基于5.8 G多义性路径标识基站关键技术浅析

吴海东 刘咏平 向涛

摘  要：随着我国高速公路收费信息化的发展和高速路路网结构越来越复杂和多样化，对“多义性路径识别”精准收费的要求也越来越高，我国目前主要应用的多义性路径识别解决方案是基于433 MHz的多义性路径识别技术和基于5.8 G的多义性路径识别技术设计的。该文主要阐述基于5.8 G的多义性路径识别技术，从标识基站的层面出发，分析了有助于提升标识基站RSU标识成功率的几个关键性技术。

关键词：5.8 GHz通信技术;多义性路径识别;高速公路;ETC

中图分类号：U491          文献标志码：A

0 前言

随着我国交通事业的发展，高速公路路网增多，路网结构变得更加复杂化和多样化，公路投资方也更加多元化，使高速通行费用的拆分变得更为复杂。要想对车辆通行费用进行精准计费就需要对车辆行驶路径进行精准识别，在高速公路路网中设置路径标识系统是目前广泛采用的多义性路径识别解决方案。目前我国应用于高速公路的路径识别技术主要为基于433 M的射频识别（RFID）技术和基于5.8 G的多义性路径识别技术。基于433 M射频识别技术在短期内只能解决MTC用户的通行计费问题，而基于5.8 G的多义性路径识别技术能够在处理通行计费的同时解决了ETC车辆及MTC车辆的路径识别问题。从未来高速公路收费信息化发展来看，基于5.8 G的多义性路径识别技术无疑更有发展前景。该系统与现有ETC设备工作于同一频段，覆盖范围远，能在车辆高速通行的情况下完成路径标识流程，实现车辆高速高效通行。该文主要从辐射覆盖范围，无差别标识技术等方面对5.8 G路径标识基站的关键性技术进行分析。阐述如何从提升系统关键性技术指标的方向提升系统性能，保证标识成功率。

1 基于5.8 G多义性路径识别系统的原理说明

1.1 系统构成

多义性路径识别系统是收费公路联网收费系统的一个子系统，主要由省（区、市）联网收费结算管理中心系统、路段收费中心系统、收费站系统、标识点基站系统、收费车道系统、电子不停车收费系统（ETC）车载设备包括车载单元（OBU）和非现金支付卡、CPC卡等构成。

1.2 运行原理

装有车载电子标签（OBU）的车辆经入口ETC车道进入路网;持非现金支付卡及无卡用户经入口半自动收费（MTC）车道领取CPC复合通行卡，经MTC入口进入路网;车辆经过设置在路网中的标识点基站路侧单元（RSU）时，OBU或CPC与基站RSU系统通过5.8 GHz通信链路进行数据交互，将标识站的标识信息写入OBU（含非现金支付卡）或高速公路复合通行卡（CPC）复合通行卡内;ETC车辆经出口ETC车道驶离时，ETC车道系统通过车道RSU将车载单元中写入的标识路径信息读取，按计费规则计费后进行扣费，完成扣费后车辆驶离路网;持CPC复合通行卡车辆从MTC车道驶离时，MTC车道系统通过读卡器将CPC卡中写入的标识路径信息读取，按计费规则计费后进行缴费，缴费后车辆驶离路网。

2 标识点基站RSU设备关键技术分析

2.1 标识点基站RSU系统

标识点基站RSU包括室外单元、控制器、交换机、路由器以及3G模块等。通过网线连接并接入客户的UPS及车道控制系统，如图1所示。

2.2 关键技术

2.2.1 基站RSU辐射覆盖范围

基站RSU辐射信号覆盖范围是指在稳定通信的前提下RSU信号覆盖区域的大小，也就是通常所指的通信区域。该通信区域路径识别标识站点通常选择在比较开阔的路段。标识站点过车速度较快，并且可能存在车辆变道行驶的情况。车速快，意味着车辆在标识区域停留的时间短。在多车同时经过时留给标识基站处理的时间就不多。如果过车时能争取到更多的时间留给基站RSU与OBU或CPC进行交互，对提升标识成功率将大有帮助。如何在标识站来车方向形成一个足够远的信号无缝覆盖区域呢？从信号层面来考虑，可通过把通信区域的纵向覆盖距离拉远，保证从最远处唤醒OBU或CPC开始到车辆通过标识站点这段路程的通行时间更多，这样就有足够的时间留给基站RSU系统和OBU或CPC之间进行数据交互处理。同时，在5.8 G多义性路径标识系统中，不会只安装一台RSU来标识OBU或CPC，而是每一条道路安装一台甚至多台RSU，天线发射面朝向来车方向。天线的横向通信区域在临界位置重叠，能确保整个断面无缝覆盖，无信号盲区，可以减少由于过车速度快、变道等产生的漏标现象。

2.2.1.1 增加基站RSU的辐射功率

提升基站RSU纵向覆盖距离，优化基站RSU辐射信号覆盖范围，可以通过增加辐射功率的方式，这有利于把通信区域覆盖得更远。如果通信区域足够远，OBU或CPC就有更多的时间被唤醒并与基站RSU进行链路数据交互，OBU或CPC被标识成功的机会就越大。但是，一味增大辐射功率，使信号辐射覆盖区域范围过大也不可取。如果辐射信号覆盖范围过大，信号有可能辐射至相邻路段或反向路段，可能会与其他路段的车辆产生串标或与反向行驶的车辆产生反标。应合理配置标识基站RSU辐射功率大小，以保证覆盖区域足够远的同时仍能防止反标。

2.2.1.2 更優的天线方向性设计

提升辐射功率的同时，兼顾考虑优化天线方向性设计，使远端的方向性更集中，这也是一个有助于优化基站RSU辐射信号覆盖范围的关键技术。天线方向性的优化设计能够在远端将天线功率集中在本向车道范围内，避免功率发散至相邻方向车道或其他路段，从而规避串标、反标现象。

2.2.1.3 标识站点的设置

通过不同选址的方式设置标识点龙门架，也是能保证信号辐射覆盖范围并减小信号串扰的方式。上下行龙门架的设置在相对位置上应建设在相背远离的位置，如图2所示，相背离的基站RSU站点设置，保证信号覆盖区域的同时，有利于基站系统进行防串标反标的系统逻辑设计，以降低通信区域覆盖太大带来的反标串标概率。

2.2.2 连续无差别标识技术

系统运行在某一时刻，有几台基站RSU可能同时发射信号或者各基站RSU发射信号的间隔不够，会导致基站RSU发射的信号在空间叠加碰撞。而OBU或CPC无法解析接收到叠加的信号，从而无法完成与RSU的正常交互。引入一种连续无差别的标识技术将RSU发射信号的时序进行同步控制，可以确保基站RSU之间协同工作实现无差别无缝信号覆盖。图3为一种基站RSU的同步控制的连接方式。

通过同步控制各基站RSU发送信号的时序，使各基站RSU的信號有序发射，能有效保证各基站RSU发射的信号在空间不会叠加和碰撞，保证了多义性路径识别系统对OBU或CPC较高的标识成功率。

3 结语

据交通部官网发文，截至2019年8月，全国ETC用户已累计突破1亿。随着ETC用户数量的逐渐增多，高速通行效率大大提升的同时对5.8 G路径识别系统的考验也越来越严峻，保证系统高效可靠的运行变得至关重要。针对5.8 G路径识别标识基站的关键性技术分析表明，在应用中通过提升基站RSU的辐射覆盖范围，确保车道断面无缝覆盖，配合合理的站点设置和系统逻辑设计以避免反标串标，能保证OBU或CPC有稳定、可靠、足够的时间完成标识流程。同时引入一种连续无差别的处理技术可有效避免基站RSU信号在空间的叠加和碰撞，确保空间信号在交互中能正常解析。这些都将有助于提高系统标识成功率。

参考文献

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