电子收费之5.8GHz系统与915MHz系统的比较

文章出处：http://www.singbon.com 作者：张北海   人气： 发表时间：2011年11月04日

近一段时间以来，社会上出现了关于采用5.8GHz频段微波车辆自动识别技术（AVI）用于公路联网电子收费前景堪忧的传言，这在一定程度上阻碍了我国公路电子不停车收费技术的健康发展。为此，国家智能交通系统工程技术研究中心、ISO/TC204中国技术委员会根据中华人民共和国信息产业部和中华人民共和国交通部有关文件，确认我国公路联网电子收费车辆识别确定在5.8GHz频段已成定局，同时电子不停车收费技术将作为政府和企业提高公路收费效率的重要手段。

作为上述确认的补充，本文将从技术层面以及标准化层面，对5.8GHz AVI系统与915MHz AVI系统作一比较。

0 电子收费射频识别技术概述
射频（Radio Frequency，RF）技术被广泛应用于多种领域，如：电视、广播、移动电话、雷达、自动识别系统等。射频识别（RFID）即指应用射频识别信号对目标物进行识别。射频识别的应用领域包括：道路电子收费系统（ETC），集装箱、货物识别，出入门禁管理，铁路机车车辆识别与跟踪，商用车队管理等。

道路收费领域内的射频识别技术-自动车辆识别（AVI），主要指工作在微波5.8GHz频段的短距离（8米～30米）通信技术。国际上在自动车辆识别领域内曾经研究和使用过的频率主要有三种：915MHz、2.45GHz、5.8GHz。从已经建成的应用系统来看，915MHz系统主要应用与北美地区，尤其是集装箱识别系统。并且，近八年以来，国际上（包括美国在内）几乎再没有新的915MHz系统应用于道路收费系统。美国自身也在逐步地将应用于智能交通领域内的自动车辆识别的标准转向5.8GHz～5.9GHz系统。5.8GHz专用短程通信（DSRC）系统主要应用于欧洲、亚洲及大洋洲地区。2.45GHz系统应用相对较少，没有形成主流。

目前，国际上道路电子收费系统频点确定在5.8GHz附近已经是不争的事实，国际标准化组织（ISO）、欧洲标准化委员会（CEN）、日本、美国、中国等大多数标准化组织和国家都已将其标准确定在5.8GHz～5.9GHz频段上。

从技术上讲，5.8GHz系统相对于915MHz系统而言，无疑有着无法比拟的优势。下面将从数据传输速率、通讯距离、安全性、抗干扰性、系统可扩展性等方面对两种系统做一对比。

1 数据传输速率
5.8GHz系统数据传输速率是下行500Kbps（写入功能），上行250Kbps（读出功能）。这样的传输速率可以确保收费处理交易的正确完成，也可以在将来提供ITS领域内的其他服务。

而915MHz系统的数据传输速率分别为0.3Kbps（写入功能）和 6Kbps（读出功能）。也就是说，从单个标签上读8 Byte耗时12ms，向单个标签上写入1 Byte耗时25ms。由于系统的写入能力非常有限（通常会遇到过高错误率等问题），最后仅使用其只读的功能。这给915MHz系统在封闭式收费系统内的应用带来了巨大的障碍。

2 通讯距离
电子标签和读写器的通讯距离是ETC系统设计的重要因素。为了保障系统的能够交换更多的数据（如封闭式收费系统应用），保障较高的通行速度及较低的交易错误率，较长的通讯距离是必须的。

5.8GHz系统DSRC协议的基础技术保证其至少有10米的双向通讯距离。反向散射原理使下行和上行的通讯互不干扰，从而使得标签可以在有限的功率范围内可靠地进行通讯。因此根据反向散射原理工作的系统读和写的距离相等。

915MHz等低频点的技术则要求电子标签必须利用读写器下行通讯的能量进行上行通讯。这种方法虽然投入少，但需要比反向散射解决方案更大的发射功率。要达到有效读写距离，电子标签需要反射部分发射功率，并不断的重发数据。与电子标签通讯所需的功率与其距离的平方成反比，也就是说在一米的距离处一定的功率在10米处就减少了100倍。对于低频点的技术10米距离的可靠通讯所需的功率高达100瓦。但是发射功率越大，与使用邻近频点的设备就越有可能出现干扰的情况。

3 系统安全性
ETC系统的成败常常取决于公众对系统性能的认可程度。伪造电子标签的出现会导致用户对整个系统的不信任，甚至会严重到没有人愿意再使用这套系统。因此选择可靠、安全的解决方案至关重要。

当然安全性能需要附加的存储空间以及运算处理的能力，这会相应地增加成本。但这种成本的增加是值得的，也是相当必要的。

对于915M系统的标签来讲，由于载波频率比较低，同时其数据传输速率又比较低，故标签与读写天线之间的微波通信很容易被窃听。

由于915M的标签不支持任何有效的安全机制，如信息加密以及产生报文认证MAC码，很可能会出现伪造电子标签的情况，并且对标签进行仿造是很容易做到的。事实上，对于系统运营商来讲是几乎不可能发现这种情况的。

而基于DSRC的5.8GHz系统，在用户界面上提供了一套较完备的信息安全管理机制，包括了基于DES及Triple-DES算法的RSR对OBU 的访问许可管理及OBU对RSE的合法性认证的管理。这些安全性能，包括电子标签及智能IC卡，有一系列国际标准做保障，使它们都能符合世界范围内各国银行所要求的安全性能水平。

电子标签的防拆卸功能对于基于车辆类型进行收费的系统非常重要的。配备拆卸检测功能，能够防止在系统不知情的情况下，将标签从一辆车上拆下安装到另外一辆车上。大多数基于DSRC的5.8GHz系统的电子标签都具备非常成熟的防拆卸手段用以避免由于故意更换标签而造成的通信费款流失。而915M系统的标签则不具备类似的功能。

4 抗干扰性
系统的抗干扰性是非常重要的一个质量因素，尤其是当该系统很庞大并且邻近的频点也在使用中的情况。抗干扰性能对读取数据的准确率、写入的准确率以及通信距离有极大的影响。

目前在900MHZ频段工作的无线电设备包括GSM无线电移动通信设备、RFID设备以及用于工业、科研、医疗用途的一些设备（国际称为ISM频段）。在此频段中的890MHZ-915MHZ用于GSM系统的上行传输，即手提电话在此频段自基站发送信息，基站在此频段接收；935-960MHZ用于基站向手机发送信息。

美国AMTECH公司的IT500系列产品的通信频率在902MHz-928MHz，其电子标签会积极响应其他大功率的微波发射源，故其和手机之间产生的相互干扰有可能阻塞、中断或干扰标签与读写器之间的通讯，这种干扰对读取的准确性，特别是写入的准确程度和距离带来极大的影响。

同时，在ISM频段中为增加读取距离而加大发射功率也会为同一频段或相邻频段工作的无线通讯设备（手机）带来干扰。

由于干扰问题出现读取数据的错误率促使全世界的运营公司都在考虑将2.45GHz 以下频点工作的系统更换为5.8GHz的系统。

5 系统可扩展性
系统可扩展性意味着基于DSRC的ETC系统是完全开放的，它可以兼容从简单的只读电子标签一直到支持多种应用的更为先进的电子标签。这使得现有的电子收费系统可以轻易地扩展到其他的ITS服务领域，从而为业主运营商带来多种收入。

5.8GHz的DSRC系统可以同时兼容不同应用的电子标签而无须对已安装的基础设施（路侧天线）做任何更改。运营商可以在实施项目的初期使用只读系统，随后，根据其自身的情况来选择向系统中加入更高级的电子标签，如两片式电子标签（带有IC卡的电子标签），而不需要更换其读写天线。可以很容易地以同样的方式向后续扩展的系统提供更高的安全级别。

而915MHz系统由于其双向通信能力的低下，极大地限制了未来系统应用的扩展。

6 标准化
从目前的情况来看，对于915 MHz系统来讲，还没有一个通用的国际规范或国际标准。尽管其接口和通信协议开放了一些，但目前市场上的系统仍然属于专有系统。

对于ETC应用来讲，基于专用短程通信的系统已由ISO TC204 / CEN TC278进行了充分地标准化。5.8GHz的DSRC由完全开放的、且无需任何许可协议的三组成：

DSRC 物理层 （EN 12253）
DSRC 数据链路层 （EN 12795）
DSRC 应用层 （EN 12834 / ISO 15628）
5.8GHz的DSRC标准自1997年以来就已经稳定。大多数欧盟的成员国以及瑞士、智利、巴西、澳大利亚等国都支持DSRC标准。服从DSRC标准、用于收费服务系统已从1997年运营至今，它们应用于不同的国家，并由不同的供应商供货。

在我国，国家智能交通系统工程技术研究中心、ISO/TC204中国技术委员会负责交通专用短程通信的标准化工作。目前，基于5.8GHz的交通专用短程通信国家标准制定工作正在进行当中，物理层、数据链路层、应用层三项国标已经于2002年底完成征求意见工作，标准审批将于2003年上半年开始。

7 结论
由上述比较可以看出，5.8GHz系统相对于915MHz系统而言，有着无法比拟的优势。

首先，从技术上讲，5.8GHz系统通信距离长，通信速率高，该频段背景噪声小，干扰与抗干扰问题容易解决，系统具有相当高的安全性，易于在大规模、开放性的系统中实施。

其次，5.8GHz频段的设备供应商相对较多，这有利于我国ETC系统的设备引进，有利于降低系统成本，也有利于讲来开展智能交通领域内的其他服务。

最后，从标准化角度来讲，5.8GHz系统更符合我国相关标准化组织及技术主管部门的技术取向，同时也与国际上主流的ITS标准化体系保持一致。

勿容置疑，我国公路联网电子收费车辆识别确定在5.8GHz频段已成定局。