CN100580714C - 基于wlan的etc系统路边单元及收费方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WLAN的ETC系统路边单元及收费方法，解决了现有路边单元不具有处理ETC系统中的用户及车辆数据信息的功能，导致ETC系统成本高的问题。包括一无线接入点，用于与车载单元建立通信连接，接收车载单元传送来的车辆及用户数据；一无线网卡，用于处理无线接入点接收的车辆及用户数据，和一数据处理单元，用于核实所述车辆及用户数据，并作相应处理。本发明的路边单元具有支持移动终端的高速移动性、支持更多用户多址通信、支持更远距离通信以及高效率、高通信交易成功率，同时，本发明数据处理单元实现了现有收费结算中心核实处理功能，相应的可以减少对收费结算中心的投资，节省了大量的人力物力。
Description
技术领域：
本发明涉及一种应用于高速公路或城市道路电子不停车收费系统(ETC)中的路边单元(RSU)，尤其涉及一种基于无线局域网(WLAN)技术实现的电子不停车收费系统的路边单元，同时也涉及实现该路边单元的方法。本发明属于智能交通(简称ITS)技术领域。
背景技术：
随着我国经济的飞速发展，不断增长的汽车保有量与有限的道路面积的矛盾日益突出。为了解决这一矛盾，除了大力修建道路之外，提高现有道路的利用效率也是重要的一环。在这一背景下，智能交通系统日益成为当今世界研究发展的热点。
电子不停车收费系统(ETC)及其技术是智能交通系统的重要组成部分，它是解决收费道路上交通拥挤、堵塞和其它弊端、提高现有道路运行安全和效率的重要技术手段。路边单元(RSU)作为ETC系统的重要组成部分，对整个ETC系统的正常运行和性能的可靠保证起着至关重要的作用。路边单元安装在高速公路或者城市道路的正上方，高度3.5m~5.5m，通过与行使在公路或者城市道路上的车辆前挡风玻璃内侧的车载单元(OBU)进行通信，来实现对于行驶在公路或者城市道路上的车辆进行不停车收费，从而允许车辆高速通过，大大提高公路或者城市道路的通行能力。
目前现有ETC系统中的路边单元采用的实现技术为基于5.8GHz频段的射频识别技术(RFID)，路边单元为一个射频信号收发装置，即相当于一个读卡器，用于读取车辆上的无源或者低功耗的车载电子标签中的用户及车辆数据信息，然后传送给后台计算控制中心，待后台计算控制中心结算完之后再将数掘发送回车载电子标签。显然该路边单元在现有ETC系统中仅仅起到收发信号的作用，并不具有处理ETC系统中的用户及车辆数据信息的功能，这样就要求ETC系统中后台计算控制中心必须要有很强的数据信息处理能力，从而大大增加了ETC系统的成本。而且，由于是与无源或者低功耗的标签通信，所以路边单元发射的信号能量也是非常微弱的，这就存在着抗干扰能力很差的弱点，目前路边单元与车载单元的通信交易成功率仅为80％。此外，目前ETC系统中路边单元所支持的车辆通行速度也仅仅在30km/h左右，通信距离为10m，这一车辆通行速度和通信距离对于缓解高速公路或者城市道路自由流车辆的通行压力来说，显然是不能接受的。同时，在信息传输速率方面，现有基于5.8GHz频段的射频识别技术(RFID)的ETC系统的路边单元所支持的信息传输速率在上、下行链路上都只有500kbps，这对于传输图片等信息量大的数据以及多个车载单元同时与一个路边单元来进行通信和交易的情况来说，显然是不够的。再加上建设现有基于5.8GHz频段的射频识别技术(RFID)的ETC系统的路边单元需要在道路上埋设大量电感线圈，从而带来施工上的繁琐复杂以及通信可靠性的降低等因素，使得现有ETC系统路边单元根本无法满足用户车辆在通行速度(达到100km/h)、通信质量(交易成功率在99％以上)以及通信有效性(可实现图片等信息量大的数据的传输)的要求。
本发明提出的基于WLAN的ETC系统路边单元不但能够支持车辆通行速度达到180km/h、车载单元与路边单元的通信距离可达180m、信息传输速率在上、下行链路达到6Mbps、通信交易成功率在99％以上，这样的性能指标对于解决高速公路或者城市道路自由流车辆的通行问题来说，是非常理想的；而且该基于WLAN的ETC系统路边单元还具有处理用户车辆数据信息和交易信息的强大能力。由此可见，无论从实现的性能指标上还是从本身所具有的强大功能上，与现有的基于5.8GHz频段的射频识别技术(RFID)的ETC系统的路边单元相比，该基于WLAN的ETC系统路边单元都是极具优势且切实可行的。
另一方面，随着通信技术的飞速发展，无线局域网(WLAN)技术逐渐成熟起来。WLAN是指采用无线介质传输的计算机局域网，采用的标准是IEEE 802.11a/b/g系列。WLAN可以在中、短程的范围内，为移动或半移动的用户提供高效、优质、低成本的宽带接入服务。与射频识别技术相比，WLAN技术具有安装简单、建设周期短，成本低的突出优点。但是，WLAN技术主要应用于50m～100m范围内的无线局域网互联，网络终端都处于静止或者低速移动(5km/h以下)的状态。而在ETC系统中，要求路边单元支持的移动终端运动速度一般都在30km/h以上。因此，WLAN技术被普遍认为不适合用在ETC系统路边单元中。现有的ETC系统路边单元中没有采用WLAN技术进行与车载单元无线通信的先例。
发明内容：
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种成本低、便于收费管理的基于WLAN的ETC系统路边单元及其收费方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种基于WLAN的ETC系统路边单元，包括：一无线接入点，用于在无线局域网内与车载单元建立通信连接，接收车载单元传送来的车辆及用户数据；一无线网卡，用于处理所述无线接入点接收的车辆及用户数据，和一数据处理单元，用于核实所述车辆及用户数据，；根据核实结果进行收费处理。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，还包括一用于限定无线接入点信号覆盖范围，并与无线接入点相连的定向天线。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述无线网卡包括：
一天馈单元，用于发送或接收数据信息；
一射频处理单元，用于对数据进行变频处理；
一基带处理单元，用于对数掘进行模数转换、解调、解扩处理；以及
一MAC层协议处理单元，用于对数据信息进行解码、解封装处理；
所述天馈单元与射频处理单元连接，该天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，进行低噪声放大及中频变频处理，所述射频处理单元与基带处理单元连接，基带处理单元对变频处理后的数掘信息进行模数转换，变为数字信号后，进行解扩和解调处理；所述基带处理单元与MAC层协议处理单元连接，MAC层协议处理单元对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后传送给数据处理单元。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述数据处理单元包括：数据存储单元，用于存储待核实车辆及用户数据；和中央处理单元，用于核实车载单元传送来的车辆及用户数据和所述存储单元存储的待核实车辆及用户数据是否相同，并作相应处理。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述数据处理单元还包括一抓拍单元，用于实时抓拍进入路边单元工作范围的所有车辆，并对所抓拍的车辆信息进行识别然后传送给所述数据存储单元。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述数据处理单元还包括一交易接口单元，用于连接所述中央处理单元与后台金融交易处理中心，向后台金融交易处理中心传递通行车辆的收费信息。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述路边单元利用无线局域网标准协议与车载单元进行通信。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述无线局域网协议包括但不限于IEEE802.11协议。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，还包括电源单元，用于为路边单元提供运行所必需的能量。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，还包括与所述中央处理单元连接的辅助单元。
所述辅助单元可以为以下单元的任意组合：嵌入式安全保密模块、电源指示灯、状态指示灯、交通提示灯控制单元、自动栏杆控制单元、路边对讲系统控制单元、复位系统、散热系统、有线连接接口单元、防盗系统或人机接口。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，
所述嵌入式安全保密模块(ESAM)用于为该路边单元中的收费交易数据信息提供安全保密机制。
所述电源指示灯用于显示路边单元的On/Off状态。
所述状态指示灯用于显示路边单元的工作/休眠/异常状态。
所述交通提示灯控制单元用于和中央处理单元(CPU)交互数据信息，然后根据得到的数据信息来控制交通提示灯，以提示行使的车辆是否交易成功。即如果交易成功，则交通提示灯控制单元控制交通提示灯显示绿灯，否则，显示红灯。
所述自动栏杆控制单元用于和中央处理单元(CPU)交互数据信息，然后根掘得到的数据信息来控制自动栏杆，以实现对交易成功车辆的放行和对交易不成功车辆的拦截。
所述路边对讲系统控制单元用于和中央处理单元(CPU)交互数据信息，然后根据得到的数据信息来控制路边对讲系统，使其显示出每一个通行车辆的交易情况，即在路边对讲系统的大显示屏幕上显示出按抓拍识别的时间顺序依次排列的所有通行车辆的交易情况，大显示屏幕为黑色，交易成功车辆的显示数据信息为黄色，交易失败车辆的显示数据信息为红色。
所述复位系统用于当路边单元重新被供电而启动时，由中央处理单元(CPU)对其进行控制，使其对无线接入点进行重新启动调整。
所述散热系统用于对中央处理单元进行散热功能，使用小型风扇或者硅胶散热片。
所述有线连接接口单元用于路边单元的功能扩展，可组成扩展的局域网或者接入PAN、LAN、WAN。
所述防盗系统用于防止路边单元被挪移盗用。
所述人机接口用于人为控制路边单元的开关，即当使用路边单元时，利用人机接口将路边单元打开，当路边单元发生异常时，利用人机接口将路边单元关闭。
优选的：在所述基于WLAN的ETC系统路边单元中，所述无线接入点含有信标调节模块，用于设定信标发送周期，使得信标每20毫秒发送一次。
一种实现电子不停车收费的方法，包括如下步骤：
步骤A，路边单元与车载单元在无线局域网内建立通信连接；
步骤B，无线网卡接收车载单元发送的车辆及用户数据信息；
步骤C，数据处理单元接收所述车辆及用户数据信息，对其核实，根据核实结果进行收费处理。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述步骤A具体为：路边单元前端的定向天线接收来自车载单元(OBU)的探询帧，然后传输给无线接入点，无线接入点返回一个响应帧并通过定向天线传输给车载单元以建立起车载单元和路边单元的通信连接。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述步骤B具体为：
步骤B1，无线接入点通过定向天线接收车载单元传送来的车辆及用户数据信息，并传输给路边单元的天馈单元；
步骤B2，天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，数据信息在射频处理单元进行低噪声放大及变频处理，之后传送给基带处理单元；
步骤B3，基带处理单元对数据信息进行模/数变换，转换成数字信号，然后进行解扩和解调处理，再将数据信息传送给MAC层协议处理单元；
步骤B4，在MAC层协议处理单元，对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后再传送给中央处理单元。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述步骤C具体为：
步骤C1，中央处理单元将接收到的用户车辆数据信息传送至数据存储单元；
步骤C2，数据存储单元把从抓拍识别系统获得的车辆数据信息与从中央处理单元传输来的车辆数据信息进行比对；
步骤C3，如果比对的结果正确，则嵌入式安全保密模块(ESAM)将对数据信息提供安全保密机制，然后由中央处理单元将数据信息通过交易接口单元，传送给后台金融交易处理中心，进行结算核算处理；
步骤C4，路边单元将处理后的数据信息，通过定向天线传送给车载单元。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，还包括：
步骤D，如果比对的结果错误，则路边单元将用户车辆的数据信息，连同比对的结果错误提示信息，一同回传给车载单元。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述路边单元和车载单元之间通过无线局域网协议进行通信。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述无线局域网协议包括但不限于IEEE802.11协议。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述路边单元和车载单元进行通信的过程中，对基带信号采用正交频分复用与二进制移相键控相结合的调制方式。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，所述路边单元和车载单元进行通信的过程中，MAC层基于载波监听多路访问/冲突避免协议进行通信。
优选的：在所述实现电子不停车收费的方法中，在步骤B2中所述变频处理是指将信号频率从5.8GHz变频到中频频段。
本发明所提供的基于WLAN的ETC系统路边单元采用多种技术手段，有效克服了WLAN技术不适合于ETC系统路边单元的技术偏见。与现有采用射频设别技术的ETC系统路边单元相比较，本发明的路边单元具有支持移动终端的高速移动性(最高车速可达180km/h)、支持更多用户多址通信(可同时接入60个用户车辆)、支持更远距离通信(180m以上)以及高效率(信息传输速率可达6Mbps，远远高于采用射频设别技术的ETC系统路边单元的500kpbs的信息传输速率，及高工作效率)、高通信交易成功率(99％)、功能完备、性能指标优良的特点，特别地是，该基于WLAN的ETC系统路边单元具有处理用户车辆数据信息和交易信息的强大能力。因此，无论从功能实现还是技术性能指标上，对于ETC系统路边单元的推广应用以及行业技术进步具有极其重要的意义。同时，本发明数据处理单元实现了现有收费结算中心核实处理功能，相应的可以减少对收费结算中心的投资，节省了大量的人力物力。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1为基本的路边单元RSU的结构示意图。
图2为完备的路边单元RSU的结构示意图。
图3为本发明的路边单元RSU中无线网卡的信号处理工作原理图。
图4为本发明的晚辈的路边单元RSU的工作流程图。
具体实施方式：
路边单元(RSU)的作用在于建立无线局域网，并且发送及接收相关数据信息，以使得其与进入该无线局域网范围内的车载单元(OBU)建立通信连接而后完成整个收费交易过程。具体地，首先，路边单元(RSU)始终处于工作状态，并且路边单元前端的无线接入点(AP)不断侦听无线局域网中有无车载单元发送的探询帧，AP一旦侦测并接收到来自车载单元发送的探询帧，就立即发送控制响应帧，从而与车载单元成功建立通信连接；其次，成功建立通信连接后，AP通过其前端的定向天线接收车载单元发送来的用户车辆数据信息，并将该数据信息通过路边单元的无线网卡传送给中央处理单元(CPU)。
在本发明中，路边单元与现有ETC系统中使用的路边单元很不相同。现有ETC系统使用的路边单元仅仅为一个射频信号的收发装置，相当于一个读卡器，用于读取车辆上的无源或者低功耗的车载电子标签中的用户及车辆数据信息，没有处理用户车辆数据信息及交易信息的能力，所有的数据信息的处理和交易过程都需要功能极为强大的后台计算控制中心来完成。
参照附图1，本发明中的路边单元包括必要的基本单元：
一无线接入点(AP)，用于在无线局域网内与车载单元建立通信连接，接收车载单元传送来的车辆及用户数据；
一定向天线，用于限定无线接入点信号覆盖范围，并与无线接入点相连接；
一天馈单元(内置全向天线)，用于发送或接收数据信息，与无线接入点相连接；
一射频处理单元，用于对数据进行变频处理；
一基带处理单元，用于对数据进行模数转换、解调、解扩处理；以及
一MAC层协议处理单元，用于对数据信息进行解码、解封装处理；
所述天馈单元与射频处理单元连接，该天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，进行低噪声放大及中频变频处理，所述射频处理单元与基带处理单元连接，基带处理单元对变频处理后的数据信息进行模数转换，变为数字信号后，进行解扩和解调处理；所述基带处理单元与MAC层协议处理单元连接，MAC层协议处理单元对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后传送给中央处理单元(CPU)。
一中央处理单元(CPU)，用于核实车载单元传送来的车辆及用户数据和所述存储单元存储的待核实车辆及用户数据是否相同；
一与中央处理单元连接的数据存储单元，用于存储待核实车辆及用户数据；
一与数据存储单元连接的抓拍识别单元，用于实时抓拍进入路边单元工作范围的所有车辆，并对所抓拍的车辆信息进行识别然后传送给所述数据存储单元；
一与中央处理单元连接的交易接口单元，用于连接所述中央处理单元与后台金融交易处理中心，以实现对通行车辆的不停车收费。
参照附图2，以及可选的辅助单元：
一与中央处理单元连接的嵌入式安全保密模块，用于为该路边单元中的收费交易数据信息提供安全保密机制；
一与中央处理单元连接的电源指示灯，用于显示路边单元的On/Off状态；
一与中央处理单元连接的状态指示灯，用于显示路边单元的工作/休眠/异常状态：
一与中央处理单元连接的交通提示灯控制单元，用于和中央处理单元(CPU)交互数据信息，然后根据得到的数据信息来控制交通提示灯，以提示行使的车辆是否交易成功。即如果交易成功，则交通提示灯控制单元控制交通提示灯显示绿灯，否则，显示红灯；
一与中央处理单元连接的自动栏杆控制单元，用于和中央处理单元(CPU)交互数据信息，然后根据得到的数据信息来控制自动栏杆，以实现对交易成功车辆的放行和对交易不成功车辆的拦截；
一与中央处理单元连接的路边对讲系统控制单元，用于和中央处理单元(CPU)交互数掘信息，然后根据得到的数据信息来控制路边对讲系统，使其显示出每一个通行车辆的交易情况，即在路边对讲系统的大显示屏幕上显示出按抓拍识别的时间顺序依次排列的所有通行车辆的交易情况，大显示屏幕为黑色，交易成功车辆的显示数据信息为黄色，交易失败车辆的显示数据信息为红色；
一与中央处理单元连接的复位系统，用于当路边单元重新被供电而启动时，由中央处理单元(CPU)对其进行控制，使其对无线接入点进行重新启动调整；
一与中央处理单元连接的散热系统，用于对中央处理单元进行散热功能，使用小型风扇或者硅胶散热片；
一与中央处理单元连接的有线连接接口单元，用于路边单元的功能扩展，可组成扩展的局域网或者接入PAN、LAN、WAN；
一与中央处理单元连接的防盗系统，用于防止路边单元被挪移盗用；
一与电源单元连接的人机接口，用于人为控制路边单元的开关，即当使用路边单元时，利用人机接口将路边单元打开，当路边单元发生异常时，利用人机接口将路边单元关闭。
本发明具有处理用户车辆数据信息和交易信息的强大功能，从而大大简化了后台计算控制中心的复杂功能，使其蜕变成一个金融交易处理中心，仅仅完成扣款和清算的功能。
本发明的完备的路边单元的工作原理如下：第一，开启人机接口，接通电源单元，让路边单元进入启动工作状态；第二，当人机接口开启后，中央处理单元(CPU)驱动复位系统，使其对无线接入点(AP)进行复位调整设置；第三，无线接入点通过其前端的定向天线和车载单元进行通信连接，连接成功后接收来自车载单元的用户车辆数据信息，并将这些数据信息传输给路边单元中的无线网卡；第四，无线网卡对用户车辆数据信息进行相应信号处理，然后将处理后的数据信息传送给中央处理单元(CPU)；第五，中央处理单元将接收到的用户车辆数据信息传送至数据存储单元，数据存储单元把从抓拍识别系统获得的车辆数掘信息与从中央处理单元传输来的车辆数据信息进行比对，并将比对的结果连同用户及车辆数据信息一同返回给中央处理单元。如果比对的结果正确，则嵌入式安全保密模块(ESAM)将对数据信息提供安全保密机制，然后由中央处理单元将数据信息通过交易接口单元传送给后台金融交易处理中心进行结算核算处理。经金融交易处理中心处理后的数据信息按照上述过程逆向传输，最后经由定向天线传送给车载单元(OBU)。如果比对的结果错误，则中央处理单元将用户车辆的数据信息连同比对的结果错误提示信息一同经逆向传输过程由定向天线回传给车载单元(OBU)。从而完成整个交易过程。
所述路边单元无线网卡处理用户车辆数掘信息的过程如下：第一，路边单元前端的定向天线接收来自车载单元(OBU)的探询帧，然后传输给AP，AP返回一个控制响应帧并通过定向天线传输给车载单元以建立起路边单元和车载单元的通信连接，第二，通信连接成功后，AP通过定向天线接收车载单元传送来的车辆及用户数据信息，并传输给路边单元的天馈单元，第三，天馈单元将接收到的数掘信息传送给射频处理单元，数据信息在射频处理单元进行低噪声放大及中频变频处理，之后将信号传送至基带处理单元；第四，基带处理单元对数据信息进行模/数变换，转换成数字信号，然后进行解扩和解调处理，即解除掉正交频分复用扩频处理及解除掉二进制移相键控调制处理，再将数据信息传送给MAC层协议处理单元；第五，在MAC层协议处理单元，对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后再传送给中央处理单元(CPU)。
图3为本发明的路边单元RSU中无线网卡的信号处理工作原理图。如图所示，在射频信号处理部分，天馈单元接收到无线接入点(AP)传送来的射频信号，经过带通滤波器(BPF)和低噪声放大器(LNA)处理之后，接入一个混频器；另一方面，晶振产生的振荡信号经合成器之后接入该混频器，混合后的信号经过另一个BPF之后接入一个四元组中频调节器，而晶振产生的另外一路振荡信号也经过合成器之后接入该四元组中频调节器，四元组中频调节器通过后一路信号对前一路信号进行中频变频处理，以上就是射频信号处理部分的信号处理过程。在基带信号处理部分，上述的射频信号首先进行模数变换，将信号转化成数字信号，然后进行解扩及解调处理，即解除正交频分复用(OFDM)扩频处理和解除二进制移相键控(BPSK)调制处理，以上为基带信号处理部分的信号处理过程。在MAC层协议处理部分，MAC层协议处理单元对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后再传送给中央处理单元(CPU)。
上面对本发明所述的基于WLAN的ETC系统路边单元的具体组成和工作原理进行了详细的说明。下面再详细介绍在将适合于低速移动环境下的WLAN技术应用到ETC系统路边单元中时主要的技术难题及相应的解决方案。
目前，WLAN技术已经非常成熟，相关的技术标准已被广泛认可。其主要是针对户内无线局域网及户外低速(小于10km/h)移动终端的无线接入场合，可以提供数据传输速率达到11Mbps以上的高速通信，但其不支持高速移动性。因此，针对户外高速(高于10km/h)移动的终端，由WLAN技术来提供无线接入被认为是不适合的。针对这一问题，本发明的基本解决思路在于鉴于ETC系统路边单元对数据传输速率的要求不是很高(低于1Mbps)，因此，可以以牺牲通信有效性为代价来换取可靠性、工作距离、成本方面的利益。
具体而言，有关的改进工作体现在以下方面。
1.在路边单元(RSU)与车载单元(OBU)的通信过程中，采用正交频分复用(OFDM)和二进制移相键控(BPSK)相结合的扩频调制方式
在ETC系统路边单元中，为保证信号的正常通信，对于基带芯片和MAC层协议模块的处理以及射频芯片的处理都至关重要。由于原有WLAN芯片的基本模块已经集成，因此将其应用于ETC系统路边单元时需要对其进行局部改进，采用新的编码方式、调整数据调制方式。
具体而言，本发明在路边单元中的进行基带信号处理的芯片上，不使用通常采用的DSSS(直接序列扩频)扩频方式，而是采用正交频分复用(OFDM)和二进制移相键控(BPSK)相结合的方式。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，它的基本思想在于在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。由于采用正交频率的概念来区分不同的载波支路，因此允许各个载波频段相互重叠，从而显著提高了频谱利用率。BPSK也是一种常用的数字信号调制方式，广泛用于卫星、微波通信、广播电视等诸多领域。例如在现有ETC系统路边单元中，上行数据即采用BPSK方式加以处理。
在本发明中，路边单元进行通信时，来自车载单元(OBU)的用户车辆数掘信息首先先后经过路边单元前端的定向天线及无线接入点进入射频信号处理单元，经低噪声放大器(LNA)处理之后进入交频器进行中频变频处理，即将信号频率从5.8GHz变频到中频频段，以使得后续的模数转换器能够对信号进行模数变换处理。经中频变频处理后的数据信息进入基带处理单元，在经过模数转换处理之后，基带处理单元便利用52个子载波对已经过BPSK调制处理和OFDM扩频处理的射频信号后进行解扩和解调处理，其中4个用于传送导频信号以用于实现信道跟踪和同步。每个OFDM符号的总长度为4μs，其中包括保护间隔的长度0.8μs。然后，经基带处理单元处理后的数掘信息被传送至MAC层协议处理单元进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息。
上面介绍了本发明所述的基于WLAN的ETC系统路边单元RSU的基本组成结构和具体技术实现方案。下面进一步介绍本ETC系统路边单元RSU的工作过程。本发明所提供的基于WLAN的ETC系统路边单元(RSU)可以提供稳定可靠的无线通信链路(≥6Mbps)；支持高速移动下的不停车收费功能(0km/h~180km/h)；并在一次交易失败后有足够的通信距离和时间可以实现二次以上的交易。其具体的工作过程如图4所示，包括如下步骤：
第一，开启人机接口，接通电源单元，让路边单元进入启动工作状态；
第二，当人机接口开启后，中央处理单元(CPU)驱动复位系统，使其对无线接入点(AP)进行复位调整设置；
第三，无线接入点通过其前端的定向天线和车载单元进行通信连接，连接成功后接收来自车载单元的用户车辆数据信息，并将这些数掘信息传输给路边单元中的天馈单元；
第四，天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，数据信息在射频处理单元进行低噪声放大及中频变频处理，之后将信号传送至基带处理单元；
第五，基带处理单元对数据信息进行模/数变换，转换成数字信号，然后进行解扩和解调处理，即解除掉正交频分复用扩频处理及解除掉二进制移相键控调制处理，再将数据信息传送给MAC层协议处理单元；
第六，在MAC层协议处理单元，对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后再传送给中央处理单元(CPU)。
第七，中央处理单元将接收到的用户车辆数据信息传送至数据存储单元；
第八，数据存储单元把从抓拍识别系统获得的车辆数据信息与从中央处理单元传输来的车辆数据信息进行比对，并将比对的结果连同用户及车辆数据信息一同返回给中央处理单元。
第九，如果比对的结果正确，则嵌入式安全保密模块(ESAM)将对数据信息提供安全保密机制，然后由中央处理单元将数据信息通过交易接口单元传送给后台金融交易处理中心进行结算核算处理。经金融交易处理中心处理后的数据信息按照上述过程逆向传输，最后经由定向天线传送给车载单元(OBU)。如果比对的结果错误，则中央处理单元将用户车辆的数据信息连同比对的结果错误提示信息一同经逆向传输过程由定向天线回传给车载单元(OBU)。从而完成整个交易过程。
以上通过本发明的特定实施已经对本发明的内容做了详尽的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (19)
1、一种基于WLAN的ETC系统路边单元，包括：一无线接入点，用于在无线局域网内与车载单元建立通信连接，接收车载单元传送来的车辆及用户数据；一无线网卡，用于处理所述无线接入点接收的车辆及用户数据，和一数据处理单元，用于核实所述车辆及用户数据；根据核实结果进行收费处理。
2、根据权利要求1所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于：还包括一用于限定无线接入点信号覆盖范围，并与无线接入点相连的定向天线。
3、根据权利要求1所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于：所述无线网卡包括：一天馈单元，用于发送或接收数据信息；
一射频处理单元，用于对数据进行变频处理；
一基带处理单元，用于对数据进行模数转换、解调、解扩处理；以及
一MAC层协议处理单元，用于对数据信息进行解码、解封装处理；
所述天馈单元与射频处理单元连接，该天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，进行低噪声放大及中频变频处理，所述射频处理单元与基带处理单元连接，基带处理单元对变频处理后的数据信息进行模数转换，变为数字信号后，进行解扩和解调处理；所述基带处理单元与MAC层协议处理单元连接，MAC层协议处理单元对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后传送给数据处理单元。
4、根据权利要求1所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于，所述数据处理单元包括：数据存储单元，用于存储待核实车辆及用户数据；和中央处理单元，用于核实车载单元传送来的车辆及用户数据和所述存储单元存储的待核实车辆及用户数据是否相同，并作相应处理。
5、根据权利要求4所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于，所述数据处理单元还包括：一抓拍识别单元，用于实时抓拍进入路边单元工作范围的所有车辆，并对所抓拍的车辆信息进行识别然后传送给所述数据存储单元。
6、根据权利要求4所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于，所述数据处理单元还包括：一交易接口单元，用于连接所述中央处理单元与后台金融交易处理中心，向后台金融交易处理中心传递通行车辆的收费信息。
7、根据权利要求3所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于：所述路边单元利用无线局域网标准协议与车载单元进行通信；
所述无线局域网协议包括但不限于IEEE802.11协议。
8、根据权利要求1或6或7所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于还包括电源单元，用于为路边单元提供运行所必需的能量。
9、根据权利要求4所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于还包括与所述中央处理单元连接的辅助单元，所述辅助单元为以下单元的任意组合：嵌入式安全保密模块、电源指示灯、状态指示灯、交通提示灯控制单元、自动栏杆控制单元、路边对讲系统控制单元、复位系统、散热系统、有线连接接口单元、防盗系统。
10、根据权利要求1所述的基于WLAN的ETC系统路边单元，其特征在于：所述无线接入点含有信标调节模块，用于设定信标发送周期，使得信标每20毫秒发送一次。
11、一种实现电子不停车收费的方法，包括如下步骤：
步骤A，路边单元与车载单元在无线局域网内建立通信连接；
步骤B，无线网卡接收车载单元发送的车辆及用户数据信息；
步骤C，数据处理单元接收所述车辆及用户数据信息，对其核实，根据核实结果进行收费处理。
12、根据权利要求11所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于：所述步骤A具体为：路边单元前端的定向天线接收来自车载单元(OBU)的探询帧，然后传输给无线接入点，无线接入点返回一个响应帧并通过定向天线传输给车载单元以建立起车载单元和路边单元的通信连接。
13、根据权利要求11所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于：所述步骤B具体为：
步骤B1，无线接入点通过定向天线接收车载单元传送来的车辆及用户数据信息，并传输给路边单元的天馈单元；
步骤B2，天馈单元将接收到的数据信息传送给射频处理单元，数据信息在射频处理单元进行低噪声放大及中频变频处理，之后传送给基带处理单元；
步骤B3，基带处理单元对数据信息进行模/数变换，转换成数字信号，然后进行解扩和解调处理，再将数据信息传送给MAC层协议处理单元；
步骤B4，在MAC层协议处理单元，对数据信息进行解码拆包处理，解封装并去掉包头，还原出原始数据信息，然后再传送给中央处理单元。
14、根据权利要求11所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于：所述步骤C具体为：
步骤C1，中央处理单元将接收到的车辆及用户数据信息传送至数据存储单元；
步骤C2，数据存储单元把从抓拍识别系统获得的车辆数据信息与从中央处理单元传输来的车辆数据信息进行比对；
步骤C3，如果比对的结果正确，则嵌入式安全保密模块(ESAM)将对数据信息提供安全保密机制，然后由中央处理单元将数据信息通过交易接口单元，传送给后台金融交易处理中心，进行结算核算处理；
步骤C4，路边单元将处理后的数据信息，通过定向天线传送给车载单元。
15、根据权利要求14所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于还包括：
步骤D，如果比对的结果错误，则路边单元将用户车辆的数据信息，连同比对的结果错误提示信息，一同回传给车载单元。
16、根据权利要求11或12所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于，所述路边单元和车载单元之间通过无线局域网协议进行通信，所述无线局域网协议包括但不限于IEEE802.11协议。
17、根据权利要求16所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于，所述路边单元和车载单元进行通信的过程中，对基带信号采用正交频分复用与二进制移相键控相结合的调制方式。
18、根据权利要求16所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于，所述路边单元和车载单元进行通信的过程中，MAC层基于载波监听多路访问/冲突避免协议进行通信。
19、根据权利要求13所述的实现电子不停车收费的方法，其特征在于，在步骤B2中所述变频处理是指将信号频率从5.8GHz变频到中频频段。
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