ETC系統(tǒng)構(gòu)成及原理

 ETC系統(tǒng)的基本概念

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng)，它的最大特點(diǎn)是不停車收費(fèi)，從根本上杜絕收費(fèi)票款的流失現(xiàn)象，解決公路收費(fèi)中的財(cái)務(wù)管理混亂問題。ETC系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，簡稱ITS）領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面。由于它涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的回收，又是緩解收費(fèi)站交通堵塞“瓶頸”的有效手段，減少了環(huán)境污染，所以各國都把不停車收費(fèi)系統(tǒng)作為ITS領(lǐng)域最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)來開發(fā)。我國交通部門已經(jīng)把不停車收費(fèi)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用列為我國ITS領(lǐng)域首先啟動(dòng)的項(xiàng)目，并在“十五”期間列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)之一。

ETC系統(tǒng)的射頻測(cè)試

由于ETC產(chǎn)品中的OBU及RSU均是無線電收發(fā)設(shè)備，所以在實(shí)際測(cè)試過程中需要采用一些專用的測(cè)試儀器來進(jìn)行。對(duì)于無線電收發(fā)設(shè)備來說，常用的測(cè)試設(shè)備主要包括測(cè)量接收機(jī)、頻譜分析儀、信號(hào)源、綜測(cè)儀和示波器等。

依據(jù)GB/T 20851.5-2007標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)RSU和OBU物理層參數(shù)的測(cè)試，包括 RSU發(fā)射機(jī)測(cè)試，RSU接收機(jī)測(cè)試，OBU 發(fā)射機(jī)測(cè)試和 OBU 接收機(jī)測(cè)試共4 類。其測(cè)試框圖如下：

射頻指標(biāo)測(cè)試

射頻測(cè)試主要包括：頻率、頻率容限、占用帶寬、鄰道功率及雜散發(fā)射等指標(biāo)，可以采用FSV的基本射頻功能完成測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如下：

調(diào)制方式、調(diào)制系數(shù)及調(diào)制速率測(cè)試

在數(shù)據(jù)率不大的情況下，采用ASK調(diào)制方式可以滿足通信傳輸?shù)男枰?。且信?hào)占用帶寬小，調(diào)制和解調(diào)的電路比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)。可以采用FSV-K70VSA任意矢量分析軟件，對(duì)ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，同時(shí)可以得到調(diào)制系數(shù)和調(diào)制速率的測(cè)試結(jié)果，如下：

OBU通常情況下處于休閑狀態(tài)，當(dāng)有車輛進(jìn)入時(shí)，RSU會(huì)發(fā)送相應(yīng)的喚醒信號(hào)，喚醒信號(hào)由15-17個(gè)周期的14kHz方波信號(hào)組成，ODU采用二極管檢波方式，能夠?qū)拘研盘?hào)包絡(luò)檢出，送給處理器進(jìn)行判斷，是否喚醒整個(gè)系統(tǒng)工作。當(dāng)OBU被喚醒后，才開始加電工作，喚醒靈敏度指的是OBU接收機(jī)被正確喚醒時(shí)，所接收到的最低信號(hào)電平。使用R&S矢量信號(hào)源SMBV100A，可以產(chǎn)生中心頻率為5.83GHz，80%調(diào)制深度的ASK信號(hào)，模擬產(chǎn)生14KHz方波，同時(shí)測(cè)試過程中可以通過接收機(jī)的蜂鳴器表示是否正常喚醒。

接收靈敏度和誤碼率測(cè)

接收靈敏度是指OBU能夠正確接收小信號(hào)的能力，即：滿足規(guī)定誤碼率情況下，能夠接收最小信號(hào)功率。國標(biāo)規(guī)定接收靈敏度要高于喚醒靈敏度，這樣OBU被喚醒后，即使接收的信號(hào)功率發(fā)生波動(dòng)，也不會(huì)造成通信中斷，保證交易穩(wěn)定性。接收靈敏度并非越高越好，容易引入更多的干擾。通過矢量信號(hào)源SMBV100A選件，可以通過Data List和Control List進(jìn)行FM0編碼數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，完成接收靈敏度測(cè)試。關(guān)于接收機(jī)誤碼率測(cè)試，可以使用SMBV100A-K80來完成，具體的測(cè)試框圖如下：

  ETC系統(tǒng)的協(xié)議一致性測(cè)試

 隨著國標(biāo)的發(fā)布，越來越多的廠商和科研單位開始了RSU和OBU的研發(fā)工作。為了保證各廠商及科研單位開發(fā)的RSU和OBU之間的射頻性能，需要在應(yīng)用前對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行協(xié)議一致性測(cè)試。一般的通用測(cè)試設(shè)備在未配備專用軟件的條件下僅可對(duì)DUT進(jìn)行簡單的射頻指標(biāo)測(cè)試，但是產(chǎn)品的協(xié)議一致性無法進(jìn)行充分測(cè)試。為對(duì)其進(jìn)行充分測(cè)試，需要提供專用測(cè)試系統(tǒng)或?qū)νㄓ脺y(cè)試儀表進(jìn)行二次開發(fā)。基于GB/T 20851-2007標(biāo)準(zhǔn)需求，我公司開發(fā)的ETC測(cè)試系統(tǒng)可以為相關(guān)設(shè)備測(cè)試提供整套軟硬件解決方案，可同時(shí)完成射頻測(cè)試和協(xié)議一致性測(cè)試需求。 

ETC協(xié)議仿真器主要由射頻單元、信號(hào)處理單元及主控單元三部分組成準(zhǔn)檢測(cè)中心或各大生產(chǎn)廠商不同的測(cè)試需求。為同時(shí)滿足設(shè)備射頻測(cè)試及協(xié)議測(cè)試需求，ETC協(xié)議仿真器采用對(duì)通用測(cè)試儀表進(jìn)行二次開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)。其中，各個(gè)部分的功能如下： 

1、射頻單元：包括天線、收發(fā)開關(guān)、接收鏈路及發(fā)射鏈路

主要完成射頻信號(hào)外差接收及基帶信號(hào)混頻發(fā)射等功能； 

2、信號(hào)處理單元：包括FPGA處理芯片、數(shù)字基帶接口單元及多種對(duì)外接口芯片；

主要完成基帶信號(hào)接收、協(xié)議解析及基帶信號(hào)產(chǎn)生等功能； 

3、主控單元：包括PC及相應(yīng)控制軟件。

主要完成仿真器模擬協(xié)議切換、交易過程監(jiān)控顯示及測(cè)試結(jié)果生成等功能。