1、 智能交通系统中的无线通信技术及其应用x 张树京：本文分析在智能交通系统中使用的无线通信技术，它们是无线数据通信RDS、数字移动通信GSM、第三代移动通信UMTS和车辆无线通信IVC，它们各有传输特点和应用领域，在ITS中实现调度指挥控制功能，并为出行提供效劳信息，提高了出行效率和安全性。本文还结合国外实际使用情况，说明其应用系统的功能特点。关键词：智能交通系统ITS，无线数据通信，数字移动通信，车辆无线通信。Wireless Communications and its Application in Intelligent Transportation System Zhang shujin
2、g Abstract: This paper analysis the wireless communications and its application in Intelligent Transportation System, they are wireless data communication (RDS) 、digital mobile communication (GSM) 、thirdgeneration mobile system(UMTS) and vehicle communication system (IVS). Their performance and func
3、tions are discussed in this paper. The application systems in ITS abroad introduced also.Key Words: Intelligent Transportation System, Wireless Data Communication, Digital Mobile Communication, Vehicle Communication System.x本文得到上海市教委重点学科课题支持。无线通信技术是将移动通信中的车辆与调度指挥控制中心紧密地连接起来，保证不间断地通信联络。目前，在陆上移动通信频率资源
4、中已有一对窄带频段分配给公路部门作智能交通用，它们主要用于无线数据传输，如电子收费系统的数据传输，紧急呼叫时提供窄带数字 ，以及传输交通求援信号等。另外，数字移动通信在公众通信网中的应用已很普及，它同样可以在智能交通系统中提供通话和数据效劳，可用于车辆调度管理、旅行信息效劳、转运乘效劳、停车场管理、集装箱管理等。数字移动通信还可以提供无线寻呼、短消息效劳SMS、分组数据业务等，它们可为ITS用来传输报文、 ，以及图片等多种媒体，因此第三代移动通信可以在ITS中实现多媒体调度指挥功能，进一步加强车辆与调度控制中心的协调配合，最大程度地保证安全和提高出行效率，并且实现全球交通联网漫游。本文将对上述
5、三种无线通信技术的特点及其在智能交通系统中的应用作出分析，并介绍国外ITS通信产品的应用情况。本文最后还对车辆无线通信的特殊性进行探讨，在ITS 中它也有广泛应用。一、无线数据通信RDT 无线数据通信是依靠窄带频率将移动车辆与指挥控制调度中心连接在一起并传输各种交通信息如交通流量、动态信号显示信息、事故求援信息等，因此它在智能交通系统中是必不可少的。1992年美国交通部门曾将220222MHz频段内的5对窄带频率分配给ITS使用，同时开发了窄带无线调制解调器Modem实现了大于14.4kb/s 速率传输的移动通信数据，和大于25kb/s速率的定点数据通信，较好地满足了ITS中无线数据通信的要求
6、。 事实上，在ITS中无线数据传输速率的需求范围很宽，传输交通流量控制信息仅需数百比特每秒就足够了，但传输压缩视频信息那么需要几百个千比特每秒才够用。另外，用作传输ITS 信息的性能与传输环境有很大关系，例如在城市存在着很强的多径干扰，频率使用将受到限制，而在郊区那么传输条件要好的多。采用数字调制解调器可以提高窄带(通常只有4 MHz工作频带)的频率利用,它一般可以做到每赫传输3比特每秒，信息量完全满足ITS的传输要求。另外，依靠编程技术还可以实现多用途的无线数据调制解调器，它既可用作移动通信，又可用于定点和多址通信，这样的灵活性具有十分重要的开发价值。 美国将220222MHz频段的频率资源
7、分配如下： 1、220.5525MHz(基站)221.5325(车辆)用作传输交通流量与控制信息； 2、220.5625MHz(基站)221.5725(车辆)用作传输交通安全与警示信息； 3、220.5825MHz(基站)221.5925(车辆)用作双向通信。 下面以位于印地安纳州西北部80/94号高速公路应用220 222MHz窄带频段传输ITS信息为例来加以说明。该公路是美国东西部相连的州际公路的一局部，目前第一期工程是在芝加哥与印地安纳波利斯两大城市之间的Borman段公路上做ITS试验，全长为16哩。据统计，在这段公路上的日平均车辆为 140,000，其中货车所占的比例较大， 晚间要到
8、达70，白天也有30。由于日均交通流量已经接近该段公路的交通容量，特别是大型车辆的比例过大，因此经常出现交通阻塞和事故，方案在今后510年内将进行结构性改造。但为了解决目前的交通问题，印地安纳州交通部门INDOT决定采用ITS方案中的交通管理ATMS项目，以缓解交通流量与运输能力之间的矛盾。 首先是建立事故救援车辆IRV，如图1所示它是中型卡车，装备有50尺长的可伸缩杆，顶端装有视野摄像头可控制，用来摄取现场景物，车内备有专用软件的计算机，用来记录事故特征和其他交通信息。另外，车内有全球定位系统GPS接收机，用来计算和确定事故现场的方位和离开急救中心的距离，并用来引导救援车辆的抵达。为了使IR
9、V有效地运行，必须提供各种通信设备，它包括移动 和无线数据通信即220 MHz无线通道，传输和控制各种交通信息，并不间断地与交通管理部门保持联系。 为了监控交通流量，在Borman的ATMS系统中沿线敷设许多路边传感器见图2，用来检测行驶中的车辆。这里采用了五种传感技术，它们分别是有源微波雷达传感器用来检测车数和车速；无源红外传感器检测现存信息；有源超声传感器检测车数；有源激光雷达传感器检测车数、 车速和车型；还有传统的导线环路用来检测车数和车速。这些传感器传输的信息速率都很低，例如用微波雷达传感器检测每辆车只要32比特长度，平均用1/2秒时间，因此数据速率只有64比特每秒。尽管有的传感器需要
10、较高的数据率例如激光雷达，但具有25 kb/s的无线数据通信信道就足够用了。如果要传输压缩视频工程图象，那么对于具有4kHz 带宽的无线数据通道也是勉强可以的。 交通监控的目的是为了有效地调度管理，因此指挥控制中心要及时根据路况和交通流量，来控制交通信号，并用动态信息显示牌或车内导航设备见图3尽快地告示车辆驾驶员。它也是用无线数据通道来传输控制信号的信息，调度中心装备有车辆导航专用的计算机和GPS接收机，将来自路边传感器采集的交通信息汇总到计算机，并经过计算和储存在CDROM上的专家系统软件进行评估，最后在屏幕上显示出所要行驶的最正确路径见图4。实际上，这类信息的传输速率也很低一般低于1200
11、 b/s依靠无线数据调制解调器完全可以满足220MHz无线数据通道内传输。但是这类无线数据通信是单向的，并且通过播送方式发送，因此存在着以下三方面缺点：数据容量有限； 对个别驾驶员来说，接收到许多无用的信息； 驾驶员无法与调度中心进行反向通信。因此，在ITS中除了采用单向通信外，还需要提供双向通信的无线设备，这就是数字移动通信。在欧洲那么广泛采用泛欧联盟制定的GSM标准，作为欧洲高速公路上统一用于ITS的数字移动通信制式。二、数字移动通信GSM GSM是泛欧蜂窝移动通信的标准制式，它提供移动车辆和基站之间的双向通信，并通过GSM网络将各种行驶中的车辆与指挥控制调度中心连结在一起，如图5所示。它
12、可以提供话音和数据两类双向通信业务，因此可以克服原来无线数据通道RDS的缺点，非常适合于ITS应用。 GSM所提供的数据业务，其最大传输速率可到达9.6 kb/s，它是通过拨号方式入网，实现端对端的电路连接，在ITS中除了传输交通流量信息速率在200 b/s以下外，还可以传输数据较高的报文或图片。在GSM中提供的新业务还有单向或双向寻呼和短消息效劳SMS，它可以采用端对端连接，或者播送方式连接，前者的传输速率不过160 b/s，后者那么更少，只有93 b/s，在车内设备中有转换开关可加以选择。除了电路连接外，GSM所提供的数据业务也可以实现分组连接，它称为GPRS业务，其传输速率可高达9.6k
13、b/s，并可采用端对端、组播或播送多种传输方式。从调度中心发出的交通信息可以通过组播或播送方式传输给行驶中的车辆，以便提供路径引导信息，因为这类信息在一分钟内要重复播放屡次，因此对驾驶员来说，偶尔收不到一、二次不会造成很大困难。从车辆驾驶员到调度中心那么要采用单播方式即端对端，它提供正在行驶中的车辆信息，每次播放的内容都很重要，不允许丧失，但由于它的传输速率很低，不会给网络传输带来困难。由此可见，GSM所提供的数据业务要比原来RDS的无线数据通道改良了许多，不仅业务种类增加，而且连网快、功能强、本钱下降，成为新开发的ITS通信产品，在德国、瑞典等跨国通信企业已经抢先推出。例如瑞典爱立信公司生产
14、的Mobiex系统，它的技术指标是最大传输速率8 kb/s，通道宽度12.5 kHz，数据分组长度最大为512字节，采用ARQ纠错协议。另外，它具有连接计算机的标准接口，使用频率可以根据不同国家和地区的频率资源分配来定制。由于无线终端的体积很小，可以与手提计算机相连，增加了使用上的灵活性，扩大了市场，降低了本钱，实现全欧漫游，因此目前已在欧洲大多数国家推广应用。三、第三代无线移动通信UMTS 第三代无线移动通信俗称个人通信，因为它提供面向个人效劳的宽带传输平台，并且兼容各种不同的通信网络如电缆、光纤、微波、卫星等和多种不同功能的通信终端如 机、 机、计算机等，因此它可以在任何时间和任何地点实现
15、用户对用户之间的双向通信，它还可提供传输多媒体业务如报文、数据、话音和图象等综合业务的能力。由于它的设计目标具备移动性、全球性、智能化、个人化和宽带高速等特点，完全满足人们对通信业务的需求，具有潜在的用户市场，成为面向新世纪的通信产业开展方向。到目前为止，各国已经提出10多种实现第三代无线移动通信的技术方案和试用产品，但只有在本钱价格大幅度降低后才会投入市场。 国际电联ITU曾经定义第三代无线移动通信为FPLMS未来公众陆地移动通信系统，但最近更名为IMT20232023年国际移动通信，欧洲联盟那么取名为UMTS全球移动通信系统，它将为满足欧盟国家的通信需求，并为实现泛欧交通网络的智能化起到促进作用。图6表示UMTS全球移动通信网络的结构，其中通过微微蜂窝小区Pico cell实现局域网通信如校园、办公楼群、社区、医院等通信环境，微蜂窝小区Micro cell那么实现城域网通信城区，包括市郊，而宏蜂窝Macro cell实现广域网通信城市之间漫游，最后是通过卫星网络实现全球无线通