RSU在电子不停车收费ETC系统中的设计

　　我国ETC自国家标准颁布实施以来，经过两三年的发展。目前为止市场上已经出现了十几家的产品提供商，基本形成了多厂商竞争局面。因为ETC的方便快捷，赢得各地业主的一致好评，各地建设力度与日俱增，目前国内绝大部分省市已经建设开通ETC车道，截至目前，全国已建成超过1700条ETC车道，用户接近100万。但是客观上说各家厂商的技术水平参差不齐、产品技术成熟度不一样。因此整个行业仍然处于在摸索中不断的试错与被教训，以及从教训中获得成长的初级发展阶段。握奇OBU使用的是集成芯片的方案，保证了产品可靠性、稳定性，及产品的一致性。以前曾经专门写过关于OBU集成芯片方案的可靠性设计，本文重点介绍下ETC系统中的另外一个重要设备——RSU。RSU是路侧单元，架在收费站龙门架上，车辆通过收费站时，车内的OBU就是与路侧的RSU进行通信，完成扣款操作。所以RSU在整个电子不停车收费系统中扮演着举足轻重的角色。从RSU的设计技术方案来讲，从系统功能、性能、环境适应性、可维护方案几方面阐述。

　　1、系统功能性设计：

　　1.1分体设计，方便灵活：路侧设备采用单元化、模块化设计，将整个RSU分为天线端和机柜端两个部分。微波射频模块位于天线端，避免了馈线过长引起的信号损耗，保证了接收灵敏度和发射功率满足国标要求并留有裕量；数据调制与解调、编码与解码模块位于天线端，使用高效率的并口传输，缩短处理和传输时间；PSAM卡安装在机柜端，由测试状态进入到运营状态时，更换PSAM卡无需将天线端拆下，避免再次调整天线角度，使得操作更加方便、简单、快捷；各种状态指示和检测模块位于机柜端，方便检测人员快速、准确的判断设备工作状态，进行故障诊断。 

　　1.2多级功率调整，通信区域控制精确：发射功率能够根据实际应用情况实时调整，通过更改软件配置参数实现多达64级的调整范围，调整范围更大，调整步进更加精细，使得通信区域的控制更为精确，降低邻道干扰的影响。 

　　1.3多频配置精确，适应不同应用：采用频率锁相技术与温度补偿技术相结合的方式，使得工作频点更加稳定。可编程锁相技术让频率设置更为方便，只需改变软件设置参数，即可实现不同工作频率的转换。除包含国标目前规定的两个频点外，频率设置的范围更大，为邻道设置、协议变化等导致的频点增加等问题提供解决方案。 

　　1.4丰富通信接口，满足各种应用：具备丰富通信接口方式，包括网络接口和RS232/485接口。网口通信方式传输速度快，可以缩短交易时间，提高通行速度。同时有利于实现组网功能和远程控制。RS232/485接口能兼容现有大多数车道设备，使用方便，满足各种应用条件的使用要求。 

　　1.5标准化设计，符合互联互通要求：设计上，物理参数和协议上完全符合国标GB/T 20851-2007，同时又保证了满足特殊需求的灵活性。设备通过了国家交通部组织的互联互通测试，在满足国家标准的同时，具有良好的兼容性和互操作性。另外，在设计上采用了更为灵活的技术方案，技术参数和协议可快速跟踪国标升级，或根据各地业主的实际应用需求进行个性化定制，更具应用性和兼容性。 

　　1.6先进系统架构，方便用户定制：采用先进的嵌入式LINUX操作系统，可以方便的进行文件管理、内存管理、网络管理、远程更新和应用扩展，而且能够实现脱机交易。同时，能够根据应用需求在不改变主要流程的情况下，通过增加程序模块实现快速功能扩展。通信协议上采用先进的层次结构和组件架构，满足国标要求，并可以快速、准确的为各种地方需求做出定制，并保证其稳定性和可靠性。 

　　1.7软件接口丰富，适应各种通信需求：具有基于专用短程通信（DSRC）应用层和设备应用服务原语进行封装的应用编程接口（API）函数方式，以动态／静态库的形式提供，支持Linux操作系统。具有基于具体ETC 应用流程（包括ETC 车道交易、电子标签初始化发行等）的集成命令接口方式，以接口数据帧格式的形式提供。具有透明传输接口，可实现ETC流程完全PC控制工作方式。具有丰富的调试命令接口，可通过网络用命令行的方式调试设备。 

　　1.8丰富通信协议，适应各种需求：支持TELNET，SOCKET，TCP/IP等网络通信协议，适合于多种复杂环境的需求，并且硬件无需改动。 

　　1.9多路信号采集，支持不同工作方式：支持多种工作模式，如触发模式：RSU设备预留多路信号采集接口，可以将地感线圈触发信号直接送入RSU，自主启动工作；常开模式：RSU设备一直处于工作状态，搜索合法的标签进行交易通信；人工控制模式：由车道计算机发出命令，控制RSU开始工作。

　　2 系统性能设计：

　　2.1天线覆盖精准，调整方便：采用微带阵列天线作为微波信号的收发天线，通过精确的天线阵列分布计算和独有的旁瓣抑制手段，将天线波束水平主瓣控制在21°以内，旁瓣电平抑制超过-19.3dB。严格控制波束覆盖的范围，保证投射到车道上的通信区域宽度在3m以内，泄露到相邻车道的信号功率及其微弱，最大程度的抑制了“邻道干扰”。RSU天线纵向覆盖范围可以通过天线俯仰角度和发射功率进行精确调整，保证通信区域的长度满足交易要求，减少了跟车干扰的可能。 

　　2.2功率控制精确，分辨率更高：采用数字功率控制方案，进行远端RSU发射功率的控制与调整，能够实现功率多达64级步进调整，调整步进更为精确，可以实现通信覆盖范围的细微调整，有效控制交易通信区域，抑制邻道干扰。 

　　2.3高速处理芯片，交易速度快：采用技术先进的高速芯片ARM和FPGA进行数据分析和处理，在保证稳定性和可靠性的前提下，大大提高了数据处理速度， 降低了交易数据处理时间，提高车辆通行速度。

　　3 环境适应性设计

　　3.1先进的EMC设计，适应各种电磁环境：RSU系统的电磁兼容性（EMC）是系统能够在各种复杂的电磁干扰恶劣环境中，能够正常稳定的完成交易的一项关键指标。它不仅关系到产品本身的工作可靠性和使用安全性，而且还可能影响到其他设备和系统的正常工作，关系到电磁环境的保护问题。我国政府和ETC国家标准认证中心对电子产品的EMC指标有明确且严格的指标要求。采用先进的EMC设计理念，具有超强的抗电磁干扰能力，能够在日益复杂恶劣的外界电磁环境中正常使用。同时，对外的电磁能量辐射严格按照有关国家标准控制，在系统交易覆盖范围以外的电磁辐射量做到在同行业中最低。产品通过握奇智能科技内部的相关EMC测试。该测试标准比国家标准更加严格。 

　　3.2自动温度补偿设计，适应更宽温度范围：凭借十几年来在RF系统方面的研发创新积淀，在RSU上采用了先进的自动温度补偿控制系统，在外界高低温度剧烈变化的环境中，通过该控制系统为设备的正常稳定工作提供了可靠保障，有效的保证了RSU各项指标不受环境温度变化的影响，从而保证RSU的天线覆盖范围不受环境温度的影响，稳定可靠。其中最为关键的RSU发射功率和频率，RSU通过内部高低温度环境交替剧烈变化测试实验证明：在-40℃--+85℃温度环境交替变化时，交易稳定正常。 

　　3.3防尘防水防震设计，适应恶劣环境：设计理念先进，分体设计结构分为天线端和机柜端。具有方便灵活的安装，操作特点。天线端安装完成后，其他一切操作由远端机柜控制调试设置，并控制使用，同时，天线端具有高等级的防尘、防雨和抗震能力，真正做到免维护。即：可以完全防止外物及灰尘的侵入，防止来自各方向喷射出的水进入。可以无防护的应用于室外，可安全可靠的工作在高速公路收费岛附近灰尘密布，气候恶劣的室外环境。机柜端置于控制室，操作上做到“足不出户”即可实现各项使用控制的完成。两端的链接采用单根通讯电缆航空接头，将供电与数据线包含于内，安装极为方便、简单、快捷。并且供电采用24V DC，使用安全。 

　　3.4防雷、防静电设计，适应雷雨环境：RSU本身具有突出的防雷能力，在不加外部防雷器件的情况下即可防冲击电流10KA以上。

　　4 系统可维护性设计

　　4.1单元模块化设计，维护快速便捷：采用单元模块化设计，这种方案结构简单，易于维护。由于采用分体设计，将PSAM卡置于机柜端，更换PSAM卡时无需将天线端拆下。同时，机柜端能够监控天线端各部分的工作状态，易于快速故障诊断和定位。模块化设计使得维修能够在最短时间内完成，减少对车道正常通行的影响。
　　4.2支持网络功能，实现远程管理：支持网络功能，可通过网络管理工具对设备进行配置和组网管理。组网内所有RSU可以通过网络配置软件或本地命令调试工具进行远程管理，包括程序更新、故障诊断、数据监控、参数配置等功能。
 
　　4.3大容量存储，支持日志备份：内部集成了大容量存储芯片，可以支持100000条日志记录，便于故障的跟踪、分析和处理。

　　从上面的分析得知，ETC高速公路电子不停车收费系统是严格按照国家标准：GB/T 20851-2007进行设计开发，并始终保持与国家制定ETC标准的各有关部门保持密切联系与沟通，产品的更新与国标更新相同步。公司拥有一支技术实力雄厚的ETC项目团队，依靠强大的研发实力和对ETC系统设备研发的执着追求，攻克了一个个的难关，进行了一次次的创新，将一系列的研发成果成功的应用于其研发的产品当中，所开发的产品在多方面拥有其独特的技术优势和保障，与其他同类产品相比较，具有明显的优势，完全保证路侧端设备RSU的稳定性、可靠性和系统的兼容性。并且作为国内唯一能提供的ETC系统的一揽子方案为业主提供了一套值得信赖的解决方案。