[发明专利]一种复合通行卡及其通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通领域，具体涉及对通信优化的一种复合通行卡及其通信方法。

背景技术

多义路径识别系统是高速公路联网收费的一个子系统。高速公路网错综复杂，高速入口和出口之间往往具有不同的路径选择，CPC(Compound Pass Card，复合通行卡)的目的就是判断出车辆的具体形式路径，以实现精确收费，方便高速管理。

它的实现方法是，在存在二异性的道路上架设标识点系统，基于5.8GHzDSRC技术实现ETC车辆和MTC车辆的多义性路径识别。MTC车辆在高速公路入口处领取路径识别卡，即复合通行卡(简称CPC卡)，车辆经过架设在路上的标识点时，标识点天线把路径信息写入到放在车里的CPC上。车辆驶离高速时，在收费站交还CPC卡，系统可读出CPC卡内的入口信息和路径信息，并计算费用。

高速上的车辆具有速度快的特点，经过标识点天线的时间极短，这就对CPC卡与天线的通信距离和通信时间提出了较高的要求。而且车主在领到CPC卡后，有可能会把卡片放在车内任意地方，在座位下方等距前挡风玻璃较远的位置上，对天线信号的衰减较大，并且CPC卡的放置角度是随意的。有鉴于此，CPC卡的微波唤醒和接收需要达到较高的灵敏度，同时CPC卡微波天线的方向图应该做到全向。

目前，集成芯片的技术可以保证CPC的唤醒灵敏度和接收灵敏度，但是微波天线的角度很难做到全向性特别好。

CPC卡属于电池供电设备，平时的休眠功耗很低，在低电流消耗的情况下，集成芯片的唤醒灵敏度(-60dbm)比正常工作时的接收灵敏度(-80dbm左右)差很多。CPC卡上的微波天线是封装在卡片内的，其存在增益优势方向和增益劣势方向，如图4所示为一个封装在CPC卡上的微波唤醒天线示意图，X轴为垂直于天线振子的方向，Y轴为平行于天线振子的方向，该天线在图示的X轴方向以及垂直天线所在平面的Z轴方向接收微波信号的增益较好，为增益优势方向，而在图示的Y轴方向接收微波信号的增益较差，为增益劣势方向(同一天线的增益优势方向和增益劣势方向的灵敏度差值能够达到10dbm以上)。因此，在CPC卡休眠时若存在天线微波信号的衰减较大并且天线微波信号沿着CPC卡增益劣势方向被接收的情况，则可能导致休眠的CPC卡不被唤醒，无法正常进行路径信息通信。因此，相比接收灵敏度而言，如果解决提高CPC卡的唤醒灵敏度，和优化唤醒天线的方向图，更为重要，也更有难度。

为解决上述唤醒灵敏度不高的问题，现有技术方案一是基于集成芯片的接收灵敏度可以达到较高水平设计的。由于接收灵敏度-80db左右的范围，正常工作状态下，即使微波天线的某一面增益较小，也可以满足CPC卡的接收微波信号的要求。因此产生了定时唤醒的方案，即在车主领到CPC卡后，卡上的微波收发芯片便开始每隔一段时间自主唤醒一次，使CPC卡处于正常工作状态，以接收灵敏度去接收微波信号，如果收到微波信号，微波芯片再去唤醒MCU，开启通信的交互。这样，CPC卡以接收灵敏度代替唤醒灵敏度，即使微波天线的增益劣势方向，也可以满足CPC卡高唤醒灵敏度的要求。

该方案的平均功耗较大，且与标识点天线的信号发送间隔有较大关系。因为微波芯片定时唤醒后保持接收的时间必须大于标识点天线的信号发送间隔，才能保证每次定时唤醒都能收到一帧标识点天线的下发数据帧。这样，如果标识点天线的信号发送间隔较大，则CPC卡的功耗会更大。实际测试数据显示，当定时唤醒的间隔是1s，唤醒后保持接收的时间是20ms时，CPC卡的平均功耗大于40uA。又因为电池容量的限制，这样的待机功耗，很难保证CPC卡5年的使用时间。

现有技术方案二则是在唤醒天线经过检波后输出的信号上增加运算放大器电路，使信号增强，再送入微波集成芯片，这样可以提高CPC卡的唤醒灵敏度，保证增益劣势方向也能满足高灵敏度的要求。但这种方法成本高，功耗大，而且CPC卡所有方向的灵敏度都得到了提高，本来满足要求的那个方向上的灵敏度也提高了很多，容易造成误唤醒。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本较低、功耗增加较少、PCB布板面积增加较少的复合通行卡及其通信方法，以解决因微波天线接收收益劣势方向和微波信号衰减造成唤醒灵敏度低、全向性差，休眠状态无法正常唤醒进行路径信息通信的问题。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种复合通行卡，包括：

第一微波接收唤醒天线，用于以第一角度接收微波信号；

第二微波接收唤醒天线，用于以第二角度接收同一微波信号；