【摘要】电子不停车收费是一种先进的智能收费方式，本文主要介绍了它的发展历史、市场前景及工作原理，并根据相应的标准，提出了具体的射频测试方案和协议一致性测试方案。

【关键字】ETC，ITS，OBU，RSU，DSRC

 1. ETC系统的基本概念

电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统，它的最大特点是不停车收费，从根本上杜绝收费票款的流失现象，解决公路收费中的财务管理混乱问题。

图1 ETC电子不停车收费站

ETC系统是智能交通系统（Intelligent Transport System，简称ITS）领域中的一个重要方面。由于它涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞“瓶颈”的有效手段，减少了环境污染，所以各国都把不停车收费系统作为ITS领域最先投入应用的系统来开发。，并在“十五”期间列入交通科技的技术创新重点之一。

2. ETC系统构成及原理

ETC 系统是通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。

图2 ETC系统组成及工作原理图

其中，车辆自动识别系统有车载单元(Onboard unit，OBU)又称应答器(Transponder)或电子标签(Tag)、路边单元(Road side unit，RSU)、环路感应器等组成。OBU中存有车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上，RSU安装于收费站旁边，环路感应器安装于车道地面下。中心管理系统有大型的数据库，存储大量注册车辆和用户的信息。当车辆通过收费站口时，环路感应器感知车辆，RSU发出询问信号，OBU做出响应，并进行双向通信和数据交换；中心管理系统获取车辆识别信息，如汽车ID号、车型等信息和数据库中相应信息进行比较判断，根据不同情况来控制管理系统产生不同的动作。

2.1 ETC技术指标要求

根据国家标准“GB/T20851.1 2007 年| 电子收费专用短程通信物理层，，ETC产品的物理层参数如下：

3. ETC系统的射频测试

由于ETC产品中的OBU及RSU均是无线电收发设备，所以在实际测试过程中需要采用一些专用的测试仪器来进行。对于无线电收发设备来说，常用的测试设备主要包括测量接收机、频谱分析仪、信号源、综测仪和示波器等。

依据GB/T 20851.5-2007标准，主要是针对RSU和OBU物理层参数的测试，包括 RSU发射机测试，RSU接收机测试，OBU 发射机测试和 OBU 接收机测试共4 类。其测试框图如下：

图3 ETC系统射频测试框图

3.1  RSU/OBU发射机测试

采用R&S FSV频谱仪进行RSU/OBU设备发射机测试，可以完成如下测试项目：

3.1.1  射频指标测试

射频测试主要包括：频率、频率容限、占用带宽、邻道功率及杂散发射等指标，可以采用FSV的基本射频功能完成测试，其测试结果如下：

3.1.2  调制方式、调制系数及调制速率测试

在数据率不大的情况下，采用ASK调制方式可以满足通信传输的需要。且信号占用带宽小，调制和解调的电路比较简单，容易实现。可以采用FSV-K70VSA任意矢量分析软件，对ASK信号进行解调，同时可以得到调制系数和调制速率的测试结果，如下：

图5 RSU/OBU调制方式及调制系数测试

3.2  RSU/OBU接收机测试

采用R&S SMBV100A矢量信号发生器进行RSU/OBU设备接收机机测试，可以完成如下测试项目：

下面重点介绍关于唤醒灵敏度和接收机误码率的测试方式。

3.2.1  唤醒灵敏度测试

OBU通常情况下处于休闲状态，当有车辆进入时，RSU会发送相应的唤醒信号，唤醒信号由15-17个周期的14kHz方波信号组成，ODU采用二极管检波方式，能够将唤醒信号包络检出，送给处理器进行判断，是否唤醒整个系统工作。当OBU被唤醒后，才开始加电工作，其基本唤醒信号结构如下：

唤醒灵敏度指的是OBU接收机被正确唤醒时，所接收到的最低信号电平。

使用R&S矢量信号源SMBV100A，可以产生中心频率为5.83GHz，80%调制深度的ASK信号，模拟产生14KHz方波，同时测试过程中可以通过接收机的蜂鸣器表示是否正常唤醒。

3.2.2  接收灵敏度和误码率测试

接收灵敏度是指OBU能够正确接收小信号的能力，即：满足规定误码率情况下，能够接收最小信号功率。

国标规定接收灵敏度要高于唤醒灵敏度，这样OBU被唤醒后，即使接收的信号功率发生波动，也不会造成通信中断，保证交易稳定性。接收灵敏度并非越高越好，容易引入更多的干扰。

通过R&S的矢量信号源SMBV100A选件，可以通过Data List和Control List进行FM0编码数据的导入，完成接收灵敏度测试。关于接收机误码率测试，可以使用SMBV100A-K80来完成，具体的测试框图如下：

4.  ETC系统的协议一致性测试

随着国标的发布，越来越多的厂商和科研单位开始了RSU和OBU的研发工作。为了保证各厂商及科研单位开发的RSU和OBU之间的射频性能，需要在应用前对这些设备进行协议一致性测试。

一般的通用测试设备在未配备专用软件的条件下仅可对DUT进行简单的射频指标测试，但是产品的协议一致性无法进行充分测试。为对其进行充分测试，需要提供专用测试系统或对通用测试仪表进行二次开发。

基于GB/T 20851-2007标准需求，R&S公司开发的ETC测试系统可以为相关设备测试提供整套软硬件解决方案，可同时完成射频测试和协议一致性测试需求。

ETC协议仿真器主要由射频单元、信号处理单元及主控单元三部分组成，其测试框图如下：

图7 ETC协议一致性测试系统框图

R&SETC协议仿真器既可对RSU端传输协议模拟，又可进行OBU端传输协议模拟，可方便灵活地对各种设备进行协议一致性测试，满足标准检测中心或各大生产厂商不同的测试需求。为同时满足设备射频测试及协议测试需求，ETC协议仿真器采用对通用测试仪表进行二次开发的方式实现。其中，各个部分的功能如下：

1、射频单元：包括天线、收发开关、接收链路及发射链路

主要完成射频信号外差接收及基带信号混频发射等功能；

2、信号处理单元：包括FPGA处理芯片、数字基带接口单元及多种对外接口芯片；

主要完成基带信号接收、协议解析及基带信号产生等功能；

3、主控单元：包括PC及相应控制软件。

主要完成仿真器模拟协议切换、交易过程监控显示及测试结果生成等功能。

5.  小结

ETC设备从研发到生产都需要经过认证测试，此文主要介绍ETC的原理和测试解决方案。

R&S公司基于GB/T 20851-2007物理层规范开发的ETC测试方案，可以为相关设备测试提供完整的射频测试。其中，矢量信号发生器SMBV100A用于完成系统的接收机测试，矢量信号分析仪FSV用于完成系统的发射机测试。

R&S公司根据GB/T 20851-2007 基于DSRC的ETC协议国家标准开发ETC协议仿真器，设计了大量测试用例，能够实现标准规定的协议机制、服务原语、典型交易流程等测试，保证了RSU和OBU设备协议一致性的充分测试。

6. 参考文献

[ 1 ]   VectorSignal Analyzer R&S FSV Specifications

[ 2 ]   GB/T 20851.1 2007 年| 电子收费专用短程通信物理层，

[ 3 ] GB/T 20851.2 2007 年| 电子收费基于DSRC的ETC协议国家标准，

[ 4 ] GB/T 20851.5 2007 年| 电子收费物理层主要参数测试方法，

[ 5 ]2011年第13号公告：收费公路联网电子不停车收费技术要求》

注：该文章刊登于《电信网技术》2017年1月

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