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系統(tǒng)的工作原理、發(fā)展狀況及趨勢，不停車收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、專用短程通信技術(shù)（DSRC）的通信協(xié)議和國內(nèi)外的DSRC標準化進程，對中國的DSRC標準與國際主流DSRC標準進行了比較，分析了DSRC技術(shù)在不停車收費系統(tǒng)實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并提出了改進措施和建議。

關(guān)鍵詞：專用短程通信；ETC；應(yīng)用

1.前言

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

2.ETC簡介

2.1ETC系統(tǒng)的工作原理和體系架構(gòu)

ETC的工作原理是，當車輛通過收費站時，它通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子標簽OBU和安裝在車輛ETC車道上的微波天線RSU收費站。微波專用短程通信，收集支付車輛信息，使用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和銀行進行數(shù)據(jù)傳輸和后臺結(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)從目前來看，主要有兩種密鑰系統(tǒng)。一個是交通部的重點發(fā)行系統(tǒng)，另一個是各省份自己的增值應(yīng)用系統(tǒng)。建立一個完整的密鑰系統(tǒng)需要大量的資金。手動收費系統(tǒng)的關(guān)鍵系統(tǒng)比較簡單，安全等級也較低。重點發(fā)行制度必須達到銀行的安全水平，對一些省份來說不難。

2.2.2發(fā)放非現(xiàn)金支付卡和電子標簽

將鑰匙卡連接到用戶卡和相關(guān)電子標簽發(fā)行時，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簽。在發(fā)布過程中，需要進行安全控制，并且必須執(zhí)行多項認證，以通過使用各種復雜的指令序列來不斷提高安全級別。這對系統(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)和標準介紹

3.1專用短程通信技術(shù)是實現(xiàn)OBU與RSU之間信息傳輸、交換的無線通信系統(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)的機械，電氣，功能和過程參數(shù)，以激活，維護和釋放通信系統(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)，尋址和錯誤控制操作，建立和移除數(shù)據(jù)鏈路以及數(shù)據(jù)錯誤檢測和糾正等基本操作。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)，如實現(xiàn)通信初始化和發(fā)布過程，廣播服務(wù)支持以及遠程應(yīng)用相關(guān)操作。

3.2DSRC中國標準

中國的ISO/TC204技術(shù)委員會向交通部無線電管理委員會提出了將5.8GHz頻段劃分給智能交通系統(tǒng)的短距離通信（包括ETC收費系統(tǒng)）。中國電子收費短距離通信標準對DSRC協(xié)議的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層作了詳細規(guī)定，并對物理層主要參數(shù)的測試方法作了相關(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)鏈路層需要能夠為不同的通信設(shè)備分配地址，并實現(xiàn)基于該地址的共享信道，錯誤幀檢測和恢復以及數(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。該標準規(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的運行可靠性，包括射頻性能的可靠性和設(shè)備長期使用的可靠性。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)計中，采用介質(zhì)諧振天線方案和完全分立器件方案來實現(xiàn)喚醒和數(shù)據(jù)接收信號放大電路。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)接收信號放大電路的器件離散型可能導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通道上的RSU閱讀器讀取相鄰通道的高端OBU，導致交易發(fā)生在非目的通道，影響通信效率?？赡軐е孪噜徯诺栏蓴_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散或車輛中其他無線設(shè)備的影響。圖1顯示了天線旁瓣對相鄰車道的影響。其效果是當OBU進入通信區(qū)域時，它開始接收RSU發(fā)送的喚醒信號和BST信息。此時，OBU無法在物理上區(qū)分這兩個通道的信號，從而第一級的后續(xù)事務(wù)處理將同時接收兩個通道。渠道的影響導致通信交易失敗。

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)方法會導致輸出信號的幅度從原始信號中下降，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)檢測方法相比，信號去噪和系統(tǒng)誤碼率的降低相當少。用合理的天線設(shè)計優(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

綜上所述，雖然當前在DSRC設(shè)備應(yīng)用過程中會發(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，提高產(chǎn)品的可靠性和一致性來解決。

參考文獻

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