【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及移动通信，具体涉及一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、etc是目前世界上最先进的路桥收费方式，通过安装在车辆上的车载电子标签(obu)与在收费站车道上的路侧单元(rsu)之间，利用专用短程通讯技术(dsrc)实现信息交互，然后通过计算机联网与银行进行后台结算处理，从而达到不停车而交费的目的。
2、目前为止，etc系统的搭建都会避开隧道环境，而在钢壳隧道环境中，etc收费的误交易和交易成功率低的问题会显著存在，造成这些问题的主要原因主要是钢壳隧道环境中无线电信号传播规律难以预测，电磁波的反射、干扰等会造成如下各种问题：
3、1、钢壳会使信号反射，使信号覆盖范围加大，造成误交易或漏交易，这个问题将可能会导致如下几种情况：
4、1)交易距离过远，进而造成重复交易的问题
5、路网现存obu/cpc(compound pass card,高速公路复合通行卡)接收灵敏度不同，在实际应用中极端情况下可达数百米，在隧道内会进一步加长。这将导致obu和cpc卡在距离rsu较远处即被唤醒交易，存在重复交易的风险。
6、2)多标签碰撞干扰
7、由于在相对封闭的环境内，信号覆盖范围较大，当大量obu和cpc被唤醒时，会造成公共上行链路阻塞，易产生漏交易，对交易成功率影响较大。
8、2、金属内壁对电磁波的强烈反射所带来的多径效应会造成很长一段距离上存在频繁的信号的深衰落，接收功率的连续起伏会造成rsu与obu/cp
9、3、隧道环境内多种无线设备的电磁干扰也将会对etc的信号传播造成一定的影响。例如，如果干扰信号将obu/cpc唤醒，造成obu/cpc电量过度消耗，同时在路网现存的obu/cpc中，部分存在耗电保护功能，当其连接被干扰唤醒且达到一定时间，obu/cpc将自动进入休眠保护，长达数分钟，在此期间正常的信号无法将其唤醒，若此时车辆经过etc门架，则无法完成交易。此外，干扰信号的存在将会导致rsu、obu/cpc接收信号的性能变差，这样便会造成设备的交易距离变短，从而车辆通过etc门架时的交易成功率会下降。
10、目前对隧道场景下的etc系统部署优化的研究尚且存在空缺，但针对公路场景下存在的其他问题存在一些现有的解决方案。
11、为了解决混合车道通信成功率低的问题，申请公布号为cn113706731a的专利申请，公开了一种“etc集成天线功率自适应调整方法和装置”，其etc天线接收雷达发送的车辆数据，并根据车辆数据调整发射功率，建立与目标车辆的通信。但是由于只是单一地调整发射功率，导致未能充分利用etc系统参数的自由化，优化效果还有提升的空间。
12、为了解决邻道干扰问题，申请公布号为cn108964735a的专利申请，公开了一种“一种etc相控阵波束赋形系统、方法及路侧装置”，其方法无需采用专用的硬件和射频芯片，具有灵活性。但是由于没有利用无线信道信息，导致无法应用至隧道场景。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法、系统、设备及介质，通过实测的全金属隧道环境下的etc通信系统无线信道数据，构建rsu部署参数与obu接收功率之间的数学关系式，并以最大化期望范围内obu接收功率同时，最小化非期望范围内obu接收功率为目标，以rsu部署参数为优化变量，以rsu实际部署的客观限制为约束建立优化问题，利用改进的nsga-ii算法对优化问题求解进而得到etc系统部署优化参数，最终为etc系统的rsu部署给出参数优化建议，降低误交易风险、提高交易成功率、精准控制覆盖范围。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法，包括以下步骤：
4、步骤1：针对全金属隧道场景，进行无线信道测量，针对etc通信制式，通过测量数据建立确定性无线信道模型，表征rsu架高h、rsu天线倾角为δ、rsu发射功率为p、rsu天线阵元间距为d、波束赋形权值w与obu接收功率px之间的数学关系；
5、步骤2：基于步骤1的数学关系，以最大化期望范围内obu接收功率同时最小化非期望范围内obu接收功率为目标，建立优化问题模型；
6、步骤3：利用改进的nsga-ii算法对步骤2建立的优化问题模型进行求解，得到etc系统的部署参数。
7、所述的步骤1具体包括以下步骤：
8、通过无线信道测量，得到测量数据包括：信道路径损耗、阴影衰落、时延扩展、角度扩展、莱斯k因子，通过测量数据在wireless insite中建立确定性无线信道模型，分别在不同的rsu架高下使用确定性无线信道模型生成对应的多径情况，包括：每条径的功率、方向和相位，使一个rsu的架高h对应一组信道多径分布情况raysh；
9、在rsu侧，ny×nz的天线阵列上，ny代表每一行的阵元数量，nz为行数，每一行的ny个阵元的波束赋形权值为w1＝[w11 w12 ...... w1ny]，在此基础上，对nz行子阵进行移相，波束赋形权值为w2＝[w21 w22 w23 ...... w2nz]，综合波束赋形权值w表示为：
10、w＝w2t×w1，
11、设定rsu架高为h、rsu天线倾角为δ、rsu天线阵元间距为d，则目标位置x处的多径组成的集合，集合中径的总数量为lx,h，集合中每一条径的离开方位角为θl,x,h、离开俯仰角为相位为φl,x,h，对应的天线的导向矢量表示为：
12、
13、设定rsu发射功率为p，则确定性无线信道模型在x处自动生成对应的每一条径的幅值al,x,h,p，幅值al,x,h,p取值由rsu的发射功率p决定；在第k个阵元处，发送信号表征为：
14、
15、通过波束赋形权值w进行波束赋形后，总信号可以表示为：
16、
17、根据总信号积分，得到位置x处的obu接收功率px为：
18、
19、所述的步骤2具体包括以下步骤：
20、根据不期望etc功率覆盖的区域范围的位置集合xunexpected，即etc功率抑制区的位置集合，最小化集合内接收功率均值；同时对于期望etc功率覆盖的区域范围的位置集合xexpected，最大化集合内接收功率均值，优化问题模型表征为：
21、p1:
22、p2:
23、s.t.c1:|w(k)|＝1,k＝1,...,ny*nz。
24、所述的步骤3具体包括以下步骤：
25、步骤3.1：根据信道测量结果，包括信道的路径损耗指数、均方根时延扩展和均方根角度扩展，找到etc通信受到的多径效应的影响相对较为减弱的rsu架高h和rsu天线倾角δ，作为初始种群的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括以下步骤：
5.基于权利要求1-4任一项所述的一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化系统，其特征在于，包括：
6.一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化设备，其特征在于，包括：
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种全金属隧道环境下的ETC系统部署优化方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种全金属隧道环境下的etc系统部署优化方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，李迪，郜烨帆，姜广泽，宋宇晨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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