CN102903155A - 一种路侧单元及自由流电子收费系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路侧单元及自由流电子收费系统，所述路侧单元设置有至少两个接收机；多个接收机中，至少两个接收机的载波不同。所述自由流电子收费系统除前述路侧单元外，还包括多车道系统控制器和分布在不同车道上的单车道控制器，所述多个路侧单元分布在不同车道上，各车道的路侧单元各自连接本车道的单车道控制器，各个单车道控制器与所述多车道系统控制器连接。本发明可以提高自由流电子收费系统的接收效果，有效解决车辆变道通信切换问题，确保通信交易正常进行。

Description

一种路侧单元及自由流电子收费系统

技术领域

本发明涉及不停车收费技术，具体的说，涉及一种路侧单元及自由流电子收费系统。

背景技术

随着我国ETC(不停车收费)标准的颁布实施，ETC系统的应用越来越广泛，但目前ETC系统应用仍处在以高速公路专用车道为使用基础的电子收费初级阶段，专用车道电子收费技术，一般还需有收费站存在，还要设置自动栏杆，车辆通过收费站时必须沿某个车道行驶通过，车辆的通行能力依然不高。

多车道自由流电子收费技术(或称“自由流不停车收费技术”)是一种更为先进的高速公路不停车电子收费技术。这种收费技术没有车道隔离设施，能让车辆随意通过收费点，车辆通过收费点时感觉不到收费过程的发生。多车道自由流电子收费技术作为ETC系统应用的高级阶段，以更智能、效果更好、成本更低等优势指示着ETC电子收费技术发展的方向。

自由流电子收费系统与专用车道电子收费系统尽管都是DSRC短程通信的应用，但二者对系统性能要求存在较大差异。由于自由流状态下，车辆行驶状态呈现多样化，如并驰、跨线和并道行驶等，这就要求自由流电子收费系统需做到多车道通信区域全覆盖。自由流状态下，车辆行驶速度较高，这需要有安全简洁的通信协议支持和优异的系统处理能力。自由流状态下，为了识别并记录车辆信息，往往有车辆定位的需求。这些问题是自由流电子收费技术应用中的重要问题。

下面首先对现有的自由流电子收费系统(简称：自由流收费系统)做一阐述。参见图1，图1示出了一个3车道的自由流收费系统，其中，每一车道各安装有一个路侧单元(RSU)，即车道1对应的RSU110、车道2对应的RSU120、车道3对应的RSU130。每个RSU只负责一个车道、各自独立工作，各个RSU可与车道上的车载单元(OBU)交互。每一RSU都配置有一台发射机和一台接收机，即，RSU110配置有发射机TX111和接收机RX112，RSU120配置有发射机TX121和接收机RX122，RSU130配置有发射机TX131和接收机RX132。

在自由流下，OBU在车道上的位置主要存在两种情况，即在某一车道上，或者跨越在两个车道之间。在图1示出的8个OBU中，OBU141、OBU146位于车道1，OBU142、OBU147位于车道2，OBU143、OBU148位于车道3，OBU144跨越车道1和车道2，OBU145跨越车道2和车道3。

各个车道的RSU各自配属有单车道控制器，即RSU110对应的单车道控制器151、RSU120对应的单车道控制器152、RSU130对应的单车道控制器153，单车道控制器151、单车道控制器152和单车道控制器153与多车道系统控制器160交互，多车道系统控制器160配备有后台数据库170，以存储相应的数据。

现有的自由流收费系统的载波信号参见表1，其使用两组载波，每个载波组均包括上行载波(即RSU的接收载波)和下行载波(即RSU的发射载波)。如表1，载波组1的下行载波为5.83GHz，上行载波为5.79GHz；载波组2的下行载波为5.84GHz，上行载波为5.80GHz。

表1

载波组1	载波组2	备注
			5.83GHz	5.84GHz	下行
5.79GHz	5.80GHz	上行

现有的自由流收费系统(以8车道的系统为例，其系统结构可参照图1的3车道系统进行类推扩展)的载波信道分配参见表2。一般的，系统采用载波组1和载波组2间隔分配方式。这种方式，由于只隔开一条车道距离，其相隔距离大约只有3米，可能存在同频干扰，导致接收误码率增大，无线通信链路不可靠，需要发射机多次重新发射，造成无线资源浪费和通信干扰。

表2

参见表3，其中示出了现有的自由流收费系统的主要系统性能。

表3

从表3可知，现有的自由流收费系统，其系统性能仍有许多需要改进之处。

发明内容

有鉴于上述背景，本发明提供了一种路侧单元及自由流电子收费系统，能够提高系统的接收效果。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种路侧单元，所述路侧单元设置有至少两个接收机；多个接收机中，至少两个接收机的载波不同。

优选地，所述路侧单元的接收机为选频窄带接收机。

优选地，所述路侧单元设置有场强检测模块，用于检测各个接收机接收到的车载单元的信号场强。

优选地，所述路侧单元的接收机中包括一主接收机，该主接收机的载波为所述路侧单元所在的本车道的车道主载波。

优选地，所述路侧单元的接收机中，除主接收机外，还包括两个分集接收机，两个分集接收机的载波，在所述路侧单元所在的本车道不为最左车道或最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在本车道为最左车道时，一者为本车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在本车道为最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道的车道主载波。

本发明还提供了一种包括如上任一所述的路侧单元的自由流电子收费系统，该系统还包括多车道系统控制器和分布在不同车道上的单车道控制器，所述多个路侧单元分布在不同车道上，各车道的路侧单元各自连接本车道的单车道控制器，各个单车道控制器与多车道系统控制器连接。

优选地，所述的自由流电子收费系统，每一路侧单元的接收机中包括一主接收机，各主接收机的载波即为对应路侧单元所在的本车道的车道主载波，各个车道主载波，按一组系统载波的循环进行顺序分配。

优选地，所述的自由流电子收费系统，所述一组系统载波包括四个载波，按频率单调递增关系，依次为载波一、载波二、载波三、载波四，载波一、载波二、载波三、载波四的频率分别为5.79GHz、5.80GHz、5.83GHz、5.84GHz。

优选地，所述的自由流电子收费系统，在载波分配的一个循环中，以使相邻频点至少相隔一个车道的顺序进行载波分配。

优选地，所述的自由流电子收费系统，所述多车道系统控制器设置有车载单元位置计算模块及车载单元位置数据库，所述车载单元位置计算模块用于计算车载单元的位置，并将车载单元位置置入到所述车载单元位置数据库。

优选地，所述的自由流电子收费系统，所述车载单元位置计算模块根据多个车道上的路侧单元对同一车载单元检测到的各个场强结果来计算该车载单元的位置。

优选地，所述的自由流电子收费系统，所述多车道系统控制器设置有车道切换控制模块，所述车道切换控制模块用于根据车载单元位置切换就近的路侧单元与该车载单元通信。

本发明的路侧单元和包括该路侧单元的自由流电子收费系统，在每一路侧单元都设置有至少两个接收机，并且在一个路侧单元的接收机中，至少两个接收机的载波不同，通过如此设置，在不同车道上的多个路侧单元可以形成对某一车道上的车载单元的分集接收效果，即在多车道系统控制器处，可以获得来自不同车道的路侧单元对同一车载单元的接收信息，多车道系统控制器可以根据这些接收信息间的比较，相互参照进行纠错，从而提高对同一车载单元的接收准确性；同时，一般来说，为了获得良好的分集接收效果，不同接收机之间应间隔足够的距离，从而保证不同接收机所接收到的信号差异性，本发明的分集接收效果，是在不同车道的路侧单元之间形成的，利用车道本身的宽度来保证不同接收机所接收到的信号差异性，因此对于一个路侧单元来说，其多个接收机无需间隔较大距离来实现分集接收效果，从而每一路侧单元的体积仅少许增加，系统成本增加较小。

附图说明

图1是现有的自由流收费系统的系统结构图。

图2是本发明实施例的自由流收费系统的系统结构图。

具体实施方式

下面对照附图并结合具体实施方式对本发明做详细说明。

参照图2，图2示出了本发明实施例的一种自由流电子收费系统，其展示的是一个8车道的自由流收费系统(为简略起见，车道4到车道7以“……”替代，未详细示出)。其中，车道1对应设置有RSU210，车道2对应设置有RSU220，车道3对应设置有RSU230，……，车道8对应设置有RSU280。每一RSU都配置有一台发射机和三台接收机，即，RSU210配置有发射机TX211和接收机RX212、RX213、RX214，RSU220配置有发射机TX221和接收机RX222、RX223、RX224，RSU230配置有发射机TX231和接收机RX232、RX233、RX234，……，RSU280配置有发射机TX281和接收机RX282、RX283、RX284。

在自由流下，OBU在车道上的位置主要存在两种情况，即在某一车道上，或者跨越在两个车道之间。在图2示出的8个OBU中，OBU241、OBU246位于车道1，OBU242、OBU247位于车道2，OBU243、OBU248位于车道3，OBU244跨越车道1和车道2，OBU245跨越车道2和车道3。

各个车道的RSU各自连接各自的单车道控制器，即RSU210对应单车道控制器251，RSU220对应单车道控制器252，RSU230对应单车道控制器253，……，RSU280对应单车道控制器258，单车道控制器251、单车道控制器252、单车道控制器253和单车道控制器258与多车道系统控制器260连接，多车道系统控制器260配备有后台数据库270，以存储相应的数据。多车道系统控制器260还配置有OBU位置数据库271，以存储OBU位置数据。

参见表4，在本实施例中，自由流收费系统的载波信道包括载波一(5.79GHz)、载波二(5.80GHz)、载波三(5.83GHz)、载波四(5.84GHz)，四个载波在上下行方向均可用，上行和下行通过分时复用而使用同一载波。称载波一(5.79GHz)、载波二(5.80GHz)、载波三(5.83GHz)、载波四(5.84GHz)为一组系统载波。显然，一组系统载波在数量和/或频率上并不限于本实施例所分配的方式，其可以是其他载波数量，例如三个载波，也可以是其他载波频率。为描述之便，在表4的载波分配中，是按照频率的单调递增关系为载波一、载波二、载波三、载波四分配具体频率的。显然，载波一、载波二、载波三、载波四对应的具体频率并不限于表4的分配方式。

表4

参见表5，载波信道分配按表5进行，在一个RSU的多个接收机中，其中一个为主接收机，称主接收机的接收载波频率为其所在车道的车道主载波，即本车道主载波。各个车道主载波，按一组系统载波的循环进行顺序分配，如表5所示，由于一组系统载波包括四个载波，因此，一组系统载波的一个循环即分配到四个车道上，表5的示例包括8个车道，也就是包含了一组系统载波的两个循环，即同一个载波被复用两次，可以看到，由于被复用的载波隔开了4条车道距离，因而在本发明实施例的自由流收费系统中，不会存在同频干扰。在实际工程安装时，在同一个循环中的载波分配还要注意考虑相邻频率间互相干扰，最好以使相邻频点至少相隔一个车道的顺序进行载波分配，例如，载频5.79GHz和载频5.80GHz为相邻频点，在空间上至少要隔开一个车道进行配置；同样的，载频5.83GHz和载频5.84GHz为相邻频点，在空间上也至少要隔开一个车道进行配置；这样才能把系统之间多频点互相干扰减到最低程度。表5给出了在一个系统载波循环中，按载波一、三、二、四的顺序进行载波分配的示例。表6给出了在一个系统载波循环中，按载波一、四、二、三的顺序进行载波分配的示例。

表5

表6

本实施例中，RSU采用3路接收，包括一个主接收机和两个分集接收机；例如，RSU210的主接收机为RX213，两个分集接收机为RX212和RX214，RSU220的主接收机为RX223，两个分集接收机为RX222和RX224，……，RSU280的主接收机为RX283，两个分集接收机为RX282和RX284。接收方式为选频窄带接收，即接收机为选频窄带接收机，并且RSU中设置有场强检测模块(图2中未示出)，可以检测接收到的OBU的信号场强，在多车道系统控制器260设置有车载单元位置计算模块261，车载单元位置计算模块261可以根据多个车道上的RSU对同一OBU检测到的各个场强结果计算出该OBU的位置，也即，通过比较相邻车道RSU接收场强大小，可以确定OBU当前所处车道号。确定了OBU位置，或者说车道号后，将该OBU位置置入到与多车道系统控制器260相连的OBU位置数据库271中。

多车道系统控制器260还设置有车道切换控制模块262，车道切换控制模块262可以切换与OBU通信的RSU，一般的切换原则是：根据OBU位置切换就近的RSU与该OBU通信。例如，OBU244原在车道1，由RSU210与其通信，之后，OBU244从车道1跨越到车道2，则车道切换控制模块262将与OBU244通信的RSU从RSU210切换为RSU220。由于多车道系统控制器共享了来自不同车道的多个RSU的数据，其可以通过不同RSU对同一OBU的场强检测数据来进行OBU位置的计算，确定OBU的车道号，并可通过车道切换控制模块262依就近切换原则，在OBU发生车道切换时，迅速进行与OBU进行通信的RSU的相应切换，有效解决车辆变道通信切换问题，确保通信交易正常进行。

如上所述，在本发明实施例中，每一RSU的接收机中，除主接收机外，还包括两个分集接收机，两个分集接收机的载波，在对应RSU所在的本车道不为最左车道或最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在对应RSU所在的本车道为最左车道时，一者为本车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在对应RSU所在的本车道为最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道的车道主载波。

参考表7，由于4个车道即包括一个完整的系统载波分配循环，为描述简略起见，表7的示例以4车道系统为例来说明同向4车道接收机载波的参考设置。

表7

参考图2所示的实施例，表7的示例中，每一车道的RSU，均设置有三台接收机，即车道1的RSU设置有接收机RX11、RX12、RX13，车道2的RSU设置有接收机RX21、RX22、RX23，车道3的RSU设置有接收机RX31、RX32、RX33，车道4的RSU设置有接收机RX41、RX42、RX43。其中，RX12、RX22、RX32、RX42，分别是车道1的RSU、车道2的RSU、车道3的RSU、车道4的RSU的主接收机，各车道的RSU的另外两个接收机则为对应RSU的分集接收机。

主接收机的载波，即为车道主载波，由表7可以看到，车道1、2、3、4的车道主载波，分别为载波一、载波三、载波二、载波四。

车道可以根据各车道之间的相对位置，分为最左车道、最右车道和中间车道，最左车道，在表7的示例中为车道1，最右车道，在表7的示例中为车道4，中间车道，或者说并非最左车道或最右车道的车道，在表7的示例中为车道2和车道3。

各车道的RSU，其分集接收机的载波，根据其车道位置有所不同。对于并非最左车道或最右车道的车道，即车道2和车道3的RSU，其分集接收机的载波，分别为其左邻车道的车道主载波和右邻车道的车道主载波。例如，对于车道2的RSU，其左邻车道为车道1，右邻车道为车道3，因此，其分集接收机RX21的载波，为车道1的车道主载波，即载波一；其分集接收机RX23的载波，为车道3的车道主载波，即载波二。车道3的RSU的两个分集接收的载波设置与车道2类似，不再赘述。

对于车道1，由于其是最左车道，其分集接收机RX13的载波，为其右邻车道，即车道2的车道主载波，也就是载波三；但其没有左邻车道，因而其分集接收机RX11的载波，仍然分配为本车道的车道主载波，也就是载波一。

对于车道4，由于其是最右车道，其分集接收机RX41的载波，为其左邻车道，即车道3的车道主载波，也就是载波二；但其没有右邻车道，因而其分集接收RX43的载波，仍然分配为本车道的车道主载波，也就是载波四。

本发明实施例中，RSU接收采用空中分集技术，来自不同RSU的多个接收机可以同时对一个OBU进行数据接收和场强检测，这样不仅可以通过分集接收对所接收数据进行纠错，而且通过不同RSU对同一OBU所接收的场强大小，比较得到OBU所处车道号，而多车道系统控制器可以根据OBU位置切换就近的RSU与该OBU通信。

本发明实施例的自由流收费系统的系统性能与现有系统的比较，可以参见表8。

表8

可以看到，本发明实施例的自由流收费系统，在多车道组网处理能力、对OBU位置定位能力、接收数据纠错能力等方面，相对于现有系统均有不同程度的改进。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种路侧单元，其特征在于：所述路侧单元设置有至少两个接收机；多个接收机中，至少两个接收机的载波不同。

2.如权利要求1所述的路侧单元，其特征在于：所述路侧单元的接收机为选频窄带接收机。

3.如权利要求1所述的路侧单元，其特征在于：所述路侧单元设置有场强检测模块，用于检测各个接收机接收到的车载单元的信号场强。

4.如权利要求1-3任一所述的路侧单元，其特征在于：所述路侧单元的接收机中包括一主接收机，该主接收机的载波为所述路侧单元所在的本车道的车道主载波。

5.如权利要求4所述的路侧单元，其特征在于：所述路侧单元的接收机中，除主接收机外，还包括两个分集接收机，两个分集接收机的载波，在所述路侧单元所在的本车道不为最左车道或最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在本车道为最左车道时，一者为本车道的车道主载波，另一者为本车道右邻车道的车道主载波；在本车道为最右车道时，一者为本车道左邻车道的车道主载波，另一者为本车道的车道主载波。

6.一种包括多个如权利要求1-3任一所述的路侧单元的自由流电子收费系统，其特征在于：还包括多车道系统控制器和分布在不同车道上的单车道控制器，所述多个路侧单元分布在不同车道上，各车道的路侧单元各自连接本车道的单车道控制器，各个单车道控制器与所述多车道系统控制器连接。

7.如权利要求6所述的自由流电子收费系统，其特征在于：每一路侧单元的接收机中包括一主接收机，各主接收机的载波即为对应路侧单元所在的本车道的车道主载波，各个车道主载波，按一组系统载波的循环进行顺序分配。

8.如权利要求7所述的自由流电子收费系统，其特征在于：所述一组系统载波包括四个载波，按频率单调递增关系，依次为载波一、载波二、载波三、载波四，载波一、载波二、载波三、载波四的频率分别为5.79GHz、5.80GHz、5.83GHz、5.84GHz。

9.如权利要求8所述的自由流电子收费系统，其特征在于：在载波分配的一个循环中，以使相邻频点至少相隔一个车道的顺序进行载波分配。

10.如权利要求6-9任一所述的自由流电子收费系统，其特征在于：所述多车道系统控制器设置有车载单元位置计算模块及车载单元位置数据库，所述车载单元位置计算模块用于计算车载单元的位置，并将车载单元位置置入到所述车载单元位置数据库。

11.如权利要求10所述的自由流电子收费系统，其特征在于：所述车载单元位置计算模块根据多个车道上的路侧单元对同一车载单元检测到的各个场强结果来计算该车载单元的位置。

12.如权利要求10所述的自由流电子收费系统，其特征在于：所述多车道系统控制器设置有车道切换控制模块，所述车道切换控制模块用于根据车载单元位置切换就近的路侧单元与该车载单元通信。

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