高速公路数据通信系统探析

陶宏

（南通纺织职业技术学院 江苏南通 226007）

高速公路数据通信系统探析

陶宏

（南通纺织职业技术学院 江苏南通 226007）

高效的数据通讯对于高速公路中旅客的生命安全和道路管理来说是至关重要的。本文在阐述了高速公路通信的特点，高速公路通信的组成等几个方面，详细介绍了高速公路通信系统的通信方式，这对高速公路安全的发展具有非常重要的意义。

高速公路；通信；信息

高速公路系统是一个关系到旅客生命安全的系统，路况信息的好坏和高速公路中意外事件的发生都需要有整套高效的通信系统来进行监控和调节，这些通信系统不是无线的移动通信，而是有线的视频和声频通信，通过复杂的地下光纤网，使得每一部摄像机都能够正常运转传达出第一时间的道路信息。在下面我就具体论述高速公路通信系统的特点和结构。

1.高速公路通信的特点

高速公路的通信系统不是传统意义上信号通信系统，而是一种新式的数字通信。这种数字通信是按一定规则用二进制码元表达的文字、数字和信息。然后，以数字的方式将信息传达给接收方，接收方再将数字还原成信息，进行观看和理解。这种数字通信是以传输数据为业务的一种通信方式，它具体包括以下几个特点：首先，数据通信是计算机和计算机之间的通信，计算机直接参与通信是数据通信的主要特征。“机—机”间的通信过程，缺乏人的智能识别，需要制订严格的通信协议。其次，要求高可靠性。数据字符信息含义由规定的七位码元表示，只要有一位码元在传输过程发生差错（1和0调换），接收端的理解就会与发端完全不符，导致严重后果。最后，数据通信传输速率高。目前，56kbps数码率的调制解调器已经在市场出现。因此，数据呼叫和数据通信持续时间都很短，据统计，90%的数据呼叫持续时间都在 50s以内。对于全球无线通信产业而言，如果说2009年给人们留下的最大惊喜是3G在中国全面启动，那么新的2010年无疑更加值得期待——快马加鞭的3G用户迁移和技术演进、生机勃发的中国市场、异彩纷呈的智能手机和融合终端，着眼未来的智能本和云计算，以及风起云涌的应用商店，无不酝酿着3G春天所带来的活力与希望。GSA和CDG的综合数据显示，目前全球3G用户已超过8.85亿，年增长率超过29%，全球超过80%的运营商目前都在提供3G服务。Wireless In-telligence更预测2013年全球3G用户总数有望增至24亿左右。根据Yankee Group等机构的数据，2010年全球3G手机出货量预计将首次超过GSM手机，2013年3G手机销量预计将达到10亿部，占全球手机出货量的69%。由此，3G的全球扩张将形成新的高潮。此外，亚太地区也成为 2009年全球3G增长的亮点之一。WCIS+预测东南亚有望在未来5年内成为3G终端领域仅次于西欧和北美的全球第三大市场。在东南亚及太平洋地区，3G终端年销量将保持快速增长态势，2G向3G的迁移趋势将非常明显。

2.高速公路通信系统的组成

高速公路的数据通信系统主要由三个基本部分组成，分别是数据终端设备DTE（Data Terminal Equip-ment的缩写）、数据电路终接设备DCE（Data Circuit-terminatinEquipment的缩写）和信道。

数据终端设备DTE和数据电路终接设备DCE是高速公路通信系统的两端，在双向通信中，终端兼具数据信源和信宿功能，多采用摄像机、计算机和读卡器等终端设备。这些终端系统有一个远端数据终端设备通过一条数据电路与一计算机系统相连。交通监控系统的发信终端是外场监控站的微处理器，收信终端是监控中心的主计算机。收费系统的发信终端可以是车道控制器，而收信终端将是监控楼的数据采集计算机。信道是以传输介质为基础建立的，通常可分为模拟信道和数字信道。可以利用模拟信道传输数据，但必须在发送端对原始数字信号作“数字—模拟”转换，即进行调制；在接收端则需作反变换，即解调。能既作调制又作解调的设备称为调制解调器（Modem）。一条模拟信道加上两个调制解调器就构成一条数据电路。这种情况下，Modem即为DCE。数字信道传输数据毋须调制解调器。但是，数据终端与数字信道连接时，还需配置相应的接口设备，以实现信号码型与电平的转换、收发时钟的形成与供给、线路接续与控制等等。这种接口设备就是数据信道的DCE。DTE与DC间普遍采用RS232C、RS485等串行接口。人通电话有一套固定的操作程序：呼叫方先摘机拨号，交换台接续线路，双方确认身份后再通话，听不清楚的内容可以要求对方再说一次等。数据通信全部自动，无人参加，但传输过程必须按收发双方达成的协议规则进行，否则就无法进行有效的数据通信。这些通信协议称为传输控制规程。数据电路需加上传输控制器才是数据链路，才能实现高质量的低误码率传输。规程着重解决：通信线路建立、收发双方同步、工作方式选择、传输差错检测及纠正、数据流控制等。这些工作由发、收终端的传输和通信控制器完成。按信号在线路的传输方向，通信方式也可分为：单工、半双工和全双工三种。

3.高速公路通信系统的通信方式

3.1 数据代码和数据信号基本形式。高速公路数据终端设备发出的数据信息通常是字母、数字和符号的组合。为了传输数据信息，需要用二进制码元按一定的规则组合表示不同的字母、数字和符号。这些按某种规则组合的码元称为传输代码。在通信发展历史过程中，使用过多种代码。计算机出现后，普遍使用国际5号码。我国根据5号妈制订出“信息处理交换用的七位编码字符集”作为国家标准颁布。字符集除了有字母和数字，还有图形和控制字符的代码。所有代码都用七位二进制码元表示。在传送代码时，在最后一位代码后面再加一位监督码元，共有八位。通过这种数字的传输方式实现了高速公路的信息传输。

3.2 传输差错控制技术。字符代码在传输、接收过程中，由于噪声干扰，使收到的数据出现概率性错码。差错控制就是自动检测出错码并加以改正的技术。为了发现和纠正传输过程中出现的错误码型，在发送端编码时有意给数据码元增加一些冗余码（编码），也称纠错码，这些冗余码与数据码元之间存在一定的逻辑关系，把它们一起经信道传送给接收端。接收端接收并检验数据和冗余码元间的关系（译码），然后把检验结果用约定的判定信号反馈给发送端。如发现有差错，应将差错信号帧的编号通知发送端，发送端重发有差错的信号帧。如此往返反复，直至收端判定无差错为止。这种方法称为反馈重发纠错方式，是目前用得较多的一种差错纠正技术。

反馈重发纠错方式还可以进一步细分为发送等待和连续工作两方式，前者使用较广泛。采用这种方式的发端在发完一组信息码后，就暂停发送，等待接收端通过反馈信道送回判决信号（有错或无错）和差错所在的码元组（帧编号），如有错则只重发有错的那一组码元。这种有选择的重发信组方式称为“选择重复”，传输效率较高。而连续工作则采用ARQ纠错方式，通信系统必须有相应的编码、译码硬件和一条反馈信道，即通信应为半双工或全双工方式。要有严密的传输差错控制规程，需用复杂的控制电路予以保证。

另外一种是常用纠错码，又叫字符校验。以字符为单位，若一个字符为8位，其中7位为信号码元，最后一位为附加的校验位（即监督码元），该校验位使得整个字符的8位码元中“1”“0”的个数为奇数个或偶数个。若为奇数，则称奇校验；为偶数，则称偶校验。

3.3 循环冗长余校验CRC（Cyclic Redun-dancy Check）。前面所介绍的两种纠错码都是在每一个信息字符后附加一个奇偶校验位，这样对大批量数据传输将会增加可观的额外开销；降低输效率。在网络：通信中，传输数据很多，往往采用比特流传送信息，没有必要将数据再分成；一个一个字符，因而也无法采用奇偶校验码。目前使用得较多的是循环冗余校验码（CRC）。采用循环冗余校验方式的传输比特流，称为循环冗余码（n位），由信息码（k位）加校验码（r位）构成，其中，n=k+r，信息码位数k根据信息传输的需要而定；校验位数r由传输规程确定，常用的校验位数有16和32位。校验码的检错能力与附加校验码的位数有关。CRC码产生步骤为：首先将需要传送的信息码从k位升到n位（二进码的右端补r个0）；第二步是将传输规程确定的生成多项式二进制码去除已升位的信息码（用模2运算除法），得出余数；最后将余数的二进码加到升位的二进码上就得到CRC码。所得到的CRC码应该能被生成多项式的二进码整除，没有余数。传输CRC码的纠错过程为：将编好的码组传送给收信终端，收端用生成多项式去除码组，若能整除，没有余数，则说明码组没有差错；若不能整除，则从余数的形式可判明错在那些码元，可要求重发。采用循环冗长余校验的通信系统在其发、收终端都装有循环码编码、译码器及纠错电路，目前有专用芯片可供使用。

结语

通信系统在高速公路建设行业中的不断应用，对其技术的更新有着更高的要求。只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理，为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台，才能够保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能得到发挥。

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[2]张之超.无线通信设备与系统设计大全[M].人民邮电出版社，2004.

[3]王国清，王秉纲.高速公路可持续发展探讨[A].中国公路学会 2000学术交流论文集[C]，2000.

作者介绍：陶宏（1979年-），江苏如皋人，南通纺织职业技术学院现代教育技术中心工程师，主要从事网络技术研究。

2010-08-09