別標識技術

系統運行在某一時刻，有幾臺基站RSU可能同時發射信號或者各基站RSU發射信號的間隔不夠，會導致基站RSU發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。引入一種連續無差別的標識技術將RSU發射信號的時序進行同步控制，可以確保基站RSU之間協同工作實現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發送信號的時序，使各基站RSU的信號有序發射，能有效保證各基站RSU發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對OBU或CPC較高的標識成功率。

3 結語

據交通部官網發文，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路徑識別系統的考驗也越來越嚴峻，保證系統高效可靠的運行變得至關重要。針對5.8 G路徑識別標識基站的關鍵性技術分析表明，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邏輯設計以避免反標串標，能保證OBU或CPC有穩定、可靠、足夠的時間完成標識流程。同時引入一種連續無差別的處理技術可有效避免基站RSU信號在空間的疊加和碰撞，確保空間信號在交互中能正常解析。這些都將有助于提高系統標識成功率。

參考文獻

[1]楊耿，段作義.高速公路路徑識別技術的實現與發展[J].中國交通信化，2015（1）：66-69.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.中華人民共和國國家標準：電子收費、專用短程通信（第3部分）：應用層，GB/T 20851—2007[S].北京：中國標準出版社.

[3]交通運輸部公路科學研究院.《中華人民共和國交通運輸 部 （2011年第13號公告）：收費公路聯網電子不停車收費技術要求》[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]楊蘊.基于5.8 G自由流的多路徑識別系統設計與實現[J].公路交通科技（應用技術版），2016（11）：221-224.

[5]蘇葉嵐，徐碩藝.基于5.8GHz自由流的高速公路多義性路徑識別系統探討[J].中國交通信化，2018（1）：89-91.