專用短程通信技術(shù)在ETC中應(yīng)用問題分析

宋群棠

摘 要：本文結(jié)合了智能交通系統(tǒng)重要組成部分的電子收費(fèi)系統(tǒng)的工作原理、發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)，不停車收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、專用短程通信技術(shù)（DSRC）的通信協(xié)議和國(guó)內(nèi)外的DSRC標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，對(duì)中國(guó)的DSRC標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際主流DSRC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較，分析了DSRC技術(shù)在不停車收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并提出了改進(jìn)措施和建議。

關(guān)鍵詞：專用短程通信；ETC；應(yīng)用

1.前言

作為當(dāng)今世界研發(fā)熱點(diǎn)的智能交通系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ITS）重要組成部分的ETC技術(shù)是解決收費(fèi)道路上交通擁擠、堵塞和其它弊端，提高現(xiàn)有道路運(yùn)行安全和效率的重要手段，也是日益增長(zhǎng)的環(huán)保需要。

2.ETC簡(jiǎn)介

2.1ETC系統(tǒng)的工作原理和體系架構(gòu)

ETC的工作原理是，當(dāng)車輛通過收費(fèi)站時(shí)，它通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標(biāo)簽OBU和安裝在車輛ETC車道上的微波天線RSU收費(fèi)站。微波專用短程通信，收集支付車輛信息，使用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和銀行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和后臺(tái)結(jié)算。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要包括ETC結(jié)算服務(wù)系統(tǒng)和ETC車道系統(tǒng)。

2.2結(jié)算服務(wù)

2.2.1密鑰發(fā)行系統(tǒng)從目前來(lái)看，主要有兩種密鑰系統(tǒng)。一個(gè)是交通部的重點(diǎn)發(fā)行系統(tǒng)，另一個(gè)是各省份自己的增值應(yīng)用系統(tǒng)。建立一個(gè)完整的密鑰系統(tǒng)需要大量的資金。手動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，安全等級(jí)也較低。重點(diǎn)發(fā)行制度必須達(dá)到銀行的安全水平，對(duì)一些省份來(lái)說(shuō)不難。

2.2.2發(fā)放非現(xiàn)金支付卡和電子標(biāo)簽

將鑰匙卡連接到用戶卡和相關(guān)電子標(biāo)簽發(fā)行時(shí)，面臨的問題之一是如何更有效地整合行業(yè)內(nèi)的主流卡片和電子標(biāo)簽。在發(fā)布過程中，需要進(jìn)行安全控制，并且必須執(zhí)行多項(xiàng)認(rèn)證，以通過使用各種復(fù)雜的指令序列來(lái)不斷提高安全級(jí)別。這對(duì)系統(tǒng)開發(fā)人員的技術(shù)水平提出了很高的要求。

3.DSRC技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)介紹

3.1專用短程通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)OBU與RSU之間信息傳輸、交換的無(wú)線通信系統(tǒng)，提供了車輛信息與路側(cè)設(shè)備互聯(lián)互信的傳輸協(xié)議。

物理層規(guī)定了DSRC通信系統(tǒng)的機(jī)械，電氣，功能和過程參數(shù)，以激活，維護(hù)和釋放通信系統(tǒng)之間的物理連接。數(shù)據(jù)鏈路層開發(fā)了媒體訪問和邏輯鏈路控制方法，定義了諸如訪問共享物理介質(zhì)，尋址和錯(cuò)誤控制操作，建立和移除數(shù)據(jù)鏈路以及數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正等基本操作。應(yīng)用層在數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上提供特定的應(yīng)用服務(wù)，如實(shí)現(xiàn)通信初始化和發(fā)布過程，廣播服務(wù)支持以及遠(yuǎn)程應(yīng)用相關(guān)操作。

3.2DSRC中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)的ISO/TC204技術(shù)委員會(huì)向交通部無(wú)線電管理委員會(huì)提出了將5.8GHz頻段劃分給智能交通系統(tǒng)的短距離通信（包括ETC收費(fèi)系統(tǒng)）。中國(guó)電子收費(fèi)短距離通信標(biāo)準(zhǔn)對(duì)DSRC協(xié)議的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層作了詳細(xì)規(guī)定，并對(duì)物理層主要參數(shù)的測(cè)試方法作了相關(guān)規(guī)定。物理層技術(shù)要求包括上行鏈路和下行鏈路的技術(shù)要求。數(shù)據(jù)鏈路層需要能夠?yàn)椴煌耐ㄐ旁O(shè)備分配地址，并實(shí)現(xiàn)基于該地址的共享信道，錯(cuò)誤幀檢測(cè)和恢復(fù)以及數(shù)據(jù)流控制等子功能。數(shù)據(jù)鏈路層分為媒體訪問控制子層（MAC）和邏輯鏈路控制（LLC）子層。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鏈路層的關(guān)鍵參數(shù)，信息幀格式和封裝模式，MAC控制域，MAC子層和LLC子層。

4.專用短程通信技術(shù)在ETC中應(yīng)用問題分析

4.1ETC設(shè)備的可靠性

ETC設(shè)備的可靠性主要指OBU和RSU的運(yùn)行可靠性，包括射頻性能的可靠性和設(shè)備長(zhǎng)期使用的可靠性。與一般電子設(shè)備相比，DSRC規(guī)定的5.8GHz射頻模塊是ETC的專用微波頻段。一般消費(fèi)電子RF模塊不能滿足應(yīng)用要求。在早期的射頻模式設(shè)計(jì)中，采用介質(zhì)諧振天線方案和完全分立器件方案來(lái)實(shí)現(xiàn)喚醒和數(shù)據(jù)接收信號(hào)放大電路。由于介質(zhì)諧振天線諧振腔是開放結(jié)構(gòu)，其諧振頻率很容易受到溫度和安裝環(huán)境因素的影響，并且所有分立器件感知喚醒和數(shù)據(jù)接收信號(hào)放大電路的器件離散型可能導(dǎo)致靈敏度一致性因此，射頻模塊中的頻率精度，發(fā)射功率，接收靈敏度，喚醒靈敏度和喚醒時(shí)間等參數(shù)很容易受到溫度，濕度和安裝等因素的影響，從而導(dǎo)致較大的偏差。

4.2鄰道干擾

所謂的相鄰信道干擾是指一個(gè)通道上的RSU閱讀器讀取相鄰?fù)ǖ赖母叨薕BU，導(dǎo)致交易發(fā)生在非目的通道，影響通信效率。可能導(dǎo)致相鄰信道干擾的因素包括OBU設(shè)備的接收靈敏度，RSU設(shè)備的發(fā)射功率，諧振天線的天線旁瓣擴(kuò)散或車輛中其他無(wú)線設(shè)備的影響。圖1顯示了天線旁瓣對(duì)相鄰車道的影響。其效果是當(dāng)OBU進(jìn)入通信區(qū)域時(shí)，它開始接收RSU發(fā)送的喚醒信號(hào)和BST信息。此時(shí)，OBU無(wú)法在物理上區(qū)分這兩個(gè)通道的信號(hào)，從而第一級(jí)的后續(xù)事務(wù)處理將同時(shí)接收兩個(gè)通道。渠道的影響導(dǎo)致通信交易失敗。

另外，解決鄰道干擾的關(guān)鍵在于解調(diào)鏈路的性能。主要有兩種解調(diào)方法，包絡(luò)檢測(cè)和相干解調(diào)。ETC系統(tǒng)的誤碼率要求在10ppm以下，信道信噪比在10dB以上才能滿足要求。通過仿真分析，使用包絡(luò)檢波解調(diào)方法會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的幅度從原始信號(hào)中下降，使得信道的信道包絡(luò)變差，降低了信噪比。相干解調(diào)可以改善信道的信噪比。與包絡(luò)檢測(cè)方法相比，信號(hào)去噪和系統(tǒng)誤碼率的降低相當(dāng)少。用合理的天線設(shè)計(jì)優(yōu)化天線波瓣角度將有效地解決問題。相鄰信道干擾問題。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然當(dāng)前在DSRC設(shè)備應(yīng)用過程中會(huì)發(fā)生設(shè)備可靠性、旁道干擾和跟車干擾等問題，但是，在不考慮管理因素的前提下，上述問題都可以通過采用先進(jìn)的電子材料和集成電路、選用合理的天線諧振模塊、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的可靠性和一致性來(lái)解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 張令文，劉留，等.全球車載通信DSRC標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展及應(yīng)用.公路交通科技，2016，7（28）：71-78.