CN101299280A - 双制式etc路侧设备及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于电子不停车收费系统中的双制式ETC路侧设备及其通信方法，所述双制式ETC路侧设备包括发射电路单元、接收电路单元、数字控制电路单元和天线单元，利用数字控制电路单元控制发射电路单元和接收电路单元通过天线单元发射或接收不同制式的数据信号，实现与ETC系统中的车载单元进行通信；所述双制式ETC路侧设备的通信方法则由路侧设备根据车载单元所属类型建立与之对应的应用处理。解决了目前广东地区应用的ETC设备向国标应用过渡的问题，实现一种能够兼容广东应用和国标应用的路侧设备，可以极大的解决目前广东地区ETC设备不符合国标应用的局面，为将来实现全国各地ETC设备互通互联打下技术基础。

Description

双制式ETC路侧设备及其通信方法
技术领域
本发明涉及智能交通系统(Intelligent Transport System，简称ITS)应用中的电子不停车收费(Electronic Toll Collection，简称ETC)系统技术领域，特别是一种应用于广东地区的符合国标应用的电子不停车收费系统中的路侧设备(Road Side Units，简称RSU)，以及基于该路侧设备的通信方法。
背景技术
首先，对本发明中的相关术语进行如下解释：
DSRC：专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)，是一种使用5.8GHz频段的短距离微波通信体系。
ETC：电子不停车收费(Electronic Toll Collection，简称ETC)，是一种不需要停车缴费来通过收费站的收费方法，车辆安装电子标签，通过车载单元与路侧设备通讯来完成收费过程。
RSU：路侧设备(Road Side Unit，简称RSU)，也称路侧基站，其主要功能是与车辆上安装的车载单元(OBU)和上位机进行通讯，传输相关信息。
OBU：电子标签或车载单元(On Board Unit，简称OBU)，安装在车内与路侧设备(RSU)进行通信的设备，同时也存储有关与电子不停车收费相关的信息，如车牌号、车型等信息。
BST：信标服务表(Beacon Service Table，简称BST)，由路侧设备(RSU)首先广播BST信息给车载单元(OBU)，开始与车载单元进行握手通信。
广东应用：目前在广东省电子不停车收费(ETC)设备已经广泛应用，且ETC设备具备广东省自有的技术体系，已经有大约200条ETC车道，20多万的OBU用户；因此在本发明中定义电子标签和路侧设备在广东省的应用为“广东应用”。
中国ETC国家标准：2007年5月中国国家标委会正式颁布的电子不停车收费国家标准，在这里简称中国ETC国家标准。此标准包括五部分，分别是：
GB/T 20835.1-2007《电子收费专用短程通信第1部分：物理层》，
GB/T 20835.2-2007《电子收费专用短程通信第2部分：链路层》，
GB/T 20835.3-2007《电子收费专用短程通信第3部分：应用层》，
GB/T 20835.4-2007《电子收费专用短程通信第4部分：设备应用》，
GB/T 20835.5-2007《电子收费专用短程通信第5部分：物理层主要参数测试方法》。
国标应用：指符合上述中国ETC国家标准的设备应用为“国标应用”。
双制式：指既兼容广东应用，又兼容国标应用的技术。
电子不停车收费系统通常包含两个关键设备：电子标签(也称为车载单元，简称OBU)和路侧设备(简称RSU)。其中，电子标签(OBU)安装在车辆上，路侧设备(RSU)安装在收费站车道前端。当车辆驶近收费站时，路侧设备(RSU)对电子标签(OBU)进行读写，采集电子标签中记录的信息，完成交易，并通知车道计算机，完成费用显示、抬杆放行等一系列动作。
2002年12月，广东省发布了适用于广东地区的ETC联网标准《广东省高速公路联网收费系统》，到目前为止，电子不停车收费系统在广东全省全面铺开运行，已经建成的ETC车道数量超过200条，OBU用户已超过20万，是在中国最早应用的ETC系统，规模最大、最广泛。
2007年5月，交通部发布的中国ETC国家标准《电子收费专用短程通信》共五部分，此国家标准应用范围为全国各省自治区直辖市，发布此标准的目的是为了是全国各地的ETC系统设备达到互联互通。2007年年底，北京、福建等地区开始应用符合中国ETC国家标准的ETC系统，长三角、京津冀地区已进入示范工程应用。
但是，广东应用和国标应用在技术体系上并不完全相同。在广东地区，由于历史的原因，广东ETC设备使用的时间比中国ETC国家标准要早5年，因此，目前在广东省使用的ETC设备符合广东应用，而不符合国标应用。从长远来看，在广东省地区使用的ETC设备必将向国标应用发展，必然要满足国家标准，才能达到全国互联互通。
要实现从广东应用向国标应用过渡，目前在广东地区的OBU用户达到20万以上，对20多万电子标签进行召回并更换，不管是从经济上还是社会影响面来说都是不现实的。因此，必须从路侧设备进行着手，对路侧设备进行升级改造，使路侧设备既能兼容目前符合广东应用的电子标签进行通讯交易，也能兼容符合国标应用的电子标签进行通讯交易。在广东省内所有的路侧设备改造完毕之后，市面上新发行的电子标签将全部采用国标应用的电子标签。
例如，于2007年4月25日授权公告的中国发明专利CN 1312640C，公开了一种固定站通信系统、电子收费系统及其方法，它能够实现与多种协议类型的车载单元进行通信来收取通行费用。更具体的说，该发明所述的电子收费系统是一种基于相同通信频率(如附图6所示的5.8GHz)的不同类型协议之间的通信系统，其中每一种通信协议均采用了不同的调制解调方式，系统工作时需要在上述不同类型的协议之间频繁切换，以达到与各种车载单元之间的通信。
发明内容
针对现有技术中存在的技术缺陷，本发明的目的在于解决目前广东地区应用的ETC设备向国标应用的过渡问题，提出一种能够兼容广东应用和国标应用的路侧设备及其通信方法，解决目前广东地区ETC设备不符合国标应用的局面，为将来实现全国各地ETC设备的互通互联打下技术基础。
本发明所采用的技术方案：一种双制式ETC路侧设备，包括发射电路单元、接收电路单元、数字控制电路单元和天线单元，其中：所述发射电路单元的信号输入端与数字控制电路单元连接，输出端与天线单元连接，用于产生符合不同制式的发射频率信号，并与被发送的数据信号进行调制后输出至天线单元发射；所述接收电路单元的信号输入端与天线单元连接，输出端与数字控制电路单元连接，用于产生符合不同制式的本振频率信号，并与接收到的数据信号进行解调后输出至数字控制电路单元；所述数字控制电路单元包括中央处理器，用于控制发射或接收不同制式的数据信号，实现与ETC系统中的车载单元进行通信；所述天线单元受控于数字控制电路单元，用于发射或接收射频信号。
上述发射电路单元包括第一发射频率源和第二发射频率源，两路发射频率源分别经第一滤波器和第二滤波器与射频开关连接，所述射频开关的输出信号依次经衰减器、调制器、推动级和功率放大器输出至天线单元。
上述接收电路单元包括第一接收频率源和第二接收频率源，两路接收频率源分别与射频开关连接，所述射频开关的输出端经驱动器与混频器的输入端之一连接；所述混频器的另一输入端经滤波器和低噪放大器与天线单元连接，混频器的输出信号依次经中频滤波器、中频放大器和解调器输出至数字控制电路单元。
上述数字控制电路单元包括中央处理器及与之连接的发射控制器、发射编码器、接收控制器、接收解码器和天线控制器，所述发射控制器和发射编码器与发射电路单元连接，所述接收控制器和接收解码器与接收电路单元连接，所述天线控制器与天线单元连接。其中，所述数字控制电路单元的发射控制器与发射电路单元中的射频开关连接，用于控制第一发射频率源和第二发射频率源进行切换。所述数字控制电路单元的接收控制器与接收电路单元中的射频开关连接，用于控制第一接收频率源和第二接收频率源进行切换。
上述天线单元包括射频开关及与之连接的第一收发天线和第二收发天线，所述第一收发天线和第二收发天线受射频开关的控制进行切换。所述第一收发天线和第二收发天线分别采用左圆极化方式和右圆极化方式。
同时，本发明亦提供了一种双制式ETC路侧设备的通信方法，应用于包括路侧设备和车载单元的电子不停车收费系统，包括如下步骤：
(a)通过路侧设备发射符合广东应用和国标应用广播信号；
(b)当路侧设备检测到有车载单元的回应信号后，判断车载单元的类型，并根据车载单元所属类型进入相应的处理流程；
(c1)若车载单元符合广东应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合广东应用的处理；
(c2)若车载单元符合国标应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合国标应用的处理。
特别地，上述步骤(a)中的路侧设备按照轮询方式依次发射符合广东应用和国标应用广播信号。
本发明相对于现有技术，具有以下的优点和效果：
1)将两种不同的应用结合在一起，解决了目前广东地区应用的ETC设备向国标应用过渡的问题，实现一种能够兼容广东应用和国标应用的路侧设备，可以极大的解决目前广东地区ETC设备不符合国标应用的局面，为将来实现全国各地ETC设备互通互联打下技术基础。
2)采用多频道合成切换使用的方式，配合流程优化，能快速识别出不同应用的车载单元(OBU)设备。
3)能够自动识别车载单元(OBU)的类型，并根据车载单元所属类型进入相应的应用处理流程。
4)采用两种标准应用中具有相似的部分共用的方式，例如，在发射电路单元和接收电路单元中采用了相同的调制解调电路，而对于不同类型的通信协议，采用不同的发射频率源和接收本振频率源，并对应不同极化方式的天线，从而简化了设计，减小了体积，降低了产品成本，有利于促进广东现有ETC系统路侧设备的升级改造。
附图说明
图1为本发明所述路侧设备的硬件原理框图；
图2为本发明所述路侧设备的通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
如图1所示，本发明所述的双制式ETC路侧设备，包括发射电路单元1、接收电路单元2、数字控制电路单元3和天线单元4，所述发射电路单元1的信号输入端与数字控制电路单元3连接，输出端与天线单元4连接，用于产生符合不同制式的发射频率信号，并与被发送的数据信号进行调制后输出至天线单元发射；所述接收电路单元2的信号输入端与天线单元4连接，输出端与数字控制电路单元3连接，用于产生符合不同制式的本振频率信号，并与接收到的数据信号进行解调后输出至数字控制电路单元；所述数字控制电路单元3包括中央处理器30，用于控制发射或接收不同制式的数据信号，实现与ETC系统中的车载单元(OBU)进行通信；所述天线单元4受控于数字控制电路单元3，用于发射或接收射频信号。以下具体介绍该路侧设备中各单元模块的结构：
发射电路单元1包括第一发射频率源10和第二发射频率源12，两路发射频率源(对应于广东应用和国标应用的发射频率源)分别经第一滤波器11和第二滤波器13与射频开关14连接，所述射频开关14与衰减器15、调制器16、推动级17、功率放大器18依次顺序连接。由第一发射频率源10和第二发射频率源12生成的射频信号经射频开关14选择，与被发送的数据信号进行调制后输出至天线单元4发射。图中的电源开关19与功率放大器18连接，为功放提供电源。
接收电路单元2包括第一接收频率源20和第二接收频率源21，两路接收频率源(对应于广东应用和国标应用的本振频率源)分别与射频开关22连接，所述射频开关22的输出端经驱动器23与混频器24的输入端之一连接；混频器24的另一输入端通过滤波器25和低噪放大器26与天线单元4连接。由第一接收频率源20和第二接收频率源21生成的本振信号经射频开关22选择，与由天线单元4接收到的车载单元的数据信号一起进行混频，然后由混频器24输出，依次经中频滤波器27、中频放大器28和解调器29输出至数字控制电路单元3。
数字控制电路单元3包括中央处理器30及与之连接的发射控制器31、发射编码器32、接收控制器33、接收解码器34和天线控制器35。其中，所述发射控制器31和发射编码器32与发射电路单元1连接，发射控制器31与发射电路单元中的射频开关14连接，用于控制第一发射频率源10和第二发射频率源12进行切换；所述接收控制器33和接收解码器34与接收电路单元2连接，接收控制器33与接收电路单元中的射频开关22连接，用于控制第一接收频率源20和第二接收频率源21进行切换；所述天线控制器35与天线单元4中的射频开关40连接，用于控制收发天线的切换。
天线单元4包括射频开关40及与之连接的第一收发天线41和第二收发天线42，所述第一收发天线41和第二收发天线42受射频开关40的控制进行切换。所述第一收发天线41和第二收发天线42分别采用左圆极化方式和右圆极化方式，两种制式(广东应用和国标应用)分别对应于不同极化方式的天线。
如上所述的ETC路侧设备由数字控制电路单元控制，能够同时兼容广东应用和国标应用两种制式，其中各单元模块中的具体电路的工作原理均为现有技术，在此不再逐一描述。如图2所示，本发明所述的双制式ETC路侧设备的通信方法，应用于包括路侧设备(RSU)和车载单元(OBU)的电子不停车收费系统中，具体包括如下步骤：
(a)首先通过路侧设备按照轮询方式依次发射符合广东应用和国标应用广播信号(BST)；
(b)当路侧设备在接收状态下检测到有车载单元的回应信号后，判断该车载单元的类型，并根据车载单元所属类型进入相应的处理流程；
(c1)若车载单元符合广东应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合广东应用的处理——由发射电路单元生成符合广东应用的射频信号，数字控制电路单元输出符合广东应用的编码数据，经过调制后由收发天线发射输出，同时接收电路单元按照广东应用生成相应的本振信号，天线单元接收来自车载单元的数据信号，并通过混频器产生适当的中频信号，经过解调后发送至数字控制电路单元进行处理；
(c2)若车载单元符合国标应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合国标应用的处理——由发射电路单元生成符合国标应用的射频信号，数字控制电路单元输出符合国标应用的编码数据，经过调制后由收发天线发射输出，同时接收电路单元按照国标应用生成相应的本振信号，天线单元接收来自车载单元的数据信号，并通过混频器产生适当的中频信号，经过解调后发送至数字控制电路单元进行处理。
综上所述，本发明将广东应用和国标应用结合在一起，解决了目前广东地区应用的ETC设备向国标应用过渡的问题，实现一种能够兼容广东应用和国标应用的路侧设备，可以极大的解决目前广东地区ETC设备不符合国标应用的局面，为将来实现全国各地ETC设备互通互联打下技术基础。

Claims (10)

1.一种双制式ETC路侧设备，包括发射电路单元、接收电路单元、数字控制电路单元和天线单元，其特征在于：
所述发射电路单元的信号输入端与数字控制电路单元连接，输出端与天线单元连接，用于产生符合不同制式的发射频率信号，并与被发送的数据信号进行调制后输出至天线单元发射；
所述接收电路单元的信号输入端与天线单元连接，输出端与数字控制电路单元连接，用于产生符合不同制式的本振频率信号，并与接收到的数据信号进行解调后输出至数字控制电路单元；
所述数字控制电路单元包括中央处理器，用于控制发射或接收不同制式的数据信号，实现与ETC系统中的车载单元进行通信；
所述天线单元受控于数字控制电路单元，用于发射或接收射频信号。
2.根据权利要求1所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述发射电路单元包括第一发射频率源和第二发射频率源，两路发射频率源分别经第一滤波器和第二滤波器与射频开关连接，所述射频开关的输出信号依次经衰减器、调制器、推动级和功率放大器输出至天线单元。
3.根据权利要求1所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述接收电路单元包括第一接收频率源和第二接收频率源，两路接收频率源分别与射频开关连接，所述射频开关的输出端经驱动器与混频器的输入端之一连接；所述混频器的另一输入端经滤波器和低噪放大器与天线单元连接，混频器的输出信号依次经中频滤波器、中频放大器和解调器输出至数字控制电路单元。
4.根据权利要求1所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述数字控制电路单元包括中央处理器及与之连接的发射控制器、发射编码器、接收控制器、接收解码器和天线控制器，所述发射控制器和发射编码器与发射电路单元连接，所述接收控制器和接收解码器与接收电路单元连接，所述天线控制器与天线单元连接。
5.根据权利要求4所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述数字控制电路单元的发射控制器与发射电路单元中的射频开关连接，用于控制第一发射频率源和第二发射频率源进行切换。
6.根据权利要求4所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述数字控制电路单元的接收控制器与接收电路单元中的射频开关连接，用于控制第一接收频率源和第二接收频率源进行切换。
7.根据权利要求1所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述天线单元包括射频开关及与之连接的第一收发天线和第二收发天线，所述第一收发天线和第二收发天线受射频开关的控制进行切换。
8.根据权利要求7所述的双制式ETC路侧设备，其特征在于，所述第一收发天线和第二收发天线分别采用左圆极化方式和右圆极化方式。
9.一种双制式ETC路侧设备的通信方法，应用于包括路侧设备和车载单元的电子不停车收费系统，其特征在于，包括如下步骤：
(a)通过路侧设备发射符合广东应用和国标应用广播信号；
(b)当路侧设备检测到有车载单元的回应信号后，判断车载单元的类型，并根据车载单元所属类型进入相应的处理流程；
(c1)若车载单元符合广东应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合广东应用的处理；
(c2)若车载单元符合国标应用，路侧设备即与该车载单元建立连接，并对其进行符合国标应用的处理。
10.根据权利要求9所述的双制式ETC路侧设备的通信方法，其特征在于，所述步骤(a)中的路侧设备按照轮询方式依次发射符合广东应用和国标应用广播信号。
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