CN2774014Y

CN2774014Y - 智能交通短程通信管理系统

Info

Publication number: CN2774014Y
Application number: CN 200420083399
Authority: CN
Inventors: 林海鹰
Original assignee: GUANGZHOU POST AND TELECOMMUNICATION COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU POST AND TELECOMMUNICATION COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2014-08-30

Abstract

本实用新型涉及智能交通短程通信管理系统，其特征是：包括车载装置(1)和路旁装置(2)，车载装置(1)、路旁装置(2)分别设有射频单元(3)、基带处理单元(4)和电源电路(5)，射频单元(3)通过解调电路(6)连接基带处理单元(4)，基带处理单元(4)通过调制电路(7)连接射频单元(3)，射频单元(3)控制端通过信道控制电路(8)连接基带处理单元(4)的控制端，射频单元(3)直接与收发天线(9)连接，基带处理单元(4)设有网络通讯接口(10)和终端通讯接口(11)。本实用新型能将先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有效地综合地运用于整个交通运输管理体系，能在大范围内、全方位发挥作用。

Description

智能交通短程通信管理系统

所属技术领域

本实用新型涉及一种智能交通短程通信管理系统。属于智能交通管理和信息传输、无线通信设备技术领域。

背景技术

近年来，随着经济的发展，交通需求日益增加，城市交通拥塞、交通事故频发、交通环境恶化等问题已经开始在世界各地出现和发生。为解决这些问题，引入了智能交通系统(Intelligent TransportSystem，简称ITS)的研究和应用。ITS是在较完善的基础设施(包括道路、港口、机场和通信等)之上，将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术有效的集成，并应用于地面运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的，实时、准确、高效的运输系统。

根据世界各国几十年的统计，道路的增长率总是低于汽车的增长率，在发达国家，道路的增长已经接近于停滞，而1995年世界汽车的增长率仍然有3.5％(汽车保有量超过8亿辆)。在中国，1996年与1978年相比，机动车增加了27倍，而公路通车路程仅增加了0.32倍。到1999年，我国汽车保有量就已达到1452.94万辆，全国共发生40多万起交通事故，引起的直接损失折款多达21亿元人民币。要解决道路供给和交通需求这一矛盾，迫切需要应用交通的智能化管理。国外实验研究表明，ITS可提高通行能力30-50％，事故率下降30％以上。因此，ITS成为世界各国交通技术研究的热点。

为了发挥ITS的功能，实现人们对车辆的智能化管理，国际上专门开发了适用于ITS领域的短距离间的通信协议，即专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)协议。DSRC是ITS的核心技术之一，是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆、道路有机地连接起来。系统主要包括三个部分：车载模块、路边模块以及DSRC协议。

目前国际上有关专用短程通信(DSRC)标准主要有：欧洲DSRC标准、美国DSRC标准和日本DSRC标准，三种标准的通信频段有所区别，但目前还无法得到统一。也就是说关于DSRC标准之争集中在是采用欧洲、美国、日本中的哪一种标准还是允许多种标准存在。根据ISO与CEN签订的维也纳协议，CEN和ISO工作组进行相同项目研究时，其研究成果互相交换。在1997年10月ITS柏林世界大会上，欧盟代表Carl Herbert Rokitansk博士提议CEN/TC278标准作为ISO标准时，遭到美日代表的反对。有关人士预测，若欧美仍争执不下，ISO标准将在物理层(L1)允许多种频率的存在甚至不规定频率，而采用世界统一的应用层(L7)协议。

国内智能交通系统的建设尚处于快速和系统化发展阶段，先行建设的一些城市所用的ETC产品，主要由国外进口，国内自主研发的产品基本还处在起步阶段。广州邮电通信设备有限公司和普泰通信已组织专家组对现有欧洲和日本的DSRC标准进行了详细的对比分析，并针对我国交通运输状况和条件拟定了开发具有自主知识产权的专用短程通信(DSRC)技术方案和项目实施方案。并通过了专家论证和有关部门的认可。本项目自主研发的DSRC基本模块，可以应用于电子收费系统、商业车辆运营、随车信息、城市交通智能控制与管理等方面。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题，即本实用新型的目的，是为了帮助解决城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化等问题，提供一种智能交通短程通信管理系统。

本实用新型的技术问题可以通过如下措施解决：智能交通短程通信管理系统，其结构特点是：包括车载装置和路旁装置，车载装置、路旁装置分别设有射频单元、基带处理单元和电源电路，射频单元通过解调电路连接基带处理单元，基带处理单元通过调制电路连接射频单元，射频单元控制端通过信道控制电路连接基带处理单元的控制端，射频单元直接与收发天线连接，基带处理单元设有网络通讯接口和终端通讯接口；车载装置安装在机动车内，路旁装置安装在马路边、每隔10～100米设置一个，车载装置、路旁装置各自内置有专用通信协议。

车载装置和路旁装置设有对外通讯接口，通过专用的通讯协议，车载装置之间、车载装置与路旁装置之间可以通讯或交换数据，车载装置与车载应用终端交换数据，路边装置与路边控制器或其他通讯设备交换数据。

本实用新型的技术问题还可通过采取如下措施解决：

所述射频单元由滤波器A1、接收放大器、混频器B1、滤波器A2、滤波器A3、混频器B2、滤波器A4、隔离器C1、发射功放器、隔离器C2、参考源、PLL本振D1、PLL本振D2构成，隔离器C2的输出端通过双工器连接收发天线，双工器的输出端连接滤波器A1的输入端，参考源有两个输出端分别通过连接PLL本振D1混频器B1、及PLL本振D2连接混频器B2；滤波器A2通过解调电路连接基带处理单元，基带处理单元通过调制电路连接滤波器A3，解调电路、调制电路各有一个输入端分别连接中频本振电路的一个输出端。

所述基带处理单元4由控制器、配置存贮器、程序存贮器、控制编程接口连接而成，控制器的I/O端口分别通过标准数据接口连接互联网、通过并行接口及串行接口与外部设备交换数据、通过FPGA模块连接射频单元的通讯端口

所述电源电路设有12V、24V两路电压输入端，+5.5V、+3.3V、+1.2V和+2.5V四路电压输出端，其中：+5.5V、+3.3V分别作为射频和处理器片工作电压，+1.2V作为控制器内核工作电压，+2.5V作为FPGA模块的工作电压。

所述专用通讯协议为分层结构，包括物理层、数据链路层、应用层三层结构，其帧长度为400字节，唤醒时间延迟≤5ms，发射/接收转换时间≤64μs，DES加密算法，自适应分隙多路访问控制方式。

专用通讯协议可以采用自行设计的DSRC标准，也可以采用欧洲DSRC标准、美国DSRC标准或日本DSRC标准。

本实用新型具有如下突出效果：

1、本实用新型的突出优点是该系统能将先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有效地综合地运用于整个交通运输管理体系，是一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。

2、本实用新型是ITS的核心技术，是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆、道路有机地连接起来。系统对外提供标准接口与其他应用设备进行数据传输。车载模块提供标准接口与车载信息装置交换数据；路边模块提供标准接口与路边控制器等设备交换数据。

附图说明

图1是本实用新型的使用状态结构示意图。

图2是本实用新型中车载装置或路旁装置的结构示意图。

图3是图2的电路结构框图。

图4是本实用新型实施例1的射频接收和解调电路原理图。

图5是本实用新型实施例1的射频发送和调制电路原理图。

图6是本实用新型实施例1的基带处理单元的电路结构图。

图7～图17是本实用新型实施例1的基带处理单元的电路原理图。

图18是本实用新型实施例1的基带处理单元的网络接口电路图。

图19～图27是本实用新型实施例1的基带处理单元的射频接口电路图。

具体实施方式

图1至图27构成本实用新型的实施例1。

从图1可知，本实施例包括车载装置1和路旁装置2，车载装置1安装在机动车内，路旁装置2安装在马路边、每隔10～100米设置一个，车载装置1、路旁装置2各自内置有专用通信协议。车载装置1和路旁装置2设有对外通讯接口，通过专用的通讯协议，车载装置1之间、车载装置1与路旁装置2之间可以通讯或交换数据，车载装置1与车载应用终端26交换数据，路边装置2与路边控制器或应用数据中心27交换数据。

从图2、图3可知，车载装置1、路旁装置2分别设有射频单元3、基带处理单元4和电源电路5，射频单元3通过解调电路6连接基带处理单元4，基带处理单元4通过调制电路7连接射频单元3，射频单元3控制端通过信道控制电路8连接基带处理单元4的控制端，射频单元3直接与收发天线9连接，基带处理单元4设有网络通讯接10和终端通讯接口11。

本实施例中，

设备的总体指标为：通信距离10-100米；传输速度4Mbps；通信频段在5.8GHz附近，符合国家无线电管理委员会的规定；设备能够传输多种格式的数据。

表中详细列出了本实施例的主要技术指标。

名称	规格
名称	规格	工作频率	5.8GHz
信道带宽(MHz)	5	工作频率	5.8GHz
信道带宽(MHz)	5	收发频率间隔(MHz)	45
信道数	8	收发频率间隔(MHz)	45
信道数	8	传输速率	4Mbps
调制方法	QPSK	传输速率	4Mbps
调制方法	QPSK	工作方式	主动式
多址接入方式	TDMA时分多址	工作方式	主动式
多址接入方式	TDMA时分多址	双工方式	FDD频分双工
差错检验	CRC-16	双工方式	FDD频分双工
差错检验	CRC-16	误码率	＜10^-5
天线辐射功率	10mW车载/300mW路边	误码率	＜10^-5
天线辐射功率	10mW车载/300mW路边	通信距离	10～100米

下面结合附图对本实施例进行详细描述：

如图2、图3所示，射频电路直接与天线相连，它们共同实现车载装置1的通信功能。在射频电路中，包括负责无线传输用的模拟信号与单元内部的数字信号之间相互转换的调制解调器，以及处理模拟信号的各种元件。

如图3、图4、图5所示，本振电路D1、D2采用锁相环PLL技术。它由低噪三基带部分声数字鉴相器(PFD)、高精度电荷泵、可编程参考频率分频器、两个可编程计数器(6位)和(13位)以及双模预置器(P/P+1)组成。由所述计数器与双模预置器构成N分频器(N＝BP+A)，14位的参考频率记数器可选择数字鉴相器输入端的参考频率REFin。外接环路滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)可构成一个高性能的锁相环(PLL)。电路采用频率合成集成电路，主要集成芯片采用0.35μmBiCMOS工艺制成，完全适合高达6.0Ghz的工作频率，输入3.3V的供电电压使Vp脚的电压达到5.5V、以便和基站中常用的VCO模块所需的调整电压相同。接收、发射微波本振信号源都使用该锁相倍频方案。电路中省去了倍频器，从而简化了系统构成和降低了成本。

中频本振信号源16的频率合成器与调制解调器集成在一块芯片。中频调制解调采用高度集成的I/Q调制/解调芯片，它包含对I/Q基带信号调制/解调所需的部件，并具有集成的AGC中频接收放大器，其频率响应可至600MHz，电压增益70dB，增益控制范围优于70dB；发送输出也具有70dB的增益控制范围。

中频接收和发送路径共用差分匹配网络以减少滤波器所需的元件数目。接收链路中具有直流偏移消除结构的一对二阶镜像滤波器使得基带信号可至直流。I/Q中频处理的转换由双平衡混频器实现，内部有一PLL，带有三线的外部接口，可以锁定内部的宽频带本振的工作频率下的相位，从而驱动转换器件。其特点如下：

1)所有中频接收和发送功能的集成；

2)宽的频率范围：70----600MHz；

3)带电平检测的600MHz中频带AGC：69dB；

4)直流耦合的基带信号接口；

5)集成的接收器直流偏移校准环路；

6)用于本振的3线接口的集成PLL；

7)低本振驱动电平：-15dBm；

8)快收发切换时间：＜1uS；

混频器B1、B2作为变频器，采用集成双平衡混频器，插损6.5dB。射频频率4.5-6GHz，中频频率DC-1.6GHz。

射频滤波器A1、A4采用交叉指滤波器，插损小于1dB，矩形系数较好。具有损耗低、重量轻、体积小、性能高的特点。中频滤波器A2、A3采用介质腔滤波器(480MHz)。

功率放大器：发射功放13用于放大上变频后的射频信号，使发射输出达到所要求的功率。主要解决了功率放大器的在于功率处理能力与非线性失真性能等重要矛盾。

射频单元3还包括双工器14、低噪声放大器12、隔离器C1、C2等部分。接收放大器FET低噪声放大器的主要矛盾在于低噪声及围绕大衰落动态范围的前置AGC电平控制。解决了噪声系数的级联影响问题，驻波比问题，频率响应，稳定性等。

从图6可知，基带处理单元4由控制器17、配置存贮器18、程序存贮器19、控制编程接20连接而成。控制器17的I/O端口分别通过标准数据接口21连接互联网、通过并行接22及串行接口23与外部设备交换数据、通过FPGA模块24连接射频单元的通讯端口。

从图7～图17可知，控制器17主要微处理器芯片构成，微处理器芯片采用ADSP-BF531集成芯片。ADSP-BF531处理器是针对数字通信和多媒体应用的高度集成CPU，该CPU具有专用硬件算术运算逻辑，增强的片内外设以及高度专业化的指令集，使其具有高度的操作灵活性和运行速度。主要特点如下：

1)运算速度快：其处理器核的处理速度最高可达到400MHz，通过对片上锁相环倍频的设置可调节CPU的运算速度；

2)优化的CPU结构：内含2个40位的算术运算逻辑单元，2个40位的累加器，2个16×16的硬件乘法器和1个40位的桶形移位器。支持改进的哈佛结构，先进的CPU优化结构可以使DSP高效地实现无线通信系统中的各种功能。

3)强大的存储空间：内部存储空间包括32K的程序存储器和48K的SRAM，支持对外部存储器如SDRAM、SRAM、FLASH和ROM的无缝接口，片内、片外存储空间和I/O控制寄存器用32位的地址统一编址；

4)低功耗工作方式：ADSP的处理器核的工作电压在0.7到1.3伏之间，正常工作电压是1.2伏，片内外设的工作电压在2.3到3.6伏特之间，正常工作电压是3.3伏。较低的工作电压和不同工作模式的可选性可以减少芯片的功耗；

5)DMA传输方式：支持处理器内部的存储空间与片内任何有DMA能力的外设之间进行DMA传输，同时也支持片内有DMA能力的外设与连接到片外存储接口的外设之间进行DMA传输；

6)丰富、灵活的编程语言：包含汇编程序，支持C/C++语言编程，内部的编译器能高效的把C/C++的源代码编译成处理器的汇编语言；

7)片内智能外设：ADSP-BF531处理器的片内外围设备包括有一个并口，一个SPI口，三个PWM支持的定时器/计数器，一个异步收发端口(UART)，两个双信道、全双工的同步连续数据收发端口(SPORT)以及实时时钟，看门狗定时器和片上锁相环(PLL)电路，锁相环电路的倍频范围从1X到63X；支持在线调试和JTAG边界扫描测试接口。

在一般情况下，处理器核以300Mhz的频率工作，外围设备则以120MHz的频率工作，可以通过软件设置来动态地改变PLL寄存器中相应的参数值，从而改变处理器核与外围设备的工作频率。

配置存贮器18、程序存贮器19采用常用的存贮器芯片，控制编程接口20采用常用的可编程接口芯片。

专用通讯协议的控制单元与射频单元之间数据的串并转换通过ADSP-BF531处理器的的SPORT口来实现。ADSP-BF531处理器有两个SPORT口，每一个SPORT口都包括一组发送引脚和接收引脚。发送引脚包括发送时钟引脚TSCLK、发送帧同步引脚TFS、主发送数据引脚DTPRI和从发送数据引脚DTSEC。接收引脚包括接收时钟引脚RSCLK、接收帧同步引脚RFS、主接收数据引脚DRPRI和从接收数据引脚DRSEC。接收和发送功能都是独立可编程的，可以对传输的比特率、每个传送字的位数进行编程。SPORT口最高可以以处理器外设工作频率的一半(60MHz)工作，完全可以达到所要求的串并转换速度。

专用协议的控制单元的硬件电路设计分为四个部分：控制器部分、基带处理部分(FPGA模块)、接口控制逻辑和电源管理部分，ADSP-BF531控制器与FPGA模块之间的接口采用SPORT口连接。专用通讯协议可以采用自行设计的DSRC标准。通过对DSRC通信过程的研究可知，从射频单元接收的数据经过基带部分后，由ADSP-BF531的SPORT口接收，再按DSRC协议的标准对接收的数据进行处理，经标准数据接口单元发送到上层应用设备；从上层应用设备传送过来的数据经ADSP-BF531按DSRC协议处理后，由SPORT口发送，再经基带部分处理，由射频单元发向车载装置。

1)控制器部分由Analog的ADSP-BF531芯片、Flash Memory、SRAM、SDRAM组成。控制整个电路地运行，完成对数据的传输、处理和对DSRC协议的实现等功能，是DSRC协议实现的硬件支撑平台；

2)基带处理部分由FPGA模块通过VHDL硬件语言实现对数据的CRC校验、伪随机加密和NZRI编码、解码；

3)接口控制逻辑包括控制接口和应用接口。控制接口主要实现系统的在线特殊控制和Flash在线编程数据传送口。因为DSRC协议的软件实现程序量较大，需在ADSP芯片外扩展Flash存储器。控制接口通过ADSP的主机接口实现。应用接口包括以太网接口、串行接口、并行接口和到射频端的接口。以太网接口由以太网控制器配合以硬件方式执行TCP/IP协议的芯片来实现；到射频端的接口由FPGA模块按射频端的要求实现；串行接口和并行接口由DSP的片内外设(enhancedperipherals)提供的串口和并口直接实现。

4)程序功能设计

系统采用Analog Devices提供的开发环境Visual DSP++来开发。Visual DSP++开发环境包括汇编程序、目标代码连接器、C/C++编译器和包括DSP、数学函数的C/C++运行库。编译器能高效地把C/C++代码编译成处理器的汇编语言。系统软件构成包括：DSRC协议处理模块、SPORT接口驱动模块、以太网接口驱动模块、有效数据识别、提取模块和Flash编程模块。主要完成系统的初始化、Flash编程、对每帧报头信息的识别和有效数据的提取、有效数据处理以及数据发送和接收等。

在专用短程通信设备里，通信协议控制器是其中的核心，它对其它部分的工作起指挥、控制的作用。控制器在运行时需要一定的存储器以存放程序指令、操作数据等内容。专用集成电路是具有相对独立功能的模块，它在控制器控制下，使用其内部集成的专门算法，对输入的数据(来自控制器或射频电路)进行特定的加工，包括加密、编码等。

系统通过单12V或24V过不同的电压转换芯片提供四路电源输出：+5.5V、+3.3V的射频和处理器片内外设工作电压、+1.2V的控制器内核工作电压和+2.5V的FPGA模块的工作电压。

Claims

1、智能交通短程通信管理系统，其特征是：包括车载装置(1)和路旁装置(2)，车载装置(1)、路旁装置(2)分别设有射频单元(3)、基带处理单元(4)和电源电路(5)，射频单元(3)通过解调电路(6)连接基带处理单元(4)，基带处理单元(4)通过调制电路(7)连接射频单元(3)，射频单元(3)控制端通过信道控制电路(8)连接基带处理单元(4)的控制端，射频单元(3)直接与收发天线(9)连接，基带处理单元(4)设有网络通讯接口(10)和终端通讯接口(11)；车载装置(1)安装在机动车内，路旁装置(2)安装在马路边、每隔10～100米设置一个，车载装置(1)、路旁装置(2)各自内置有专用通信协议。

2、根据权利要求1所述的智能交通短程通信管理系统，其特征是：射频单元(3)由滤波器A1、接收放大器(12)、混频器B1、滤波器A2、滤波器A3、混频器B2、滤波器A4、隔离器C1、发射功放器(13)、隔离器C2、参考源(15)、PLL本振D1、PLL本振D2构成，隔离器C2的输出端通过双工器(14)连接收发天线(9)，双工器(14)的输出端连接滤波器A 1的输入端，参考源(15)有两个输出端分别通过连接PLL本振D1混频器B1、及PLL本振D2连接混频器B2；滤波器A2通过解调电路(6)连接基带处理单元(4)，基带处理单元(4)通过调制电路(7)连接滤波器A3，解调电路(6)、调制电路(7)各有一个输入端分别连接中频本振电路(16)的一个输出端。

3、根据权利要求1所述的智能交通短程通信管理系统，其特征是：所述基带处理单元(4)由控制器(17)、配置存贮器(18)、程序存贮器(19)、控制编程接口(20)连接而成，控制器(17)的I/O端口分别通过标准数据接口(21)连接互联网、通过并行接口(22)及串行接口(23)与外部设备交换数据、通过FPGA模块(24)连接射频单元的通讯端口。

4、根据权利要求1所述的智能交通短程通信管理系统，其特征是：电源电路(5)设有12V、24V两路电压输入端，+5.5V、+3.3V、+1.2V和+2.5V四路电压输出端，其中：+5.5V、+3.3V分别作为射频和处理器片工作电压，+1.2V作为控制器内核工作电压，+2.5V作为FPGA模块的工作电压。