種種數據也都表明，ETC網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)成為支撐數字化時(shí)代交通運營(yíng)管理的一個(gè)重要數字基礎設施。“展望未來(lái)，ETC車(chē)載單元的普及和信息交換便利性迎來(lái)了一個(gè)全新的起點(diǎn)與更廣闊的商業(yè)想象空間，ETC在智能停車(chē)場(chǎng)收費、加油站收費等支付場(chǎng)景的應用正在迅速增長(cháng)。” ADI工業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理李佳最近在一場(chǎng)活動(dòng)中指出，“安裝率近100%、2億+的汽車(chē)ETC基礎資源，正在撐起智慧交通與智慧城市的部分未來(lái)想象。”作為在射頻信號鏈領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先優(yōu)勢的企業(yè)，ADI的高速數據轉換器、PLL、混頻器等在傳統分立ETC解決方案中獲得廣泛應用，而去年集成式收發(fā)器因高集成度、精度和大動(dòng)態(tài)范圍等特性?xún)?yōu)勢在ETC路測單元中獲得更大的關(guān)注，ADI面向軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)應用的捷變頻收發(fā)器AD9364開(kāi)始“走紅”新一代ETC設計圈。

 

“ETC+”將撐起怎樣的智慧城市與智慧交通設想？

全國目前已有的2億+ETC車(chē)輛龐大用戶(hù)群，以及將車(chē)載單元OBU設置為車(chē)輛出廠(chǎng)前裝設備的大趨勢，為ETC向高速公路以外的場(chǎng)景拓展應用奠定了較好的基礎。“在未來(lái)幾年ETC也有望從高速公路不停車(chē)收費走向城市更廣泛的應用場(chǎng)景，包括在有效提升加油站通行效率、智慧停車(chē)系統與汽車(chē)后裝消費市場(chǎng)，以及實(shí)時(shí)收集城市車(chē)流量數據實(shí)現更高效率的智慧城市交通管理等方向的延伸。” 李佳指出，“ETC+”正在形成產(chǎn)業(yè)外延趨勢。

 

 

例如，國內某領(lǐng)先的智慧交通核心設備及解決方案提供商，近期提出基于5.8GHz自由流的MTC&ETC多義路徑識別系統設想，可實(shí)現當車(chē)輛行駛通過(guò)時(shí)，將路徑標識編碼寫(xiě)入OBU或CPC卡中，出口時(shí)讀取入口信息和路徑信息，從而準確識別車(chē)輛的行駛路徑，區分不同投資主體，實(shí)現通行費的精確拆分和發(fā)票打印，可以實(shí)現準確、全面、完整的高速公路交通信息采集，為智慧高速建設提供強有力的數據支撐。同時(shí)，ETC作為車(chē)輛的“電子身份證”，與大數據、人工智能等技術(shù)結合，可以對駕駛軌跡、易發(fā)事故路段、易堵車(chē)的時(shí)間段和路段等有效信息進(jìn)行統計，方便城市交通管理單位做出智慧化管理。此外，ETC在加油站等與車(chē)主服務(wù)領(lǐng)域的應用，也提供了另外一種高效快速的付費方式供消費者選擇。

 

任何技術(shù)的應用推廣是需要多個(gè)方面配合的，ETC技術(shù)在多領(lǐng)域應用涉及到車(chē)載終端OBU、路側基站RSU、軟件協(xié)議這3個(gè)方面的普及，ETC拓展應用的研發(fā)推廣則有待ETC前裝、ETC支付場(chǎng)景拓展、ETC生態(tài)圈建設等多個(gè)領(lǐng)域的完善。巨大的商業(yè)想象空間之下，OBU與RSU的可靠實(shí)時(shí)通信是實(shí)現ETC更多場(chǎng)景應用的關(guān)鍵，對ETC通訊技術(shù)也提出了更高的要求，不僅需要其能夠支撐在多個(gè)場(chǎng)景的應用，不論是低速場(chǎng)景的公路收費、停車(chē)收費，還是高速以及惡劣天氣場(chǎng)景下的流量采集，也需要開(kāi)始考慮ETC系統設計方案的尺寸、軟件兼容性與高可靠性。

 

從分立到集成，RSU以高性能做擔當

 

ETC目前主要由車(chē)輛自動(dòng)識別系統、中心管理系統和其他輔助設施組成。其中，車(chē)輛自動(dòng)識別系統負責對過(guò)往車(chē)輛進(jìn)行信息采集和處理，是整個(gè)ETC系統的核心組成，又包括了車(chē)載單元OBU、路邊單元RSU與地感線(xiàn)圈等傳感器；中心管理系統負責車(chē)輛信息的識別和與電子支付中心的聯(lián)接，其他輔助設施輔助該系統運行主要是指欄桿機、交通顯示屏等輔助設備。

 

 

據李佳介紹，雖然高速公路ETC專(zhuān)用道及ETC混合車(chē)道在現階段已大量部署，收費站ETC車(chē)道也都全部覆蓋，但其大多仍都采用的是分立式方案構建的RSU系統，在運營(yíng)過(guò)程中ETC臨道干擾與前后干擾現象也偶有發(fā)生，典型的情況包括相鄰兩個(gè)ETC車(chē)道之間的OBU與RSU天線(xiàn)相互影響、RSU與非本車(chē)道上的OBU進(jìn)行通訊并完成交易引起鄰道干擾、由于工程實(shí)施、天線(xiàn)設備覆蓋范圍大等原因引起跟車(chē)干擾，車(chē)道前車(chē)沒(méi)有扣費而后車(chē)扣費等，會(huì )引發(fā)ETC錯誤扣費情況而產(chǎn)生糾紛，在一定程度上對高速公路不停車(chē)收費發(fā)展產(chǎn)生較大的負面影響。

 

一直以來(lái)行業(yè)解決臨道干擾的主要技術(shù)措施為增加同步器，但同步器只能解決同時(shí)安裝2套同型號ETC天線(xiàn)車(chē)道的臨道干擾問(wèn)題，對三條及以上車(chē)道采用同步器不能有效解決臨道干擾問(wèn)題。因此，采用最新相控陣新一代天線(xiàn)，通過(guò)對車(chē)輛的定位技術(shù)，結合車(chē)道軟件的同步機制來(lái)解決臨道干擾問(wèn)題開(kāi)始走進(jìn)了ETC設備廠(chǎng)商的視野。“新一代相控陣天線(xiàn)采用相控陣與軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，能實(shí)現無(wú)線(xiàn)射頻波束掃描，波束可以根據車(chē)道范圍內的OBU位置進(jìn)行靈活指向，并且無(wú)線(xiàn)射頻交易區域邊界可精確設定，覆蓋位置精度高，可以使交易區域范圍內的多個(gè)車(chē)輛按照順序交易，有效防止跟車(chē)情況下后車(chē)先交易，同時(shí)通過(guò)對交易區域的設定，可以區分鄰道和本車(chē)道車(chē)輛的OBU，以防止鄰道干擾。”ADI應用專(zhuān)家何海龍表示。

 

相控陣元件基礎理論圖

 

“過(guò)去大多數RSU系統由設備廠(chǎng)商分立式解決方案進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，相控陣天線(xiàn)技術(shù)使用模擬波束賦形技術(shù)，整個(gè)天線(xiàn)都采用一組數據轉換器實(shí)現信號的非連續接收調解，對于解決極端情況下車(chē)輛實(shí)時(shí)數據采集與不停車(chē)收費仍然存在一定的不可靠性。”何海龍指出，“在面向未來(lái)巨大的ETC增量市場(chǎng)時(shí)，尺寸越小的RSU將越具有安裝優(yōu)勢，客戶(hù)也將開(kāi)始越來(lái)越多的關(guān)注高度集成度解決方案，同時(shí)采用數字波束形成技術(shù)，每個(gè)天線(xiàn)元件都有一組數據轉換器相對應，相位調整也是以數字方式完成的，具有多波束賦形的能力，可以隨時(shí)改變波束的數量。”靈活的數字相控陣天線(xiàn)調節與波束賦形技術(shù)使其成為新一代ETC車(chē)載單元與路測單元通信的核心，它提供了高效、小型化并具有高成本效益的解決方案也具有極強的吸引力，對ETC的進(jìn)一步普及起了一定的推動(dòng)作用。

 

集成化收發(fā)器解決方案，AD9364給出新一代RSU設計范本

 

“ADI最新的ETC RSU信號鏈系統級解決方案具有完整的高性能射頻和數字基帶設計，允許相控陣天線(xiàn)架構中含有多個(gè)收發(fā)器，與只用模擬波束賦形器的上一代相控陣天線(xiàn)相比，可以大大降低相控陣的成本、減小其尺寸和重量，并優(yōu)化系統功能、提高系統性能。”李佳表示。李佳提到的解決方案基于A(yíng)DI射頻收發(fā)器AD9364實(shí)現了集成化的射頻前端，一顆芯片替代了傳統分立解決方案需要的ADC/DAC、PLL、混頻器等近十多顆關(guān)鍵芯片。“傳統分立解決方案在設計和調試難度都很大，這種集成解決方案幾乎將所有射頻問(wèn)題都在一個(gè)芯片內解決了，設計大大簡(jiǎn)化并確保性能穩定性。”李佳強調道。

 

ADI新一代ETC RSU信號鏈系統級解決方案設計框圖

 

按照何海龍的介紹，通過(guò)ADI獨特的數字解調設計與降噪處理算法，RSU可以實(shí)現優(yōu)于-95dBm的極高Rx接收機靈敏度，大于80dB的動(dòng)態(tài)范圍，領(lǐng)先全行業(yè)的性能。同時(shí)，帶內小于有用信號10dB的干擾條件下，靈敏度的惡化小于6dB，鄰道大于有用信號20dB的干擾條件下，靈敏度的惡化小于6dB，進(jìn)一步提高了ETC單元的車(chē)輛信息識別準確度。“實(shí)現這樣的性能對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)并不復雜，我們提供完整的解決方案和軟件算法。”李佳進(jìn)一步指出。事實(shí)上，這對于很多缺乏實(shí)現高性?xún)r(jià)比無(wú)線(xiàn)前端的設計能力的OEM制造商來(lái)說(shuō)非常重要。

 

同時(shí)，該模塊可配置為簡(jiǎn)易儀表，直接應用于RSU產(chǎn)線(xiàn)測試，設備廠(chǎng)商則無(wú)需再單獨購買(mǎi)昂貴的RF測試設備，可編程特性也使該系統設計具有良好的兼容性。值得一提的是，由于該高度集成的RSU信號鏈系統級解決方案在尺寸控制上的優(yōu)異表現，同時(shí)提供了可集成于攝像頭內部的天線(xiàn)參考設計，可作為額外的功能模塊迅速導入攝像頭，為新一代的車(chē)輛識別攝像頭新增了另一種準確判別安裝有OBU車(chē)輛信息的途徑，同時(shí)也為道路安防機攝像頭提升了獲取信息的豐富度與準確性。

 

AD9364/61集成式射頻收發(fā)器主要性能特性

 

據李佳補充道，作為革命性的軟件無(wú)線(xiàn)電解決方案，AD9364為典型的ADI高性能集成式射頻捷變收發(fā)器系列更廣泛的應用，其實(shí)是蜂窩電話(huà)基站的軟件定義無(wú)線(xiàn)電架構，如多業(yè)務(wù)分布式接入系統 (MDAS) 和小基站單元等，此外在工業(yè)、商業(yè)應用中的無(wú)線(xiàn)高清視頻傳輸（如無(wú)人飛行器 (UAV）應用等，而在ETC RSU的應用則是AD9364作為軟件無(wú)線(xiàn)電捷變頻收發(fā)器的獨特性能優(yōu)勢應用的有一個(gè)有意思拓展。

 

總結

 

近日交通運輸部重磅公布的《推動(dòng)交通運輸領(lǐng)域新型基礎設施建設的指導意見(jiàn)》再度提及了ETC系統在眾多具體場(chǎng)景的應用方向，以推進(jìn)車(chē)路協(xié)同，對于ETC系統的的進(jìn)一步普及推廣注入了政策強針。“重點(diǎn)路段要實(shí)現全天候、多要素的狀態(tài)感知，應用智能視頻分析等技術(shù)，建設智慧路網(wǎng)云控平臺，ETC的合理運用都可以大大加速其進(jìn)程，但這也需要產(chǎn)業(yè)上下游廠(chǎng)商共同研發(fā)，更需要企業(yè)與政府部門(mén)通力合作。”李佳表示，“ADI可提供的軟硬件解決方案，包括RF架構中的集成化收發(fā)器解決方案以及基帶對信號有效調節的降噪算法等，都將助力合作伙伴大大縮短產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間并加速其推廣上市。也歡迎大家與ADI一起合作，在以識別和支付為核心的ETC服務(wù)應用后半場(chǎng)，進(jìn)一步拓展其場(chǎng)景實(shí)踐落地。”

 

 

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