短距離交通信息發(fā)布技術(shù)的比較研究

前言
智能運輸系統(tǒng)（Intelligent Transport Systems，簡稱ITS）是信息化技術(shù)在交通運輸領(lǐng)域的具體運用和體現(xiàn)。以日本為代表的在交通信息和交通誘導(dǎo)方面建立的VICS系統(tǒng)就是ITS領(lǐng)域交通控制與誘導(dǎo)的嶄新方式。它采用建立多部門的共用信息平臺機制，通過路側(cè)的短距離交通信息發(fā)布系統(tǒng)向過往車輛發(fā)送交通控制與誘導(dǎo)信息。交通控制更強調(diào)通過向出行者提供更多的交通信息服務(wù)來實現(xiàn)宏觀調(diào)控，也即由傳統(tǒng)的主動直接控制變?yōu)殚g接調(diào)控。
根據(jù)交通控制與誘導(dǎo)的目的和范圍，信息發(fā)布的裝置可分為短程信標和中遠距離信標。信標又常稱為BEACON，根據(jù)信息傳播的媒介可分為光信標、射頻/微波信標。根據(jù)傳輸速率可以分為低速信標和高速信標。傳統(tǒng)的交通廣播采用調(diào)頻副載波方式發(fā)布數(shù)據(jù)化的交通信息是一種大作用范圍的射頻信標。通過對各種短距離交通信息發(fā)布技術(shù)的比較研究,可以為建立交通控制和路徑誘導(dǎo)的路側(cè)支撐系統(tǒng)提供決策依據(jù)。

二、ITS領(lǐng)域短距離通信技術(shù)的新進展
（1）DSRC通信技術(shù)
國際上專門開發(fā)了適用于ITS領(lǐng)域的道路與車輛之間的通信協(xié)議，即專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC）協(xié)議。DSRC協(xié)議是ITS的基礎(chǔ)與核心，它是一組無線通信協(xié)議，它通過信息的雙向傳輸將車輛和道路有機地連接起來，實現(xiàn)信息的雙向交互。
關(guān)于采用850nm紅外技術(shù)的DSRC協(xié)議物理層技術(shù)文件僅有標準草案，仍在討論之中。
CEN/TC278 DSRC標準的主要特點是：5.8GHz被動式微波通信，中等通信速率（500Kbps 上行，250Kbps下行），調(diào)制方式為ASK和BPSK。
應(yīng)用DSRC協(xié)議的實用系統(tǒng)主要包括三個部分：車載單元（On-Board Unit，簡稱OBU）、路邊設(shè)備（Road-Side equipment，簡稱RSE）以及專用短程通信DSRC協(xié)議棧，其中DSRC協(xié)議棧又可以分為三個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，具體的DSRC系統(tǒng)模型可參考圖1。
CALM通信技術(shù)
ISO/TC204  WG16就是關(guān)于CALM通信技術(shù)標準研究的工作組。目前關(guān)于紅外線技術(shù)通信的文件有 NP21214，題目為“在ITS領(lǐng)域中使用850nm紅外通信的廣播、點對點、車對車、車對點中程遠程高速空中接口參數(shù)和協(xié)議（含主/從通信和同級通信規(guī)范）”。其內(nèi)容包括對ITS領(lǐng)域中的廣播、點對點、車對車、車對點的中程遠程高速通信標準化要求的調(diào)查。
NP21214技術(shù)報告考慮了ITS領(lǐng)域高速數(shù)據(jù)通信目前的和今后可能的要求，以確定標準化要求并對今后的工作項提出建議。數(shù)據(jù)通信在固定基礎(chǔ)設(shè)施點之間、在移動的非車輛點之間、在車輛之間、在固定點（移動點）和車輛或其他固定點（移動點）之間進行。
報告認為，紅外線技術(shù)可用來提供輕便的基礎(chǔ)設(shè)施（在一些情況下是便攜式的）高速通信。在目前的規(guī)定下，超過150M長ｘ100M寬的交易區(qū)可由單個輕便詢問器提供有效的通信服務(wù)，這種詢問器可固定在現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施上（路燈、道路標志桿、道路標志等）。
在車輛沿公路行駛時，間距為100M的紅外線詢問器鏈式網(wǎng)絡(luò)可提供無線連續(xù)通信。
紅外線通信的主要特征為：
 數(shù)據(jù)速率：擬設(shè)為1Mbps至1Gbps之間。
 沿鏈式信標的連續(xù)鏈式運行。
 建議的使用方式為電子商務(wù)、圖象傳送、乘客娛樂系統(tǒng)、出行者信息系統(tǒng)（包括視頻、動態(tài)路徑誘導(dǎo)、導(dǎo)航系統(tǒng)更新、車內(nèi)高速互聯(lián)網(wǎng)連接）。

三、IT產(chǎn)業(yè)相關(guān)短距離無線通信新技術(shù)
IT產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域短距離高速無線通信技術(shù)發(fā)展非常迅速，比如Bluetooth、Wi-Fi、HomeRF、HiperLAN，這些都是短距離無線技術(shù)的名詞。
802.11
   IEEE在1997年發(fā)表了第一個無線LAN的標準802.11，而現(xiàn)在提到的802.11b是IEEE在1999年9月批準的，802.11b也被稱為Wi-Fi， 802.11b的最高通訊速率為11Mbps，室內(nèi)傳送距離為50到150英尺，室外可達1000英尺。
    不過隨著時間推移，需要不斷適應(yīng)新的需求，所以IEEE又提出了802.11a和802.11g，另外的短距離無線通信標準還有HomeRF和Bluetooth。
    這些標準中，802.11g、Bluetooth、HomeRF都和802.11b一樣共享2.4GHz的頻段。這個頻段是無需授權(quán)就可以使用的。
HomeRF
這個標準是Proxim提出的，得到了Intel、Motorola的支持，去年8月2.0版推出，使得速率達到10Mbps。HomeRF的優(yōu)勢在于集成了語音和數(shù)據(jù)傳送技術(shù)。
HomeRF和802.11b如果在一起使用無線傳輸將會互相干擾、互相阻塞，當前的設(shè)計它們都沒有考慮到對方。顧名思義，HomeRF更側(cè)重于家用，如無繩電話等，802.11b則是把LAN衍生到無線空間。
Bluetooth
    Bluetooth可能是被我們更為熟知的技術(shù)了，它的目標是低帶寬、短距離、低功耗的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，用在PDA、手機、筆記本電腦等設(shè)備。
但是Bluetooth事實上是個遲到者，802.11b現(xiàn)在已經(jīng)到了大規(guī)模生產(chǎn)降低成本的時候了，而Bluetooth產(chǎn)品剛剛開始進入市場。
雖然也都在2.4Ghz頻段上，但是今年4月份IEEE的PAN(Personal Area Network)即802.15工作組最近提出一項議案，這將使Bluetooth和802.11b可以同時工作。
Hiperlan
    Hiperlan是歐洲通信標準協(xié)會ETSI(European Telecommunications Standards Institute)主推的，有HiperLAN/1和HiperLAN/2兩套標準，它們都同樣運行在5GHz，但HiperLAN/2的傳送速率更高，和802.11a一樣，也是54Mbps，距離可達150米，室內(nèi)室外均可使用，并且兼容3G WLAN系統(tǒng)，可以收發(fā)數(shù)據(jù)、圖形、語音數(shù)據(jù)。
但是在頻率選擇上歐洲和美國沒有協(xié)調(diào)，這就造成雙方的產(chǎn)品未來都成為歐洲范圍內(nèi)使用或美國范圍內(nèi)使用的“本地”技術(shù)。這樣標準不一致的話也可能會使得未來產(chǎn)品成本長期內(nèi)不能降低。

IrDA短程光通信
短程光通信在信息產(chǎn)業(yè)（IT）應(yīng)用領(lǐng)域，IrDA發(fā)展迅速并比較成熟，已在很多設(shè)備上得到普遍應(yīng)用，但它是點對點的協(xié)議，而且目前的通信距離較小（幾米以內(nèi)）。IrDA物理層和數(shù)據(jù)鏈路層并不適合直接用于BEACON技術(shù)，但它比較成熟，進行仔細分析有助于適合BEACON的光通信技術(shù)開發(fā)。
IrDA是一種利用紅外光進行短距離點對點通信的技術(shù)。推動這種技術(shù)發(fā)展的是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會( IrDA，Infrared Data Association)，它為短距離紅外無線數(shù)據(jù)通信制定了一系列開放的協(xié)議與標準。IrDA規(guī)范化標準有兩種版本，IrDA的1.0版本提供了最高為115.2kb/s的通信速率；1.1版本把最高速率擴展到4Mb/s，同時保持了與1.0版本的兼容性。在IrDA中，物理層(The Physical Layer)、鏈路接入?yún)f(xié)議(Ir LAP)、鏈路管理協(xié)議(Ir LMP)是必需的三個協(xié)議層。

四、區(qū)域覆蓋的調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播
數(shù)據(jù)廣播是近年來在國際上發(fā)展非常迅速的一項業(yè)務(wù)，是繼聲音廣播與電視廣播后的第三種廣播類型。調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播是利用調(diào)頻廣播頻譜的社會公益部分，增設(shè)數(shù)據(jù)信道進行點對點、點對面的數(shù)據(jù)廣播方式。開辦調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，具有投資省、見效快、效益好、應(yīng)用廣的特點。因此，廣受國外廣播部門的青睞。
從1958年起美國就已開辦了調(diào)頻輔助通信(SCA)業(yè)務(wù)，其中包括調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播。七、八十年代，西歐亦興起了開辦數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)(RDS)的熱潮，并由歐洲廣播 (EBU)組織直轄市，形成了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范(即RDS規(guī)范)。1990年歐洲電工技術(shù)標準委員會(CENELCE)將其改變成EN50067標準，于1993年1月美國也制訂了與西歐RDS相應(yīng)的一個標準：RBDS標準。至此，RDS無線數(shù)據(jù)廣播成了世界上第一個形成國際標準的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)。RDS規(guī)范的基本參數(shù)是：副載波頻率為57kHz；調(diào)制方式為DPSK；數(shù)據(jù)速率1.1875kb/s; 多工電平±1.0kHz-±7.5kHz。 
日本直到1985年才開始研究開發(fā)調(diào)頻多工廣播。1988年，日本廣播協(xié)會(NHK)的東京調(diào)頻廣播臺正式播出了適宜于固定接收方式的數(shù)據(jù)廣播，主要用于廣播教學(xué)。接收機有一塊彩色LCD顯示屏(640x480點陣)。基本參數(shù)：副載波頻率76kHz；多工電平2.5%。該系統(tǒng)需配置專用的室外接收天線。 
隨后，日本NHK又轉(zhuǎn)入研究開發(fā)供車輛接收使用的調(diào)頻多工廣播方式，這就是本文后面將介紹的數(shù)據(jù)廣播信道(Data Radio Channel,DARC)系統(tǒng)。DARC系統(tǒng)已于1995年經(jīng)國際電信推薦為國際標準：Rec.ITU-R BS.1194。 
　DARC系統(tǒng)較高的數(shù)據(jù)速率，以及較好的移動接收性能，得到了世界上許多國家廣播電臺的青睞。近年來，利用DARC系統(tǒng)已經(jīng)開辦數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的有美國、德國、法國、日本、瑞典和挪威等國。產(chǎn)品主要有兩大類，一是車載移動接收設(shè)備，以日本的VICS(Vehicle Information Communication System)系統(tǒng)為典型代表。另一類是可視信息接收機，以瑞典等國的SWIFT(System for Wireless Information Forwarding and Teledistribution)為代表。
　　日本的VICS系統(tǒng)是在1996年4月建立的全車性的交通信息通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由交通指揮中心、無線通信系統(tǒng)及車載接收機設(shè)備三大部分組成。該系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)就是采用DARC，用以完成指揮中心向車輛傳輸交通信息。目前日本的裝車量已達420萬臺，計劃至2010年裝車量將達車輛保有量的70%。
　　SWIFT主要是為了用戶提供各種信息，如：新聞簡要、天氣預(yù)報、環(huán)境指數(shù)、交通信息、車船時刻、飛機航班、體育比賽、金融行情、旅游購物等，是傳統(tǒng)的FM廣播接收機的升級產(chǎn)品。 總之，DARC系統(tǒng)在現(xiàn)階段是廣播電臺用以開辦數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的良好工具，具有較強的市場競爭力。

五、結(jié)論
根據(jù)對ITS領(lǐng)域的專用通信技術(shù)和IT領(lǐng)域的通用通信技術(shù)的基本比較研究，有以下初步結(jié)論：
1、光信標的傳輸速率可以輕易達到1Mbps以上的高水平，工作頻段在850nm附近，但傳輸距離受發(fā)射功率、氣象條件、遮擋情況影響很大。只要采用較大的發(fā)射功率，完全可以實現(xiàn)10~30米的通信距離。總體講可以用于交通控制領(lǐng)域的信息發(fā)布，但存在較多的限制條件，有一定的發(fā)展?jié)摿Α募夹g(shù)的通用性講，有賴于IrDA技術(shù)的更遠距離發(fā)展。
2、微波/射頻信標的作用距離可調(diào)節(jié)余地較大，可以從十幾米到幾百米，甚至更遠。傳輸速率也從每秒幾百比特到一兆比特。射頻信標的設(shè)計較簡單，成本低廉。微波信標的設(shè)計較復(fù)雜，成本較高。微波/射頻信標的芯片支持情況較好，開發(fā)實用的路側(cè)支撐系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的，但由于專用的特點，需要從經(jīng)濟上進行進一步評估。遵循DSRC通信協(xié)議是較明智的選擇。
3、搭建大范圍的路側(cè)交通信息發(fā)布系統(tǒng)，更宜利用交通廣播臺的調(diào)頻副載波邊帶發(fā)送低速的廣播性交通數(shù)據(jù)信息，再輔以區(qū)域范圍內(nèi)的紅外/微波/射頻高速信標進行小范圍內(nèi)特定信息發(fā)布。從而充分發(fā)揮多種信息發(fā)布技術(shù)的比較優(yōu)勢。
4、交通控制用信標的成功應(yīng)用必須有良好的交通共用信息平臺的支撐，交通共用信息平臺對以各種方式采集的交通信息進行處理和整理，再通過信標發(fā)送給道路上行駛的車輛使用。日本的VICS系統(tǒng)就是一個成熟的商業(yè)化運作的交通共用信息平臺和路側(cè)支撐系統(tǒng)典范。