智能交通系统(ITS)的无线网络技术

1.引言

智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称ITS）是一种集多种计算机与通信技术为一体的应用于交通系统的管理和控制的综合技术。ITS可以使交通系统更加安全、高效、可靠，且不必改变现有的基础设施。例如，ITS可以监测交通状况，控制车流量，并将此类信息提供给车载用户，从而有效减少交通事故与拥塞状况，提高公众安全与经济效益。同时，尾气污染等也会在某种程度上得到控制。

针对ITS，人们提出了很多相关的无线通信技术。然而，将无线通信技术应用于ITS仍面临众多挑战，如频谱资源缺乏、信道质量低、移动性高、异构和扩展性等。尽管一些新的通信模式可以支持间歇的、突发的交通信息的传输，如通过采用社会网络或机会通信技术能够实现ITS的一些应用，但是ITS业务的服务质量(QoS, Quality of Service)不能够得到很好保证。目前，西方国家的交通部门正在积极寻求可用于ITS的新的无线网络技术，因为现有的商用系统（如GSM、GPRS，甚至3G）并不能满足未来ITS无线通信系统所需的容量、可靠性和及时性需求，并且需要支付昂贵的网络费用。研究认为，多跳或分布式无线宽带接入网络因其部署简单、基础设施建设和维护费用较低等特性，被认为是较好的解决方案之一。

2.ITS无线网络技术的现状与未来

2.1 ITS无线网络技术现状

专用短程通信（Dedicated Short Range Communications，简称DSRC）是专门用于车辆通信的技术，包括车-路与车-车之间的通信。DSRC能够为系统提供高速的数据传输，保证通信链路的低时延与系统的可靠性。然而，新的宽带无线技术如Wi-Fi、WiMAX、3G、LTE-A等是否将取代DSRC，目前尚有争议。就ITS的无线网络建设，美国正在进行两个很有意义的项目：“移动千年”和“网络旅行者”。“移动千年”将设计、测试并完善一个顶级水准的系统来收集由装有智能手机GPS中所提供的位置数据等估计实时的交通状况。也可以说，“移动千年”把每一个参与实验的手机作为一个移动交通传感器来使用。

“网络旅行者”使用智能手机的GPS技术对用户进行预警。例如，当前方一英里的车辆减速或停下时，它就会提醒你准备减速。目前的研究显示，安全预警能够提高驾驶者的警觉度，并极大程度地减少追尾事故。人们可以在“网络旅行者”的页面上选择行人预警，这样当周围有行人或车辆路过时，就可以获得提醒。

2.2 ITS无线网络技术的未来预测

基于无线网状网（如在建的各种“无线城市”、“移动城市”等）的通信系统可能是最有潜力支持ITS的方法之一。图1所示为ITS的无线网状网典型结构。

3.高速铁路无线网络技术的现状与未来

3.1高速铁路无线网络技术现状

当前主要有4种无线通信技术来支持旅客信息传输，分属于德国的ICE城际快车、法国的TGV和Thalys高速列车、日本新干线和台湾高速列车。ICE通过安德鲁（Andrew）公司的车载直放站/中继站为旅客提供信息接入。TGV和Thalys利用覆盖全部隧道和车站的卫星与Wi-Fi中继站来提供无线接入（如图2）。新干线采用同轴泄漏电缆和连接中继站来提供约2Mbps的Wi-Fi接入。值得一提的是，台湾ITRI在世界上首次尝试将WiMAX宽带接入技术应用于高速铁路，在台湾高铁公司的支持下，于2008年6月4日与NTTBP、NTT和康宁等公司合作，正在探索基于移动WiMAX技术的高速铁路无线宽带接入解决方案。

以下介绍几种我们正在研究的适用于未来高速铁路的无线宽带接入方案。

3.2高速铁路直放站/中继站无线接入方案

为支持高速移动，借助专门安装的直放站/中继站来预测移动并进行切换预处理，将一到两个车载移动收发器连接到车厢的无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）中。有了直放站/中继站对边缘区域覆盖的加强作用，切换性能将得到提升。

3.3高速铁路牵引电力线耦合无线接入方案

另一种方案是如图4所示的牵引电力线耦合方案。它是将微波信号耦合到25KV的牵引电力线上，以构成一个宽带无线接入系统。利用微波的“趋肤效应”，将上述电力线作为基站天线来覆盖铁路线路是一种经济有效的方式。耦合器将基站信号馈入电力线，隔离器吸收不必要的能量以减少干扰。

4. 高速铁路分布式天线无线接入方案

高速铁路分布式天线解决方案的基本思想是在铁路沿线部署如图5所示的分布式天线系统（Distributed Antenna System，DAS）。小区内每一个带有远程处理单元（RPU，Remote Processing Unit）的天线与一个基站处理单元（BPU，Base Processing Unit）相连，用以增强铁路沿线小区边缘的覆盖，降低切换延迟/中断，同时节省传输功率。

5.未来研究方向与重点

未来的研究将主要集中在4个方面。一是高速移动环境（移动速度高于350km/h）下的鲁棒通信技术，需要考虑同步、信道估计、多普勒频移等问题。二是高速移动环境下的频谱利用率问题，包括MIMO-OFDM、协作编码、协作分集、多普勒分集等。三是高速移动环境下的移动性管理问题，包括中继辅助切换、网络编码辅助切换等。最后是基于智能手机的ITS定制服务，即增值服务。

2010-11-10

注：源自原百度博客“至美心"