TDSCDMA在智能交通系统中的应用研究.pdf

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1、西安电子科技大学硕士学位论文TD-SCDMA在智能交通系统中的应用研究姓名：宋菁申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：姜建国20071204摘要摘要自上世纪八十年代以来，伴随着我国经济的飞速发展，我国社会的城市化和汽车化发展也十分迅猛，由此也带来了道路拥挤、交通堵塞和交通事故等社会问题，造成了社会效率的降低和大量社会财富的浪费。研究新型智能交通系统是解决交通问题的重要手段之一。T D S C D M A 通信系统是我国研发的具有自主知识产权的第三代移动通信系统，采用智能天线技术使得它可以提供高精度的定位服务；采用联合检测技术使得它可以在终端高速移动的条件下提供高速率数据传输服务；采用

2、时分双工技术使得它可以提供非对称业务。正是由于T D S C D M A 通信系统的这些特点，使得它特别适合应用于智能交通系统。为了研究T D S C D M A 技术在智能交通系统中的应用，本文设计了一个基于T D-S C D M A 系统的智能交通系统模型。该模型结合了T D S C D M A、卫星定位、矢量电子地图等技术，构造了一个由车载智能终端和交通服务器构成的智能交通系统，二者通过T D S C D M A 通信网络紧密结合在一起，共同完成智能交通系统的交通监控和交通诱导功能。此系统在交通监控的实时性和全面性方面大大超越了现有的智能交通系统，在交通诱导的动态化和智能化方面同现有系统

3、相比更是有了质的飞跃。同时，本系统也为交通增值业务创造了良好的应用前景。通过实地测试、系统仿真和理论计算验，证明了T D S C D M A 通信网络有能力承载智能交通系统的运行，也证明了本文设计的智能交通系统模型完全可以达成所设计的功能。最后，针对本系统的实际应用提出了下一步的工作。关键字：时分同步的码分多址技术智能交通系统地理信息系统全球定位系统A b s t r a c tA b s t r a c t3S i n c et h e19 8 0 s，a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fC h i n a Se c o

4、 n o m y,C h i n a Ss o c i a l u r b a n i z a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n to fm o t o rv e h i c l e si sa l s ov e r yr a p i d，i th a sa l s ob r o u g h tal o to fs o c i a lp r o b l e m s，s u c ha sr o a dc o n g e s t i o n，t r a f f i cj a m sa n da c c i d e n t s I tc a u s e dl

5、o w e rs o c i a le f f i c i e n c ya n dw e a l t hw a s t e r i n g R e s e a r c h i n gn e wI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m si so n eo ft h ei m p o r t a n tm e a n st os o l v et r a f f i cp r o b l e m s T D-S C D M Ai sC h i n a Sc o m m u n i c a t i o ns y s t

6、 e mw i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t so nt h et h i r d-g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m。S m a r ta n t e n n at e c h n o l o g ym a k e si tc a np r o v i d eh i g h p r e c i s i o np o s i t i o n i n gs e r v i c e s

7、；J o i n td e t e c t i o nt e c h n o l o g ym a k e si tc a np r o v i d eh i g h-s p e e dd a t at r a n s m i s s i o ns e r v i c e se v e nt h eu s e re q u i p m e n tm o v i n go nh i g hs p e e d；T i m ed i v i s i o nd u p l e xt e c h n o l o g ym a k e si tc a np r o v i d ea s y m m e t

8、 r i c a lc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s B e c a u s eo ft h e s ef e a t u r e s，T D-S C D M As y s t e mi sp a r t i c u l a r l ys u i t a b l eu s i n gi nI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m s I no r d e rt or e s e a r c ht h ea p p l i c a t i o no fT D S C D

9、M Ai nt h eI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m，as i m p l eI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e mm o d e lb a s e do nT D S C D M As y s t e mi sd e s i g n e d T h em o d e lc o m b i n e sT D S C D M At e c h n o l o g y,s a t e l l i t ep o s i t i o n

10、 i n gt e c h n o l o g y,v e c te l e c t r o n i cm a p st e c h n o l o g yt o g e t h e r,i tc o n s t r u c t saI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e mw h i c hi n c l u d i n gi n t e l l i g e n tt e r m a i n a l so nt h ev e h i h c l e sa n dt r a n s p o r ts e r v e r

11、 s，t h et e r m a i n a l sa n dt h es e r v e r sa r ej o i n tt o g o t h e rb yT D-S C D M Ac o m m u n i c a t i o ns y s t e m，t h e yc o m p l e t et h et r a f f i cm o n i t o r i n gf u n c t i o na n dt r a f f i ci n d u c t i o nf u n c t i o n T h es y s t e mi sf a rb e y o n dt h ee x

12、 i s t i n gI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m si nt h er e a l t i m em o n i t o r i n ga n dc o m p r e h e n s i v em o n i t o r i n g，c o m p a r i n gw i t ht h ec u r r e n tI n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m s，t h i ss y s t e mh a saq u a l

13、 i t a t i v el e a po ni n t e l l i g e n ti n d u c t i o na n dd y n a m i ci n d u c t i o n A tt h es a m et i m e，t h es y s t e mp r o v i d e sag o o df u t u r ev i e wf o rv a l u e a d d e ds e r v i c e si nI T S T h r o u g hf i e l dt e s t i n g，c o m p u t e rs i m u l a t i o n sa

14、n dt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n s，i tp r o v e st h a tT D-S C D M Ac o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kh a st h ec a p a b l eo fc a r r y i n gt h eI n t e l li g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m s，i ta l s op r o v e st h a tt h ed e s i g no ft h i sm o d e lo fi n t

15、 e lli g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m sc a nm e e tt a r g e tr e q u i r e m e n t F i n a l l y,f o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s，t h ew o r ko fn e x ts t e pi sp r o p o s e d K e y w o r d s：T i m e-D i v i s i o n-S y n c h r o n o u sC o d e-D i v i s i o nM u l t i

16、 p l eA c c e s s；I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m；G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m；G l o b a lP o s i t i o n i n gS y s t e m西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果

17、；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：名聋日期童照2 辜乜目 四西安电子科技大学。关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署

18、名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)套赏篓墨鐾鐾：兰一年解本人签名：笙盈导师签名：2L 1密后适镯拿望日!亨月日期一2 垒Q 旦修月目努莉岁第一章绪论第一章绪论帚一早珀化本章主要讨论了智能交通系统的概念和发展智能交通系统的意义，简要介绍了交通智能系统的历史，分析了当前智能交通系统的发展现状。结合当前T D S C D M A 技术在我国的发展和G P S 导航仪的市场现状，针对当前智能交通系统的不足提出了本文工作。1 1 智能交通系统智能交通系统(I T S，I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e

19、 m)是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。I T S 将有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量，并以推动社会信息化及形成新产业受到各国的重视。智能交通系统包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统等七大领域。在世界上，智能交通系统应用发展较快的几个方面分别是，车辆安全系统，

20、电子收费系统，道路及车辆管理系统，实时自动定位系统，商业车辆管理系统。本文研究的范围是道路及车辆管理系统，涉及到了实时自动定位系统，同时也部分涉及到了车辆安全系统。研究的重点在于T D S C D M A 系统对这些系统的支持性和承载性。1 2 研究和实施智能交通系统的意义交通问题是世界各国面临的共同问题，世界各国因为交通拥挤造成了巨大的时间浪费和能源浪费，加大了大气环境污染。我国大多数城市平均行车速度已经降到2 0 k m h以下，北京和上海的干道高峰期的平均车速在1 0 k m h 左右，和自行车的速度相当。各国都因为交通问题造成了不同程度的损失，美国每年因为交通阻塞造成的经济损失大约为4

21、 1 0 亿美元：日本东京每年因为交通拥挤造成的时间损失相当于1 0 0 0 亿美元：中国因交通拥堵每年造成的损失大约1 7 0 0 亿人民币。机动车尾气已经成为我国城市空气最主要的污染来源之一。据统计，在北京空气中的有害颗粒来源中：机动车4 0 以上，扬尘占2 0 3 0，、能源消耗占2 0，工业污染占1 0，生活污染在l O 以下。【2】汽车在等待、低速和频繁加减速状态下排放因子较匀速行驶大，造成的空气污染相对比较严重。交通拥挤和交通堵塞会造成车辆低速行驶、等待和频繁加减速，因此交通拥挤和交通堵塞会加大汽车排放对环境的污染。2T D-S C D M A 在智能交通系统中的应用研究智能交通系

22、统被视为解决交通问题的最有效的方向。研究和实施交通智能系统可以提升交通道路网时间和空间的利用效率，缓解交通堵塞和减少交通事故，从而提升整个社会效率，降低不必要的社会损耗。研究和实施交通智能系统，有助于提高交通系统中车辆的平均速度，减少加减速和等待的发生，可以大大降低车辆排污对大气环境的污染。美、欧、日是世界上经济发展水平最高的国家和地区，也是世界上I T S 开发应用的最好国家。从它们发展情况看，I T S 的发展已不仅限于解决交通拥堵、交通事故、交通污染等问题，也成为缓解能源短缺、培育新兴产业、增强国际竞争力、提升国家安全的战略措施。1 3智能交通系统的发展历史与现状智能交通系统自上世纪六七

23、十年代随着交通问题在西方发达国家的出现而起步，目前已经有三十多年的发展历史，它的发展大致经过了三个阶段：起步阶段。上世纪六十年代后期，美国运输部和通用汽车公司研发电子路线诱导系统，经过五年的研发和小规模试验后。便处于了停止状态。1 9 7 3 年至1 9 7 9 年，日本通产省进行路、车双向通讯汽车综合控制系统研发。欧洲原西德1 9 7 6 年进行高速公路网诱导系统研发计划，但在此期间因实用化技术难于实现及通讯基础设施费用过于庞大等原因，均未能实现实用化和市场化。关键技术研发和试点推广阶段。2 0 世纪8 0 年代的信息技术革命，不仅带来了技术进步，还对交通发展传统理念产生了冲击。智能交通系统

24、概念正式提出。由此开始，美、欧、日等发达国家都先后加大了智能交通系统研发力度，并根据自己的实际情况确定了研发重点和计划，形成较为完整的技术研发体系。在此阶段，各国通过立法或其它形式，逐渐明确了发展I T S 战略规划、发展目标、具体推进模式等。3】产业形成和大规模应用阶段。美、欧、日等发达国家在推动I T S 研发和试点应用的同时，从拓展产业经济视角，不断促进智能交通系统产业形成，注重国际层面竞争，大规模应用研发成果。这些国家由政府主导都成立了专门的协会支持智能交通系统的发展和应用。例如美国智能交通协会(I T SA m e r i c a)，欧洲智能交通协会(E R T I C O)，日本道

25、路交通车辆智能化推进协会(V E R T I S)。美、欧、日等发达国家和地区基本上完成了I T S 体系框架，关键技术研发已取得突破性进展，并在重点发展领域大规模应用。日本是对I T S 进行研究最早、实用化程度最高的国家。日本比较注重智能交通系统诱导设施的建设，目前已建立了较为完备的交通控制、信息服务等综合体系，并基本完成了覆盖全国的电子地图的绘制工作，有4 0 0 万台汽车导航仪在使用，其中1 2 0 万台可接收信息。美国注重I T S 安全设施建设，根据本国交通基础设施特点和实际需要，已建立起相对完善的车队管理、公交出行信第一章绪论3息、电子收费和交通需求管理四大系统及多个子系统及技术

26、规范标准。美国智能交通系统目前的重点集中在安全防御、用户服务、系统性能和交通安全管理方面。欧洲在I T S 应用方面的进展，介于日本和美国之间，其侧重点在服务应用方面，例如，开发先进的旅行信息系统(A T I S)、车辆控制系统(A V C S)、商业车辆运行系统(A C V O)、电子收费系统等方面。我国在智能交通系统领域的研究起步较晚，但随着全球范围智能交通技术研究的兴起，上世纪八十年代，我国也加快了对智能交通技术研究的步伐。一方面，北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统：另一方面，国家加大了自主开发的步伐，如国家计委、科技委组织开发的实时自适应城

27、市交通控制系统H T U T C S，上海交通大学与上海市交警总队合作开发的S U A T S 系统等；1 9 9 8 年交通部正式批准成立了I S O T C 2 0 4 中国委员会，秘书处设在交通智能运输系统工程研究中心，代表中国参加国际智能运输系统的标准化活动，现在正进行中国智能运输系统标准体系框架的研究。“十五”期间，科技部将“智能交通系统关键技术开发和示范”作为重大项目列入国家科技攻关计划。该项目包括共性关键技术、关键产品和技术开发、I T S 工程示范和相关基础研究四大类1 6 个课题。已验收课题，获国家发明专利2 3 项，制定企业标准7 项，建立跨省市国道主干线联网电子收费、高等

28、级公路综合管理、城市交通信息采集与融合等示范点1 5 个，车载安全装置等中试线3 条，生产线4 条，成果转让合同2 7 项。我国智能交通系统的发展还存在如下问题1)总体水平较低：我国的大多数城市都设立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而没有发挥应有的交通指挥控制功能，交通诱导功能也处在非常初级的阶段。同时，我国智能交通产业化程度较低，尚未形成具有一定规模的产业集群。因缺乏总体协调机构和投资机制，政府与企业间沟通不够，I T S 尚未形成I T 业的重要产业。因缺乏对智能交通产业发展前景的认识，有实力大型企业并未涉足其中，虽然有一定数量从事技术研究和产品开发公司，但规模小、产品单一，尚不能

29、形成系统化产品的研发和生产的产业链，致使我国的智能交通产业还不足以支撑未来我国智能交通系统快速发展的需求。2)体制分散，统一协调不够国家虽然成立了智能交通系统协调指导小组，但协调机制还不完善，协调力度不够。从体制上看，系统建设和营运管理面对不同行业，城市交通管理系统建设和营运管理权责属公安交管部门或城建部门，公共交通属市政管理部门或建委，高速公路交通管理系统，营运管理属收费道路公司和交通路政部门，商用车管理属交通运管部门。不同运输方式行业管辖部门不同，制度不同，信息也不能及时沟通，使I T S 所要求的数据可相互交换、设备可相互联结、运作可相互操作的目标相差极大。因此，必需建立合适的法规和制度

30、，建立横跨行业协调机构，规定行业管辖权责，否则I T S 建设就无4T D-S C D M A 在智能交通系统中的应用研究从谈起。3)引进太多，创新不够等问题我国的北京、上海等大城市的智能交通系统都是从国外引进的，今年来有些城市又从欧洲和日本引进了R D ST M C 等已经逐渐在欧洲和日本淘汰的技术。由于投入的资金和技术力量有限，我国在智能交通系统方面的研究，多数是针对引进系统的改善，鲜有突破性的进展。1 4 本文的选题背景目前欧洲和日本的智能交通系统使用R D S(R a d i oD a t aS y s t e m)T M C(T r a f f i cM e s s a g eC h

31、 a n n e l)系统作为交通信息发布手段，因为R D S 为单向传输系统，目前这些国家正在着手为智能导航系统开发专有的微波通信系统，以实现智能交通系统的双向通讯。我国的部分城市也引入了R D ST M C 系统，I T S C 也在制定智能交通系统的通讯协议。R D ST M C 是单向低速的通信系统，目前已经无法满足智能交通系统的需要，因此，在智能交通系统中引入新的通讯系统的需求已经非常迫切。而建立专用的通信系统的方式，是一种重复建设的浪费行为。专用通信系统的维护和使用成本过高，大大增加了交通部门和用户的负担，这种方式已经在我国的铁路系统和电力系统建设中被证明是失败的。我国自有知识产权

32、的3 G 通信系统一T D S C D M A，目前已经进入建网实施阶段，实验网络基本建设就绪，北京、上海、广州、青岛等十个城市的实验网络基本建成。我国为T D S C D M A 系统分配了1 5 5 M H Z 的频宽，使得T D S C M D A 系统有足够的频宽同时承载语音服务、多媒体服务、数据服务和智能交通系统的通讯。在移动通信建网的实践经验表明，移动通信热点往往同时也是交通热点。T D S C D M A 系统是我国自有知识产权的通信标准，其中的关键设备和软件技术都为国内厂商开发，有利于保证国家的交通安全和战略安全。T D S C D M A 是数字通信系统，数据传输速率远高于R

33、 D S 系统和第二移动通信系统，演进到H S P A(H i g hS p e e dP a c k e tA c c e s s，高速分组接入)和L T E(L o n gT e r mE v o l u t i o n，长期演进，准“4 G”)后，数据传输速率更高。T D S C D M A 系统是移动通信系统，即使在终端高速移动的情况下也有比较高的数据传输率。目前T D S C D M A 系统正处于试验网建设阶段，在这个阶段研究和实验T D S C D M A 系统在智能交通方面的应用具有非常重要的现实意义和战略意义。以T D S C D M A 系统作为智能交通系统的通信系统还有助

34、于推动3 G 在我国的发展。目前世界上的第三移动通信运营商大多处于亏损状态，将T D S C D M A 系统应用于智能交通系统，为T D S C D M A 系统找到新的应用，有利于我国T D S C D M A 系统运营商早日实现盈利，更好地推动T D S C D M A 系统的运营，实现T D S C M D A 系统的推广。在目前的智能交通系统中，交通监测最常用的几种方法有人工监测、地埋感应线圈、第一章绪论5超声波检测、激光探测、视频检测、拍照监测等。这些检测方法都是被动的检测方法，都是对指定点采样取得的，无法做到面的监测，遇到高峰期、夜晚、大雾、大雨，这些检测方法的检测效果就要大打折

35、扣。另外，这些方法比较适用于人口密集的城市，对于省道、国道、高速公路上的监测显然要弱许多。如果每个参与交通系统的车辆都能主动地向系统回报自己的交通参数，如位置、行驶速度、行驶方向、车辆特征和车辆状态等，系统就可以更准确地监测交通的状况，而且不受气象条件影响，在较广的区域内灵活地实施交通监测，而不是目前的城市道路中的某些固定地点。如今，在T D S C D M A 技术、G P S 技术和G I S 技术的支持下，这一功能的实现已经成为可能，我国的智能交通系统多数以监测为主，控制和诱导功能比较弱。控制主要以交通信号灯控制和交通警察人工控制来进行。这种控制方式效率比较低，对全局性交通状况的反应比较

36、慢。诱导主要以交通广播和路边大型交通信息电子显示屏为手段，这种方式信息停留时间比较短，准确性不高。对交通路线不熟悉的驾驶员来说，这些信息基本上没有帮助。在本文设计的基于T D S C D M A 系统的交通智能系统中，整个交通系统是互联互通的，系统可以依据交通的全局状况控制交通信号灯，发送全局交通信息给指挥交通的交通警察，从而达到全局性的交通控制。在本系统中，所有的诱导信息都实时发送到车载智能终端存储起来，由智能终端依据诱导信息和导航信息，为驾驶选择最佳路线，指导驾驶员驾驶，提高了诱导信息的有效性。随着I T 技术的发展和进步，车载智能终端的技术不断成熟，价格不断下降，使得大多数车主都可以承受

37、车载智能终端的支出。我国庞大的车辆拥有量，使得智能交通系统的用户数量基数非常庞大，系统的使用率将会非常高，用户的均摊使用费将会非常低，使得广大的普通车主都可以承受。我国近三十多年在地理信息方面的大力投入，使得我国的地理信息系统得到了长足的发展，高精度的商业矢量地图的精度已经可以达到l：5 0 0 0，其精度已经完全满足交通智能系统和车载导航的需要。我国的中央集权制度，严格的车辆牌照发放制度和审验制度，使得车辆智能终端的安装和实施相对要容易得多。1 5 本文工作针对我国目前的智能交通系统中，车辆智能化程度低，车辆与交通系统间缺乏有效通信手段，交通监测方法相对落后，监测点少，交通诱导方法落后的现状

38、，本文在我国自有知识产权的第三代移动通信网络-T D S C D M A 通信网络的基础上，设计了一个智能交通系统模型，以研究T D S C D M A 通信技术在智能交通系统的应用。本文在T D S C D M A 移动通信终端的基础上开发了车载智能终端，利用T D S C D M A 通信网络6T D S C D M A 在智能交通系统中的应用研究将智能交通系统和装有智能终端的车辆连为一体，加强了智能交通系统的交通监测功能、交通控制功能和交通诱导功能，并为以后提供其它增值服务提供了基础。本文主要完成了以下工作：1)在T I)S C D M A 移动通信终端的基础上，结合了T D S C D

39、 M A 技术、卫星定位技术、矢量电子地图技术、导航技术、车载网络通信技术等，设计了车载智能终端的软硬件。2)建立与T D S C D M A 核心网连接的智能交通服务器，收集接入T D S C D M A 网络的智能终端的实时交通参数，进行分析和处理，实现对交通系统的实时监控。将控制信息发往交通信号控制系统，控制交通运行状况；将控制信号状况发往车载智能终端作为驾驶员行驶的参考信息；将交通运行状况信息发往交通诱导服务器，作为交通诱导依据。3)建立与T D S C D M A 核心网连接智能交通诱导服务器，向车载智能终端发送交通诱导信息，诱导车辆按最佳交通方案行驶。存放最新交通矢量地图，向智能终

40、端提供地图更新服务。4)在商用交通电子地图上增加交通控制图层和交通诱导图层，以使实现交通控制和交通诱导功能。5)设计了基于T D S C D M A 系统的智能监测通信协议及智能监测基本算法。6)设计了基于T D S C D M A 系统的智能诱导通信协议及智能诱导流程，并给出了诱导算法。7)讨论了有关增值服务的模式。为了验证本文设计的系统，进行了外场测试和系统仿真。外场测试和系统仿真的结果证明了本系统的有效性、可行性和可靠性，证明了T D S C D M A 技术在智能交通系统应用方面大有用武之地。本文的部分成果和技术在本公司的煤炭项目中得到了实际应用，获得了比较好的反响，为T D S C

41、D M A 实现盈利开辟了一个新的途径。第二章技术基础第二章技术基础 帚一早投小昼啊面突破性的设计必须采用突破性的技术，本文的设计采用了目前发展最迅速的电子、通信、地理信息系统方面的技术，并将这些技术有机地结合在一起，形成了一个全新概念的智能交通系统，推动智能交通系统发展的同时，也推动了这些相关技术的发展。2 1 第三代移动通信系统第三代移动通信系统即I M T 2 0 0，是国际电信联盟(I T U)2 0 0 0 年5 月提出的第三代移动通信无线接口规范，欧洲电信巨头称其为“U M T S”，即通用移动通信系统。I M T 2 0 0 0 的目的在于全球使用统一的频率、统一的标准、实现全球

42、漫游和提供多种业务。I M T 2 0 0 总共包括了五个大的标准体系，其中T D S C D M A、W C D M A 和C D M A 2 0 0 0三个标准最有优势。2 1 1T D S C D M AT D S C D M A(T i m e D i v i s i o n S y n c h r o n o u sC o d e D i v i s i o nM u l t i p l eA c c e s s)系统是T D M A 和C D M A 两种基本传输模式的灵活结合，是由中国无线通信标准化组织(C W T S)提出并得到I T U 通过的3 G 无线通信标准。该标准受到

43、各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持T D S C D M A 标准。T D S C D M A 的关键技术，如：时分双工、智能天线、联合检测、上行同步、动态信道分配、接力切换和软件无线等，使得系统的容量、性能有了很大的提升。T D S C D M A系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量语音、数据和多媒体业务。通过近几年业界的共同努力，T D S C D M A 产业链已经初步成熟，其规模还在不断扩展和壮大。产业链各个环节的厂商都陆续推出了自己的商用产品，从2 0 0 6 年6 月开始在北京、保定、青岛、上海、广州等五个城市建立实验网。由大唐和中兴合建

44、的韩国T D S C D M A 试验网也于2 0 0 7 年7 月建成。T D S C D M A 特别适合用作于智能交通系统的通信手段，是因为它有以下优点：1)智能天线技术在定位方面有独特的优势，适合在G P S 信号弱的地方作为补充定位方式。2)T D-S C D M A 频宽利用率高，特别适合用在人口密度高的场合，同样也适合载有车载智能终端的车流密集的地方。3)频谱资源利用率高，上下行带宽自动调整，适合智能交通系统智能终端与智能服务器的信息传送。8T D-S C D M A 在智能交通系统中的应用研究4)支持同步模式，有利于收集同步交通信息和同步处理。5)永远在线，有利于实时传送交通信

45、息。6)T D S C M D A 系统在我国分配了较大的频宽，1 5 5 M H z 的频宽可以容纳更多信道，甚至可以开辟智能交通系统专用信道。7)通信热点与交通热点基本重合，T D S C D M A 系统支持智能交通系统不需要专门增加额外的N o d e B，可以避免重复建设，降低智能交通系统的建设成本。8)依据目前的规划，T D S C D M A 系统将会覆盖全国包含城市、农村和L I J 区，这样可以保证我国的智能交通系统将来可以覆盖到全国，而不是目前仅仅覆盖城市区域。2 1 2W C D M AW C D M A 即W i d eb a n dC D M A，也称为C D M A

46、D i r e c tS p r e a d，意为宽频码分多重存取，其支持者主要是以G S M 系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的N，丌、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的G S M 网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而G S M 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接收度预料会相当高。因此W C D M A 具有先天的市场优势。2 1 3C D M A 2 0 0 0C D M A 2 0 0 0 也称为C D M AM u l t i C a r r i e r，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、

47、朗讯和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频C D M A O n e 数字标准衍生出来的，可以从原有的C D M A O n e 结构直接升级到3 G，建设成本低廉。但目前使用C D M A 的地区只有日、韩和北美，所以C D M A 2 0 0 0的支持者不如W C D M A 多。不过C D M A 2 0 0 0 的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3 G 手机已经率先面世。2 2 卫星定位系统自1 9 5 7 年1 0 月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，众多的科学家就展开了对人造卫星在定位方面的研究。从1 9 6 4 年研制成功的第一代卫星导

48、航系统子午卫星导航系统(N N S S)，到1 9 8 8 年生产试用的第二代卫星导航系统全球定位系统(G P S)，美国在这方面的研究和应用一直处在世界前列。看到卫星定位系统的巨大的战略价值和商业前景，世界大国也竞相加入此方面的投入和竞争。耳前世界上在应用的或在建设中的卫星定位系统均为第二代卫星定位系统，这些系统有美国的G P S、俄罗斯的第二章嵌入式系统及其微处理器9G L O N A S S、欧盟的G N S S 和中国的C N S S，在实际应用方面以美国的G P S 应用最为广泛和成熟。2 2 1 全球定位系统(G P S)全球定位系统(G l o b a lP o s i t i

49、o n i n gS y s t e m)是美国从本世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。全球定位系统的空间部分使用2 4颗高度约2 0 2 万千米的卫星组成卫星星座。2 1+3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为l l 小时5 8 分，分布在六个轨道面上(每轨道面四颗)，轨道倾角为5 5 度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星(最多可以达到1 2颗)，并能保持良好定位解算精度的几何图形(D O P)。这就提供了在时间上连续的全球导

50、航能力。G P S 的基本定位原理是：卫星不问断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。G P S 系统1 9 9 4 年建成并投入使用，由于对普通用户采用了选择性可用(S A)干扰机制，因此普通用户的定位精度只能达到1 0 0 米左右，2 0 0 0 年迫于俄罗斯的G L O N A S S的竞争压力，2 0 0 0 年6 月美国军方宣布已掌握技术可对局部敏感地区的G P S 定位进行S A 干扰，而不需要对全球继续进行全面的S A 干扰，以提高商业G P S 系统的定位精度。目前G P S 系统的定位精度可以达到1