ETC邻道干扰解决方案

第1页，共8页邻道干扰解决方案WD-智能科技有限公司2009-9-13第2页，共8页目录1概述...........................................................................................................................................32目前出现的邻道干扰问题.......................................................................................................33“邻道干扰”解决方案...........................................................................................................63.1精确控制RSU读写范围及可靠性.............................................................................73.2RSU触发工作..............................................................................................................73.3采用频道隔离技术.......................................................................................................83.4RSU窄带接收..............................................................................................................83.5信道自适应技术...........................................................................................................83.6RSU/OBU设备的一致性............................................................................................8第3页，共8页1概述在高速公路不停车收费系统中，“邻道干扰”问题一直困扰着广大业主，影响ETC系统的大规模应用。所谓“邻道干扰”，这里是指本车道RSU天线辐射到相邻车道上，导致本车道上方的RSU与相邻车道上OBU发生误交易。“邻道干扰”最主要的表现形式为相邻两个车道的RSU读取到同一个车载单元OBU的信号，并都进行相应的收费处理流程，导致了后续整个收费流程上的处理错误。“邻道干扰”的发生，其本质为路侧单元RSU的水平覆盖范围过大，超过了单车道3.3米的宽度。该问题的解决与RSU天线的布置、天线增益和方向图、RSU的发射功率和OBU的灵敏度、OBU的水平半功率波瓣角、OBU所处的位置、朝向均有关。2目前出现的邻道干扰问题RSU通信天线安装在ETC车道匝道口正上方，波束主瓣辐射能量落在本车道内，以减少对相邻车道的干扰。对波束角度要求为：水平方向≤38°垂直方向≤45°。根据几何三角公式计算可得RSU发射天线主瓣辐射区域如下图所示：5.5m4.4m6m0.5mR1R2L3.3m5.4mRSU发射天线设计很难达到以上理想指标，通常其发射波束会有旁瓣，或者主瓣3dB外下降缓慢，这将导致RSU发射部分功率会扩散到相邻车道内，对其它OBU形成干扰。第4页，共8页RSURSUOBUOBU5.83GHz5.84GHz5.79GHz5.80GHzRSURSUOBUOBU5.83GHz5.84GHz5.79GHz5.80GHzETC系统在规划时，为降低相邻车道之间的干扰，设置了不同的工作信道。要求信道1中，OBU发射频率为5.79GHz，接收频率为5.83GHz；信道2中，OBU发射频率为5.80GHz，接收频率为5.84GHz。OBU与RSU都采用窄带接收，能够区分本车道与相邻车道的信号频率，可以避免相邻车道辐射过来的信号对正常交易造成影响。RSURSUOBU5.83GHz5.84GHz1号2号例如：当装有OBU的车辆在车道2中与RSU2交易时，OBU将接收中心频率锁定在5.84GHz，而RSU1发射信号频率为5.83GHz，不能被OBU接收，不影响其交易通信。窄带接收会带来新的问题：不象宽带接收那样，只要有信号就能接收；窄带接收需要先识别出该信道的工作频率，然后将频率切换到正确频率上，才能进行交易通信。信道自适应技术（专利）可以解决窄带接收的信道识别问题：当装有OBU的车辆触发地感线圈后，首先启动OBU预设信道接收唤醒信号和BST信号。在××ms内若收到信号，则认为信道识别正确；若没有收到信号，则立刻切换到另一个信道上继续对信号进行接收。由于信道切换的时间比较短，可以在要求唤醒信号的时间稍长一些，在唤醒信号时间内完成信道识别。否则可能会丢掉第一个BST，增加交易时间。信道自适应技术本身只解决了信道识别的问题，仍然存在一定的问题。当两辆装有OBU的车辆同时触发相邻两条车道的地感线圈，此时两个RSU同时发送唤醒信号和BST信号。若在此位置RSU1发射的信号到达OBU2处，并且其功率在OBU2的接收灵敏度之上，能够被OBU2接收。OBU2的预设信道刚好与RSU1的频率一致，那么OBU2就会锁定该频率，与RSU1进行交易通信。第5页，共8页RSURSUOBUOBU5.83GHz5.84GHz1号2号解决信道自适应的问题需要从多方面入手：控制RSU天线波束，使其发射到相邻车道地感线圈附近的信号功率小于OBU的接收灵敏度；OBU的接收灵敏度不能做的太高。此外，在信道识别时，若每次接收都遍历两个信道，将两个信道接收的信号功率做对比；由于本车道的信号功率必定高于相邻车道，因此可以判断出正确的信道。而目前大部分集成芯片都提供接收功率指示输出，可以加以利用。采用此方法可以提高信道自适应的准确性。在大规模应用中，邻道干扰有三种情况：相邻同向车道之间干扰，相邻逆向车道之间干扰以及次邻道干扰。其中以相邻同向车道之间的邻道干扰比较普遍。邻道干扰的存在影响着ETC的大规模应用，因此在实际应用中应该着力加以解决。主车道通信区域4m龙门架行进方向RSU1行进方向RSU2控制端OBUOBU同向邻车道通信区域4m图2-1相邻同向车道干扰第6页，共8页主车道通信区域龙门架行进方向RSU1行进方向RSU2控制端OBUOBU逆向邻车道通信区域4m图2-2逆向相邻车道之间干扰主车道通信区域龙门架行进方向RSU1行进方向RSU2控制端OBUOBU次邻车道通信区域4m4m图2-3次相邻车道存在干扰情况3“邻道干扰”解决方案对于“邻道干扰”问题，业内一直没有特别好的解决办法，WD-通过深入研究整个通讯交易过程，深刻理解交易流程及路侧单元RSU与车载单元OBU的通信模型，通过采用精确控制RSU读写范围及可靠性，OBU、RSU的选频设计，提高RSU、OBU设备的各项技术指标一致性来避免邻道干扰的发生。第7页，共8页3.1精确控制RSU读写范围及可靠性通过分析国内ETC车道的特点，WD-采用微带阵列天线严格控制波束覆盖的范围，保证投射到车道上的宽度在3m以内。利用多种抑制旁瓣的手段，在保证了有效覆盖的同时，真正做到了相邻车道路侧单元RSU覆盖区域物理上的隔离，消除了最基本的“邻道干扰”问题。RSU天线的水平方向图如下图所示：增益为14.6dBi，半功率波束宽度为23度，旁瓣电平－21dB。图3-1RSU天线的水平方向图WD-的RSU天线覆盖范围可以通过天线下倾角度和发射功率进行精确调整，并能够精确确定发射功率，保证天线的覆盖范围稳定，始终保证在一个车道范围之内，不随环境变化而改变。3.2RSU触发工作RSU天线平时处于休眠状态，只有当该车道有车辆压地感时才启动该车道的RSU天线。这样，如果只有一个车道有车辆通过就不会发生邻道干扰问题。第8页，共8页3.3采用频道隔离技术相邻车道间采用频道隔离技术，分别为5.83GHz和5.84GHz的信道1和信道2。采用频道隔离技术，两个信道间隔使用，可以减少邻道干扰发生的概率。目前日本成熟的应用方案就是采用相邻车道间采用不同频点进行频道隔离的技术，在工程应用中取得了较好的效果。3.4RSU窄带接收WD-RSU采用窄带接收，接收带宽标配3MHz（国标规定5MHz），并可根据现场情况进行调整。窄接收带宽可以使RSU更难接收到相邻车道上的OBU发出的信号，即使相邻车道上的OBU已处于唤醒状态也无法与其进行交易，更好的抑制邻道干扰。3.5信道自适应技术上述减小天线水平波瓣角的方案只能保证天线覆盖区域在物理上的隔离，但由于高速公路收费站环境较为复杂，尤其是对于路侧单元RSU与车载单元OBU之间通信的无线信号来说，很可能存在因反射、折射、漫反射等方式，路侧单元RSU的信号辐射到了相邻车道上。基于此种情况，WD-提出了信道自适应技术，彻底解决了“邻道干扰”问题。所谓信道自适应技术，就是OBU始终选择跟信号最强的RSU天线进行通信交易。这样，即使OBU收到相邻车道RSU天线发射的微波信号，也可以在软件上加以屏蔽。具体来说，OBU在唤醒之后预设一个工作频率，如果OBU接收到在该频点的信号强度未达到门限电平，软件上就判定该微波信号来自相邻车道。随后，软件会将OBU的频率切换到另一个频点进行通信交易。3.6RSU/OBU设备的一致性造成邻道干扰的另外一个重要原因是OBU的一致性不好，有某些OBU特别灵敏，在信号强度比较弱的情况下也能够进行交易。WD-OBU采用特殊技术提高OBU灵敏度的一致性，保证OBU之间的灵敏度相差在±1dB，没有特别灵敏的可以与邻道发生交易的情况，或者特别不灵敏无法进行交易的情况，保证交易的稳定性、连续性。