CN111200468B - 一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动校准车载单元射频参数的方法及系统，属于短程通信及智能交通技术领域。本发明方法，包括：获取路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；校准车载单元的射频参数；本发明对每辆车辆都会根据自身车型和车内环境自动设置一个合理的射频指标的方法，保证与RSU交互的距离合理性，提高ETC通行的准确率。

Description

一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法及系统

技术领域

本发明涉及短程通信及智能交通技术领域，并且更具体地，涉及一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法及系统。

背景技术

高速公路不停车收费系统(Electronic Toll Collection,简称ETC)是以现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算机和网络技术等为主的导，实现车辆不停车自动收费的智能交通电子系统。该系统通过高速收费站的路侧单元(RSU)与车载单元(OBU)之间的专用短程通信，在不需要司机停车和其他收费人员操作的情况下，自动完成收费的过程。ETC系统能够大大提高效率。

OBU平时处于低功耗，等待唤醒状态，当装有OBU的车辆行驶到ETC车道时，会被RSU发射的14kHz的已调波唤醒，OBU进入工作状态，与RSU进行通信。

各个OBU厂家，在生产完毕OBU后，会对OBU的射频物理层参数进行出厂校准，主要包括：发射功率、唤醒灵敏度、接收灵敏度等等。其中唤醒灵敏度指标，决定着装有OBU的车辆在行驶到ETC车道时，行驶到车道什么位置，OBU被唤醒，进入工作状态。然后，目前OBU的唤醒灵敏度校准，都是出厂前，按照同一指标进行校准，校准完毕后再通过第三方到达车主，并安装在车上。而OBU在实际应用过程中，存在着各种场景，例如：车型的不同，前挡风玻璃的损耗不同，安装位置不同，车内环境不同例如OBU周边是否存在其他设备如行车记录仪等。这些因素都会影响OBU的射频性能。而唤醒灵敏度受以上环境因素影响，将会导致OBU工厂校准值，并不符合实际应用场景，导致OBU安装到不同车型后，表现的性能不同。例如在高档车辆，车挡风玻璃损耗较大，如果OBU按照出厂校准值配置，就会导致OBU在实际路况中，通信距离较短，甚至是无法唤醒。而对于车前挡风玻璃损耗较小，会导致OBU通讯距离较远，甚至会被临道ETC RSU唤醒。

发明内容

针对上述问题，本发明一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法，包括：

获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

根据通讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗。

可选的，电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

可选的，通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值。

可选的，信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通讯距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率。

可选的，路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

本发明一种用于自动校准车载单元的射频参数的系统，包括：

采集单元，获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

处理单元，根据讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

计算单元，根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

校准单元，取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗。

可选的，电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

可选的，通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值等。

可选的，信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通讯距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率。

可选的，路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

本发明最终提供一种车载单元自动校准射频参数的方法及系统，特别是射频参数的唤醒灵敏度档位，使得每辆车辆都会根据自身车型和车内环境自动设置一个合理的射频指标，保证与RSU交互的距离合理性，提高ETC通行的准确率。

附图说明

图1为本发明一种用于自动校准车载单元射频参数的方法流程图；

图2为本发明一种用于自动校准车载单元射频参数的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法，如图1所示，包括：

获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

根据通讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗。

电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值等。

信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通讯距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率。

可选的，路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

某一批次车载单元OBU出厂时，采用统一的射频物理层校准值，包括：发射功率为0dBm，唤醒灵敏度为-41dBm，接收灵敏度为-60dBm。其中一个OBU，安装在一辆车辆上，车辆行驶到一带定位测距功能的RSU下方时，RSU的发射功率为15dBm(天线增益15dB)，OBU与路侧单元RSU通信时，使用信道1，即：OBU工作在5.80GHz，RSU工作在5.84GHz。

OBU被唤醒后,OBU向RSU发射信号，同时附带有OBU的发射功率校准值：0dBm。RSU测得OBU的距离为6.02m，即水平距离为4m,(龙门架高度为5.5m,一般OBU安装高度为：1m，RSU与OBU直线距离为：

即使OBU安装高度不同如：1—1.5m，最终计算带来的链路损耗影响忽略不计，可得车辆距离龙门架水平距离为4m)。

根据空中信号链路损耗公式：32.45+20logL(km)+20logf(MHz)，

计算得：上行空中链路损耗为(OBU发射，RSU接收5.8GHz):63.282dB,下行链路损耗为(RSU发射，OBU接收5.84GHz)：63.341dB，

1、RSU实际接收到的OBU信号强度，实测值为RSSI1＝-57.282dBm

2、RSU接收信号强度理论值RSSI2：

RSSI2＝0dBm(OBU发射功率)-63.282dB(上行链路空中损耗)+15dB(天线增益)＝-48.282dBm

3、前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗为上述二者的差值PL1：

PL1＝RSSI2-RSSI1＝9dB

当RSU向OBU发送信号时，该信号可包括RSU的发射功率的信息(已含天线增益)，测距信息6.02m，以及RSU测得的接收到的OBU信号的RSSI1，PL1。

1、OBU收到上述信息后，同时实际测得RSU的发射信号强度为：RSSI3＝-40.341dBm

2、OBU接收信号强度理论值：

RSSI4＝15dBm(RSU发射功率)+15dB(RSU天线增益)-63.341dB(下行链路空中损耗)＝-30.341dBm,

前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗为上述二者的差值PL2：

PL2＝RSSI4-RSSI3＝10dB

以上过程只是阐述了OBU与RSU的一次交互，而OBU在与RSU通信过程中会出现多次交互，每次都会产生差值，即：电磁波损耗值PL；由于环境的更改或者测量误差的存在，差值不会相等。本实施例中取最大值作为最终电磁波损耗值，为10dB。

如果希望此车辆在距离RSU水平距离为7m(直线距离为

)的地方唤醒，则通过计算空中链路损耗:

RSU发射功率+RSU天线增益-空中链路损耗-PL＝OBU唤醒灵敏度

即：15dBm+15dB-(32.45+20log0.0083+20log5840)-10dB＝-46.16dBm，可以取-47dBm

OBU此时会更新自身的唤醒灵敏度寄存器配置，由原来的-41dBm自动跟新至-47dBm。该车辆下次的通信距离会由水平4m,优化至合理的通信区域范围7m。

对于工厂出厂的OBU，由于采用同一校准值，无法预知将来OBU安装到车型以及车内环境，本实施例，很好的解决了上述问题。同时OBU会自动更新校准唤醒灵敏度的配置，自动寻找一个合理的灵敏度档位值。

本发明一种用于校准车载单元的射频参数的系统200，如图2所示，包括：

采集单元201，获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

处理单元202，根据讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

计算单元203，根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

校准单元204，取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗。

电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值等。

信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通信距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率。

路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

本发明最终提供一种车载单元自动校准射频参数的方法及系统，特别是射频参数的唤醒灵敏度档位，使得每辆车辆都会根据自身车型和车内环境自动设置一个合理的射频指标，保证与RSU交互的距离合理性，提高ETC通行的准确率。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于自动校准车载单元的射频参数的方法，所述方法包括：

获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

根据通讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗；

所述信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通讯距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率；

所述路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

2.根据权利要求1所述的方法，根据电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

3.根据权利要求1所述的方法，所述通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值。

4.一种用于自动校准车载单元的射频参数的系统，所述系统包括：

采集单元，获取任意一辆新装车载单元出厂射频参数，及首次行驶到带有自动定位测距功能的路侧单元的测距范围内，车载单元被唤醒后，车载单元与路侧单元多次通讯的通讯信息、通讯距离、路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值和车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值；

处理单元，根据讯信息和通讯距离，确定信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗；

计算单元，根据信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗，确定路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值，取路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值与路侧单元接收的车载单元的信号强度实测值的差值，和车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值与车载单元接收的路侧单元的信号强度实测值的差值；

校准单元，取多个差值的平均值或平滑滤波后的均值，并根据差值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂射频参数，校准车载单元的射频参数；

所述差值为车辆前挡风玻璃及车内及周边环境造成的电磁波损耗；

所述信号上行链路的总损耗和信号下行链路的总损耗的确定公式，为：

32.45+20logL+20logf；

其中L为通讯距离，f为车载单元及路侧单元某一信道工作频率；

所述路侧单元接收的车载单元的信号强度理论值＝车载单元发射功率+天线增益-信号上行链路的总损耗；

所述车载单元接收的路侧单元的信号强度理论值＝路侧单元发射功率+天线增益-信号下行链路的总损耗。

5.根据权利要求4所述的系统，根据电磁波损耗值的平均值或平滑滤波后的均值和车载单元的出厂参数，还可以校准车载单元的发射功率及车载单元的其他射频参数。

6.根据权利要求4所述的系统，所述通讯信息，包括：

车载单元发射功率的初始值、路侧单元的发射功率、天线增益、车载单元的信号强度值和路侧单元的信号强度值，车载单元的信号强度值测量值和路侧单元的信号强度值测量值。

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